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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, die einen Grundkörper mit einer Druckkammer aufweist.
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Die
DE 29 15 088 A1 beschreibt ein Lagerelement mit einem zylindrischen Teil und mit einem diesen umgebenden ringförmigen Teil, auf den dauernd ein hydraulisches Druckmittel einwirkt, wobei an dem ringförmigen Teil ein Druckorgan anliegt, das einen Hohlraum aufweist, der mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt ist. Das Druckorgan ist ein Stahlring, dessen Hohlraum einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Die
DE 202 15 127 U1 offenbart einen Membranaktor, der einen Grundkörper aufweist, in den ein Fluidkanal einmündet. Der Fluidkanal mündet an einer Außenfläche des Grundkörpers mit einer Anschlussöffnung aus, an der eine Fluidleitung anschließbar ist, über die ein Betätigungsfluid zugeführt und abgeführt werden kann.
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Die
DE 101 30 050 A1 offenbart ein fluidbeaufschlagbares Spann- und/oder Dichtungselement, das ein Formteil mit einem Fluidanschluss aufweist.
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Aus der
US 4 008 598 A ist eine Rollenanordnung bekannt, bei der Rollen mittels einer deformierbaren Membran drehfest auf einer Welle verspannt werden.
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Aus der US 2005 / 0 279 962 A1 ist ein Ventil mit einem in einer Bohrung gleitenden Verschlussmittel zur Steuerung oder zum Absperren des Fluid-Flusses in einem Rohrsystem bekannt.
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Die
US 5 226 453 A offenbart eine Ventilanordnung für einen Wasserhahn mit einem Stempel zum Bewegen eines sphärischen Dichtkörpers.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Spannvorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Spannvorrichtung aufweisend einen Grundkörper, der wenigstens eine Druckkammer mit jeweils wenigstens einer in Wirkungsrichtung weisenden Öffnung aufweist und eine die wenigstens eine Öffnung verschließende Membran, die mit dem Grundkörper druckdicht verbunden ist, wobei wenigstens ein Druckkanal vorgesehen ist, der eine Einfüllöffnung für Druckfluid mit der wenigstens einen Druckkammer verbindet, und der einen Ventilsitz für einen Ventilkörper aufweist. Der Ventilkörper ist durch ein Stellmittel in eine druckdichte Schließstellung gegen den Ventilsitz gedrückt gehalten und das Stellmittel ist in einer, mit der Symmetrieachse des Ventilsitzes und/oder einem zwischen Ventilsitz und Druckkammer liegenden Abschnitt des Druckkanals, fluchtenden Stellrichtung in dem Grundkörper gelagert ist.
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Die Spannvorrichtung kann dazu dienen, wenigstens ein Maschinenelement, insbesondere ein Wälzlager bzw. wenigsten einen seiner beiden Lagerringe axial auf einer Welle oder in einer Lagerbohrung durch Drücken gegen einen Sitz oder gegen ein weiteres Maschinenelement, festzusetzen oder zusätzlich zu einer anderen Art des Festsetzens, wie bspw. eines Presssitzes zu sichern. Die Spannvorrichtung kann auch dazu dienen, zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten Maschinenelementen, insbesondere Wälzlagern, wie beispielsweise zwei anzustellenden Kegelrollenlagern, eingesetzt zu werden, um diese beiden Bauteile zu verspannen. Durch die Spannvorrichtung können auch mehrere Maschinenelemente, insbesondere mehrere Wälzlager bzw. wenigstens jeweils einer ihrer Lagerringe gemeinsam auf einer Welle oder einer Lagerbohrung festgesetzt und/oder gesichert werden.
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Die Spannvorrichtung kann nach dem Grundprinzip eines fluidbeaufschlagten Arbeitszylinders funktionieren, wobei der erfindungsgemäße Grundkörper das Gehäuse mit einer Druckkammer bildet, in welcher ein Fluid eingesperrt ist, und wobei die erfindungsgemäße Membran dem Kolben entspricht, welcher aufgrund des Fluiddruckes in der vom Grundkörper ausgebildeten Druckkammer eine Bewegung ausführt. Dabei bedeutet Wirkungsrichtung im Sinne der Erfindung diejenige Richtung, in welche die Membran eine Bewegung ausführen kann, um eine Kraft auf das zu verspannende Maschinenelement bzw. Wälzlager oder Wälzlagerring zu übertragen.
