DE102016223810A1 - Device for securing a machine element on a shaft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sicherung eines Maschinenelements auf einer Welle, wobei die Vorrichtung einen radial geschlitzten Wellensicherungsring und einen Sicherungsring aufweist, und wobei das Maschinenelement mittels des Wellensicherungsrings auf der Welle gesichert ist sowie der Wellensicherungsring mittels des Sicherungsrings zumindest gegen fliehkraftbedingtes Aufweiten gehalten ist, wobei das Sicherungselement den Wellensicherungsring radial außen hintergreift und mit der Welle verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch einen elektromotorischen Antrieb mit einer Rotorwelle und mit einem Maschinenelement, wobei das Maschinenelement mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Welle gesichert ist.The invention relates to a device for securing a machine element on a shaft, wherein the device has a radially slotted shaft securing ring and a retaining ring, and wherein the machine element is secured by means of the shaft securing ring on the shaft and the shaft securing ring is held by means of the locking ring at least against centrifugal expansion, wherein the securing element engages behind the shaft securing ring radially outward and is connected to the shaft. The invention also relates to an electromotive drive with a rotor shaft and with a machine element, wherein the machine element is secured with a device according to the invention on the shaft.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sicherung eines Maschinenelements auf einer Welle, wobei die Vorrichtung einen radial geschlitzten Wellensicherungsring und einen Sicherungsring aufweist, und wobei das Maschinenelement mittels des Wellensicherungsrings auf der Welle gesichert ist sowie der Wellensicherungsring mittels des Sicherungsrings zumindest gegen fliehkraftbedingtes Aufweiten gehalten ist, wobei das Sicherungselement den Wellensicherungsring radial außen hintergreift und mit der Welle verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch einen elektromotorischen Antrieb mit einer Rotorwelle und mit einem Maschinenelement, wobei das Maschinenelement mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Welle gesichert ist.The invention relates to a device for securing a machine element on a shaft, wherein the device has a radially slotted shaft securing ring and a retaining ring, and wherein the machine element is secured by means of the shaft securing ring on the shaft and the shaft securing ring is held by means of the locking ring at least against centrifugal expansion, wherein the securing element engages behind the shaft securing ring radially outward and is connected to the shaft. The invention also relates to an electromotive drive with a rotor shaft and with a machine element, wherein the machine element is secured with a device according to the invention on the shaft.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Geschlitzte Wellensicherungsringe werden mittels eines Sicherungsrings auf Wellen gesichert, wenn im Betrieb sehr hohe Drehzahlen der Welle auftreten und/oder hohe Axialkräfte auf den Sicherungsring wirken. Der Wellensicherungsring kann sich aufgrund seines Schlitzes bei hohen Drehzahlen und der dabei entstehenden Fliehkräfte und/oder durch die Wirkung von axialen Lasten verformen und dabei radial aufgehen. Ein sicherer Halt in der Nut des Wellensicherungsrings wäre in diesen Fällen ohne eine gattungsgemäße Vorrichtung nicht gewährleistet.Slotted shaft locking rings are secured by means of a locking ring on shafts when operating very high speeds of the shaft occur and / or high axial forces acting on the retaining ring. The shaft lock ring can deform due to its slot at high speeds and the resulting centrifugal forces and / or by the action of axial loads and thereby rise radially. A secure hold in the groove of the shaft retaining ring would not be guaranteed in these cases without a generic device.

DE 40 07 942 C1 beschreibt eine derartige Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Wellensicherungsring auf, der in einer Nut einer Welle sitzt. Der Wellensicherungsring ist mit einem Sicherungsring aus dünnwandigem Blech auf der Welle gesichert. Der Sicherungsring ist aus einem Ringabschnitt gebildet, mit dem der Wellensicherungsring von der Rotationsachse der Welle aus betrachtet radial hintergriffen ist und mit dem der Wellensicherungsring mit der Rotationsachse der Welle gleichgerichtet axial übergriffen ist. Von dem Ringabschnitt gehen Zacken oder Federelemente ab, mit denen der Sicherungsring auf der Welle abgestützt und gehalten ist. Der den Wellensicherungsring radial umgebende Ringabschnitt des Sicherungsrings verhindert das radiale Aufweiten und fesselt den Wellensicherungsring in seiner Position in der Nut. Die Zackenringe bzw. Federn halten den Sicherungsring in Position und stützen den Wellensicherungsring zusätzlich axial. DE 40 07 942 C1 describes such a device. The device has a shaft securing ring which sits in a groove of a shaft. The shaft securing ring is secured on the shaft with a retaining ring made of thin-walled sheet metal. The securing ring is formed from a ring portion, with which the shaft retaining ring is viewed from the rotational axis of the shaft radially inwardly engaged and with the shaft securing ring with the axis of rotation of the shaft rectified axially overlapped. From the ring portion go from spikes or spring elements, with which the locking ring is supported and held on the shaft. The annular portion of the locking ring radially surrounding the shaft retaining ring prevents radial expansion and ties the shaft retaining ring in its position in the groove. The serrated rings or springs hold the retaining ring in position and additionally support the shaft retaining ring axially.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig herstellen und problemlos montieren lässt.The object of the invention is to provide a device that can be easily and inexpensively manufactured and easily assembled.

Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.The object is the subject of the claim 1 solved.

Die Erfindung sieht vor, dass der Sicherungsring eine innenzylindrische Fläche aufweist und über die innenzylindrische Fläche kraftschlüssig mit der Welle verbunden ist. Die kraftschlüssige Verbindung des Sicherungsrings ist durch Aufschrumpfen oder/und Aufpressen des Sicherungsrings auf die Welle vorgesehen, wobei Sicherungsring über die innenzylindrische Fläche auf der Welle abgestützt ist. Dabei ist der Innendurchmesser der innenzylindrischen Fläche bei Raumtemperatur kleiner als der Außendurchmesser der Welle am bestimmungsgemäßen außenzylindrischen Wellenabschnitt, der den Sitz des Sicherungsringes auf der Welle bildet. Beim Aufschrumpfen wird zumindest der Bereich des Sicherungsrings mit der innenzylindrischen Fläche gegenüber der Raumtemperatur erwärmt und/oder die Welle unterkühlt. Die Pressverbindung über Aufpressen wird also bei Raumtemperatur oder/und mit erwärmten bzw. unterkühlten Bauteilen hergestellt.The invention provides that the retaining ring has an inner cylindrical surface and is frictionally connected via the inner cylindrical surface with the shaft. The non-positive connection of the locking ring is provided by shrinking and / or pressing the locking ring on the shaft, wherein the locking ring is supported on the inner cylindrical surface on the shaft. In this case, the inner diameter of the inner cylindrical surface at room temperature is smaller than the outer diameter of the shaft on the intended outer cylindrical shaft portion, which forms the seat of the retaining ring on the shaft. When shrinking, at least the region of the securing ring with the inside cylindrical surface is heated with respect to the room temperature and / or the shaft is undercooled. The press connection via pressing is thus produced at room temperature and / or with heated or supercooled components.

Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sicherungsring einen ersten Ringabschnitt aufweist, welcher den Wellensicherungsring axial übergreift sowie radial außen hintergreift, wobei axial mit einer Rotationsachse der Welle gleichgerichtet und radial quer zur Rotationsachse der Welle ist, und dass der Sicherungsring einen zweiten Ringabschnitt aufweist, an dem die innenzylindrische Fläche ausgebildet ist und welcher mit dem ersten Ringabschnitt verbunden ist.With an embodiment of the invention, it is provided that the securing ring has a first annular portion, which engages over the shaft securing ring axially and engages behind radially, wherein axially aligned with a rotational axis of the shaft and radially transverse to the axis of rotation of the shaft, and that the locking ring has a second annular portion has, on which the inner cylindrical surface is formed and which is connected to the first ring portion.

