DE102015012705A1

DE102015012705A1 - Verspanneinheit für Wälzlager auf Achsen und Wellen

Info

Publication number: DE102015012705A1
Application number: DE102015012705.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Landwehr; Wilhelm Landwehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-03
Filing date: 2015-10-03
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-10-04
Also published as: DE102015012705B4; WO2017054927A3; WO2017054927A2

Abstract

Zur axialen Verspannung von Wälzlagern auf Achsen und Wellen werden Einheiten mit einer axial wirkenden, ringförmigen Druckkammer verwendet, die nach dem Ablassen des Kammerdruckes mit mechanischen Spanneinheiten axial verspannt sind. Die wirksame Fläche der Druckkammer ist dabei nach radial auswärts durch den Außendurchmesser der Komponenten und durch den Raumbedarf der um die Druckkammer angeordneten Spanneinheiten begrenzt. Die erfindungsgemäße Verspanneinheit ermöglicht durch ihren Aufbau die Maximierung der wirksamen Druckfläche bei gegebenen Abmessungen der Baueinheit, indem die Spanneinheiten die Druckkammer axial durchragen. Bei vorgegebenem Fluiddruck wird so die axiale Verspannkraft maximiert. Die Verspanneinheit umfasst wenigstens eine, durch wenigstens zwei aus den ringförmigen Körpern (1, 2, 3, 4) und der Achse oder Welle (5) ausgebildete, axial wirkende Druckkammer (6). Die Spanneinheiten (32) durchragen die Druckkammer (6) axial und bewirken so die Verspannung der Einheit. Durch ihren Aufbau ermöglicht die erfindungsgemäße Verspanneinheit die zuverlässige axiale Verspannung von Wälzlagern bei maximierter Axialkraft und geringem Bau- und Kostenaufwand. Eine erfindungsgemäße Baueinheit wird in Triebsträngen von Maschinen und Anlagen verwendet; hierbei bevorzugt in Windenergieanlagen und in Großantrieben.

Description

Zur axialen Vorspannung großer Wälzlager werden Baueinheiten verwendet, welche die benötigte Vorspannkraft durch eine Anzahl von Schraubelementen oder durch hydraulisch betätigte Komponenten aufbringen. Die wegen ihrer einfacheren Bedienung und der genaueren Einhaltung der Vorspannkraft vorteilhaften, hydraulisch betätigten Baueinheiten weisen eine Anzahl von Spanneinheiten auf, die nach dem Ablassen des Öldruckes die axiale Verspannung zwischen den Komponenten der Baueinheit und des Wälzlagers aufrecht erhalten. Die Spanneinheiten bestehen beispielsweise aus Druckschrauben, die in Gewindebohrungen einer der Komponenten eingeschraubt sind, und gegen eine Stirnfläche einer anderen Komponente oder gegen einen der Lagerringe verspannt sind. Baueinheiten, welche aufgrund der relativ einfachen Bauweise eine ringförmig um ihre Mittelachse angeordnete Druckkammer ausbilden, weisen Spanneinheiten auf, welche radial einwärts oder auswärts von der Druckkammer angeordnet sind. Bei einem vorgegebenen maximalen Außendurchmesser der Baueinheit bewirkt diese Anordnung, dass die radiale Erstreckung der Stirnflächen der Druckkammer recht eng begrenzt ist. Dieses ist besonders stark ausgeprägt, wenn die Spanneinheiten eine relativ große Anlagefläche aufweisen, um die Flächenpressung zwischen den Spanneinheiten und den anliegenden Komponenten zu reduzieren. Die daraus folgende, relativ große radiale Erstreckung der Spanneinheiten bewirkt eine relativ geringe radiale Erstreckung der Druckkammer und damit eine entsprechend kleine Stirnfläche derselben. Über den aus der Formel Kraft = Druck·Fläche gegebenen linearen Zusammenhang zwischen der Größe der hydraulisch wirksamen Stirnflächen und dem aufgebrachten Öldruck ergibt sich bei vorgegebener Vorspannkraft, dass eine derartige Baueinheit mit einem höheren Öldruck beaufschlagt werden muss, als eine Baueinheit, bei der ein großer Teil der im wesentlichen ringförmigen Querschnittsfläche der Baueinheit durch die Druckkammer eingenommen wird. Im Umkehrschluss kann bei Vorgabe eines maximal aufzubringenden Öldrucks mit einer derartigen Baueinheit nur eine geringere Vorspannkraft bewirkt werden, als es über die Querschnittsfläche der Baueinheit möglich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise einfach herzustellende Verspanneinheit zur Einstellung der axialen Vorspannung von Wälzlagern auf Achsen und Wellen bereitzustellen, welche mechanische Spanneinheiten sowie eine im Wesentlichen ringförmige hydraulische Druckkammer mit einer relativ zum radialen Bauraum der Verspanneinheit großen axialen Druckfläche aufweist. Die Druckkammer ist dabei wenigstens teilweise um die Mittelachse der Verspanneinheit umlaufend ausgeführt; bevorzugt ist sie als vollständig umlaufende ringförmige Kammer ausgebildet. Durch diese Ausführung kann die Verspanneinheit entweder eine vorgegebene axiale Vorspannkraft mit einem möglichst geringen Öldruck erzeugen, oder sie kann mit einem vorgegebenen Öldruck eine möglichst große axiale Vorspannkraft erzeugen. Die mechanischen Spanneinheiten bewirken die Aufrechterhaltung der axialen Verspannung nach dem Ablassen des Öldruckes.
Eine erfindungsgemäße Verspanneinheit ist derart ausgeführt, dass die Spanneinheiten die Druckkammer axial durchragen und so eine axiale Verspannung zwischen den Komponenten der Verspanneinheit herstellen. Auf diese Weise sind die Spanneinheiten nicht radial einwärts oder auswärts der Druckkammer angeordnet, wodurch bei vorgegebener radialer Bauhöhe der Verspanneinheit die radiale Erstreckung der ringförmigen Druckkammer wenigstens um den radialen Raumbedarf einer Spanneinheit oder einer einzelnen verspannenden Komponente einer solchen Spanneinheit vergrößert werden kann.
Eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit besteht aus einem im Wesentlichen ringförmigen Gehäusekörper, einem vorzugsweise ringförmigen Druckring mit zylindrischer Innenseite und zylindrischer Außenseite und aus einem vorzugsweise ringförmigen Haltekörper. Der Gehäusekörper und der Druckring sitzen mit jeweils einem zylindrischen, inneren Abschnitt auf einem außenzylindrischen Abschnitt der Welle auf, wobei die Innendurchmesser der aufsitzenden Abschnitte von Gehäusekörper und Druckring sowie der Außendurchmesser des Wellenabschnittes so bemessen sind, dass zwischen diesen Elementen relativ enge, radiale Spielpassungen ausgebildet werden. Der Gehäusekörper bildet auf seiner Innenseite einen zylindrischen Einbauraum für den Druckring aus, wobei der Innendurchmesser dieses Einbauraumes und der Außendurchmesser des Druckringes ebenfalls so gewählt sind, dass auch zwischen diesen Elementen eine relativ enge, radiale Spielpassung ausgebildet wird. Der Druckring ist durch jeweils wenigstens eine einzelne umlaufende Dichtung gegen die Welle und gegen den beschriebenen Einbauraum des Gehäusekörpers radial abgedichtet. Der auf der Welle aufsitzende, zylindrische Abschnitt des Gehäusekörpers ist ebenfalls durch wenigstens eine einzelne umlaufende Dichtung gegen die Welle radial abgedichtet. Durch die beschriebenen Abdichtungen wird zwischen Welle, Gehäusekörper und Druckring eine Druckkammer ausgebildet, welche über wenigstens eine, vorzugsweise in den Gehäusekörper eingebrachte Anschlussbohrung mit einem Druckfluid, bevorzugt mit Drucköl beaufschlagt wird. Über die kreisringförmigen Stirnflächen von Druckring und Einbauraum bewirkt der anliegende Öldruck den Aufbau einer axialen Kraft zwischen Gehäusekörper und Druckring. Das Drucköl wird durch eine Pumpeinheit bereitgestellt, die nur für das Verspannen des Wälzlagers über eine entsprechende Zuleitung mit der wenigstens einen Anschlussbohrung der erfindungsgemäßen Verspanneinheit verbunden ist. Die Pumpeinheit besteht im Wesentlichen aus einer motorisch, pneumatisch oder per Hand betätigten Hydraulikpumpe, die Öl aus einem Vorratsbehälter ansaugt und dieses in die Zuleitung presst, aus einem Rückschlagventil, welches ein Rücklaufen des Drucköls in die Pumpe verhindert, und aus einem Absperrventil, welches zum Ablassen des aufgebrachten Öldrucks geöffnet wird, so dass das Öl in den Vorratsbehälter zurückströmt. Vorzugsweise weist die Pumpeinheit zwischen dem Rückschlagventil und dem Anschluss der Zuleitungen ein Manometer auf, so dass über den aufgebrachten Öldruck und die wirksame Druckfläche der Druckkammer die auf das Wälzlager wirkende axiale Vorspannkraft ermittelt werden kann.
Grundsätzlich können bei allen Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit die umlaufenden Nuten zur Aufnahme der Dichtungen, welche die radiale Abdichtung eines Elements gegen ein anderes Element oder gegen die Welle bewirken, in jeweils eines der Elemente oder in die Welle eingebracht sein. Die Anordnung der Nuten in einem der jeweiligen Dichtungspartner kann dabei von der Belastung und den örtlich zur Verfügung stehenden Querschnitten abhängig sein.
Der einteilige oder mehrteilige Haltekörper weist in einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung an seiner Innenseite wenigstens einen Abschnitt auf, welcher eine kraftschlüssige oder bevorzugt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Haltekörper und äußeren Abschnitten der Welle erzeugt. Bevorzugt weisen diese Abschnitte von Haltekörper und Welle zur Ausbildung eines Formschlusses wenigstens annähernd kongruente Geometrien auf.
