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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sicherungsring, der in eine Ringnut eines Basisteils, wie Welle, Zapfen oder Bohrung, zum Abstützen eines auf oder in demselben angeordneten Maschinenteils einsetzbar ist und einen beim Einsatz in die Ringnut eingreifenden Halteabschnitt mit einem von dem Maschinenteil abgewandten vorderen Stützabschnitt und einen aus der Ringnut herausragenden Halteabschnitt mit einer dem Maschinenteil zugekehrten Stützschulter aufweist.
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Ein Sicherungsring dieser Art ist in der
DE 197 55 845 C1 als bekannt ausgewesen. Dieser bekannte Sicherungsring weist einen kreisförmigen Innenumfang auf und wird zum Abstützen eines auf einer Welle angeordneten Maschinenteils in eine in die Welle eingebrachte umlaufende Ringnut eingesetzt, wie z. B.
9A zeigt. Zum einfachen Aufweiten ist der Sicherungsring mit einem Schlitz versehen, so dass er axial über den Außenumfang der Welle bis zu der Ringnut geführt werden kann und dann in diese infolge seiner Elastizität einschnappt, wobei er im eingesetzten Zustand über den Außenumfang der Welle vorsteht und einen Halteabschnitt mit einer dem Maschinenteil zugekehrten Stützschulter bildet. Damit beim Aufweiten und beim Einsatz in der Nut um den gesamten Umfang möglichst gleiche radiale Kräfte bewirkt werden, nimmt die Ringbreite in radialer Richtung ausgehend von dem Schlitz auf beiden Seiten desselben bis zu der gegenüberliegenden Seite stetig zu. Zur Vergrößerung der Anlagefläche für das Maschinenteil können entlang dem Außenumfang ergänzende radial vorstehende Stützflächen vorgesehen sein. Der in die Ringnut eingreifende Halteabschnitt bildet auf seiner von dem Maschinenteil abgewandten Seite einen Stützabschnitt gegen axiale Andruckkräfte desselben. Der Stützabschnitt steht zum Erzeugen möglichst hoher Stützkräfte in axialer Richtung in der Regel senkrecht zur Achsrichtung der Welle, kann aber auch zum Bewirken eines Nachsetzens und Verhindern eines ungewollten Spiels leicht angeschrägt sein, und zwar maximal um 15°, um noch ausreichende axiale Haltekräfte zu gewährleisten (vgl.
9B und
9C).
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Die
DE 297 10 999 U1 zeigt einen Sicherungsring, der zum Abstützen eines Maschinenteils gegen axiales Verschieben in einer Bohrung verwendet wird und in eine umlaufende Ringnut derselben eingesetzt wird, indem sein Außenumfang durch Zusammendrücken im Schlitzbereich verringert wird und die nach außen wirkenden Elastizitätskräfte den Sicherungsring beim Einsatz in der Ringnut halten. Dieser Sicherungsring weist über seinen Umfang eine gleichbleibende radiale Breite auf und gleichmäßige Andruckkräfte werden mittels einer vorgegebenen Einbiegung der dem Schlitz zugekehrten Schenkelabschnitte bewirkt.
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Ein weiterer Sicherungsring zum Einsetzen in die Ringnut einer Welle und Halten eines Maschinenteils auf derselben ist in der
DE 297 03 899 U1 gezeigt, wobei ohne Schlitz mittels einer mit Ausnehmungen versehenen Innenkontur und einer mit Ausnehmungen versehenen Außenkontur erreicht wird, dass der Sicherungsring soweit aufgeweitet werden kann, dass er über den Außenumfang einer Welle geführt werden kann und anschließend infolge seiner Elastizitätskräfte in eine Ringnut einschnappt.
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Weitere Sicherungsringe dieser Art sind in einem Katalog „Benzing” der Anmelderin gezeigt, wobei im Zusammenhang mit Anwendungsbeispielen auch verschiedene Einsatzfälle betrachtet sind. Unter anderem ist gezeigt, dass Phasen oder Rundungen in dem der Stützschulter zugekehrten Abstützbereich des Maschinenteils und/oder in dem diesem gegenüberliegenden Bereich der mit dem Stützabschnitt zusammenwirkenden Ringnut die axialen Stützkräfte wesentlich beeinflussen können. Darüber hinaus sind bei auf Wellen aufgebrachten Sicherungsringen meist Drehzahlbegrenzungen wegen der entstehenden Fliehkraft gegeben, falls eine umfangsseitige Sicherungsmaßnahme nicht vorgesehen werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sicherungsringe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die bei möglichst geringem Gewicht bzw. Materialbedarf eine zuverlässige Sicherungsfunktion für Maschinenteile auf axial erstreckten Basisteilen zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass in dem außerhalb des Stützabschnitts und der Stützschulter liegenden Querschnittsbereich gegenüber einem rechteckigen, quadratischen oder runden Vollquerschnitt mindestens eine in Umfangsrichtung des Sicherungsrings umlaufende Aussparung in der Umfangsfläche oder im Inneren des Sicherungsringes ausgebildet ist.
