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Die
Befestigung von Hochleistungs-Luftschaufeln, beispielsweise zur
Förderung
von Kühlgasen
in elektrischen Maschinen, auf sehr schnell laufenden Rotoren, setzt
eine mechanisch hochfeste, lösbare
Verbindung voraus, welche es gestattet, den Schaft eines Bauteils,
beispielsweise eines Lüfterflügels, drehbar
um die Längsachse
einzustellen und danach zu fixieren. Eine weitere Voraussetzung
ist die nachträgliche
Variation eines einmal eingestellten Drehwinkels des Schaftes.
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Das
Problem wird dadurch erschwert, dass bei sehr schnell laufenden
Rotoren, beispielsweise solchen mit kleinem Durchmesser und hoher
Umfangsgeschwindigkeit, eine axiale Montage der Haltevorrichtung
nicht möglich
ist.
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Ein
weiteres Problem ist die radiale Positionierung des Schaftes, welcher
bei der klassischen Haltevorrichtung mittels eines Gewindes seine
radiale Position bei jedem Verdrehen des Schaftes verändert. Durch
die unterschiedlich positionierten Gewindeanfänge am Schaft des Bauteils
und im Rotor ergeben sich bei gleichen Einstellwinkeln mehrerer Schäfte auf
einem Rotor unterschiedliche radiale Positionen der einzelnen Schäfte. Dies
hat Unwuchten und eine nachträgliche
mechanische Korrektur des Außendurchmessers
der am Schaft liegenden Bauteile, also beispielsweise der Lüfterflügel, zur
Folge.
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GB 2 191 249 A beschreibt
eine Vorrichtung mit Ausnehmungen am Umfang eines Trägerkörpers, die
jeweils mit einem Innengewinde versehen sind. Ein an einem Lüfterflügel befestigtes
Schaftende ist mit einem Außengewinde
versehen und in die Ausnehmung einschraubbar.
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In
EP 0 515 006 A1 ist
eine Vorrichtung offenbart, bei der ein Schaft eine Innennut und
die Ausnehmung eine umlaufende Außennut aufweist, die im eingesteckten
Zustand des Schaftes gemeinsam einen Aufnahmeraum für eine geschlitzte
Sicherungsscheibe bilden.
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In
DE 43 32 148 C1 ist
eine Vorrichtung mit einer Hülse
beschrieben, die ein zu ihrem Außengewinde gegensinniges Innengewinde
aufweist, das mit einem Außengewinde
eines Schaftes zusammenwirkt.
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In
der
US 2,210,811 ist
eine Verbindung von zwei Schäften
miteinander beschrieben. Jeder Schaft weist einen Außenkonus
auf und wird in eine Hülse
gesteckt, die einen Innenkonus aufweist. An der Hülse befindet
sich ein Flansch. Zwei Hülsen
sind miteinander verflanschbar, so dass auf diese Weise die beiden
Schäfte
miteinander verbunden werden. Die Hülse weist an einem Ende jeweils
ein Außengewinde
auf, auf dem eine Mutter und ein Kragen aufgeschraubt sind. Hierdurch
wird der Halt des Schaftes gewährleistet.
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Aus
der
US 2,496,402 ist
eine Vorrichtung mit einem Flansch mit einem Außengewinde bekannt, wobei der
Flansch einen Innenkonus aufweist, in dem ein Element mit einem
Außenkonus
sitzt.
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Die
CH 693 367 A5 beschreibt
eine Spannmutter. In eine Spannzangenaufnahme mit einem Aufnahmekonus
ist eine Spannzange eingesetzt. Die Spannzange besitzt an ihrer
Stirnseite einen Konus, mittels welchem die Spannzange durch die
Spannmutter mit entsprechendem Innenkonus zentrisch in den Aufnahmekonus
der Spannzangenaufnahme gepresst wird. Letztere besitzt an ihrer
Außenwand
ein Gewinde, auf welches die Spannmutter, welche ein Innengewinde
hat, aufgeschraubt wird.
