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Befestigung eines nabenförmigen Bauteiles auf einer Welle mittels eines Spannringes
Die Erfindung bezieht sich auf die Befestigung eines nabenförmigen Bauteiles mit zylindrischer Bohrung auf einer Welle mittels eines Spannringes mit gleichfalls zylindrischer Bohrung, wobei der nabenförmige Bauteil einen Vorsprung mit einer exzentrisch zur Achse seiner Bohrung liegenden, rotationssymmetrischen ersten Klemmfläche und der Spannring eine Ausnehmung mit einer zweiten Klemmfläche gleicher Exzentrizität und gleicher Rotationssymmetrie wie die erste Klemmfläche aufweist, so dass der Spannring mit seiner Ausnehmung bei koaxialer Lage der beiden Klemmflächen auf den Vorsprung des nabenförmigen Bauteiles aufschiebbar und durch Drehen des Spannringes bis zur Berührung der beiden Klemmflächen eine den nabenförmigen Bauteil auf die Welle drückende radiale Klemmkraft erzeugbar ist,
und wobei ferner im Spannring zur Sicherung seiner Klemmlage eine radial angeordnete, sich im angezogenen Zustand auf der Welle abstützende Sicherungsschraube vorgesehen ist.
Spannringbefestigungen der vorstehend genannten Art finden beispielsweise zur Festlegung des Innenringes von Wälzlagern auf einer Welle Verwendung. Sie ermöglichen eine rasch herstellbare und im Bedarfsfalle ohne Schwierigkeiten wieder lösbare Befestigung des nabenförmigen Bauteiles auf der Welle.
Theoretische Überlegungen zeigen im übrigen, dass bei geeigneter Wahl der Exzentrizität und der Differenz der Radien der beiden Klemmflächen eine sehr zuverlässige Klemmverbindung erreicht werden kann.
Der Sicherungsschraube wurde bisher hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Klemmverbindung keine besondere Bedeutung beigemessen. Man schenkte demgemäss ihrer Lage am Umfang des Spannringes keine Beachtung.
Nun tauchen in der Praxis überraschenderweise verhältnismässig häufig Fälle auf, in denen die Befestigung des nabenförmigen Bauteiles schon nach kurzer Betriebszeit sehr zu wünschen übriglässt, obwohl der Spannring bei der Montage fest angezogen wurde. Trotz verschiedener Untersuchungen, die in dieser Richtung bereits angestellt wurden, fehlt es bisher noch an einer einleuchtenden Erklärung für diese störende Erscheinung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannringbefestigung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der erwähnte Nachteil vermieden und eine absolut zuverlässige Klemmverbindung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Sicherungsschraube in demjenigen Winkelbereich des Spannringes angeordnet ist, der gegenüber einer durch die Achse der Spannringbohrung und die Achse der Spannringklemmfläche gelegten Radialebene in Festspann-Drehrichtung des Spannringes einen Winkel von 90 + cx und entgegen dieser Drehrichtung einen Winkel von 90 - os umfasst, wobei die Sicherungsschraube bei einer vorgegebenen Festspann-Drehrichtung des Spannringes gegenüber der erwähnten Radialebene vorzugsweise etwa um den Winkel cx in Festspann-Drehrichtung versetzt ist und et der Bedingung genügt :
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hiebei bedeuten :
a = Differenz der Radien der beiden Klemmflächen in einer beliebigen Ebene senkrecht zur Achse der Spannringbohrung ; e = Exzentrizität der beiden Klemmflächen.
Theoretische Überlegungen und praktische Versuche führten zu der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis, dass die bei den bekannten Spannringbefestigungen vielfach auftretende, unerklärliche Lokkerung der Klemmwirkung auf das Anziehen der Sicherungsschraube zurückzuführen ist. Bisher schenkte man nämlich der Anordnung der Sicherungsschraube am Umfang des Spannringes keine besondere Beachtung, sondern sah die Sicherungsschraube an einer beliebigen Stelle des Spannringumfanges vor.
Befindet sich nun jedoch lie Sicherungsschraube in einem bestimmten, im folgenden noch näher erläuterten Winkelbereich, so wirkt sie der durch das Anziehen des Spannringes erzeugten Klemmkrm entgegen, woraus sich die bei den bekannten Spannringbefestigungen trotz eines festen Anziehens des Spannringes häufig auftretenden Lockerungserscheinungen erklären.