Die Geometrien für eine formschlüssige Verbindung können als umlaufende Rillen des einen Körpers und dazu passende, umlaufende Stege des anderen Körpers ausgebildet sein; bevorzugt sind sie als Gewinde ausgeführt. Ein entsprechend mit einem Innengewinde versehener Haltekörper ist vorzugsweise in der Art einer Wellenmutter oder eines Gewinderings ausgeführt. Ein radial in wenigstens zwei Segmente getrennter Haltekörper kann an seiner Innenseite einen nach radial einwärts gerichteten, wenigstens teilweise um den Umfang des Haltekörpers umlaufenden Vorsprung mit vorzugsweise zylindrischer Innenfläche aufweisen, der in eine entsprechend ausgebildete, wenigstens teilweise um den Umfang der Welle umlaufende, radiale Nut eingreift. Alternativ kann ein Haltekörper, der in eine umlaufende radiale Wellennut eingreift, auch in der Art eines aus dem Stand der Technik bekannten, einteiligen Wellensicherungsrings mit einer radialen Trennstelle ausgeführt sein. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Haltekörper und Welle kann durch das radiale Aufklemmen einer zylindrischen Innenfläche des Haltekörpers auf einen zylindrischen Abschnitt der Welle mit angepasstem Durchmesser erreicht werden. Vorteilhaft bewirkt dabei das Aufbringen einer reibwerterhöhenden Beschichtung oder einer rauen Struktur auf die zylindrische Innenfläche des Haltekörpers die Erhöhung der axialen Haltekraft zwischen den kraftschlüssigen zylindrischen Flächen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltekörper als Flanschring ausgebildet, der an einem entsprechenden Flanschabsatz der Welle mit Zugschrauben gehalten wird. Bei Anordnung der Verspanneinheit an einem Wellenende kann der Haltekörper ebenfalls als Flanschring ausgeführt sein; alternativ ist hier auch eine Bauart als durchgehender Deckel möglich. Grundsätzlich kann auch ein anderes mit der Welle verbundenes Bauteil bei entsprechender Ausgestaltung die Funktion des Haltekörpers übernehmen; hier sei als Beispiel ein, an das Wellenende angeflanschtes Zahnrad genannt, welches unmittelbar oder mittelbar über weitere Komponenten eine erfindungsgemäße Verspanneinheit seiner axialen Position auf einer Achse oder Welle fixiert.
Der Gehäusekörper und der Druckring sind auf der Welle axial zwischen Lagerinnenring und Haltekörper angeordnet. Je nach axialer Orientierung der Verspanneinheit liegt entweder der Gehäusekörper oder der Druckring jeweils mit seiner äußeren Stirnfläche an der Stirnfläche des Lagerinnenringes an, und das jeweils andere Element liegt mit seiner äußeren Stirnfläche axial am Haltekörper an. Durch das Einpressen des Drucköls in die Druckkammer wird in dieser die beschriebene axiale Kraft aufgebaut, welche den Druckring aus dem Gehäusekörper heraus schiebt. Die axiale Kraft wird in der einen Richtung vom Haltekörper und der Welle gegengehalten und bewirkt in der anderen Richtung das Verschieben des Lagerinnenrings auf der Welle. Das daraus resultierende axiale Zusammenpressen der Lagerkomponenten erzeugt die Vorspannung des Lagers.
Nach dem Aufbringen der Vorspannkraft auf das Lager wird die Länge des gesamten Aufbaus axial mechanisch fixiert, um die Lagervorspannung beim Ablassen des Öldruckes aufrecht zu erhalten. Das Fixieren erfolgt durch die Montage axial wirkender Spanneinheiten, die zwischen den beiden Komponenten der Verspanneinheit verspannt werden, welche die Druckkammer ausbilden. Die Spanneinheiten bestehen bevorzugt aus jeweils einer Druckschraube oder aus einer Druckschraube und aus wenigstens einem weiteren, separaten Druckstück zur Übertragung der von der Druckschraube aufgebrachten Kraft. Die Druckschrauben sind in Gewindebohrungen in der ersten, die Druckkammer ausbildenden Komponente der Verspanneinheit eingeschraubt. Zum Übertragen der Vorspannkraft werden die Druckschrauben oder die Druckstücke mit ihren Stirnflächen an der Stirnfläche der zweiten, die Druckkammer ausbildenden Komponente zur Anlage gebracht. Wenigstens eines der Elemente der Spanneinheit weist in seiner Längserstreckung einen vorzugsweise zylindrischen Abschnitt auf, der zwischen dem Gewinde der Druckschraube und der Druckkammer angeordnet ist, und der die Druckkammer in axialer Richtung durchragt. Der zylindrische Abschnitt kann durch die Druckschraube oder durch ein separates Druckstück ausgebildet werden. Bei der Verwendung eines separaten Druckstücks kann dieses einen größeren Durchmesser aufweisen als die Druckschraube; dadurch wird die Flächenpressung an der Stirnfläche der zweiten, die Druckkammer ausbildenden Komponente reduziert, so dass diese gegebenenfalls aus einem Material mit geringerer Festigkeit hergestellt werden kann. Der zylindrische Abschnitt ist in einer Bohrung der, die Spanneinheiten aufnehmenden Komponente angeordnet. Der Durchmesser der Bohrung ist nur unwesentlich größer als der Durchmesser des Abschnitts, so dass der Abschnitt hier mit enger radialer Führung aufgenommen wird. Die Mittelachse der Bohrung ist vorzugsweise wenigstens annähernd parallel zur Mittelachse der Gewindebohrung, welche die Druckschraube aufnimmt; wird der zylindrische Abschnitt durch die Druckschraube ausgebildet, sind die Mittelachsen der Bohrung und der Gewindebohrung vorzugsweise kollinear. Eine vergrößerte Anlagefläche zwischen der Druckschraube und der zweiten, die Druckkammer ausbildenden Komponente lässt sich auch dadurch erreichen, dass der vorzugsweise zylindrische Abschnitt der Druckschraube größer ist als ihr Gewindedurchmesser. Die Einbaubohrung einer solchen Spanneinheit ist entsprechend in ihren Durchmessern gestuft, und die Druckschraube wird bei der werkseitigen Montage der Verspanneinheit entsprechend von der größeren Aufnahmebohrung aus in die Gewindebohrung eingeschraubt. Die Schlüsselgeometrie der Druckschraube ist deshalb so ausgeführt, dass sie durch die Kernbohrung des Gewindes passt.
Der zylindrische Abschnitt der Druckschraube beziehungsweise des Druckstücks ist mit mehreren Dichtungen gegen die Wandung der Bohrung abgedichtet, so dass an dieser Stelle kein Drucköl aus der Druckkammer entweichen kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der zylindrische Abschnitt umlaufende radiale Nuten zur Aufnahme der Dichtungen auf; in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung werden die umlaufenden radialen Nuten in der Bohrungswandung ausgebildet.
Um zu vermeiden, dass beim Betätigen der Spanneinheiten und beim dadurch bewirkten Einfahren der beschriebenen zylindrischen Abschnitte in die Druckkammer aufgrund der erfolgenden Volumenverdrängung der Öldruck in der Druckkammer ansteigt, weist die Pumpeinheit vorteilhaft ein einstellbares Druckbegrenzungsventil auf, welches für den erforderlichen Volumenausgleich bei Aufrechterhaltung des Öldruckes sorgt. Da auch bei einer Mehrzahl an Zuleitungen diese wenigstens über die Druckkammer hydraulisch verbunden sind, genügt ein einzelnes Druckbegrenzungsventil für das gesamte Zuleitungssystem. Das einstellbare Druckbegrenzungsventil sorgt weiterhin für die vereinfachte Anwendung der Verspanneinheit, da die gewünschte Vorspannkraft des Wälzlagers über den am Druckbegrenzungsventil eingestellten Öldruck festgelegt ist; ein zu starkes Verspannen des Wälzlagers wird so ausgeschlossen. Alternativ zu der Verwendung eines Druckbegrenzungsventils kann durch konstruktive Ausbildung der Spanneinheiten eine Verringerung des Druckkammervolumens beim Betätigen der Spanneinheiten verhindert werden. Dieses kann beispielsweise durch federvorgespannte Kappen erzielt werden, welche die beschriebenen zylindrischen Abschnitte der Druckschrauben oder der Druckstücke umfassen und beim Festziehen der Druckschrauben mit diesen auf Block verspannt werden. Durch die Federvorspannung und eventuelle weitere konstruktive Ausbildungen wird erreicht, dass die Kappen zu jeder Zeit an der ihnen gegenüberliegenden Stirnfläche der Druckkammer anliegen. Aufgrund des deutlich einfacheren Aufbaus der Verspanneinheit und aufgrund der zusätzlich einfacheren Anwendung der Verspanneinheit wird die Ausführung mit der beschriebenen Verwendung eines Druckbegrenzungsventils bevorzugt.
Alternativ zur Ausbildung der Spanneinheiten mit Druckschrauben sind auch Ausführungen möglich, bei denen die axialen Spannkräfte durch Keilsysteme aufgebracht werden. Aufgrund des einfacheren Aufbaus und der sicheren Funktion sind aber Spanneinheiten mit Druckschrauben zu bevorzugen. Entsprechend werden hier auch nur solche Spanneinheiten beschrieben.
Die radiale Position der Spanneinheiten muss so gewählt werden, dass die von den Elementen der Spanneinheiten eingenommenen Räume die innenzylindrische Wandung des Einbauraumes im Gehäusekörper und die zylindrische Außenfläche der Welle nicht in solch einer Weise schneiden, dass an diesen Funktionsflächen die Abdichtung gegen die weitere, die Druckkammer ausbildende Komponente beeinflusst wird. Besonders bevorzugt sind die Mittelachsen der Spanneinheiten etwa auf Höhe der halben radialen Erstreckung des Druckkammerquerschnittes angeordnet.
Die Mittelachsen der Spanneinheiten sind vorzugsweise im Wesentlichen axial in Bezug auf die Mittelachse der Welle und der Verspanneinheit ausgerichtet. Für einen Großteil der Anwendungsfälle einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit wird die annähernd parallele Ausrichtung von Welle und Spanneinheiten die beste Lösung darstellen; sie ist außerdem vergleichsweise preiswert herzustellen, da dafür keine Fertigungsmaschinen mit winkeleinstellbaren Fräs- oder Bohreinheiten benötigt werden. Eine um einen Winkel α zu der Mittelachse der Welle geneigte Ausrichtung kann aber bedingt durch die Bauart der Komponenten oder die Einbausituation der Verspanneinheit vorteilhaft sein. Bevorzugt ist der Neigungswinkel α kleiner als 45°; besonders bevorzugt ist α kleiner als 20°.
