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Die Erfindung betrifft eine rotierende Arbeitseinheit umfassend wenigstens ein Werkzeug, das wenigstens ein Werkzeugelement aus Kunststoff umfasst gemäß dem Anspruch 1.
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Es hat sich herausgestellt, dass die drehfeste Anbindung von Werkzeugelementen aus Kunststoff an eine Welle nur schwer zu realisieren ist, wenn hohe Drehmomente gefordert sind.
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Die
DE 646 643 A zeigt eine abnehmbare Kurbel für Fahrräder, bestehend aus einer gespaltenen Nabe, welche mittelst eines Querbolzens oder einer Schraube zusammengezogen werden kann, und aus einem von dieser Nabe getragenen kreisförmigen Vorsteckkeil, welcher in das Auge der Nabe derart eindringt, dass derselbe in eine halbkreisförmige Öffnung oder solchen Einschnitt in der Achse auf welcher die Kurbel befestigt wird, eingreift.
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Des Weiteren offenbart die
US 2009/0060637 A1 ein Element zur Verhinderung von Montagefehlern an einem Kardangelenk, in dem eine Bolzenführung zur Arretierung einer eine Nut aufweisenden Wellenstange an der Gelenkgabel vorgesehen ist.
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Die
US 6,074,316 zeigt ein in zwei gegenüberliegende Hälften geteiltes Zahnrad, die auf ein geschlitztes Nabenelement zugreifen und miteinander verschraubt werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine rotierende Arbeitseinheit umfassend wenigstens ein Werkzeugelement aus Kunststoff anzugeben, das hohen Drehmomenten widersteht und auf einfache Weise montiert und demontiert werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst eine rotierende Arbeitseinheit wenigstens ein Werkzeug, eine Welle und eine Passfeder, wobei das Werkzeug drehfest mit der Welle verbunden ist und diese wenigstens teilweise umgreift. Das Werkzeug weist wenigstens zwei Werkzeugelemente aus Kunststoff auf, die einander zugeordnete Verbindungsflächen aufweisen, welche im eingebauten Zustand des Werkzeugs in Umfangsrichtung gegenüber liegen. Die Verbindungsflächen können in Kontakt zueinander verbaut sein oder in Endlage beabstandet zueinander liegen. Ferner ist in die Welle am Umfang/Mantel wenigstens eine Wellenausnehmung eingebracht. Zudem weist wenigstens ein Werkzeugelement in seiner Verbindungsfläche eine Vertiefung auf, in welche eine Passfeder eingesetzt ist. Die Passfeder verzahnt über die Wellenausnehmung das Werkzeugelement mit der Welle, Über die Passfeder können die beidseitig angrenzenden Verbindungslöcher beabstandet zueinander gehalten werden.
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Die Passfeder weist ein Passfederloch in Form eines Durchgangslochs auf. Die Werkzeugelemente weisen ein ebenfalls, im eingebauten Zustand koaxial zum Passfederloch liegendes, Durchgangsloch auf, das am zur Verbindungsfläche abgewandten Ende an einer Anlagefläche endet. Die jeweiligen Anlageflächen der Werkzeugelemente dienen zur gegenseitigen Verspannung, wobei diese durch ein Spannelement, das sich durch das Passfederloch erstreckt, hergestellt wird, wodurch die Werkzeugelemente gegeneinander und gleichzeitig das Werkzeug mit der Welle verspannt wird. Die Passfeder wird insbesondere in einer Einsteckrichtung in die Welle eingesetzt, wobei das Passfederloch insbesondere orthogonal zur Einsteckrichtung und parallel zur Tangente an die Welle in der Normalebene der Wellenachse verläuft.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung können wenigstens zwei Werkzeugelemente zueinander durch die gegenüberliegenden Anlageflächen verspannt werden, wobei ferner eine Stabilisierung der Passfeder, die zwischen den beiden Anlageflächen liegt, erfolgt. Das Drehmoment wird somit in erster Linie von der, insbesondere metallischen Passfeder, aufgenommen. Die Ableitung der Kräfte erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht nur über die formschlüssige Einbringung der Passfeder in die Vertiefung der Verbindungsflächen, sondern auch über das die Werkzeugelemente versteifende Spannelement.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung durchgreift das Spannelement sowohl das Durchgangsloch der Werkzeugelemente als auch das Passfederloch so, dass die Mantelfläche des Spannelements sowohl an den Werkzeugelementen als auch an der Passfeder vollständig anliegt. Dies sorgt für eine möglichst großflächige Kraftübertragung, wobei die Stützung der Passfeder über die Vertiefung in der Verbindungsfläche erfolgt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Durchgangsloch im Werkzeugelement einen größeren Durchmesser aufweisen als das Passfederloch. Das korrespondierende Spannelement ist im Umfang etwas geringer als das Passfederloch. Im Bereich des Durchgangslochs wird der Zwischenraum zwischen dem Spannelement und dem Werkzeugelement durch eine Hülse, die insbesondere aus Metall oder Leichtmetall besteht, ausgefüllt. Dies hat zur Folge, dass eine Abstützung der Passfeder auch über die Hülsen erfolgt und die Anlagefläche mit dem Werkzeugelement vergrößert wird, wodurch auch bei geringer Ausdehnung der Passfeder, die nur ein Passfederloch mit geringem Durchmesser zulässt, eine Kraftableitung mit geringer Flächenpressung am Werkzeugelement ermöglicht wird. Dadurch können insbesondere Werkzeuge mit geringer axialer Ausdehnung in Wellenrichtung stabil an der Welle fixiert werden.