Zackenringe des bekannten Stands der Technik werden auf die Welle aufgeschoben und sollten sich in der Sicherungsstellung mit scharfen Kanten in die Welle verkrallen. Beste Voraussetzungen für die Wirkung eines Zackenrings in dieser Weise ist eine nicht gehärtete Oberfläche der Welle, die so weich ist, dass sich die gehärteten Kanten der Zacken in die Oberfläche eingraben können. Durch das Verkrallen wird zusätzlich zum Kraftschluss eine axiale Formschlussverbindung zwischen der Welle und dem Zackenring hergestellt. Gehärtete Oberflächen von Wellen wirken sich deshalb eher nachteilig aus, da die Zacken sich nicht ausreichend in der Oberfläche der Welle verkrallen können. In modernen Antrieben müssen die Oberflächen von Wellen oft jedoch gehärtet sein, insbesondere dann, wenn Verzahnungen und Lagersitze vorgesehen sind. Ein weiteres Problem kann auftreten wenn Zackenringe verwendet werden, deren Zacken eher als Druck-Federelemente ausgelegt sind und die deshalb nur durch federelastische Kräfte gegen die Welle vorgespannt sind. In beiden Fällen fehlt der für diese dünnwandigen Sicherungsringe notwendige zusätzliche Formschluss, der durch Einkrallen in die Oberfläche der Welle entsteht. Ein sicherer Halt der Sicherungsringe und damit der Wellensicherungsringe ist nicht in jedem Fall gegeben, insbesondere dann, wenn schrägverzahnte oder andere hohen Axialkräften ausgesetzten Maschinenelemente gesichert werden sollen. Federelemente, die in extra dafür geschaffenen Nuten der Welle verklemmt sind, halten sehr gut, kann jedoch zusätzlichen Aufwand bei der Fertigung bedeuten. Darüber hinaus ist bekannt, dass sich Zackenringe als Schüttgut relativ schnell ineinander verhaken und aufwändig voneinander zu trennen oder aufwändig einzeln sortiert zu halten sind.Jagged rings of the prior art are pushed onto the shaft and should dig into the safety position with sharp edges in the shaft. The best prerequisite for the effect of a serrated ring in this way is an uncured surface of the shaft, which is so soft that the hardened edges of the serrations can dig into the surface. By clawing an axial positive connection between the shaft and the serrated ring is made in addition to traction. Hardened surfaces of waves therefore have a rather disadvantageous effect, since the tines can not sufficiently dig into the surface of the shaft. In modern drives, however, the surfaces of shafts often have to be hardened, especially if gears and bearing seats are provided. Another problem may occur when toothed rings are used, the teeth are designed more as a pressure-spring elements and therefore biased by spring-elastic forces against the shaft. In both cases, the additional form-fit required for these thin-walled circlips, which results from clawing into the surface of the shaft, is missing. A secure hold of the retaining rings and thus the shaft retaining rings is not in in any case, especially when helical or other high axial forces exposed machine elements to be secured. Spring elements that are jammed in specially created grooves of the shaft, hold very well, but can mean additional effort in the production. In addition, it is known that toothed rings as a bulk material interlock relatively quickly and to separate laboriously from each other or consuming individually sorted to keep.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt darin, dass mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch auf Wellen mit gehärteten Oberflächen ein sicherer Sitz hergestellt werden kann und dass der Aufwand zur Herstellung und Montage der Vorrichtung gering gehalten werden kann.The advantage of the invention over the known prior art is that with the inventive devices on shafts with hardened surfaces a secure fit can be made and that the cost of manufacturing and assembly of the device can be kept low.

Ein Übermaß der Welle gegenüber dem Hüllkreis, den die Zacken bekannter Zackenringe umschreiben, bewirkt, dass die scharfen Kanten der Zacken während des Aufschiebens zunächst über die Oberfläche der Welle schaben um sich dann in ihrer Endposition in die Oberfläche der Welle zu verkrallen. Es besteht die Gefahr, dass die Oberfläche der Welle durch die scharfen Kanten beschädigt wird und dadurch beim Aufschieben des Sicherungsrings Späne gezogen werden. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik weist ein für den Kraftschluss vorgesehene zweiter Ringabschnitt des Sicherungsringes innen in dem für den Presssitz vorgesehenen Loch eine glatte innenzylindrische Fläche anstelle der Kanten von Zackenringen auf. Beim Aufpressen oder Aufschrumpfen des Sicherungsringes auf die Welle werden vorteilhaft keine Späne gezogen, insbesondere dann nicht, wenn die Kanten der Bohrung mit einer Fase versehen sind.An excess of the wave with respect to the enveloping circle, described by the teeth of known serrated rings, causes the sharp edges of the serrations to scrape over the surface of the shaft during the sliding first in order to then dig into their end position in the surface of the shaft. There is a risk that the surface of the shaft will be damaged by the sharp edges and thereby chips are pulled when pushing the locking ring. In contrast to the known prior art, provided for the frictional connection second ring portion of the locking ring inside in the space provided for the press fit hole on a smooth inner cylindrical surface instead of the edges of toothed rings. When pressing or shrinking of the retaining ring on the shaft no chips are drawn advantageous, especially not if the edges of the hole are provided with a chamfer.