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Die Membran kann unterschiedlich gestaltet sein, je nach Gestalt des Grundkörpers. Als Membran kann im Sinne der Erfindung jedes dünnwandige Bauteil verstanden werden, das hinsichtlich des verwendeten Fluids druckdicht ist und eine Elastizität aufweist, die trotz einer, die erfindungsgemäße Öffnung verschließende, druckdichten Verbindung mit dem Grundkörper eine Bewegung der Membran zulässt. Diese Elastizität kann durch die Wahl der Wandstärken, durch die Ausgestaltung von Abschnitten der Membran, durch die Materialeigenschaften der Membran oder durch eine Kombination von wenigstens zweien dieser Merkmale erreicht werden. Die Membran kann aus dem selben Werkstoff wie der Grundkörper hergestellt sein, und sie kann an ihren Bauteilrändern druckdicht an dem Grundkörper befestigt sein, und die Bewegung zur Übertragung der Spannkraft kann durch ein elastisches Ausbeulen einer mittleren Zone der Membran bewirkt werden. Der Grundkörper kann aus Stahl hergestellt sein, insbesondere kann er aus einem Werkstoff hergestellt sein, wie er beispielsweise bei bekannten Lagerringen von Wälzlagern verwendet wird. Die Membran kann aus einem Blech hergestellt sein.
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Indem erfindungsgemäß eine Membran mit dem die Druckkammer aufweisenden Grundkörper druckdicht verbunden wird, ist die Funktion der Spannvorrichtung verbessert. So kann beispielsweise die Membran aus einem anderen Material als der Grundkörper hergestellt sein. Die Membran kann zur Bewirkung der benötigten elastischen Eigenschaften eine geringere Härte als der Grundkörper aufweisen. Alternativ kann die Membran eine größere Härte als der Grundkörper aufweisen und zur Bewirkung der benötigten elastischen Eigenschaften sehr dünn ausgebildet sein. Auch können aufgrund der Verwendung wenigstens einer erfindungsgemäßen Membran statt einer Gesamtfläche auch nur ausgewählte Zonen sich elastisch bewegend ausgebildet werden, um eine Spannkraft zu übertragen. Über die funktionale Verbesserung hinaus, kann der Grundkörper einfacher und damit kostengünstiger hergestellt werden, da keine hinterschnittenen Hohlkammern gefertigt werden müssen, sondern die Druckkammer im Grundkörper einseitig offen ausgebildet werden kann und diese Öffnung von der erfindungsgemäßen metallischen Membran anschließend verschlossen wird, um eine druckdichte Druckkammer zu bilden.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann durch individuelle Einstellung des Fluiddruckes ein Maschinenelement wie ein Wälzlager definiert vorgespannt werden. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann kontrolliert d.h. dessen Funktion überwacht und gegebenenfalls auch nachgestellt werden. Die Spannvorrichtung kann mehrmals wieder verwendet werden. Die Spannvorrichtung kann universell d.h. sehr vielseitig eingesetzt werden, insbesondere kann sie bei unterschiedlichsten Maschinenelementen bzw. Wälzlagern ohne aufwändige konstruktive Anpassungen der Spannvorrichtung verwendet werden.
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Der Grundkörper kann als ein im Wesentlichen ringförmiger Körper bzw. als Ring ausgebildet sein, der zur Bildung der wenigstens einen Druckkammer an seiner in Wirkungsrichtung weisenden Stirnfläche mit einer wenigstens teilweise um den Körper umlaufenden Nut versehen ist, die von einer im Wesentlichen ringscheibenförmigen und an die umlaufende Erstreckung der Nut angepasste Membran verschlossen ist. Die Dicke der Membran und die Tiefe der Nut können so bemessen sein, dass die äußere Seite der Membran mit der Stirnseite des Grundkörpers bündig abschließt. In einer Nut zur Bildung eines Aufnahmeplatzes für die Membran kann im Nutgrund einer ersten Nut eine zweite Nut vorgesehen sein, welche die Größe der Druckkammer definiert. Das bedeutet, dass die Nut gestuft ausgebildet sein kann, so dass sie einen Absatz aufweist, auf dem die Membran in ihrer Einbaulage aufsitzt.
