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Klemmvorrichtung.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur festen, schnell herstellbaren und leicht lösbaren Reibungsverbindung zweier Körper, die mit Gleitflächen aufeinander sitzen.
Vorrichtungen bekannter Art beruhen durchwegs auf der Verwendung von Gewinden, Kegeln oder andern keilförmigen oder mit Keilflächen versehenen Körpern, die unter dem Einfluss irgendeiner bekannten Kraftwirkung, aber immer auf Gleitflächen gegeneinander bewegt werden.
Die durch solche Verbindungen zur Wirkung kommenden Druckkräfte müssen dabei durch diese Gewinde-, Keil-oder Kegelflächen hindurch übertragen werden. Hieraus folgen verschiedene nachteilige Wirkungen, welche die Brauchbarkeit solcher Verbindungen beschränken.
Zunächst ist die Grösse der erzeugten Druckkräfte abhängig von der beim Verschieben der Gewinde-oder Keilflächen vorhandenen Reibungszahl, deren Grösse in weiten Grenzen veränderlich ist. Sie nähert sich erfahrungsgemäss besonders bei grossen Drücken dem Wert der trockenen Reibung.
Dadurch müssen die Kräfte, die zur Herstellung einer solchen Verbindung erforderlich sind, auch bei
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Sie betragen dann erfahrungsgemäss etwa ein Sechstel bis ein Zehntel der für die Reibungsverbindung zur Wirkung kommenden Druckkräfte. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Belastbarkeit solcher Flächen beschränkt ist durch die Möglichkeit ihrer Zerstörung infolge Fressens. Es ist nicht möglich, Gleitflächen unter Belastungen von 1000 oder mehr Kilogramm pro Quadratzentimeter gegeneinander zu verschieben, ohne sie zu beschädigen.
Ein weiterer Nachteil besteht endlich darin, dass bei Verbindungen, bei denen Wert auf genaue Formhaltung gelegt wird, infolge der grossen Reibungskräfte Formänderungen eintreten können, welche die Anwendbarkeit einer solchen Verbindung in Frage stellen.
Diese Nachteile verhindern bis jetzt die Verwendung von Reibungsverbindungen überall dort, wo verhältnismässig grosse Kräfte zu übertragen sind oder auch eine mit Sicherheit belastbare Verbindung hergestellt werden soll.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile und gestattet die Herstellung von Verbindungen mit verhältnismässig kleinen Kräften. Die Verbindung zweier Körper ist gemäss der Erfindung leicht herzustellen und wieder zu lösen. Ausserdem sichert sie eine genaue gegenseitige Zentrierung der zu verbindenden Teile. Die zur Herstellung der Reibungsverbindung zu erzeugenden Drücke können bis an die Grenze der Materialfestigkeit gesteigert werden.
Diese Vorrichtung ist infolgedessen nicht nur überall dort verwendbar, wo Reibungsvorrichtungen anderer Art benutzt werden, sondern sie kann auch da mit Vorteil zur Anwendung kommen, wo Kräfte oder Momente irgendwelcher Art durch Formverbindungen, wie Nut und Feder, Verzahnungen, Verschraubungen u. dgl., bis jetzt übertragen wurden. Gegenüber solchen Verbindungen fällt der Vorteil der genauen Zentrierung und der leichten Lösbarkeit besonders ins Gewicht. Durch Fortfall von Keilnuten u. dgl. werden Kerbwirkungen mit ihren Nachteilen vermieden.
Die Erfindung ist durch diese Eigenschaften besonders geeignet zur Verwendung als Wellenkupplung, zur Befestigung von Scheiben, Zahn- oder Schwungrädern u. dgl., wobei das ganze durch den Wellenquerschnitt zu leitende Drehmoment übertragen werden kann, ferner zur Befestigung von Hebeln und andern Maschinenteilen auf Wellen und Achsen, zur Verwendung als Spannfutter oder Spanndorn und auch als Rohrverbindung.
In den Fig. 1-4 sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgedankens wiedergegeben, u. zw. zeigt Fig. 1 das Beispiel der Verbindung eines Maschinenteiles, z. B. eines Zahnrades, mit einer
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Welle, Fig. 2 die Verbindung einer Vollwelle mit einer Hohlwelle, Fig. 3 ebenfalls die Verbindung einer Vollwelle mit einer Hohlwelle in einer andern Ausführung und Fig. 4 die Verbindung eines Ringes mit einer Hohlwelle.
In Fig. 1 sitzt beispielsweise ein Zahnrad 1 auf einer Welle 2, die teilweise ausgebohrt ist. Als Passung zwischen dem Teil 1 und der Welle 2 kann, wie in der Figur gezeigt ist, eine glatte zylindrische Fläche oder auch eine andere Gleitfläche, z. B. ein Konus, ein Gewinde oder eine Verzahnung vorgesehen sein. In der Bohrung dieser Welle sitzt ein ringförmiger Hohlkegel 3. In diesem Hohlkegel 3
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den beiden Kegelflächen Kugeln 4 gleichmässig auf den Umfang verteilt eingelegt werden können. Zum Festhalten der Kugeln zwischen den beiden Kegelflächen können an sich bekannte Haltevorrichtungen, wie z. B. ein Käfig 5 od. dgL, verwendet werden.