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Mit diesen Maßnahmen wird gegenüber einem Sicherungsring mit rechteckiger, quadratischer oder runder Grundform des voll ausgefüllten Querschnitts die axiale Abstützfunktion für ein Maschinenteil bei geringerem Gewicht bzw. Materialbedarf gewährleistet oder umgekehrt, bei gleichem Materialbedarf eine verbesserte Sicherungsfunktion erreicht, da die Stützschulter und der Stützabschnitt des Sicherungsrings unbeeinträchtigt bleiben. Beispielsweise kann eine Stützwirkung bei geringerem Materialbedarf durch eine Verbreiterung des Sicherungsrings in axialer Richtung oder Vergrößern der Stützschulter in radialer Richtung erreicht werden. Auch könne insbesondere Von dem Stützabschnitt abgelegene scharfe Übergangsbereiche bzw. Kanten in der Ringnut durch entsprechende Aussparung des Sicherungsrings vermieden werden, wodurch Kerbwirkungen reduziert werden können. Zudem lässt sich durch geeignete Anordnung der Aussparungen und damit Gewichtsverteilung in radialer Richtung auf die Fliehkraft Einfluss nehmen.
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Bei rechteckförmiger oder quadratischer Grundgestaltung des Sicherungsringquerschnitts bestehen für die Herstellung und verschiedene Einsatzfälle vorteilhafte Ausgestaltungen darin, dass gegenüber einer rechteckigen oder quadratischen Querschnittsform des Sicherungsringes eine Aussparung in dem an den vorderen Stützabschnitt anschließenden, außerhalb der Ringnut liegenden vorderen Konturabschnitt und/oder eine Aussparung in dem an die Stützschulter anschließenden, in die Ringnut hineinragenden hinteren Konturabschnitt ausgebildet ist.
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Hierbei ergibt sich eine günstige Bearbeitung mit Vorteilen für den Einsatz dadurch, dass die vordere und/oder die hintere Aussparung mittels einer den gedachten Eckbereich im Querschnitt schräg abschneidenden Gerade gebildet sind. Dabei besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, dass die Querschnittsform rautenförmig ist. Weitere vorteilhafte Ausbildungen für den Aufbau und die Funktion des Sicherungsrings werden dadurch erhalten, dass sich ein oder zwei in Normalenrichtung der Ebene des Sicherungsringes erstreckende Querschnitts-Konturabschnitte an dem außerhalb und/oder an dem innerhalb der Ringnut liegenden Konturabschnitt belassen sind.
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Für die Lagerung und Abstützfunktion des Sicherungsrings ergeben sich ferner Vorteile dadurch, dass sich ein nasenartiger Vorsprung von dem Stützabschnitt in axialer Richtung des Basisteils vorstehend entlang der dem Basisteil zugekehrten Seite des Maschinenteils erstreckt, da dadurch z. B. einer durch axiale Kräfte bewirkten Kippneigung entgegen gewirkt werden kann.
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Große axiale Kräfte mit guter Absicherung in der Nut und vorteilhaft dimensionierbaren Stützschultern werde des Weiteren durch die Maßnahmen erhalten, dass gegenüber mindestens einer zur Achse des Basisteils parallelen Seite eines rechteckigen oder quadratischen Vollquerschnitts eine U-förmige oder V-förmige Aussparung eingebracht ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen hinsichtlich Stabilität und Gewichtsreduzierung bzw. Materialersparnis werden dadurch erreicht, dass die Aussparung als geschlossener Hohlraum ausgebildet ist. Die Wandung um den Hohlraum kann beispielsweise durch einen Biegeprozess eines Flachmaterials hergestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen eines Sicherungsrings bei Einsatz in einer Ringnut eines Basisteils und Abstützung eines Maschinenteils im Querschnitt, wobei der Sicherheitsring aus Vollmaterial besteht,
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7 und 8 weitere Ausführungsbeispiele für in Ringnuten eines Basisteils eingesetzte und ein Maschinenteil abstützende Sicherungsringe im Querschnitt, wobei in den Sicherungsringen ein geschlossener Hohlraum gebildet ist und
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9A bis 9C verschiedene Einsatzfälle von Sicherungsringen nach dem Stand der Technik.