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Alternativ kann der Grundkörper auf seiner in Wirkungsrichtung weisenden Stirnseite eine schmale Nut aufweisen, die einen geschlossenen Zug bildet, welcher die Form der äußeren Begrenzung der Membran entspricht. In diese Nut kann ein sich entgegen der Wirkungsrichtung erstreckender Rand der Membran eingreifen.
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Der Grundkörper kann ein metallischer Grundkörper sein. Alternativ oder ergänzend kann die Membran eine metallische Membran sein. Die Membran kann als Verbundbauteil, insbesondere als metallische Komponenten aufweisendes Verbundbauteil hergestellt sein.
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Eine beispielsweise metallische Membran kann mit dem Grundkörper druckdicht verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt sein. Die insbesondere metallische Membran kann dabei randseitig an dem Grundkörper anliegen. Die insbesondere metallische Membran kann mit dem Grundkörper einen Stumpfstoß oder Stirnstoß bilden, der mittels einer am Rand der insbesondere metallischen Membran umlaufenden Schweißnaht, insbesondere I-Naht oder V-Naht vorzugsweise bündig verschweißt ist.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen weist die Spannvorrichtung wenigstens einen Druckkanal auf, der eine Einfüllöffnung für Druckfluid mit der wenigstens einen Druckkammer verbindet und der einen Ventilsitz für einen Ventilkörper, insbesondere einen Kugelkörper aufweist. An die Einfüllöffnung ist ein Druckerzeuger anschließbar. Mittels des Druckerzeugers kann bei geöffnetem Ventil der Druck in der Druckkammer eingestellt werden. Der Druck in der Druckkammer bestimmt die Spannkraft der Spannvorrichtung. Zur Erhaltung des Druckes in der Druckkammer bei nicht angeschlossenem Druckerzeuger kann das Ventil verschließbar ausgebildet sein. Das Ventil kann verschließbar sein, in dem der Ventilkörper auf den Ventilsitz im Grundkörper druckdicht gepresst wird. Um den Ventilkörper gegen den Ventilsitz zu pressen, ist in dem Grundkörper ein Stellmittel, insbesondere eine Stellschraube vorgesehen. Der Ventilkörper kann ein Kugelkörper, insbesondere ein Wälzkörper bzw. eine Wälzkugel sein, wie sie bei Kugellagern verwendet werden.
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Der wenigstens eine Druckkanal, die Einfüllöffnung und der Ventilsitz können unmittelbar durch den Grundkörper ausgebildet sein. Alternativ kann der wenigstens eine Druckkanal, die Einfüllöffnung und/oder der Ventilsitz insbesondere jeweils durch eine Anzahl von Bauteilen ausgebildet sein, welche lösbar oder unlösbar mit dem Grundkörper verbunden sind.
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Der Ventilkörper, insbesondere der Kugelkörper kann von einer Federeinrichtung, insbesondere einer Federwendel in einer vom Ventilsitz getrennte Offenstellung vorgespannt gehalten sein. Die Federeinrichtung bzw. die Federwendel drückt den Ventilkörper bzw. den Kugelkörper von dem Ventilsitz weg, so dass ein Druckfluid von dem Druckerzeuger in die Druckkammer der Spannvorrichtung gedrückt werden kann.
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Der Ventilkörper, insbesondere der Kugelkörper kann durch ein Stellmittel, insbesondere eine Stellschraube in eine druckdichte Schließstellung gegen den Ventilsitz gedrückt gehalten sein. Das Stellmittel kann insbesondere gegen die Federkraft der Federeinrichtung wirken, diese überwinden und den Ventilkörper bzw. den Kugelkörper mit einer solchen Kraft gegen den Ventilsitz drücken, so das die Druckkammer druckdicht verschlossen ist.
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Das Stellmittel, insbesondere die Stellschraube ist in einer mit der Symmetrieachse des Ventilsitzes und/oder einem zwischen Ventilsitz und Druckkammer liegenden Abschnitt des Druckkanals fluchtenden Stellrichtung in dem Grundkörper gelagert. Dadurch kann der Ventilkörper bzw. der Kugelkörper mit gleichmäßiger Kraftverteilung auf den Ventilsitz gedrückt werden. So ist ein zuverlässiger druckdichter Verschluss des Druckkanals erreicht.