Erfindungsgemäss wird daher die Sicherungsschraube in demjenigen Winkelbereich des Spannringes angeordnet, in dem sie die durch das Anziehen des Spannringes erzeugte Klemmkraft mehr oder weniger unterstützt.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kugellagerinnenring und einen Spannring vor Herstellung der Befestigung ; Fig. 2 und 3 einen Quer- und Längsschnitt durch die Spannringbefestigung vor dem Anziehen des Spannringen ; Fig. 4 und 5 einen entsprechenden Quer- und Längsschnitt durch die Spannringbefestigung nach dem Anziehen des Spannringes ; Fig. 6 eine vergrösserte schematische Darstellung zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens.
Der in Fig. l veranschaulichte Kugellagerinnenlaufring 1 stellt den mit einer zylindrischen Bohrung 2 versehenen nabenförmigen Bauteil dar, der mittels eines Spannringes 3, der gleichfalls eine zylindrische Bohrung 4 aufweist, auf einer Welle 5 (s. Fig. 3) befestigt werden soll. Der Laufring 1 besitzt zu diesem Zweck einen Vorsprung 6 mit einer exzentrisch zur Achse A der Bohrung 2 liegenden, rotationssymmetrischen Klemmfläche 6a, die beispielsweise als Kegelfläche mit einer Neigung von etwa 7 ausgebildet ist. Die Achse dieser Klemmfläche 6a ist in den Fig. 2,4 und 6 mit C und die Exzentrizität in Fig. 6 mit e bezeichnet.
Der Spannring 3 besitzt eine Ausnehmung 7, deren Wand eine Klemmfläche 7a bildet, die gegenüber der Achse A der Spannringbohrung 4 die gleiche Exzentrizität e aufweist wie die Klemmfläche 6a des Laufringes 1 und die im übrigen auch die gleiche Rotationssymmetrie (z. B. Kegelfläche mit 70 Neigung) wie die Klemmfläche 6a besitzt. Die Achse der Klemmfläche 7a ist in den Fig. 2, 4 und l ; mit B bezeichnet.
Im Spannring 3 ist im übrigen noch eine radial verlaufende Gewindebohrung 8 vorgesehen, die zur Aufnahme einer Sicherungsschraube 9 dient. Die erfindungsgemässe Lage der Gewindebohrung 8 am Umfang des Spannringes 3 wird im einzelnen an Hand von Fig. 6 erläutert.
Die Fig. 2-5 neigen in schematischer Form die Befestigung des Laufringes 1 auf der Welle 5 mittels des Spannringes 3. Zu diesem Zweck wird der Spannring 3 so auf die Welle 5 aufgeschoben, dass die Achse B der Klemmfläche 7a des Spannringes 3 und die Achse C der Klemmfläche 6a des Laufringes 1 etwa koaxial zueinander liegen. In dieser Stellung lässt sich der Spannring 3 mit seiner Ausnehmung 7 über den Vorsprung 6 des Laufringes 1 schieben (s. Fig. 2 und 3).
Wird der Spannring 3 nun gedreht (in der Schnittdarstellung der Fig. 2, 4 und 6 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, entsprechend einer tatsächlichen Drehung im Uhrzeigersinn), so ergibt sich an einer durch den Winkel oc gekennzeichneten Stelle eine Berührung zwischen den Klemmflächen 6a und 7a (s. Fig. 4 und 6). Befindet sich nun die Sicherungsschraube 9 in demjenigen Winkelbereich des Spannringes 3, der dem Kreisbogen DEF entspricht, so wird beim Anziehen der Sicherungsschraube 9 die an der Stelle G auftretende Klemmkraft, die die Klemmflächen 6a und 7a aneinanderzupressen sucht, vergrössert.
Bei Anordnung der Sicherungsschraube 9 in dem durch den Kreisbogen DGF bestimmten Winkelbereich würde dagegen die Klemmkraft beim Anziehen der Sicherungsschraube verringert und die Spannringbefestigung gelockert werden.