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Aus
der
FR 603.661 A ist
ein Getriebe bekannt, welches eine Außenkonus-Innenkonus-Verbindung
offenbart.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
295 16 626 U1 betrifft die Befestigung eines Fahrzeuglenkrades
an einer Lenkwelle, wobei eine Nabe eine Hülse mit einem Kegelsitz aufweist,
auf dem ein Kegel sitzt. Über
die Anordnung ist eine Überwurfmutter
aufgeschraubt.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, mit der ein Bauteil über
einen Schaft an einem Trägerkörper angeordnet
werden kann und die es gestattet, den Schaft des Bauteils drehbar
um seine Längsachse
einzustellen und danach zu fixieren.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Erfindungen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Demnach
weist eine Vorrichtung zur Befestigung eines Bauteils, insbesondere
eines Lüfterbauteils,
das einen Schaft aufweist oder an einem Schaft anordenbar oder angeordnet
ist, an einem Trägerkörper, insbesondere
einem Rotor bzw. einem Rotationskörper, den Schaft und eine Mutter
auf. Der Schaft hat einen Außenkonus,
indem er sich zumindest in einem Abschnitt konisch, insbesondere
zum Bauteil hin, verjüngt.
Die Mutter verfügt über einen mit
dem Außenkonus
des Schaftes korrespondierenden Innenkonus und ist auf dem Schaft
angeordnet, indem der Außenkonus
des Schaftes und der Innenkonus der Mutter dicht aneinander anliegen.
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Der
Außenkonus
ist vorzugsweise am Fuß des
Schaftes angeordnet. Der Fuß des
Schaftes weist vorteilhaft an seiner Stirnseite eine plane Auflagefläche auf,
mit der er sich verdrehbar am Trägerkörper abstützen kann.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn der Schaft, insbesondere der Fuß des Schaftes,
einen Hohlraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des Bauteils aufweist.
Dadurch lässt
sich das Bauteil sicher im Schaft verankern.
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Die
Mutter ist vorzugsweise mehrteilig ausgeführt und/oder verfügt an ihrer
Stirnseite über
Mittel zum Angreifen mit Hilfe eines Werkzeugs.
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Eine
Anordnung mit einer Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen
Arten und mit einem Trägerkörper ist
so ausgebildet, dass der Trägerkörper eine
Ausnehmung aufweist, in der die Vorrichtung angeordnet ist.
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Die
Ausnehmung hat vorteilhaft ein dem Außengewinde der Mutter entsprechendes
Innengewinde, in das die Mutter zur Verspannung des Schaftes in
einer gewählten
Winkelstellung einschraubbar ist. Der Schaft wird dabei so in der
Ausnehmung des Trägerkörpers angeordnet,
dass sich sein Außenkonus in
Richtung aus der Ausnehmung heraus verjüngt.
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In
einem Verfahren zum Befestigen eines Bauteils an einem Trägerkörper wird
eine Vorrichtung und/oder eine Anordnung nach einer der zuvor beschriebenen
Arten verwendet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften
Ausgestaltungen der Vorrichtung und/oder der Anordnung und umgekehrt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung. Dabei zeigt.
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1 ein
Bauteil mit einem Schaft und einer Mutter,
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2 ein
Bauteil mit einem alternativen Schaft,
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3 die
Mutter nach 1 von der Stirnseite gesehen,
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4 die
Mutter nach 1 im Schnitt vom Umfang aus
gesehen,
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5 einen
Trägerkörper und
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6 den
Trägerkörper nach 5 mit
Bauteil Schaft und Mutter.
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Die
Vorrichtung zur Befestigung eines Schaftes am Umfang eines Rotationskörpers wird
mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.
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Der
Fuß eines
Schaftes 1 erhält
eine konische Form, welche sich nach radial Außen verjüngt. Darüber hinaus weist der Fuß des Schaftes 1 an
seiner Unterseite eine plane oder partiell plane Auflagefläche 2 auf.
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Eine
Mutter 3 mit einen dem Fuß des Schaftes 1 entsprechenden
Innenkonus und mit einem Außengewinde
befindet sich auf dem Schaft 1.