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Dem Stellmittel können eine Anzahl von Dichtelementen zugeordnet sein, welche einen Abschnitt des Stellmittels gegen einen Abschnitt des Grundkörpers abdichten. Ein Verschlussglied kann in Wirkungsrichtung hinter dem Stellmittel angeordnet sein, welches den Druckkanal gegen die Umgebung der Spannvorrichtung abdichtet.
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Ein Verschlussglied des Stellmittels, insbesondere ein Schraubenkopf der Stellschraube kann an einer der in Wirkungsrichtung weisenden Öffnung gegenüberliegenden Stirnseite des Grundkörpers vorgesehen sein. So kann das Ventil im Grundkörper aufgrund der leichten Erreichbarkeit des Einstellglieds bzw. des Schraubenkopfes auch in einer Einbauposition betätigt werden, in der die Spannvorrichtung mit ihrer die Membran aufweisenden Stirnseite an dem zu verspannenden Maschinenelement bzw. Wälzlager anliegt.
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Ein zwischen der Einfüllöffnung für das Druckfluid und dem Ventilsitz liegender Abschnitt des Druckkanals kann in einem Winkel, insbesondere einem rechten Winkel oder spitzen Winkel zur Längserstreckung des Stellmittels, insbesondere der Stellschraube ausgerichtet in dem Grundkörper angeordnet sein. Dabei kann sich die Einfüllöffnung an einer der Stirnseite, welche die Membran aufweist, gegenüber liegenden Stirnseite des Grundkörpers befinden.
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Alternativ oder ergänzend kann die Einfüllöffnung für das Druckfluid an einer Umfangsseite des Grundkörpers angeordnet sein.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann der Grundkörper zur Bildung einer Spannmutter mit einem Gewinde, insbesondere mit einem außenumfangsseitig des Grundkörpers angeordneten Außengewinde und/oder mit einem innenumfangsseitig des Grundkörpers angeordneten Innengewinde versehen sein. Eine als Spannmutter ausgebildete erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann zur Verspannung von Wälzlagern verwendet werden. Mittels einer Spannmutter mit Gewinde kann ein einzelner Lagering eines Wälzlagers oder mehrere Lageringe mehrerer Wälzlager gegen einen Lagersitz oder gegen ein weiteres Wälzlager verspannt werden.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen können mehrere Hydraulikkanäle über den Umfang des Grundkörpers verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann der Grundkörper ein metallischer Grundkörper sein.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann die Membran eine metallische Membran sein. Die Membran kann insbesondere als Verbundbauteil, insbesondere als metallische Komponenten aufweisendes Verbundbauteil hergestellt sein.
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Insbesondere kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Spannmutter zur Verspannung von Wälzlagern für die Rotor-Abstützung von Windkraftanlagen, insbesondere der Multimegawattklasse dienen. Derartige Großwälzlager können auf Basis eines zweireihigen Kegelrollenlagers, beispielsweise eines Außendurchmessers von 2330 Millimeter verspannt werden. Diese zweireihigen Kegelrollenlager können zusätzlich zu den üblichen Radial- und Axiallasten auch noch Kippmomente aufnehmen. Dadurch ist es möglich, den Rotor mit nur einem einzigen Lager abzustützen.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen können mehrere Druckkanäle über den Umfang des Grundkörpers verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung,
- 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gemäß 1,
- 3 einen vergrößerten Teilquerschnitt B aus der Ansicht gemäß 2,
- 4 eine Variante zur Gestaltung gemäß 3.
- 5 einen Teilquerschnitt durch eine Montagebaugruppe aufweisend einen Lagersitz, ein Wälzlager und die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gemäß 1 bis 3.
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Die in der 1 dargestellte Spannvorrichtung 1 weist einen kreisringförmigen Grundkörper 3 auf. An einer rückwärtigen Stirnseite 5 des Grundkörpers 3, die in der 1 sichtbar vorne dargestellt ist, sind mehrere d.h. zwölf Bohrungen 7 zum Eingreifen von Mitnehmerzapfen eines nicht dargestellten Montagewerkzeugs eingebracht. An einer rückwärtigen Stirnseite 5 des Grundkörpers 3 sind des Weiteren zwei diametral gegenüberliegende Verschlussglieder 9 gezeigt, welche die Lage zweier gegenüberliegender Einfüllöffnungen 11 für das Druckfluid wiedergeben.