Eine vorteilhafte Fortbildung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit stellt die Kombination eines Druckrings mit der Funktion eines Haltekörpers dar. Entsprechend der genannten Ausführungen eines Haltekörpers kann ein solcher Druckring als Ringkörper mit einem Innengewinde nach Art einer Wellenmutter ausgeführt sein. In einer weiteren Ausgestaltung weist ein solcher Druckring an einer seiner Stirnflächen einen innen- und außenzylindrischen, axialen Absatz auf. Eine zylindrische Außenfläche des Druckrings nach der ersten Art oder der beschriebene Absatz eines Druckrings nach der zweiten Art wirken mit einem Gehäusekörper der beschriebenen Bauart zusammen und bildet mit diesem eine Druckkammer aus. Durch den Eingriff seines Innengewindes in ein Wellengewinde leitet ein solcher Druckring die axiale Verspannkraft in die Welle ein. In einer weiteren Ausführung einer solchen Funktionskombination kann ein Druckring einen sich radial erstreckenden Flansch ausbilden, welcher vorzugsweise durch Zugschrauben an einem entsprechenden Absatz der Welle gehalten wird. Eine dritte Ausführung einer solchen Funktionskombination stellt ein Druckring dar, welcher in seiner, von der Druckkammer fort weisenden, axialen Erstreckung einen Abschnitt ausbildet, der kraftschlüssig mit der Welle verbunden ist. Dieser Abschnitt weist vorzugsweise zu der Welle kongruente Innenflächen auf; besonders bevorzugt weisen diese Flächen einen hohen Reibwert auf der Welle auf. Weiterhin weist dieser Abschnitt vorzugsweise wenigstens einen, im Wesentlichen axial verlaufenden, radialen Schlitz auf, welcher ein radiales Zusammenpressen des Abschnitts und damit ein Aufpressen desselben auf die Welle erleichtert. Der wenigstens eine Schlitz ist in seiner axialen Erstreckung so begrenzt, dass er keine Verbindung zu der Druckkammer hat oder zu einer Nut, in der eine Dichtung der Druckkammer liegt. Die radialen Kräfte zum Aufpressen des Abschnitts auf die Welle werden bevorzugt durch wenigstens eine Klemmschraube aufgebracht, welche den wenigstens einen Schlitz tangential überbrückt. Eine technisch sehr vorteilhafte und deshalb besonders bevorzugte Ausführung einer Einheit zum Aufbringen der radialen Presskräfte stellt ein innenkonischer Spannring dar, welcher auf einer kongruenten außenkonischen Fläche des zu klemmenden Abschnitts aufsitzt. Der Spannring wird auf die außenkonische Fläche des Abschnitts aufgezogen und bewirkt dabei das radiale Aufpressen des Abschnitts auf die Welle. Bevorzugt wird die axiale Kraft zum Aufziehen des Spannrings durch eine Anzahl von Zugschrauben aufgebracht, welche in Gewindebohrungen des Druckrings eingeschraubt sind. Bei entsprechend dünn gewählter Wandstärke des Abschnitts am Druckring und entsprechend kräftiger Auslegung des Spannrings und der Zugschrauben, sowie durch eine relativ enge radiale Passung zwischen der Welle und dem Abschnitt, kann auf das Einbringen der beschriebenen Schlitze in den Abschnitt verzichtet werden; der Abschnitt verformt sich radial genügend stark, um die für den Kraftschluss benötigten Druckkräfte auf die Welle zu übertragen. Die radialen Kräfte zum Aufpressen des Abschnitts auf die Welle können auch durch einen Spannring aufgebracht werden, welcher erwärmt auf eine rotationssymmetrische Außenfläche des Abschnitts aufgesetzt wird, und welcher dann beim Abkühlen durch die Verringerung seiner vorzugsweise ebenfalls rotationssymmetrischen Innenfläche auf den Abschnitt aufschrumpft und eine radiale Pressung auf diesen ausübt. Durch das notwendige Anwärmen des Spannrings vor seiner Montage und durch das Fehlen der Möglichkeit einer zerstörungsfreien Demontage ist eine solche Ausführung aber im Allgemeinen technisch eher nachteilig und wird deshalb hier nicht weiter behandelt.
Eine ebenfalls vorteilhafte Fortbildung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit stellt die Kombination eines Gehäusekörpers mit der Funktion eines Haltekörpers dar. Entsprechend der genannten Ausführungen eines Haltekörpers kann ein solcher Gehäusekörper als Ringkörper mit einem Innengewinde nach Art einer Wellenmutter ausgeführt sein, welcher an einer seiner Stirnflächen einen Einbauraum für einen Druckring oder für einen beschriebenen Ansatz nach Art und Funktion eines Druckrings aufweist. Dieser Einbauraum bildet mit einem Druckring oder einen beschriebenen axialen Ansatz eine Druckkammer aus. Durch den Eingriff seines Innengewindes in ein Wellengewinde leitet ein solcher Gehäusekörper die axiale Verspannkraft in die Welle ein. Parallel zu den beschriebenen Ausführungen eines Druckrings, welcher mit der Funktion eines Haltekörpers kombiniert ist, kann auch ein Gehäusekörper einen sich radial erstreckenden Flansch zur Befestigung an der Welle ausbilden. Ebenso kann ein solcher Gehäusekörper einen, von der Druckkammer fort weisenden Abschnitt ausbilden, dessen Innenfläche durch eine entsprechende Einheit radial auf die Welle aufgepresst wird und so eine Kraftschluss mit dieser bewirkt. Auch hier ist eine Ausführung mit einem innenkonischen Spannring, der auf eine entsprechende außenkonische Fläche des beschriebenen Abschnitts des Gehäusekörpers gezogen wird, bevorzugt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit weist die Welle eine Schulter auf, welche ein Widerlager für die axiale Kraft zum Verspannen der Lagerung bildet. Als einfachste Ausführung weist die Wellenschulter eine Stirnfläche auf, an der sich einer aus Gehäusekörper und Druckring axial abstützt, um die Kraft der Verspanneinheit in die Welle einzuleiten.
In einer ebenfalls vorteilhaften Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit bildet die Welle eine Wellenschulter aus, welche in Größe und Form einem Druckring entspricht und dessen Funktion übernimmt, so dass der Druckring als separates Bauteil entfällt. Der Gehäusekörper nimmt die Wellenschulter in seinem Einbauraum auf und bildet mit dieser die Druckkammer aus. Mit seiner von der Wellenschulter fort weisenden Stirnfläche liegt er an der Stirnfläche des Lagerinnenrings an und übt so die Vorspannkraft auf diesen aus.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen bildet der Lagerinnenring auf seiner, der Verspanneinheit zugewandten Stirnfläche einen axialen Absatz aus, der nach der bereits beschriebenen Weise die Funktion eines Druckrings übernimmt. Im Zusammenspiel mit der Welle und einem Gehäusekörper wird so eine erfindungsgemäße Verspanneinheit mit einer reduzierten Anzahl an Komponenten gebildet.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit bildet der Gehäusekörper einen Einbauraum aus, der sowohl die radial äußere als auch die radial innere Wandung der Druckkammer bereitstellt. Die radial innere Wandung wird dabei durch einen, um die Mittelachse der Verspanneinheit umlaufenden, axialen Abschnitt des Gehäusekörpers gebildet. Durch diese Ausbildung muss nicht ein Abschnitt der Welle die innere Wandung der Druckkammer bereitstellen; entsprechend sind die Anforderungen an den Wellenabschnitt bezüglich Formgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit geringer, als sie es wären, wenn die Druckkammer gegen die Welle abzudichten wäre. Alternativ wird bei weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit die radial äußere Wandung vom Gehäusekörper ausgebildet, und die radial innere Wandung wird durch einen, um die Mittelachse der Verspanneinheit umlaufenden, axialen Abschnitt des Druckrings oder des Lagerinnenrings ausgebildet. Dieses ist insbesondere für die Fertigung derjenigen Wandungen vorteilhaft, auf denen im Betrieb der Verspanneinheit die Dichtungen laufen, da an einer Komponente jeweils nur die entsprechend anspruchsvolle Bearbeitung entweder einer äußeren oder einer inneren Dichtfläche erfolgen muss.
Durch die Ausbildung des, die innere Wandung bereitstellenden Abschnittes verringert sich allerdings bei ansonsten gleichen Abmessungen einer Verspanneinheit die axiale Druckfläche und damit die bei gleichem Hydraulikdruck erzielte Axialkraft der Verspanneinheit. Die Wandstärke des, die innere Wandung der Druckkammer ausbildenden Abschnittes kann relativ gering gewählt werden, wenn in diesem Bereich eine vergleichsweise enge radiale Passung zwischen der Innenfläche des Abschnittes und der Außenfläche der Welle vorliegt. Durch einen solchen Passsitz kann der Abschnitt die in der Druckkammer wirkenden radialen Kräfte ohne nennenswerte radiale Verformung der inneren Wandung in die Welle ableiten. Auf diese Weise ist bei einem vorgegebenen Außendurchmesser der Baueinheit trotz der Ausbildung der radial inneren Druckkammerwandung durch eine andere Komponente als die Welle die Verringerung der axialen Druckfläche relativ gering.
Zur einfacheren Lesbarkeit werden Achsen und Wellen mit dem Begriff „Wellen” beschrieben; dieses gilt sowohl für diese Elemente in Einzahl oder Mehrzahl, sowie auch für entsprechende, weiterführende Bezeichnungen, wie beispielsweise „Achsenende” oder „Achsengewinde”. Eine Einschränkung der beschriebenen Eigenschaften und Funktionen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit auf solche Ausführungen, die einer Welle zugeordnet sind, ist nicht gegeben, sofern dieses nicht explizit erklärt ist. Ebenfalls zur einfacheren Lesbarkeit werden sämtliche für die Verwendung in Frage kommende Druckflüssigkeiten wie beispielsweise Hydrauliköl, synthetische Hydraulikflüssigkeiten oder Wasser mit dem Begriff „Drucköl” oder „Öl” beschrieben. Eine Einschränkung der beschriebenen Eigenschaften und Funktionen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit auf solche Ausführungen, in denen ein Öl als hydraulisches Arbeitsmedium verwendet wird, ist nicht gegeben, sofern dieses nicht explizit erklärt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Bevorzugte Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit sind in den 1 bis 15 aufgezeigt. Die in den Ausführungsbeispielen offenbar werdenden Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche weiter. Auch Merkmale, die nur an einem der Beispiele offenbart sind, bilden die anderen Beispiele weiter oder zeigen eine Alternative auf, solange nichts Gegenteiliges offenbart wird oder nur der Fall sein kann.