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Wie die auch eingangs bereits erwähnten 9A, 9B und 9C zum Stand der Technik zeigen, werden Sicherungsringe auf axial erstreckten Basisteilen 1, wie z. B. Wellen, Bohrungen oder Zapfen oder dgl. in eine dort ausgebildete Ringnut 10 eingesetzt, um ein Maschinenteil 2 gegen ein Verschieben in axialer Richtung des Basisteils 1 abzustützen. Dabei bildet ein über den Außenumfang z. B. einer Welle oder den Innenumfang einer Bohrung herausragender Halteabschnitt des Sicherungsrings 3 eine dem Maschinenteil 2 zugekehrte Stützschulter 31, während ein in die Ringnut hineinragender Halteabschnitt auf der dem Maschinenteil 2 in axialer Richtung gegenüber liegenden Seite des Sicherungsrings 3 eine sich an der zugekehrten steilen Wand der Ringnut 10 abstützenden Stützabschnitt bildet.
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In den 1 bis 8 sind lediglich Querschnittsbereiche des Basisteils 1 mit der Ringnut 10 und des Maschinenteils 2 sowie verschiedener Ausgestaltungen von in die Ringnut 10 eingesetzten Sicherungsringen 3 dargestellt, die sich auf der dem Maschinenteil 2 axial gegenüberliegenden Seite in der Ringnut 10 abstützen, um entgegen wirkende axiale Andruckkräfte des Maschinenteils 2 aufzunehmen. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Ringnut 10 im Querschnitt jeweils rechteckförmig mit einem in axialer Richtung verlaufenden Nutgrund und zwei in radialer Richtung zeigenden Nutwänden, nämlich einer von dem Maschinenteil 2 abgewandten vorderen Nutwand 12 und einer auf dem Maschinenteil zugekehrten Seite liegenden hinteren Nutwand 13. Die steile vordere Nutwand 12 ist notwendig, um eine hohe Stützkraft gegen axiales Verschieben des Maschinenteils 2 zu bewirken, wozu in allen dargestellten Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 7 der Sicherungsring mit einem entsprechend angepassten steilen vorderen Stützabschnitt 30 versehen ist, der vorzugsweise vollflächig mit der vorderen Nutwand 12 über den gesamten Umfang des gegebenenfalls geschlitzten Sicherungsrings 3 im abstützenden Zustand anliegt. Ist ein Nachsetzen erwünscht, kann die vordere Nutwand auch leicht angeschrägt sein, jedoch um maximal 15° gegenüber der radialen Richtung, wie eingangs bereits erwähnt und in den 9B und 9C gezeigt. Bei geringeren Stützkräften in axialer Richtung kann auch eine gerundete Nut mit entsprechend gerundeter Außenkontur des Sicherungsrings 3 gewählt sein, wie in 8 gezeigt. Hierbei ist es vorteilhaft, die mit dem herausragenden Halteabschnitt beim Abstützen zusammenwirkende Flanke des Maschinenteils 2 abzuschrägen bzw. den Sicherungsring 3 etwas überfangend auszubilden, so dass das Maschinenteil 2 bei axialer Verschiebung den Sicherungsring 3 in die Ringnut 10 hineindrückt und einem Herausbewegen des Sicherungsrings 3 aus der Ringnut 10 entgegenwirkt, wie aus 8 ersichtlich.
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In jedem Falle bildet der aus der Ringnut 10 herausragende Halteabschnitt an seiner dem Maschinenteil 2 zugekehrten Seite eine dieses gegen axiale Andruckkräfte abstützende Stützschulter 31, die vorteilhaft eine radial, also senkrecht zu der axialen Andruckkraft des Maschinenteils 2 gerichtete Stützfläche bildet.