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In der 2 sind die Einfüllöffnungen 11 in einem Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gemäß 1 dargestellt. Über die beiden gegenüberliegend dargestellten Einfüllöffnungen 11 kann sowohl eine einzige Druckkammer als auch zwei, voneinander getrennte Druckkammern mit einem Druckfluid beaufschlagt werden. Entsprechend kann eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mehrere einzelne Druckkammern aufweisen, welche jeweils mit wenigstens einer einzelnen Einfüllöffnung 11 oder mehreren Einfüllöffnungen 11 versehen sein können.
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In 3 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt B aus der Ansicht gemäß 2 herausgestellt.
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Der Grundkörper 3 der Spannvorrichtung 1 weist eine Druckkammer 13 auf. Zur Bildung der Druckkammer 13 ist der Grundkörper 3 als ein Ring 3a ausgebildet, der an seiner in Wirkungsrichtung weisenden Stirnfläche 15, also der frontseitigen Stirnfläche 15 mit einer umlaufenden Nut 17 versehen ist. Die Nut 17 weist einen Absatz 19 auf, an dem eine ringscheibenförmige Membran 21 aufsitzt. Die ringscheibenförmige Membran 21 verschließt die Nut 17 unter Belassung der Druckkammer 13. In Richtung der frontseitigen Stirnfläche 15, also in Wirkungsrichtung, weist die Nut 17 eine Öffnung 23 auf, die von der Membran 21 unter Bildung der Druckkammer 13 druckdicht verschlossen ist. Die Membran 21 ist mit dem Grundkörper 3 druckdicht verbunden. Vorzugsweise sind der Grundkörper 3 und die Membran 21 aus metallischen Werkstoffen hergestellt, besonders bevorzugt sind sie aus Stahl hergestellt. Die Membran 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Grundkörper 3 druckdicht mittels einer umlaufenden Schweißnaht 25 verschweißt.
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An einer der Membran 21 gegenüber liegenden Seite der Druckkammer 13 ist ein Druckkanal 27 angeschlossen. Der Druckkanal 27 verbindet die im Grundkörper 3 angeordnete Einfüllöffnung 11 für das Druckfluid mit der Druckkammer 13. Im Grundkörper 3 ist ein Ventilsitz 29 für einen Ventilkörper 31, insbesondere einen Kugelkörper 31a eingebracht. Der Druckkanal 27 weist einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt 33 auf, in dem eine Federeinrichtung 35, im gezeigten Ausführungsbeispiel in Gestalt einer Federwendel 35a eingesetzt ist. Mittels der Federwendel 35a wird der Kugelkörper 31a in einer vom Ventilsitz 29 getrennten Offenstellung vorgespannt gehalten.
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Der Ventilkörper 31 bzw. der Kugelkörper 31a wird durch ein Stellmittel 37, insbesondere eine Stellschraube 37a in eine druckdichte Schließstellung gegen den Ventilsitz 29 gedrückt gehalten. Das Stellmittel 37 bzw. die Stellschraube 37a ist in einer mit der Symmetrieachse S1 des Ventilsitzes 29 und dem zwischen Ventilsitz 29 und Druckkammer 13 liegenden Abschnitt des Druckkanals 27 fluchtenden Stellrichtung S2 in dem Grundkörper 3 gelagert.
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Dem Stellmittel 37 bzw. der Stellschraube 37a nachgelagert ist ein Verschlussglied, das den Druckkanal 27 gegen die Umgebung der Spanneinheit abdichtet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verschlussglied als Verschlussschraube 9 mit einem Schraubenkopf 9a ausgebildet. Der Schraubenkopf 9a liegt an einem Dichtring 54 an, welcher wiederum an einem entsprechend ausgeformten Abschnitt der rückwärtigen Stirnseite 5 des Grundkörpers 3 anliegt. In einer weiteren Fortbildung einer erfindungsgemäßen Spanneinheit kann das Verschlussglied als ein angeformter Abschnitt des Stellmittels 37 ausgebildet sein.