Es zeigen:
1 eine Verspanneinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen Druckring, einen Haltekörper und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
2 eine Verspanneinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit einem Innengewinde, einen Druckring und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
3 eine Verspanneinheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen Druckring mit einem Innengewinde und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
4 eine Verspanneinheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Lagerinnenring mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt, einen Gehäusekörper mit einem Innengewinde und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
5 eine Verspanneinheit nach einem fünften Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen als Flanschring ausgebildeten Druckring und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
6 eine Verspanneinheit nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit axialen Taschen an einer seiner Stirnflächen, eine Welle mit einer Wellenschulter und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
7 eine Verspanneinheit nach einem siebten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen Lagerinnenring mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt, eine Welle mit einer Wellenschulter und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
8 eine Verspanneinheit nach einem achten Ausführungsbeispiel, umfassend einen als Flanschring ausgebildeten Gehäusekörper, einen Lagerinnenring mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
9 eine Verspanneinheit nach einem neunten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen Haltekörper mit einem Innengewinde, einen Druckring mit axialen Taschen an einer seiner Stirnflächen und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
10 eine Verspanneinheit nach einem zehnten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit einer inneren radialen Wandung der Druckkammer, einen Haltekörper, einen Druckring und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
11 eine Verspanneinheit nach einem elften Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit einer inneren radialen Wandung der Druckkammer und mit einem Innengewinde, einen Druckring und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
12 eine Verspanneinheit nach einem zwölften Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit einer inneren radialen Wandung der Druckkammer, einen Druckring mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt und mit einem Innengewinde und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
13 eine Verspanneinheit nach einem dreizehnten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper mit einem Innengewinde, einen Druckring mit einer inneren radialen Wandung der Druckkammer und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
14 eine Verspanneinheit nach einem vierzehnten Ausführungsbeispiel, umfassend einen Gehäusekörper, einen Druckring mit einer inneren radialen Wandung der Druckkammer und einem außenkonischen Abschnitt, einen innenkonischen Spannring und eine Anzahl von Spanneinheiten in einem Längsschnitt;
15 eine Pumpeinheit zur Betätigung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einer symbolischen Darstellung.
1 zeigt eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit seiner zylindrischen Innenfläche 26 auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und ist gegen diese durch eine Dichtung 17 abgedichtet, welche in einer umlaufenden radialen Nut 18 des Gehäusekörpers 1 aufgenommen wird. Der Gehäusekörper 1 weist auf seiner Innenseite einen um die Mittelachse M vollständig umlaufenden Einbauraum 28 auf, in dem er einen Druckring 2 aufnimmt, welcher mit seiner vom Gehäusekörper 1 abgewandten Stirnfläche 12 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 anliegt. Der Druckring 2 sitzt mit seiner zylindrischen Innenfläche 20 auf einer zylindrischen Außenfläche 15 der Welle 5 auf. Er ist durch radial wirkende Dichtungen 7, 8, 13 gegen die zylindrische Wandung 29 des Einbauraums 28 und gegen die zylindrische Außenfläche 15 der Welle 5 abgedichtet. Die Dichtungen 7, 8, 13 sind in umlaufenden radialen Nuten 9, 10, 14 des Gehäusekörpers 1 und des Druckrings 2 angeordnet.
Der Gehäusekörper 1, der Druckring 2 und die Welle 5 bilden zwischen sich eine Druckkammer 6 aus. Diese wird über wenigstens eine radiale Anschlussbohrung 19 im Gehäusekörper 1 und eine an diese angeschlossene Zuleitung mit einem Drucköl beaufschlagt, so dass in der Druckkammer 6 eine axiale Kraft aufgebaut wird, welche auf den Druckring 2 und auf den Gehäusekörper 1 wirkt und dadurch die Verspanneinheit axial auseinandertreibt. Der Gehäusekörper 1 liegt mit seiner Stirnfläche 60 an einer Stirnfläche 41 eines vorzugsweise wenigstens zweiteiligen, ringförmigen Haltekörpers 3 an und wird durch diesen gegen die in der Druckkammer 6 wirkende axiale Kraft in seiner Lage auf der Welle 5 gehalten. Der Haltekörper 3 greift mit seiner Innenkontur 22 in eine vorzugsweise komplett umlaufende radiale Nut 27 der Welle 5 ein und leitet so die aufgenommene Axialkraft in die Welle 5 ein. Weiterhin weist der Haltekörper 3 axiale Bohrungen 23 auf, welche von den Spanneinheiten 32 durchragt werden. Der Durchmesser der Bohrungen 23 ist so gewählt, dass es zu keiner Interaktion zwischen dem Haltekörper 3 und den Spanneinheiten 32 kommt. Die Spanneinheiten 32 sind durch Druckschrauben 37 ausgebildet, welche mit ihren Gewindeabschnitten 38 in axiale Gewindebohrungen 25 des Gehäusekörpers 1 eingeschraubt sind. Dem Wälzlager 39 zugewandt weisen die Druckschrauben 37 jeweils einen, sich längs ihrer Mittelachse S erstreckenden, zylindrischen Abschnitt 31 auf. Die Abschnitte 31 werden mit enger radialer Führung in zylindrischen axialen Bohrungen 30 des Gehäusekörpers 1 aufgenommen, welche sich axial an die Gewindebohrungen 25 anschließen und vorzugsweise koaxial zu diesen ausgerichtet sind. Die Abschnitte 31 weisen umlaufende radiale Nuten 35, 36 auf, in denen Dichtungen 33, 34 aufgenommen sind, welche die Abschnitte 31 radial gegen die Wandungen 24 der Bohrungen 30 abdichten. Zum Vorspannen des Wälzlagers 39 wird über eine entsprechende Zuleitung und die Anschlussbohrung 19 das Drucköl in die Druckkammer 6 gepresst. Der Druckring 2 legt sich an den Innenring 4 des Wälzlagers 39 an und übt eine axiale Kraft auf diesen aus, wodurch eventuell vorhandene axiale Lose zwischen den Komponenten des Wälzlagers 39 beseitigt wird und dann eine Vorspannung des Wälzlagers 39 erfolgt. Die an die Verspanneinheit angeschlossene Pumpeinheit weist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil auf, welches verhindert, dass die gewünschte axiale Kraft zur Vorspannung des Wälzlagers 39 überschritten wird. Um die erzielte Vorspannung aufrecht zu erhalten, werden die Druckschrauben 37 in den Gehäusekörper 1 eingeschraubt, bis sie mit den Stirnflächen 40 der zylindrischen Abschnitte 31 an der, dem Gehäusekörper 1 zugewandten Stirnfläche 11 des Druckrings 2 anliegen. Die Druckschrauben 37 werden dann mit einem, bezogen auf die Größe ihres Gewindes 38, geringen Drehmoment verspannt. Das Druckbegrenzungsventil der Pumpeinheit lässt das beim Anziehen der Druckschrauben 37 von den zylindrischen Abschnitten 31 verdrängte Ölvolumen aus der Druckkammer 6 in den Vorratsbehälter der Pumpeinheit entweichen. Dabei wird der am Ventil eingestellte Öldruck in der Druckkammer 6 – und damit die gewünschte Vorspannung des Wälzlagers 39 – aufrechterhalten.
Nachdem die gewünschte axiale Vorspannung des Wälzlagers 39 aufgebaut worden ist, und nachdem die Verspanneinheit durch die Druckschrauben 37 axial verspannt wurde, wird der Öldruck abgelassen und die Anschlussbohrung 19 wird verschlossen. Das nun drucklose Öl verbleibt in der Druckkammer 6 und sichert diese gegen Korrosion.
2 zeigt eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit einer zylindrischen Innenfläche 26 auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und ist so auf dieser zentriert. Der Gehäusekörper 1 ist durch eine Dichtung 46, welche in einer umlaufenden radialen Nut 47 der Welle 5 aufgenommen wird, gegen die Außenfläche 16 der Welle 5 abgedichtet. Der Gehäusekörper 1 bildet ein Innengewinde 51 aus, welches mit einem Wellengewinde 57 im Eingriff ist und so die von der Verspanneinheit aufgebrachten axialen Druckkräfte in die Welle 5 ableitet. Weiterhin weist der Gehäusekörper 1 einen Einbauraum 28 für einen Druckring 2 auf. Der Druckring 2 bildet an seiner zylindrischen Innenfläche 20 und an seiner zylindrischen Außenfläche 54 umlaufende radiale Nuten 14, 42, 43 aus, in denen radial wirkende Dichtungen 7, 8, 13 aufgenommen sind, welche den Druckring 2 gegen die Wandung 29 des Einbauraums 28 und gegen die zylindrische Außenfläche 16 der Welle 5 abdichten. Über wenigstens eine Anschlussbohrung 19 im Gehäusekörper 1 wird ein. Drucköl in die zwischen Gehäusekörper 1, Druckring 2 und Welle 5 ausgebildete Druckkammer 6 eingebracht.
Die Spanneinheiten 32 sind durch Druckschrauben 37, die in Gewindebohrungen 25 des Gehäusekörpers 1 eingeschraubt sind, und durch separate Druckstücke 45 ausgebildet. Die Druckstücke 45 weisen jeweils wenigstens einen vorzugsweise zylindrischen Abschnitt 101 auf. Die Druckstücke 45 sind mit ihrem jeweils wenigstens einen Abschnitt 101 in zylindrischen Bohrungen 30 des Gehäusekörpers 1 aufgenommen, welche sich axial an die Gewindebohrungen 25 anschließen und vorzugsweise koaxial zu diesen ausgerichtet sind. Zur Übertragung der axialen Verspannkräfte zwischen dem Gehäusekörper 1 und dem Druckring 2 sind die Druckstücke 45 axial zwischen den Stirnflächen 56 der Druckschrauben 37 und der vom Wälzlager 39 fortweisenden Stirnfläche 11 des Druckrings 2 angeordnet. Weiterhin weisen die Druckstücke 45 umlaufende radiale Nuten 48, 49 auf, in denen radial wirkende Dichtungen 33, 34 aufgenommen sind, welche die Druckstücke 45 gegen die Wandungen 24 der Bohrungen 30 abdichten. Die Durchmesser der Stirnflächen 55 der Druckstücke 45 sind bevorzugt größer ausgeführt als die Gewindekerndurchmesser der Druckschrauben 37. Dadurch ist die Flächenpressung zwischen den Stirnflächen 55 der Druckstücke 45 und der Stirnfläche 11 des Druckrings 2 geringer, als würden die Stirnflächen 56 der Druckschrauben 37 an der Stirnfläche 11 des Druckrings 2 anliegen. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach 1; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
3 zeigt eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit seiner zylindrischen Innenfläche 26 auf einer zylindrischen Außenfläche 15 der Welle 5 auf und liegt mit seiner Stirnfläche 60 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 an. In einem Einbauraum 28 nimmt der Gehäusekörper 1 einen sich axial erstreckenden, vollständig um die Mittelachse M umlaufenden, außenzylindrischen Abschnitt 58 eines Druckrings 2 auf. Der Druckring 2 sitzt mit einer zylindrischen Innenfläche 20 auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und bildet weiterhin ein Innengewinde 51 aus, mit welchem er in ein Wellengewinde 57 eingreift.