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Bei allen Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 8 ist der Sicherungsring über seinen Querschnitt betrachtet mit einer Aussparung 32, 32', 32'' versehen, die gegenüber einem üblichen vollflächigen rechteckförmigen, quadratischen oder runden Querschnitt entweder in dem Umfangsbereich außerhalb des Stützabschnittes 30 und der Stützschulter 31 in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet ist, wie die 1 bis 6 zeigen, oder als geschlossener Hohlraum im inneren des rechteckförmigen, quadratischen oder runden Querschnitts umlaufend angeordnet ist, wie die 7 und 8 zeigen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der aus der Ringnut 10 herausragende Abschnitt in dem von dem Maschinenteil 2 abliegenden (gedachten) Eckbereich abgeschnitten, beispielhaft mittels einer im Querschnitt geraden Linie, und zwar soweit, dass noch ein genügend stabiler Materialabschnitt im Bereich der Stützschulter vorhanden ist, und zwar auch dann, wenn das Maschinenteil 2 in seinem an den Sicherungsring 3 angrenzenden Kantenbereich abgerundet oder angefast ist. Wie aus 1 ersichtlich, ist von dem aus der Ringnut 10 herausragenden Halteabschnitt noch ein Teil der achsparallelen Fläche des Sicherungsrings 3 belassen. Die Aussparung 32 in dem von dem Maschinenteil 2 abgelegenen, aus der Ringnut 10 herausragenden Eckbereich ergibt somit praktisch keine Schwächung der Abstützfunktion, wobei jedoch eine erhebliche Gewichts- bzw. Materialersparnis erreicht wird. Bei rotierenden Wellen können sich dadurch auch Vorteile zum Verringern der Fliehkraft ergeben, da sich dabei hauptsächlich radial entferntere Massenbereiche auswirken.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind in den (gedachten) achsparallelen Rechteckseiten des Sicherungsringquerschnitts beidseitige Aussparungen 32 als U-förmige oder V-förmige Ausmuldungen eingebracht, wobei ein mittlere Materialbereich oberhalb und auch in der Nut vorhanden ist, so dass sich eine hohe Stabilität in axialer Richtung ergibt. Die Abstützfunktion im Bereich der Stützschulter 31 und in der Nut bleibt vollständig erhalten. in axialer Richtung können die Stützkräfte durch Verbreitern des Sicherungsringquerschnitts erhöht und in radialer Richtung kann die Stützschulter 31 erforderlichenfalls einfach vergrößert werden. Diese bezüglich einer Mittelquerebene symmetrische Ausbildung bietet Vorteile bei der Anwendung.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist gegenüber 1 auch der in die Ringnut 10 eingreifende Halteabschnitt des Sicherungsrings 3 in dem dem Maschinenteil zugekehrten bzw. von dem Stützabschnitt 30 abgekehrten Eckbereich ausgespart, wodurch eine weitere Material- bzw. Gewichtsersparnis erreicht wird. Auf dem Nutgrund 11 sitzt dabei noch ein in axialer Richtung verlaufender Wandabschnitt des Sicherungsrings 3 stabilisierend auf.
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Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist, wie bei der Ausbildung nach 4, bei dem in der Ringnut 10 liegenden Halteabschnitt ebenfalls in dem von dem Stützabschnitt 30 abgelegenen Eckbereich eine zusätzliche Aussparung 32' vorhanden, jedoch ist in Abweichung zu der Ausführung nach 4 die Querschnittsform des Sicherungsrings rautenförmig, also ohne axial verlaufende Flächenbereiche ausge-staltet. Bei dieser Ausbildung wird vermehrt Material bzw. Gewicht eingespart, wobei die Abstützkräfte über die axiale Materialdicke der Sicherungsscheibe 3 in weiten Grenzen bestimmt werden können.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gegenüber der Ausbildung nach 5 anschließend an den vorderen Stützabschnitt 30 des Sicherungsrings 3 eine sich noch etwas über die Umfangsfläche des Basisteils 1 über den Rand der Ringnut 10 hinaus erstreckende Nase gebildet, die eine zusätzliche Stützfunktion gegen die axialen Andruckkräfte des Maschinenteils 2 übernehmen kann, falls eine Kippwirkung infolge von Hebelkräften auftritt. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gegenüber 4 an dem in der Ringnut 10 liegenden Halteabschnitt die Auf lagefläche des Sicherungsrings 3 auf dem Nutgrund 11 bis zu der hinteren Nutwand 13 verlängert, so dass sich auch an dieser eine Stützkraft gegen eine von dem Maschinenteil 2 gegebenenfalls erzeugte Kippwirkung erreicht wird.
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Mit den Ausgestaltungen nach den 7 und 8, wobei die Aussparung 32'' als geschossener Hohlraum ausgebildet ist, bleibt eine rechteckförmige bzw. runde Außenkontur erhalten, jedoch wird auch hierbei bei gleicher Stützkraft wie bei vollflächigem Querschnitt eine erhebliche Gewichts- bzw. Materialersparnis erreicht oder es kann bei geringerer Gewichts- oder Materialersparnis eine Ausbildung mit vergrößertem Stützabschnitt 30 und vergrößerter Stützschulter 31 und gegebenenfalls erhöhten Stützkräften in axialer Richtung bereitgestellt werden. Der geschlossene Hohlraum kann durch Biegen bzw. Rollen eines Flachmaterials hergestellt werden oder ein solcher Sicherungsring 3 mit Hohlraum kann aus einem Profilrohr hergestellt werden. Auch hierdurch kann bei schnell rotierenden Wellen die Fliehkraft verringert werden.
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Bei den genannten Ausführungsbeispielen lassen sich außer den axialen Stützkräften auch die radialen Aufspreizkräfte bzw. Andruckkräfte auf den Nutgrund und somit die Montage und Funktion beim Einsatz des Sicherungsrings 3 vorteilhaft beeinflussen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19755845 C1 [0002]
- DE 29710999 U1 [0003]
- DE 29703899 U1 [0004]