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Ein zwischen der Einfüllöffnung 11 für das Druckfluid und dem Ventilsitz 29 liegender Abschnitt 39 des Druckkanals 27 ist in einem spitzen Winkel zur Längserstreckung des Stellmittels 37 bzw. der Stellschraube 37a ausgerichtet in dem Grundkörper 3 angeordnet. Die Einfüllöffnung 11 für das Druckfluid ist dabei an einer Umfangsseite 41 des Grundkörpers 3 angeordnet. Der Abschnitt 39 des Druckkanals 27 ist durch ein weiteres Verschlussglied, vorzugsweise durch eine Verschlussschraube 53 gegen die Umgebung der Spanneinheit abgedichtet. Diese weist einen Schraubenkopf 53a auf, der an einem Dichtring 55 anliegt, welcher wiederum an einem entsprechend ausgestalteten Abschnitt des Grundkörpers 3 anliegt.
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Das Stellmittel 37 weist einen vorzugsweise zylindrischen Abschnitt 37b auf, welcher eine Anzahl von umlaufenden Nuten 37c ausbildet. In diesen Nuten 37c sind Dichtringe 52 gehalten, die den Abschnitt 37b des Stellmittels 37 gegen einen Abschnitt 3b des Grundkörpers 3 druckfest abdichten. Vorzugsweise ist der Abschnitt 3b als zylindrische Bohrung ausgebildet, welche fluchtend mit der Stellachse S2 ist, und welche einen nur geringfügig größeren Durchmesser als der Abschnitt 37b des Stellmittels 37 aufweist. Wird in Offen-Stellung des Ventilkörpers 31 nach dem Entfernen der Verschlussschrauben 9, 53 und nach dem Anschließen eines Druckerzeugers an den Abschnitt 39 des Druckkanals 27 ein Druckfluid in den gesamten Druckkanal 27 gepresst, bewirken die Dichtringe 55, dass der Fluiddruck nicht am Stellmittel 37 vorbei zur rückwärtigen Stirnseite 5 entweichen kann.
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Der Grundkörper 3 ist zur Bildung einer Spannmutter 1a mit einem Gewinde 43 versehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gewinde 43 innenumfangsseitig des Grundkörpers 3 angeordnet und stellt somit ein Innengewinde 43a dar.
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Somit kann die Erfindung die Sicherung eines Wälzlagers mittels einer Spannmutter 1a betreffen. Zu diesem Zweck kann ein vorzugsweise einteiliger Grundkörper 3 an seiner, an einem Lagerinnenring anliegenden, Stirnfläche 15 eine umlaufende Druckkammer 13 aufweisen. Die Druckkammer 13 ist im Ausführungsbeispiel durch eine eingeschweißte Membran 21 verschlossen. Nach dem Aufdrehen der Spannmutter 1a bis zur satten Anlage der Membran 21 am Lagerring des Wälzlagers wird die Druckkammer 13 mit dem Druckfluid beaufschlagt. Das Druckfluid fließt über den Druckkanal 27 in die Druckkammer 13. Ein Kugelkörper 31a liegt zu diesem Zeitpunkt mit Hilfe der Federwendel 35a an der geöffneten Stellschraube 37a an.
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Die auf den Grundkörper 3 aufgeschweißte, relativ dünne Stirnwand der Membran 21 beult sich elastisch aus und belastet so das Wälzlager axial mit der erforderlichen axialen Vorspannung. Sobald der erforderliche Druck erreicht ist, wird mit der Stellschraube 37a der Kugelkörper 31a gegen den Ventilsitz 29 gepresst und der Druck eingesperrt. Durch die Abdichtkonstruktion mit voll-metallischer Abdichtung einer Wälzlagerkugel bzw. des Kugelkörpers 31a gegen den Ventilsitz 29 in der Ölbohrung des Grundkörpers 3 ist die dauerhafte Druckdichtigkeit gegeben. Das Montieren der Verschlussschraube 53 mit dem Dichtring 55 bietet einen zusätzlichen Schutz gegen einen Druckverlust der Spanneinheit für den theoretisch so gut wie auszuschließenden Fall, dass die metallische Abdichtung zwischen Kugelkörper 31a und Ventilsitz 29 versagt.
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Die 4 zeigt eine Variante zur Gestaltung gemäß 3, bei welcher der zwischen der Einfüllöffnung 11 für das Druckfluid und dem Ventilsitz 29 liegende Abschnitt 39 des Druckkanals 27 nicht in einem spitzen Winkel zur Längserstreckung des Stellmittels 37, sondern in einem rechten Winkel ausgerichtet in dem Grundkörper 3 angeordnet ist. Die Einfüllöffnung 11 für das Druckfluid ist dabei weiterhin an der Umfangsseite 41 des Grundkörpers 3 angeordnet. Des Weiteren weist die Nut 17 keinen Absatz 19 auf, an dem die ringscheibenförmige Membran 21 aufsitzt, sondern die ringscheibenförmige Membran 21 sitzt unmittelbar an dem Grund der Nut 17 auf. Eine Druckkammer 13 wird in dieser Ausführungsform alleine durch ein elastisches Aufwölben der Membran 21 geschaffen.