Die Druckkammer 6 wird entsprechend zwischen dem Gehäusekörper 1, dem Abschnitt 58 des Druckrings 2 und der Welle 5 ausgebildet. Die Druckschrauben 37 bilden zylindrische Abschnitte 31 aus, welche einen größeren Durchmesser als ihre Gewinde 38 haben. Um die Druckschrauben 37 werkseitig in den Bohrungen 50 und Gewindebohrungen 52 des Druckrings 2 montieren zu können, haben ihre Schlüsselgeometrien 62 einen kleineren Hüllkreis als die Kerndurchmesser der Gewindebohrungen 52. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß den Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 1 und 2; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
4 zeigt eine vierte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1, der mit einer zylindrischen Innenfläche 26 und mit einem Innengewinde 51 auf einer zylindrischen Außenfläche 15 und einem Wellengewinde 57 der Welle 5 aufsitzt, nimmt in seinem Einbauraum 28 einen sich axial erstreckenden, vollständig um die Mittelachse M umlaufenden, außenzylindrischen Abschnitt 63 des Lagerinnenrings 4 auf. Der Abschnitt 63 ist durch radial wirkende Dichtung 7, 8, 13, welche in umlaufenden radialen Nuten 64, 80, 81 des Abschnitts 63 angeordnet sind, gegen den Gehäusekörper 1 und die Welle 5 abgedichtet. Entsprechend des beschriebenen Aufbaus der Verspanneinheit wird die Druckkammer 6 zwischen dem Gehäusekörper 1, dem Abschnitt 63 des Lagerinnenrings 4 und der Welle 5 ausgebildet. Zum axialen Fixieren der Verspanneinheit werden die Stirnflächen 40 der Druckschrauben 37 gegen die Stirnfläche 82 des Abschnitts 63 des Lagerinnenrings 4 verspannt. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach 2; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
5 zeigt eine fünfte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. An einem Wellenende 65 ist ein Druckring 2 mit seiner zylindrischen Innenfläche 20 auf einer zylindrischen Außenfläche 66 der Welle 5 aufgesetzt. Der Druckring 2 bildet einen wenigstens segmentweise umlaufenden, nach radial einwärts ausgerichteten Flansch 67 mit Montagebohrungen 68 aus, durch welche Zugschrauben 69 in Gewindebohrungen 70 des Wellenendes 65 eingeschraubt sind und so den Druckring 2 an der Welle 5 fixieren. Ein Gehäusekörper 1 liegt mit seiner Stirnfläche 60 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenring 4 an und nimmt in seinem Einbauraum 28 einen außenzylindrischen Abschnitt 71 des Druckrings 2 auf. Die Zuleitung des Drucköls in die Druckkammer 6 erfolgt durch wenigstens eine Anschlussbohrung 72, die den Abschnitt 71 des Druckrings 2 im Wesentlichen axial durchragt. Der Druckring 2 weist in seinen Bohrungen 50 radiale Nuten 73 auf, in denen Dichtungen 33 liegen, welche den Druckring 2 gegen die Außenflächen 74 der durch die Spannschrauben 37 ausgebildeten zylindrischen Abschnitte 31 abdichten. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 1 und 3; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
6 zeigt eine sechste Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit seiner zylindrischen Innenfläche 26 auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und nimmt in seinem Einbauraum 28 eine Wellenschulter 75 auf, die in ihrer Ausgestaltung und Funktion einem Druckring der Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer der 1 und 2 entspricht. Auf seiner, an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 anliegenden Stirnfläche 60 weist der Gehäusekörper 1 sich axial und radial erstreckende Taschen 76 auf, von denen aus sich die axialen Gewindebohrungen 25 und Bohrungen 30 zur Aufnahme der Druckschrauben 37 in den Gehäusekörper 1 erstrecken. Die Ausbildung der Taschen 76 erlaubt den Zugang zu den Schlüsselgeometrien 62 der Druckschrauben 37, um diese mit einem entsprechenden Werkzeug zu spannen. Die Wellenschulter 75 bildet radiale Nuten 77, 78 aus, in denen Dichtungen 7, 8 angeordnet sind, welche die Wellenschulter 75 gegen die zylindrische Wandung 29 des Einbauraums 28 radial abdichten. Zum axialen Fixieren der Verspanneinheit werden die Stirnflächen 40 der Druckschrauben 37 gegen die Stirnfläche 83 der Wellenschulter 75 verspannt. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 1, 3 und 5; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
7 zeigt eine siebte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1, der mit einer zylindrischen Innenfläche 26 auf der zylindrischen Außenfläche 16 eines Wellenabschnittes 79 aufsitzt, nimmt in seinem Einbauraum 28 einen sich axial erstreckenden, vollständig um die Mittelachse M umlaufenden, außenzylindrischen Abschnitt 63 des Lagerinnenrings 4 auf, der in seiner Ausgestaltung und Funktion einem Druckring der Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer der 1 und 2 entspricht. Der Gehäusekörper 1 stützt sich mit seiner Stirnfläche 60 gegen die Stirnfläche 83 einer Wellenschulter 75 ab und leitet so die auf das Wälzlager 39 aufgebrachte axiale Verspannkraft in die Welle 5 ein.
Die Mittelachse S der aus einer Druckschraube 37 und aus einem Druckstück 45 bestehenden Spanneinheit 32 ist gegen die Mittelachse M von Welle 5 und Verspanneinheit um den Winkel α geneigt. Dadurch wird der freie Zugang zu den Schlüsselgeometrien 62 der Druckschrauben 37 radial außerhalb der Wellenschulter 75 ermöglicht. Um zu gewährleisten, dass die vorzugsweise um den Winkel α geneigte Stirnfläche 55 des Druckstücks 45 flächig an der vorzugsweise senkrechten Stirnfläche 82 des Abschnittes 63 des Lagerinnenrings 4 anliegt, weist das Druckstück 45 eine Längsnut 84 auf, in welche ein, in den Gehäusekörper 1 eingesetztes Führungsstück 85 eingreift; dadurch wird ein Verdrehen des Druckstücks 45 in der Bohrung 30 um seine Längsachse S verhindert. Alternativ kann ein solches Verdrehen auch durch die Ausbildung von unrunden und wenigstens annähernd kongruenten Querschnitten des Druckstückes 45 und der Bohrung 30 verhindert werden. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach 4; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
8 zeigt eine achte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. An einem Wellenende 65 ist ein Gehäusekörper 1 mit seiner zylindrischen Innenfläche 26 auf einer zylindrischen Außenfläche 66 der Welle 5 aufgesetzt. Der Gehäusekörper 1 bildet einen wenigstens segmentweise umlaufenden, nach radial einwärts ausgerichteten Flansch 67 mit Montagebohrungen 68 aus, durch welche Zugschrauben 69 in Gewindebohrungen 70 des Wellenendes 65 eingeschraubt sind und so den Gehäusekörper 1 an der Welle 5 fixieren. Der Gehäusekörper 1 nimmt in seinem Einbauraum 28 einen sich axial erstreckenden Abschnitt 63 des Lagerinnenrings 4 auf, welcher in seiner Ausgestaltung und Funktion einem Druckring der Ausführungen einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer der 1 und 2 entspricht.
Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 4 und 5; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
9 zeigt eine neunte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 sitzen ein Gehäusekörper 1 und ein Druckring 2 mit ihren zylindrischen Innenflächen 26, 20 auf. Der Gehäusekörper 1 nimmt in seinem Einbauraum 28 den Druckring 2 auf, welcher mit seiner Stirnfläche 12 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 anliegt. An dieser Stirnfläche 12 weist der Druckring 2 sich axial und radial erstreckende Taschen 98 auf, von denen aus sich die axialen Gewindebohrungen 52 und Bohrungen 50 zur Aufnahme der Druckschrauben 37 in den Körper des Druckrings 2 erstrecken. Die Ausbildung der Taschen 98 erlaubt den Zugang zu den Schlüsselgeometrien 62 der Druckschrauben 37, um diese mit einem entsprechenden Werkzeug zu spannen. Der Gehäusekörper 1 liegt mit seiner, vom Wälzlager 39 fort weisenden Stirnfläche 60 an einer Stirnfläche 41 eines Haltekörpers 3 an. Der Haltekörper 3 greift mit einem Innengewinde 53 in ein Wellengewinde 57 ein und leitet so die axialen Kräfte der Verspanneinheit in die Welle 5 ein. Bevorzugt ist der Haltekörper 3 eine Wellenmutter oder ein Gewindering. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 1 und 6; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
10 zeigt eine zehnte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit radialer Führung zentriert auf einer Welle 5 auf und ist durch einen verzugsweise wenigstens zweiteiligen, ringförmigen Haltekörper 3, welcher in eine umlaufende radiale Nut 27 der Welle 5 eingreift, axial auf der Welle 5 fixiert. Der Gehäusekörper 1 weist einen, um die Mittelachse M vorzugsweise vollständig umlaufenden Einbauraum 28 auf, der durch eine äußere zylindrische Wandung 29 und durch eine innere zylindrische Wandung 102 radial begrenzt ist. Die innere zylindrische Wandung 102 wird durch einen axialen Abschnitt 105 des Gehäusekörpers 1 ausgebildet. Der Abschnitt 105 weist eine wenigstens abschnittsweise um die Mittelachse M umlaufende zylindrische Innenfläche 106 auf, welche mit einer vorzugsweise relativ engen radialen Passung auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 aufliegt. Besonders bevorzugt läuft die Innenfläche 106 vollständig um die Mittelachse M um. Weiterhin erstreckt sich die Innenfläche 106 vorzugsweise nicht über die volle Länge des Gehäusekörpers 1; besonders bevorzugt ist ihre axiale Erstreckung nur etwas größer als die axiale Erstreckung des Einbauraums 28.