Die Durchmesser der Kegelflächen und der Kugeln sind so gewählt, dass sie in der gezeichneten
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zunächst durch eine Ringschraube 7 verhindert.
Wird nun auf den Kegel 6 in der Pfeilrichtung eine Kraft ausgeübt, so wird sich dieser in der Pfeilrichtung auf den Kugeln 4 rollend verschieben. Infolge dieser Verschiebung wird der Kegel 6 über die Kugeln 4 auf den Hohlkegel 3 Druckkräfte ausüben, die bei genügender Grösse den Hohlkegel 3 und die Welle 2 ausdehnen und die Welle 2 im Zahnrad 1 festpressen.
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und damit erreichen, dass der Gesamtwiderstand sich in seiner Grössenordnung dem Reibungswiderstand nähert. Da es sich bei dieser Anordnung um rein rollende Reibung handelt, deren Reibungszahl etwa 1/1000 ist, so folgt daraus, dass das Verhältnis der in der Pfeilrichtung ausgeübten Kraft zu der Summe der durch die Kugeln auf den Hohlkegel 3 wirkenden Kräfte ebenfalls bis auf das Grössenordnungsverhältnis 1 : 1000 gebracht werden kann.
Aus diesem Übersetzungsverhältnis, das bei gleichem Kraftaufwand etwa die hundertfache Kraftwirkung gegenüber dem Verhältnis bei einer Klemmver- bindung mit Gleitflächen ermöglicht, ergibt sich schon die ausserordentliche Überlegenheit der Erfindung.
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bezogen auf die Projektionsfläche der Wälzkörper. Es ist also möglich, auf diese Weise Drücke zu erzeugen, die bis an die genannten Zahlen heranreichen.
Damit können also Kräfte erzeugt werden, die so gross sind, dass nicht nur alle elastischen Formänderungen der zur Weiterleitung vorhandenen Zwischenglieder, wie Hohlkegel 3 und Hohlwelle 2, bewirkt werden können, sondern dass auch zwischen den Gleitflächen der zu verbindenden Körper 1 und 2 so grosse Reibungskräfte erzeugt werden, dass jede praktisch vorkommende Kraft von dem einen der zu verbindenden Körper 1 auf den andern Körper 2 oder umgekehrt übertragen werden kann.
Als wesentliches Merkmal ist ausserdem bei der vorliegenden Erfindung zu beachten, dass die von dem zu verbindenden Körper 1 auf den Körper 2 oder umgekehrt zu übertragenden Kräfte nicht durch die Wälzkörper geleitet werden.
Die in der Pfeilrichtung ausgeübte Kraft kann in vielen Fällen so klein gehalten werden, dass ihre Erzeugung durch das Einschrauben der Ringschraube 7, z. B. mit Hilfe der Zähne 8 genügt. Wird eine grössere Druckkraft erforderlich, so kann beispielsweise diese Kraft durch die Öffnung der Ringschraube 7 mit Hilfe einer besonderen Spannvorrichtung auf den Kegel 6 ausgeübt werden, während in diesem Falle die Ringschraube 7 zur Sicherung der gegenseitigen Lage der beiden Kegel dienen kann.
Der Hohlkegel 3 und die Welle 2 können in vielen Fällen zu einem Teil vereinigt werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vollwelle 1 mit einer Hohlwelle 2 zu verbinden. Ein Aussenkegel.'3 wird in diesem Falle durch die Hohlwelle 2 selbst gebildet. Als Wälzkörper sind hiebei Kugeln 4 verwendet, die zwischen dem Kegel 3 und einem Hohlkegel 6 ange-
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kegel 6 oder beide je eine oder mehrere schraubenlinienartig angeordnete Rillen 7 bzw. 8, in denen die Kugeln geführt sind.
Verdreht man den Hohlkegel 6 gegen den Kegel 3, so findet infolge der Führung der Kugeln 4 in den schraubenlinienförmigen Rillen 7 bzw. 8 eine axiale Verschiebung des
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nach Fig. 1 die zur Verbindung der Welle 1 mit der Hohlwelle 2 erforderlichen Druckkräfte erzeugt. Der Widerstand, der hiebei zu überwinden ist, wird hier wieder durch das Übersetzungsverhältnis und die Reibungszahl der rollenden Reibung bedingt. Das Übersetzungsverhältnis ist hier durch die Steigung der schraubenlinienförmigen Rillen und die Grösse des Kegelwinkel bestimmt. Diese Steigung
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