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Insbesondere ist in das Durchgangsloch des Werkzeugelements eine Metallhülse eingesetzt, die im Innendurchmesser etwa das Passfederloch und im Außendurchmesser etwa des Durchgangslochs entspricht.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Passfeder von der Mitte zu einem Ende der Passfeder in Einsteckrichtung verjüngt. Dies sorgt in Abstimmung auf die Wellenausnehmung für eine Endringbeschränkung in die Welle, insbesondere wenn die Welle als Hohlwelle und die Ausnehmung als radialer Durchbruch gestaltet ist.
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Vorzugsweise kann der Werkstoff der Passfeder einen größeren E-Modul aufweisen als der Werkstoff des Werkzeugelements.
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Insbesondere weist der Kunststoff der Werkzeugelemente einen E-Modul von weniger als 15.000 N/mm2, insbesondere von 500 N/mm2 bis 15.000 N/mm2 auf.
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Insbesondere ist die Welle eine Hohlwelle. Dadurch können große Wellendurchmesser bei geringem Gewicht und hoher Steifigkeit hergestellt werden. Zudem sind die Ausnehmungen für die Passfeder in kastengünstiger Weise herstellbar.
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Bevorzugt kann ein Anschlag für das Spannelement vorgesehen sein, so dass eine Kompression des Werkzeugelements von 0,5% bis 5% der Länge zwischen Anlagefläche und Verbindungsfläche ermöglicht wird. Dadurch kann beispielsweise ein Anzugsmoment einer Schraube-Mutter-Verbindung mit dem Nennmoment erfolgen, wodurch wiederum die Schraubensicherheit erhöht wird.
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Der Anschlag wird insbesondere mittels einer Hülse erreicht. Vorzugsweise kann die Länge der Hülse etwas kürzer als die axiale Ausdehnung entlang des Spannelements von der Vertiefung in der Stirnfläche zur Anlagefläche sein. Der Unterschied beträgt etwa 0,5% bis 5% der Hülsenlänge. Durch diesen Unterschied kann eine definierte Vorspannung auf das Werkzeugelement aus Kunststoff aufgebracht werden, da die Hülse einen Anschlag bildet.
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Das Spannelement kann eine Mutter und ein Gewindeelement umfassen, das insbesondere in Form einer Schraube gebildet ist. Die Verspannung kann so durch beidseitige Verschraubung oder einseitige Schnellspannung erfolgen. Im Bereich des Durchgangslochs und der Passfeder kann das Spannelement bevorzugt gewindelos ausgebildet sein, um eine größtmögliche Anlagefläche zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vertiefung in der Verbindungsfläche der halben Stärke der Passfeder entsprechen. Auf diese Weise können zwei benachbarte Werkzeugelemente in Tangential- und Axialrichtung der Welle über die Passfeder formschlüssig zueinander fixiert werden.
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Besonders bevorzugt kann die rotierende Arbeitseinheit ein Förderrotor sein, wobei das Werkzeug als eine Zinkenscheibe ausgebildet sein kann, wie sie in der Landwirtschaft, insbesondere der Grünlandtechnik, Anwendung findet.