In seinem Einbauraum 28 nimmt der Gehäusekörper 1 einen, sich axial erstreckenden Abschnitt 104 eines Druckrings 2 auf. Der Abschnitt 104 bildet eine zylindrische Außenfläche 54 und eine zylindrische Innenfläche 103 aus, welche mit jeweils vorzugsweise relativ enger radialer Passung von den Wandungen 29, 102 des Einbauraums 28 geführt werden. Der Abschnitt 104 ist durch radial wirkende Dichtungen 7, 13 gegen die zylindrischen Wandungen 29, 102 des Einbauraums 28 abgedichtet, so dass zwischen dem Abschnitt 104 und dem Einbauraum 28 des Gehäusekörpers 1 die Druckkammer 6 ausgebildet wird. Der Druckring 2 liegt mit seiner vom Gehäusekörper 1 abgewandten Stirnfläche 12 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 an. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Verspanneinheit eine Anzahl von Spanneinheiten 32 auf, die durch entsprechend ausgestaltete Druckschrauben 37 ausgebildet werden. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach 1; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
11 zeigt eine elfte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit radialer Führung auf einer Welle 5 auf und ist so auf dieser zentriert. Der Gehäusekörper 1 bildet ein Innengewinde 51 aus, welches mit einem Wellengewinde 57 im Eingriff ist und so die von der Verspanneinheit aufgebrachten axialen Druckkräfte in die Welle 5 ableitet. Weiterhin bildet der Gehäusekörper 1 einen Einbauraum 28 für einen axialen Abschnitt 104 eines Druckrings 2 aus, wobei der Einbauraum 28 durch eine äußere zylindrische Wandung 29 und durch eine innere zylindrische Wandung 102 radial begrenzt ist. Die innere zylindrische Wandung 102 wird durch einen axialen Abschnitt 105 des Gehäusekörpers 1 ausgebildet. Der Abschnitt 105 weist eine wenigstens abschnittsweise um die Mittelachse M umlaufende zylindrische Innenfläche 106 auf, welche mit einer vorzugsweise relativ engen radialen Passung auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 aufliegt. Besonders bevorzugt läuft die Innenfläche 106 vollständig um die Mittelachse M um. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 2 und 10; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
12 zeigt eine zwölfte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 sitzt mit seiner wenigstens teilweise um die Mittelachse M umlaufenden, zylindrischen Innenfläche 106 eines sich axial erstreckenden Abschnitts 105 mit vorzugsweise enger radialer Passung auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und liegt mit seiner Stirnfläche 60 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 an. Der Gehäusekörper 1 weist einen, um die Mittelachse M vorzugsweise vollständig umlaufenden Einbauraum 28 auf, der durch eine äußere zylindrische Wandung 29 und durch eine innere zylindrische Wandung 102 radial begrenzt ist. In diesem Einbauraum 28 nimmt der Gehäusekörper 1 einen sich axial erstreckenden, in gleichem Maße wie der Einbauraum 28 um die Mittelachse M umlaufenden Abschnitt 58 eines Druckrings 2 auf. Der Abschnitt 58 bildet eine zylindrische Außenfläche 54 und eine zylindrische Innenfläche 103 aus, welche mit jeweils vorzugsweise relativ enger radialer Passung von den Wandungen 29, 102 des Einbauraums 28 geführt werden. Durch eine Abdichtung nach der bereits beschriebenen Art wird zwischen dem Einbauraum 28 und dem Abschnitt 58 die Druckkammer 6 ausgebildet. Die Spanneinheiten 32 werden durch jeweils eine Druckschraube 37 und ein Druckstück 45 nach der bereits beschriebenen Art gebildet. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 2, 3 und 11; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
13 zeigt eine dreizehnte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Gehäusekörper 1 bildet ein Innengewinde 51 aus, welches mit einem Wellengewinde 57 im Eingriff ist und so die von der Verspanneinheit aufgebrachten axialen Druckkräfte in die Welle 5 ableitet. Weiterhin weist der Gehäusekörper 1 einen Einbauraum 28 für die Aufnahme eines Druckrings 2 auf, wobei der Einbauraum 28 durch eine äußere zylindrische Wandung 29 radial begrenzt ist. Der Druckring 2 sitzt mit einer wenigstens teilweise um die Mittelachse M umlaufenden, zylindrischen Innenfläche 115 eines sich axial erstreckenden Abschnitts 114 mit vorzugsweise relativ enger radialer Passung auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und liegt mit seiner Stirnfläche 12 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 an. Besonders bevorzugt läuft die Innenfläche 115 vollständig um die Mittelachse M um. Der Abschnitt 114 bildet nach radial auswärts die innere zylindrische Wandung 113 der Druckkammer 6 aus. Die äußere zylindrische Wandung 29 im Gehäusekörper 1 nimmt die zylindrische Außenfläche 54 des Druckrings 2 mit relativ enger radialer Führung auf, und eine zylindrische Innenfläche 112 des Gehäusekörpers 1 sitzt ebenfalls mit relativ enger radialer Führung auf der zylindrischen Wandung 113 des Druckrings 2 auf. Auf diese Weise ist der Gehäusekörper 1 auf der Welle 5 zentriert. Durch geeignete Abdichtungen zwischen den Wandungen 53, 113 und den Flächen 54, 112 erfolgt die Ausbildung der Druckkammer 6 zwischen dem Gehäusekörper 1 und dem Druckring 2. Bevorzugt wird diese Abdichtung durch radial wirkende Dichtungen 7, 13 erreicht. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach 11; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
14 zeigt eine vierzehnte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit in einem Längsschnitt. Ein Druckring 2 sitzt mit einer wenigstens teilweise um die Mittelachse M umlaufenden, zylindrischen Innenfläche 115 eines sich axial erstreckenden Abschnitts 114 mit vorzugsweise relativ enger radialer Passung auf einer zylindrischen Außenfläche 16 der Welle 5 auf und ist dadurch auf dieser zentriert. Besonders bevorzugt läuft die Innenfläche 115 vollständig um die Mittelachse M um. Der Abschnitt 114 bildet nach radial auswärts die innere zylindrische Wandung 113 der Druckkammer 6 aus. Der Gehäusekörper 1 sitzt mit seiner zylindrischen Innenfläche 112 mit relativ enger radialer Führung auf der zylindrischen Wandung 113 des Druckrings 2 auf und ist dadurch auf dieser geführt. Weiterhin nimmt er in seinem Einbauraum 28 einen Abschnitt 44 des Druckrings 2 mit ebenfalls relativ enger radialer Führung zwischen seiner zylindrischen Wandung 29 und der zylindrischen Außenfläche 54 des Druckrings 2 auf. Er liegt mit seiner Stirnfläche 60 an der Stirnfläche 21 des Lagerinnenrings 4 an. Der Druckring 2 bildet auf seiner, von der Druckkammer 6 fort weisenden Seite einen Abschnitt 59 mit wenigstens einer konischen Außenfläche 61 aus, dessen wenigstens teilweise um die Mittelachse M umlaufende Innenfläche 99 mit relativ enger radialer Passung auf einer Außenfläche 100 der Welle 5 sitzt. Vorzugsweise läuft die Innenfläche 99 vollständig um die Mittelachse M um und ist im Wesentlichen kongruent zu der Außenfläche 100 der Welle 5. Besonders bevorzugt ist die Innenfläche 99 mit einer reibwerterhöhenden Beschichtung oder mit einer reibwerterhöhenden Strukturierung versehen. Auf der wenigstens einen konischen Außenfläche 61 des Abschnitts 59 sitzt ein Spannring 107 mit einer, zu der wenigstens einen Außenfläche 61 im Wesentlichen kongruenten Innenfläche 108 auf. Über eine Anzahl von Zugschrauben 109, welche in Durchgangsbohrungen 110 des Spannrings 107 aufgenommen und in Gewindebohrungen 116 des Druckrings 2 eingeschraubt sind, wird der Spannring 107 auf die konische Außenfläche 61 gezogen und auf dieser gehalten. Der Spannring 107 weist eine weitere Anzahl von Durchgangsbohrungen 117 auf, welche von den Spannschrauben 37 durchragt werden. Vorzugsweise sind alle Durchgangsbohrungen 110, 117 gleichartig ausgeführt; besonders bevorzugt befinden sie sich auf einem gemeinsamen Lochkreis. Das Aufziehen des Spannrings 107 bewirkt, dass eine radiale Kraft auf den Abschnitt 59 einwirkt, welche dessen Innenfläche 99 auf die Außenfläche 100 der Welle 5 presst. Dadurch wird ein Kraftschluss zwischen dem Druckring 2 und der Welle 5 aufgebaut, über den die axialen Kräfte der Verspanneinheit in die Welle 5 eingeleitet werden. Die weitere Ausführung und die Funktion der Verspanneinheit entsprechen sinngemäß der Ausführung einer erfindungsgemäßen Verspanneinheit nach einer Kombination der 3 und 13; es wird deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen.
15 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer Pumpeinheit für eine erfindungsgemäße Verspanneinheit in einer symbolischen Abbildung. Eine Pumpe 90 saugt über eine Leitung 91 das Öl aus einem Vorratsbehälter 92 an; die Öffnung der Leitung 91 liegt dabei unterhalb des Ölniveaus. Über eine Leitung 88 wird das Drucköl zur Anschlussöffnung 89 der Pumpeinheit 86 gefördert. Ein in der Leitung 88 angeordnetes Rückschlagventil 87 verhindert, dass das Öl über die Pumpe 90 und die Leitung 91 zurück in den Vorratsbehälter 92 läuft. Ein Manometer 97 ist an die Leitung 88 angeschlossen; über den angezeigten Öldruck ist direkt die axiale Vorspannkraft der erfindungsgemäßen Verspanneinheit zu errechnen. Durch die bevorzugte Verwendung einer entsprechenden Skalenscheibe kann die Vorspankraft direkt am Manometer 97 abgelesen werden. Besonders bevorzugt wird ein elektronisches Manometer 97 verwendet, welches durch entsprechende interne Umrechnung zusätzlich oder alternativ zum Öldruck die auf das Wälzlager einwirkende Vorspannkraft anzeigen kann. In einer, an die Leitung 88 angeschlossenen Stichleitung 93, die in den Vorratsbehälter 92 mündet, ist ein Absperrventil 94 angeordnet, welches bei Betrieb der Pumpe 90 geschlossen ist. Nach der beschriebenen axialen Verspannung der erfindungsgemäßen Verspanneinheit wird das Absperrventil 94 geöffnet, um den Öldruck aus dem System abzulassen; das überschüssige Öl fließt in den Vorratsbehälter 92. Besonders bevorzugt ist parallel zu dem Absperrventil 94 in einer weiteren, an die Leitung 88 angeschlossenen Stichleitung 95 ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 96 verbaut. Dieses sorgt zum einen dafür, dass das beim Einfahren der Spannelemente in die Druckkammer verdrängte Drucköl ohne Überschreitung des eingestellten Öldruckes in den Vorratsbehälter 92 entweichen kann. Zum anderen gewährleistet es die sichere und einfache Funktion der erfindungsgemäßen Verspanneinheit, da der Öldruck in der Druckkammer und damit die resultiere axiale Vorspannkraft auf das Wälzlager nicht über den zuvor eingestellten Wert ansteigen können. Bei korrekt eingestelltem Öldruck wird somit eine Fehlbedienung der erfindungsgemäßen Verspanneinheit und ein durch Überlastung hervorgerufener Montageschaden des Wälzlagers im Rahmen der Zuverlässigkeit technischer Systeme ausgeschlossen. Die Stichleitungen 93, 95 von Absperrventil 94 und Druckbegrenzungsventil 96 sind bevorzugt unterhalb des Ölniveaus an den Vorratsbehälter 92 angeschlossen, um unnötige Blasenbildung des Öls beim Zurücklaufen in den Vorratsbehälter 92 zu vermeiden.