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Die 5 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Montagebaugruppe aufweisend einen Lagersitz 44, ein Wälzlager 45 und die erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 bzw. die Spannmutter 1a. Die Spannmutter 1a spannt die beiden Innenringe 47a, 47b eines beispielhaft dargestellten zweireihigen Kegelrollenlagers 45a gegenseitig in eine vorgespannte Lage und gemeinsam gegen den Lagersitz 44.
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Beide Lagerreihen des zweireihigen Kegelrollenlagers 45a weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Druckwinkel von 45° auf. Dies verleiht dem Kegelrollenlager 45a eine große Stützweite und damit hohe Steifigkeit. Ein weiterer Vorteil des großen Druckwinkels ist der sich daraus ergebende kleine Kegelwinkel der Rollen 49. Je kleiner der Kegelwinkel, desto geringer wird die Reibung zwischen den Rollen 49 und dem Führungsbord 51. Zusätzlich ist der Führungsbord 51 tribologisch günstig gestaltet, damit sich im Rolle-Bord-Kontakt ein idealer Schmierfilm einstellen kann.
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Ausgehend von den Werten, die für solche zweireihigen Kegelrollenlager 45a gegeben sind, würde bei Auftreten einer beispielsweise maximalen, axialen Betriebslast von Fax,max=7.500kN in der Druckkammer 13 ein Druck von ca. 350 bar anliegen. Aufgrund der Schweißnähte 25 in der frontseitige Stirnfläche 15, und da die komplette frontseitige Stirnfläche 15 plan an den zu verspannenden Bauteilen, wie beispielsweise dem Innenring 47b gemäß 5 anliegen können, ist ein Aufreißen der Schweißnähte verhindert.
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Zur Befüllung der Druckkammer kann beispielsweise eine der in der 2 dargestellten Einfüllöffnungen 11 zur Entlüftung verwendet werden, während über die andere Einfüllöffnung 11 das Druckfluid eingefüllt wird. Alternativ kann zu jeder Druckkammer 13 eine Anzahl von speziellen Entlüftungsöffnungen vorgesehen sein, die nach dem Entlüften des Systems mit Verschlüssen versehen werden. Weiterhin kann in einer alternativen Ausführungsform über eine geeignete Vorrichtung die Druckkammern 13 vor der Befüllung mit dem Druckfluid evakuiert werden, so dass beispielsweise keine Luft in den Druckkammern 13 verbleiben kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 1a
- Spannmutter
- 3
- Grundkörper
- 3a
- Ring
- 3b
- Abschnitt
- 5
- rückwärtige Stirnseite
- 7
- Bohrungen
- 9
- Verschlussschraube
- 9a
- Schraubenkopf
- 11
- Einfüllöffnung
- 13
- Druckkammer
- 15
- frontseitige Stirnfläche
- 17
- Nut
- 19
- Absatz
- 21
- Membran
- 23
- Öffnung
- 25
- Schweißnaht
- 27
- Druckkanal
- 29
- Ventilsitz
- 31
- Ventilkörper
- 31a
- Kugelkörper
- 33
- erweiterter Abschnitt
- 35
- Federeinrichtung
- 35a
- Federwendel
- 37
- Stellmittel
- 37a
- Stellschraube
- 37b
- Abschnitt
- 37c
- Nut
- 39
- Abschnitt
- 41
- Umfangsseite
- 43
- Gewinde
- 43a
- Innengewinde
- 44
- Lagersitz
- 45
- Wälzlager
- 45a
- zweireihiges Kegelrollenlager
- 47a, 47b
- Innenringe
- 49
- Rollen
- 51
- Führungsbord
- 52
- Dichtring
- 53
- Verschlussschraube
- 53a
- Schraubenkopf
- 54
- Dichtring
- 55
- Dichtring
- S1
- Symmetrieachse
- S2
- Stellrichtung