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ringes 1 die Spannringklemmfläche 7a in zwei Stellungen : Gestrichelt in der beim Aufsetzen des Spannringes vorhandenen Lage (entsprechend Fig. 2) und vollausgezogen in der Lage nach dem Anziehen
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des Spannringes (entsprechend Fig. 4). Wird der Spannring 3 angezogen und damit um die Achse A gedreht, so bewegt sich die Achse B der Spannringklemmfläche 7a auf einem Kreisbogen um die Achse A mit dem Radius e. Eine Berührung der Klemmflächen 6a und 7a tritt-wie eine einfache geometrische Überlegung zeigt-in derjenigen Lage der Achse B ein, in der die Strecke dem Wert a entspricht.
Für den Winkel a gilt dann die Beziehung :
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Der Bereich des Kreisbogens DEF, in dem die Sicherungsschraube 9 eine die Klemmkraft zwischen den Klemmflächen 6a und 7a verstärkende Wirkung ausübt, lässt sich somit wie folgt definieren : Geht man von der durch die Achse A der Spannringbohrung 4 und die Achse B der Spannringklemmfläche 7a gelegten Radialebene ABH aus, so erstreckt sich der erfindungsgemässe Bereich für die Anordnung der Sicherungsschraube 9 in Festspann-Drehrichtung des Spannringes (in Fig. 6 also im Gegenuhrzeigersinn) um einen Winkel von 90 + 0 und entgegen dieser Festspann-Drehrichtung um einen Winkel von 90-ex.
Legt man eine einzige Festspann-Drehrichtung des Spannringes 3 zugrunde, so ergibt sich eine maximale Verstärkung der Klemmwirkung durch die Sicherungsschraube offensichtlich dann, wenn letztere gegenüber der durch die Achse A der Spannringbohrung 4 und die Achse B der Spannringklemmfläche 7a gelegten Radialebene ABH etwa um den Winkel a in Festspann-Drehrichtung versetzt ist. Dabei ist vernachlässigt, dass die Ebene EG nicht genau durch die Achse A verläuft, auf die die radiale Bohrung 8 der Sicherungsschraube 9 gerichtet ist. Diese Vernachlässigung ist jedoch im Hinblick auf den kleinen Wert der Exzentrizität e ohne weiteres zulässig.
Je mehr die Lage der Sicherungsschraube 9 von der optimalen Stellung E nach den beiden Grenzen D und F des erfindungsgemässen Winkelbereiches DEF hin abweicht, umso geringer ist die von der Sicherungsschraube bewirkte Kraftkomponente, die an der Klemmstelle G die Klemmflächen 6a und 7a zusammenpresst. In dem gesamten Winkelbereich DEF ist jedoch die bei den bekannten Spannringbefestigungen auftretende, unerwünschte Lockerung der Klemmwirkung vermieden, die sich bei einer Anordnung der Sicherungsschraube im Winkelbereich DGF einstellt.
Die vorstehenden Überlegungen gelten für den Fall, dass der Spannring 3 immer in einem bestimmten Drehsinn, beispielsweise im Uhrzeigersinn, angezogen wird. Theoretisch ist jedoch auch der Fall denkbar, dass der Spannring im entgegengesetzten Drehsinn angezogen wird. Will man auch dieser Möglichkeit Rechnung tragen, so zeigt eine Betrachtung der Fig. 6, dass die Sicherungsschraube 9 dann nicht in dem gesamten Winkelbereich DEF angeordnet werden darf, sondern nur in demjenigen Winkelbereich, der gegenüber der durch die Achse A der Spannringbohrung 4 und die Achse B der Spannringklemmfläche 7a gelegten Radialebene ABH einen Winkel von (90-a) umfasst.
Die Sicherungsschraube würde in diesem Falle zweckmässig in der Radialebene ABH angeordnet, so dass sich unabhängig von der Drehrichtung, in der der Spannring angezogen wird, in beiden Fällen eine gleich grosse Verstärkung der Klemmwirkung durch die Sicherungsschraube ergibt. Die Verstärkung ist in diesem Falle freilich nicht ganz so gross wie in dem zuerst erläuterten Fall, in dem nur eine Festspann-Drehrich- tung in Betracht gezogen und die Sicherungsschraube gegenüber der Radialebene ABH um einen Winkel a in Festspann-Drehrichtung versetzt, d. h. bei E angeordnet wird. Zur Erzielung optimaler Verhältnisse wird es daher meist zweckmässig sein, nur eine einzige Festspann-Drehrichtung des Spannringes zu berücksichtigen und sie durch eine Pfeilmarkierung auf dem Spannring zu kennzeichnen.