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Auf dem erfindungsgemäßen Förderrotor kann eine Vielzahl von Zinkenscheiben axial benachbart angeordnet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Förderrotors;
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2a eine erste perspektivische Ansicht eines Förderwerkzeugelements;
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2b eine zweite perspektivische Ansicht eines Förderwerkzeugelements;
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3 eine Teilschnittansicht eines Zinkenscheibenelements mit eingesetzter Passfeder, und
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4 eine Schnittansicht durch ein montiertes Förderwerkzeug gemäß 1.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Förderrotors 10 umfassend eine Welle und mehrere drehfest an der Welle angeordnete Zinkenscheiben 14. Die Welle ist als Hohlwelle 12 ausgebildet und weist gegenüberliegende Ausnehmungen 16a, 16b auf. Die erfindungsgemäße Art der Befestigung der Zinkenscheiben 14 an der Hohlwelle 12 ist in den nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
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2A zeigt eine erste perspektivische Ansicht eines Zinkenscheibenelements 18a aus Kunststoff, das mit einem identisch ausgebildeten zweiten Zinkenscheibenelement eine Zinkenscheibe 14 gemäß 1 bildet. Die Zinkenscheibe 14 umgreift die Welle vollständig. Wie 2 zu entnehmen ist, weist das Zinkenscheibenelement 18a zwei Verbindungsflächen 20a, 20b auf, in welche jeweils eine Vertiefung 22a, 22b zur Aufnahme einer Passfeder eingebracht ist. Die Tiefe der Vertiefungen 22a, 22b entspricht etwa der Hälfte der Stärke der Passfeder, wodurch eine formschlüssige Fixierung beider Zinkenscheibenelemente 18a, 18b zueinander in axialer Richtung und tangentialer Richtung der Welle erfolgen kann. Ferner ist im Bereich der Vertiefung 22a, 22b jeweils ein Durchgangsloch 24a, 24b eingebracht, durch welches ein Spannelement geführt werden kann.
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2B zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines Zinkenscheibenelements 18a, wobei die am Ende der Durchgangslöcher 24a, 24b liegenden Anlageflächen 26a, 26b zu erkennen sind, über welche zwei Zinkenscheibenelemente 18a, 18b gegeneinander verspannt werden können.
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3 zeigt eine Teilschnittansicht eines Zinkenscheibenelements 18a mit einer eingesetzten Passfeder 28a. Die Passfeder 28a weist ebenfalls ein Passfederloch 30a auf, um den Durchtritt des Spannelements zur gegenseitigen Verspannung der beiden Zinkenscheibenelemente 18a, 18b zu ermöglichen. Ferner ist dargestellt, wie ein Ende der Passfeder, welches in radialer Richtung über das Zinkenscheibenelement 18a innen hinausragt und die Ausnehmung 16a in der Hohlwelle 12 durchgreift, wodurch das Zinkenscheibenelement 18a in Umfangsrichtung und in axialer Richtung der Welle festgelegt wird. Die Passfeder 28a ist tropfenförmig ausgebildet, wodurch diese in der Vertiefung auch in radialer Richtung formschlüssig festgelegt ist, dadurch wird eine Verlustsicherung in radialer Richtung erreicht, was die Montage vereinfacht, zudem ergibt sich ein definierter Überstand in radialer Richtung mit geringem Querschnitt, so dass nur eine geringe Schwächung der Welle notwendig ist.
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4 zeigt eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Förderrotors 10 umfassend zwei Zinkenscheibenelemente 18a, 18b, die an den Verbindungsflächen beabstandet zueinander liegen, wobei je Verbindungsfläche eine Passfeder 28a, 28b zwischen den Zinkenscheibenelementen 18a, 18b eingesetzt ist. Die Passfedern 28a, 28b greifen in gegenüberliegende zugeordnete Ausnehmungen 16a, 16b ein. Die Zinkenscheibenelemente 18a, 18b werden durch Spannelemente 32a, 32b zusammengehalten, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Spannelement 32a aus einer Schraube und einer Mutter besteht. Ferner sind in den Durchgangslöchern 24a, 24b der Zinkenscheibenelemente 18a, 18b jeweils Metallhülsen 34a, 34b eingesetzt. Die Metallhülsen 34a, 34b entsprechen in ihrem Außendurchmesser dem Durchmesser der Durchgangslöcher 24a, 24b und in ihrem Innendurchmesser dem Passfederloch 30a, 30b. Über die an die Passfeder 28a, 28b gepressten Metallhülsen 34a, 34b werden über die Passfeder eingeleitete Drehmomentspitzen großflächig in die Zinkenscheibenelemente 18a, 18b, abgeführt, wodurch die Zinkenscheibenelemente 18a, 18b aus Kunststoff auch größeren Drehmomentspitzen widerstehen können.
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Durch diese Anordnung ergibt sich ein leichter, einfach zu montierender und kostengünstig herzustellender Förderrotor hoher Stabilität.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Förderrotor
- 12
- Hohlwelle
- 14
- Zinkenscheiben
- 16a, 16b
- Ausnehmungen
- 18a, 18b
- Zinkenscheibenelemente
- 20a, 20b
- Verbindungsflächen
- 22a, 22b
- Vertiefungen
- 24a, 24b
- Durchgangslöcher
- 26a, 26b
- Anlageflächen
- 288, 28b
- Passfedern
- 30a, 30b
- Passfederlöcher
- 32a, 32b
- Spannelemente
- 34a, 34b
- Metallhülsen