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Sofern
die Mutter 3 nicht über
ein an dem Schaft 1 angeordnetes Bauteil 4 passt,
ist diese Mutter 3 mehrteilig ausgeführt, insbesondere zweiteilig. Die
Mutternteile, insbesondere die beiden Mutternhälften, sind dann durch Stifte 5,
durch eine Verzahnung 6 und/oder mittels Verklebung an
ihrer Trennlinie 7 zusammengefügt.
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Bei
auf einem Trägerkörper in
Form eines Rotors zu befestigenden Bauteilen, welche in einer Form
unter Unterdruck aus metallischen oder plastischen Materialien mit
oder ohne Verbundstoffen gespritzt werden, kann die Mutter 3 einteilig
ausgeführt und
vor dem Spritzvorgang auf dem metallischen Fuß des Schaftes 1 gesteckt
werden, sofern die einteilige Mutter nicht über das fertige Bauteil 4 passt.
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Bei
in einer Form gespritzten Bauteilen erhält der Fuß des Schaftes 1 einen
Innenhohlraum 8, welcher eine zylindrische oder konische
Form aufweist. Die Innenfläche
des Fußes
des Schaftes 1 kann horizontal oder vertikal verlaufende
Nuten oder Rillen 9 zur Verklammerung des Bauteils 4 gegen
die Fliehkräfte
und gegen Verdrehen des Bauteils 4 im Schaft 1 aufweisen.
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Die
einteilige oder zweiteilige Mutter 3 weist an ihrer äußeren, zugänglichen
Seite Mittel zum Angreifen mit Hilfe eines Werkzeugs in Form von Grundlöchern 10 beliebiger
Form und/oder Nuten 11 auf, welche ein Spezialwerkzeug
zum Einschrauben der Mutter aufnehmen können.
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Der
Trägerkörper 12 in
Form des Rotors weist je Schaft eine Ausnehmung 13 in Form
eines Grundloches mit definierter Tiefe h und planer Grundfläche sowie
mit einem der Mutter 3 entsprechenden Innengewinde 14 auf.
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Bei
in die Ausnehmung 13 des Trägerkörpers 12 eingeschraubtem
Schaft 1 mit festgezogener Mutter 3 wird die plane
oder partiell plane Auflagefläche 2 auf
die plane Grundfläche
der Ausnehmung 13 im Trägerkörper 12 gepresst.
Gleichzeitig wird der Schaft 1 mit seinem Außenkonus
in Form einer konischen Fügefläche durch
den Innenkonus in Form einer Gegenfügefläche der Mutter 3 zu
einem Pressverband verpresst, welcher den Schaft 1 und
damit das Bauteil 4 sicher gegen Fliehkraft und Verdrehung am
Rotor befestigt.
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Die
Vorrichtung lässt
sich insbesondere bei Axiallüftern,
Axial-Wellenlüftern,
Verdichtern, Turbomotoren und/oder High-Speed-Rotoren elektrischer Maschinen
einsetzen.
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Es
erfolgt eine sichere Bauteilbefestigung gegen die Fliehkraftbeanspruchung
und gegen Verdrehen des Bauteils auf dem Rotor. Ein Lösen des Bauteils
und/oder eine Neubefestigung in einer anderen Winkelstellung ist,
beispielsweise für
Lüfterflügel, problemlos
möglich.
Es erfolgt eine exakte radiale Positionierung des Bauteils auf dem
Rotor auch bei unterschiedlichen Winkelstellungen des Bauteils durch
Pressung der planen Auflagefläche
des Schaftes auf die plane Grundfläche der Ausnehmung im Trägerkörper. Auch
dies ist beispielsweise für
Lüfterflügel wichtig.
Die Schaftbefestigung eignet sich sowohl für metallische als auch für plastische
Werkstoffe bzw. Kunststoffe. Sie benötigt lediglich einen radialen
Zugang zum Trägerkörper, nicht
jedoch einen axialen. Darüber
hinaus hat die Schaftverbindung bei sicherer Befestigung nur einen
geringen Platzbedarf, was aus dem kleinen Außendurchmesser der Mutter 3 folgt.
Dadurch können
relativ viele Bauteile am Umfang eines Trägerkörpers befestigt werden, was ebenfalls
bei Lüfterflügeln relevant
ist.