Trotzdem in den Figuren nur ein Kegelrollenlager dargestellt wird, ist eine erfindungsgemäße Verspanneinheit für die axiale Vorspannung sämtlicher anderer axial vorspannbarer Wälzlagerbauarten geeignet; sie ist deshalb nicht auf die Verwendung mit Kegelrollenlagern beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäusekörper
2: Druckring
3: Haltekörper
4: Lagerinnenring
5: Welle
6: Druckkammer
7: Dichtung
8: Dichtung
9: radiale Nut
10: radiale Nut
11: Stirnfläche
12: Stirnfläche
13: Dichtung
14: radiale Nut
15: Außenfläche
16: Außenfläche
17: Dichtung
18: radiale Nut
19: Anschlussbohrung
20: Innenfläche
21: Stirnfläche
22: Innenkontur
23: Bohrung
24: Wandung
25: Gewindebohrung
26: Innenfläche
27: Nut
28: Einbauraum
29: Wandung
30: Bohrung
31: Abschnitt
32: Spanneinheit
33: Dichtung
34: Dichtung
35: radiale Nut
36: radiale Nut
37: Druckschraube
38: Gewindeabschnitt
39: Wälzlager
40: Stirnfläche
41: Stirnfläche
42: radiale Nut
43: radiale Nut
44: Abschnitt
45: Druckstück
46: Dichtung
47: radiale Nut
48: radiale Nut
49: radiale Nut
50: Bohrung
51: Innengewinde
52: Gewindebohrung
53: Innengewinde
54: Außenfläche
55: Stirnfläche
56: Stirnfläche
57: Wellengewinde
58: Abschnitt
59: Abschnitt
60: Stirnfläche
61: Außenfläche
62: Schlüsselgeometrie
63: Abschnitt
64: radiale Nut
65: Wellenende
66: Außenfläche
67: Flansch
68: Montagebohrung
69: Zugschraube
70: Gewindebohrung
71: Abschnitt
72: Anschlussbohrung
73: radiale Nut
74: Außenfläche
75: Wellenschulter
76: Tasche
77: radiale Nut
78: radiale Nut
79: Wellenabschnitt
80: radiale Nut
81: radiale Nut
82: Stirnfläche
83: Stirnfläche
84: Längsnut
85: Führungsstück
86: Pumpeinheit
87: Rückschlagventil
88: Leitung
89: Anschlussöffnung
90: Pumpe
91: Leitung
92: Vorratsbehälter
93: Stichleitung
94: Absperrventil
95: Stichleitung
96: einstellbares Druckbegrenzungsventil
97: Manometer
98: Tasche
99: Innenfläche
100: Außenfläche
101: Abschnitt
102: Wandung
103: Innenfläche
104: Abschnitt
105: Abschnitt
106: Innenfläche
107: Spannring
108: Innenfläche
109: Zugschraube
110: Durchgangsbohrung
111: Abschnitt
112: Innenfläche
113: Wandung
114: Abschnitt
115: Innenfläche
116: Gewindebohrung
117: Durchgangsbohrung
M: Mittelachse
S: Mittelachse Winkel

Claims

Verspanneinheit für Wälzlager auf Achsen und Wellen, umfassend wenigstens einen ringförmigen Körper 1, 2, 3, 4 und wenigstens eine einzelne axial wirkende Druckkammer 6, welche wenigstens teilweise um die Mittelachse M der Verspanneinheit umlaufend ausgebildet ist, und welche durch wenigstens eine Anschlussbohrung 19, 72 mit einem Druckfluid beaufschlagt wird, um ein auf der Achse oder Welle 5 angeordnetes Wälzlager 39 axial zu verspannen, sowie die Verspanneinheit weiterhin umfassend eine Anzahl von Spanneinheiten 32, welche nach dem Ablassen des Fluiddruckes aus der Druckkammer 6 die axialen Positionen der Komponenten 1, 2, 3, 4 der Verspanneinheit zueinander und auf der Achse oder Welle 5 fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem axialen Verspannen des Wälzlagers 39 wenigstens eine der Spanneinheiten 32 die Druckkammer 6 in axialer Richtung durchragt und an einem der ringförmigen Körper 1, 2, 4 oder an der Achse oder Welle 5 zur Anlage gebracht wird, so dass sie sich nach dem Ablassen des Fluiddruckes aus der Druckkammer 6 axial an einem der ringförmigen Körper 1, 2, 4 oder an der Achse oder Welle 5 abstützt, wodurch eine axiale Kraft von einem der ringförmigen Körper 1, 2, 3, 4 auf wenigstens einen anderen der ringförmigen Körper 1, 2, 3, 4 oder auf die Achse oder Welle 5 übertragen wird.
Verspanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der ringförmigen Körper 1, 2, 4 zusammen mit wenigstens einem anderen der ringförmigen Körper 1, 2, 4 und zusammen mit der Achse oder Welle 5 zwischen sich die Druckkammer 6 ausbildet.
Verspanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der ringförmigen Körper 1, 2, 4 zusammen mit wenigstens einem anderen der ringförmigen Körper 1, 2, 4 zwischen sich die Druckkammer 6 ausbildet.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, die Druckkammer 6 ausbildender, ringförmiger Körper ein Gehäusekörper 1 ist, welcher einen Einbauraum 28 aufweist, in dem ein Druckring 2 oder wenigstens ein Abschnitt 44, 58, 71, 104 eines Druckrings 2 oder ein Abschnitt 63 des Lagerinnenrings 4 oder ein Abschnitt 75 der Achse oder Welle 5 aufgenommen wird.
Verspanneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach radial einwärts gerichtete, innere Wandung 29 des Einbauraums 28 die radial äußere Wandung der Druckkammer 6 ausbildet, und dass die radial innere Wandung der Druckkammer 6 durch wenigstens eine der Außenflächen 15, 16, 66 der Achse oder Welle 5 ausgebildet wird. Vorzugsweise sind die Wandung 29 und die wenigstens eine Außenfläche 15, 16, 66 rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M; besonders bevorzugt sind sie kreiszylindrisch.
Verspanneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach radial einwärts gerichtete, innere Wandung 29 des Einbauraums 28 die radial äußere Wandung der Druckkammer 6 ausbildet, und dass die radial innere Wandung der Druckkammer 6 durch wenigstens eine nach radial auswärts gerichtete Wandung 113 eines sich axial erstreckenden Abschnitts 114 des Druckrings 2 oder durch wenigstens eine nach radial auswärts gerichtete Wandung eines sich axial erstreckenden Abschnitts des Lagerinnenrings 4 ausgebildet wird. Vorzugsweise sind die Wandung 29 und die Wandung 113 rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M; besonders bevorzugt sind sie kreiszylindrisch.
Verspanneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach radial einwärts gerichtete, innere Wandung 29 des Einbauraums 28 die radial äußere Wandung der Druckkammer 6 ausbildet, und dass die radial innere Wandung der Druckkammer 6 durch wenigstens eine nach radial auswärts gerichtete Wandung 102 eines sich axial erstreckenden Abschnitts 105 des Gehäusekörpers 1 ausgebildet wird. Vorzugsweise sind die Wandung 29 und die Wandung 102 rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M; besonders bevorzugt sind sie kreiszylindrisch.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer aus Gehäusekörper 1 und Druckring 2 durch einen Haltekörper 3 in seiner axialen Position auf der Achse oder Welle 5 gehalten wird. Vorzugsweise bildet der Haltekörper 3 eine Stirnfläche 41 aus, an welcher der Gehäusekörper 1 mit seiner Stirnfläche 60 anliegt, oder an welcher der Druckring 2 mit seiner Stirnfläche 12 anliegt. Der Haltekörper 3 wird formschlüssig oder kraftschlüssig mit der Achse oder Welle 5 verbunden.
Verspanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper 3 als ein im Wesentlichen ringförmiger, einteiliger oder mehrteiliger Körper ausgebildet ist, welcher mit wenigstens einem einzelnen, nach radial einwärts ausgerichteten Abschnitt 22 in eine wenigstens teilweise um die Mittelachse M der Achse oder Welle 5 umlaufende, radiale Nut 27 der Achse oder Welle 5 eingreift. Vorzugsweise weist der Haltekörper 3 wenigstens einen radialen Spalt auf, welcher auf der gesamten axialen Erstreckung des Haltekörpers 3 von der Mittelachse M bis zur äußersten radialen Erstreckung des Haltekörpers 3 reicht.
Verspanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper 3 ein Innengewinde 53 aufweist, welches in ein Achs- oder Wellengewinde 57 eingreift. Vorzugsweise ist ein solcher Haltekörper 3 in der Art einer Wellenmutter oder eines Gewinderings ausgebildet.
Verspanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper 3 einen, sich nach radial einwärts erstreckenden, wenigstens teilweise um die Mittelachse M der Verspanneinheit umlaufenden Flansch 67 aufweist, welcher mit einer entsprechenden Aufnahmegeometrie der Achse oder Welle 5 fest verbunden wird. Vorzugsweise wird der Flansch 67 über eine Anzahl von Schrauben 69 an einem Abschnitt 65 der Achse oder Welle 5 befestigt. Besonders bevorzugt ist ein solcher Abschnitt ein Wellenende 65 oder ein relativ großer radialer Wellenabsatz.
Verspanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper 3 wenigstens eine einzelne Innenfläche aufweist, mit der er kraftschlüssig auf wenigstens einer, dazu vorzugsweise kongruenten Außenfläche der Achse oder Welle 5 aufsitzt. Der Kraftschluss zwischen diesen Flächen wird durch Reibkräfte erzeugt, welche durch ein radiales Aufpressen der wenigstens einen Innenfläche auf die Außenfläche und durch Rauigkeiten dieser Flächen bewirkt werden. Die radialen Presskräfte werden durch die Montage von wenigstens einem weiteren Bauteil an einem Abschnitt des Haltekörpers 3 aufgebracht. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Innenfläche des Haltekörpers 3 zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch zur Mittelachse M. Besonders bevorzugt weist die wenigstens eine Innenfläche eine reibwerterhöhende Beschichtung oder Strukturierung auf.
Verspanneinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper 3 die wenigstens eine Innenfläche zum kraftschlüssigen Aufsitzen auf der Achse oder Welle 5 in einem, sich axial erstreckenden Abschnitt ausbildet, welcher eine konische Außenfläche aufweist. Auf die konische Außenfläche wird ein Spannring mit einer konischen Innenfläche aufgeschoben oder aufgezogen. Vorzugsweise ist diese Innenfläche kongruent zu der konischen Außenfläche des Abschnitts. Der Spannring wird bevorzugt durch eine Anzahl von Zugschrauben auf die Außenfläche gezogen und auf dieser gesichert. Weiterhin bevorzugt weist der Haltekörper 3 wenigstens einen einzelnen radialen Schlitz auf, welcher sich wenigstens über einen Teil des Abschnitts mit der konischen Außenfläche von einer seiner Innenflächen bis zu seiner Außenseite erstreckt.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer aus Gehäusekörper 1 und Druckring 2 ein Innengewinde 51 aufweist, welches in ein Achs- oder Wellengewinde 57 eingreift.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer aus Gehäusekörper 1 und Druckring 2 einen, sich nach radial einwärts erstreckenden, wenigstens teilweise um die Mittelachse M der Verspanneinheit umlaufenden Flansch 67 aufweist, welcher mit einer entsprechenden Aufnahmegeometrie der Achse oder Welle 5 fest verbunden wird. Vorzugsweise wird der Flansch 67 über eine Anzahl von Schrauben 69 an einem Abschnitt 65 der Achse oder Welle 5 befestigt. Besonders bevorzugt ist ein solcher Abschnitt ein Wellenende 65 oder ein relativ großer radialer Wellenabsatz.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer aus Gehäusekörper 1 und Druckring 2 einen, sich axial erstreckenden Abschnitt 59 ausbildet, welcher wenigstens eine einzelne Innenfläche 99 aufweist, mit der er kraftschlüssig auf wenigstens einer, dazu vorzugsweise kongruenten Außenfläche 100 der Achse oder Welle 5 aufsitzt. Der Kraftschluss zwischen diesen Flächen wird durch Reibkräfte erzeugt, welche durch ein radiales Aufpressen der wenigstens einen Innenfläche 99 auf die Außenfläche 100 und durch Rauigkeiten dieser Flächen 99, 100 bewirkt werden. Die radialen Presskräfte werden durch die Montage von wenigstens einem weiteren Bauteil 107 an dem Abschnitt 59 aufgebracht. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Innenfläche 99 zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch zur Mittelachse M. Besonders bevorzugt weist die wenigstens eine Innenfläche 99 eine reibwerterhöhende Beschichtung oder Strukturierung auf.
Verspanneinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt 59 eine konische Außenfläche 61 ausbildet, auf die ein Spannring 107 mit einer konischen Innenfläche 108 aufgeschoben oder aufgezogen wird. Vorzugsweise ist die Innenfläche 108 kongruent zu der konischen Außenfläche 61 des Abschnitts 59. Der Spannring 107 wird bevorzugt durch eine Anzahl von Zugschrauben 109 auf die Außenfläche 61 gezogen und auf dieser gesichert. Weiterhin bevorzugt weist der Abschnitt 59 wenigstens einen einzelnen radialen Schlitz auf, welcher sich wenigstens über einen Teil der axialen Länge des Abschnitts 59 von einer seiner Innenflächen bis zu seiner Außenseite erstreckt.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer aus Gehäusekörper 1 und Druckring 2 durch wenigstens einen, sich im Wesentlichen radial erstreckenden Absatz der Achse oder Welle 5 in seiner axialen Position auf ebendieser gehalten wird. Der radialen Erstreckung des Absatzes kann auch eine axiale Erstreckung desselben entlang der Mittelachse M der Achse oder Welle 5 überlagert sein. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Absatz als sich nach radial auswärts erstreckende Achs- oder Wellenschulter 75 ausgebildet, an deren Stirnfläche 83 der Gehäusekörper 1 mit seiner Stirnfläche 60 anliegt, oder an deren Stirnfläche 83 der Druckring 2 mit seiner Stirnfläche 12 anliegt.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spanneinheiten 32 aus einem einzelnen Bauteil bestehend ausgeführt ist.
Verspanneinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spanneinheiten 32 durch eine einzelne Druckschraube 37 ausgebildet ist, welche mit ihrem Gewindeabschnitt 38 in eine, von einem der ringförmigen Körper 1, 2 bereitgestellte Gewindebohrung 25, 52 eingeschraubt ist. Die Druckschraube 37 weist an ihrer, der Druckkammer 6 zugewandten Seite wenigstens einen einzelnen, sich längs ihrer Mittelachse S erstreckenden Abschnitt 31 auf; vorzugsweise weist die Druckschraube 37 genau einen einzelnen solchen Abschnitt 31 auf. Der wenigstens eine Abschnitt 31 der Druckschraube 37 ist in einer Öffnung 30, 50 aufgenommen, welche durch einen der ringförmigen Körper 1, 2 ausgebildet wird, und welche sich entlang der Mittelachse S von dem, der Druckkammer 6 zugewandten, Ende der Gewindebohrung 25, 52 bis in die Druckkammer 6 hinein erstreckt. Die Öffnung 30, 50 bildet wenigstens eine einzelne innere Fläche 24 aus; vorzugsweise bildet sie genau eine einzelne innere Fläche 24 aus. Die wenigstens eine einzelne innere Fläche 24 weist vorzugsweise eine Querschnittskontur auf, die nur geringfügig größer ist als die Querschnittskontur des ihr jeweils zugeordneten Abschnitts 31 der Druckschraube 37.
Verspanneinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Abschnitte 31 der Druckschraube 37 eine rotationssymmetrische Mantelfläche aufweist. Die Rotationsachse entspricht dabei der Mittelachse S der Druckschraube 37. Vorzugsweise weist jeder der Abschnitte 31 der Druckschraube 37 eine rotationssymmetrische Mantelfläche nach der beschriebenen Art auf.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spanneinheiten 32 aus mehreren Bauteilen bestehend ausgeführt ist.
Verspanneinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spanneinheiten 32 durch wenigstens eine einzelne Druckschraube 37 und durch wenigstens ein einzelnes Druckstück 45 ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Druckstück 45 auf der, der Druckkammer 6 zugewandten Seite der wenigstens einen Druckschraube 37 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die wenigstens eine der Spanneinheiten 32 durch genau eine einzelne Druckschraube 37 und durch genau ein einzelnes Druckstück 45 ausgebildet. Die wenigstens eine Druckschraube 37 ist mit ihrem Gewindeabschnitt 38 in eine, von einem der ringförmigen Körper 1, 2 bereitgestellte Gewindebohrung 25, 52 eingeschraubt. Das wenigstens eine Druckstück 45 weist wenigstens einen einzelnen, sich längs der Mittelachse S des Druckstücks 45 erstreckenden Abschnitt 101 auf; vorzugsweise weist das Druckstück 45 genau einen einzelnen solchen Abschnitt 101 auf. Der wenigstens eine Abschnitt 101 des Druckstücks 45 ist in einer Öffnung 30, 50 aufgenommen, welche durch einen der ringförmigen Körper 1, 2 ausgebildet wird, und welche sich entlang der Mittelachse S von dem, der Druckkammer 6 zugewandten, Ende der Gewindebohrung 25, 52 bis in die Druckkammer 6 hinein erstreckt. Die Öffnung 30, 50 bildet wenigstens eine einzelne innere Fläche 24 aus; vorzugsweise bildet sie genau eine einzelne innere Fläche 24 aus. Die wenigstens eine einzelne innere Fläche 24 weist vorzugsweise eine Querschnittskontur auf, die nur geringfügig größer ist als die Querschnittskontur des ihr jeweils zugeordneten Abschnitts 101 des Druckstücks 45.
Verspanneinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Abschnitte 101 des wenigstens einen Druckstücks 45 eine rotationssymmetrische Mantelfläche aufweist. Die Rotationsachse entspricht dabei der Mittelachse S des Druckstücks 45. Vorzugsweise weist jeder der Abschnitte 101 des wenigstens einen Druckstücks 45 eine rotationssymmetrische Mantelfläche nach der beschriebenen Art auf.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 20, 21, 23 und 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung eine Bohrung 30, 50 ist, welche sich längs der Mittelachse S der Gewindebohrung 25, 52 bis zu ebendieser erstreckt. Die Bohrung 30, 50 bildet wenigstens eine einzelne rotationssymmetrische Wandung 24 aus; vorzugsweise bildet sie genau eine einzelne rotationssymmetrische Wandung 24 aus.
Verspanneinheit nach einem der Ansprüche 21, 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abschnitt 31, 101 mit einer rotationssymmetrischen Mantelfläche ein zylindrischer Abschnitt ist, und dass die wenigstens eine rotationssymmetrische Wandung 24 der Bohrung 30, 50 eine zylindrische Wandung 24 ist. Die wenigstens eine zylindrische Wandung 24 der Bohrung 30, 50 weist einen relativ nur geringfügig größeren Durchmesser auf als der wenigstens eine, ihr jeweils zugeordnete, zylindrische Abschnitt 31, 101, so dass der wenigstens eine zylindrische Abschnitt 31, 101 mit relativ enger radialer Führung in der Bohrung 30, 50 aufgenommen ist.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, sich längs der Mittelachse S erstreckende Abschnitt 31, 101 der wenigstens einen Druckschraube 37 oder des wenigstens einen Druckstücks 45 durch Dichtungen 33, 34 gegen die wenigstens eine innere Fläche 24 der Öffnung 30, 50 abgedichtet ist. Bevorzugt erfolgt diese Abdichtung radial in Bezug auf die jeweilige Mittelachse S der Öffnung 30, 50.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse S von wenigstens einer der Spanneinheiten 32 um einen Winkel α zu der Mittelachse M der Verspanneinheit geneigt ist. Der Winkel α ist kleiner als 90°; bevorzugt ist α kleiner als 45°, und besonders bevorzugt ist α kleiner als 20°.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Druckkammer 6 ausbildenden Komponenten 1, 2, 4, 5 und die Komponenten 37, 45 der Spanneinheiten 32 durch separate Dichtungen 7, 8, 13, 17, 33, 34, 46 gegeneinander abgedichtet sind. Vorzugsweise sind die Dichtungen 7, 8, 13, 17, 33, 34, 46 radial dichtend ausgeführt.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer 6 über die wenigstens eine Anschlussbohrung 19, 72 und über wenigstens eine entsprechende Zuleitung durch eine Pumpeinheit 86 mit einem Druckfluid beaufschlagt wird, wobei die Pumpeinheit 86 ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 96 umfasst, das über Leitungen 88, 95 mit dem Anschluss 89 der Pumpeinheit 86 verbunden ist.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspanneinheit in einem Anlagentriebstrang montiert wird.
Verspanneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspanneinheit im Triebstrang einer Windenergieanlage montiert wird.