Durch das Verkrallen der scharfen Kanten mit der Welle und durch das Aufschieben der Sicherungsringe entstehen Kerben in der Oberfläche der Wellen, die sich aufgrund von Kerbwirkungen nachteilig auf die Dauerwechselfestigkeit von Wellen auswirken können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass diese durch Kerben an der Oberfläche der Welle entstehenden Kerbwirkungen aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung des Sicherungsringes mit der Welle über die zylindrischen Flächen vermieden werden.The clawing of the sharp edges with the shaft and the sliding of the circlips cause notches in the surface of the shafts, which may adversely affect the fatigue strength of waves due to notch effects. Another advantage of the invention is therefore that these notches due to notches on the surface of the shaft resulting notch effects due to the non-positive connection of the locking ring with the shaft over the cylindrical surfaces are avoided.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt des Sicherungsringes einteilig - einmaterialig aus einem gemeinsamen Werkstoff gebildet sind, der vorzugsweise Stahl ist. Ein derartiger Sicherungsring lässt sich kostengünstig herstellen.A further embodiment of the invention provides that the first ring portion and the second ring portion of the retaining ring are integrally - einmaterialig formed from a common material, which is preferably steel. Such a retaining ring can be produced inexpensively.

Es ist weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem elektromotorischen Antrieb vorgesehen. Die Rotorwellen von elektromotorischen Antrieben rotieren mit sehr hohen Drehzahlen, so dass die Sicherungen von Maschinenelementen in der Regel mit dem im Kapitel „Hintergrund der Erfindung“ beschriebenen Problematik behaftet sind. Der Elektromotor kann über die Rotorwelle mit einem Getriebe gekoppelt sein, so wie das in Antriebseinheiten von Fahrzeugen vorgesehen ist. Die mittels der Vorrichtung zu sichernden Maschinenteile sind vorzugsweise Wälzlager oder Zahnräder. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem elektromotorischen Antrieb bildet vorteilhaft eine kostengünstige und sichere Lösung des Problems.It is further provided the use of a device according to the invention in an electric motor drive. The rotor shafts of electromotive drives rotate at very high speeds, so that the fuses of machine elements are usually associated with the problem described in the chapter "Background of the invention". The electric motor may be coupled via the rotor shaft with a transmission, as provided in drive units of vehicles. The machine parts to be secured by means of the device are preferably roller bearings or toothed wheels. The use of the device according to the invention in an electromotive drive advantageously forms a cost-effective and reliable solution to the problem.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt ein Detail eines elektromotorischen Antriebs 1 mit einer Welle 2, die als Rotorwelle 2 ausgeführt ist, und mit dem Maschinenelement 3 in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 4 der Rotorwelle 2. Das Maschinenelement 3 ist ein Wälzlager 7, mit dem die Rotorwelle 2 in einem Gehäuse 6 um die Rotationsachse 4 rotierbar gelagert ist. Das Wälzlager 7 ist in diesem Fall ein Kugellager, kann aber alternativ auch ein Rollenlager sein. Der Innenring 8 des Wälzlagers 7 ist mit einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 5 nach Anspruch 1 auf der Rotorwelle 2 gesichert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. 1 shows a detail of an electric motor drive 1 with a wave 2 acting as a rotor shaft 2 is executed, and with the machine element 3 in a longitudinal section along the axis of rotation 4 the rotor shaft 2 , The machine element 3 is a rolling bearing 7 with which the rotor shaft 2 in a housing 6 around the axis of rotation 4 rotatably mounted. The rolling bearing 7 is in this case a ball bearing, but may alternatively be a roller bearing. The inner ring 8th of the rolling bearing 7 is with an embodiment of a device 5 according to claim 1 on the rotor shaft 2 secured.

Die Vorrichtung 5 zur Sicherung des Maschinenelements 3 auf der Welle 2 weist einen radial geschlitzten Wellensicherungsring 9 und einen Sicherungsring 10 auf. Das Maschinenelement 3, also das Wälzlager 7, ist mittels des Wellensicherungsrings 9 auf der Welle 2 gesichert. Der Wellensicherungsring 9 ist mittels des Sicherungsrings 10 gegen fliehkraftbedingtes Aufweiten in einer Umfangsnut 11 gehalten. Der Sicherungsring 10 hintergreift den Wellensicherungsring 9 von der Rotationsachse 4 aus betrachtet radial außen mittels eines ersten Ringabschnitts 12 und ist mit der Rotorwelle 2 über eine innenzylindrisch ausgebildete Fläche 13 über einen Presssitz kraftschlüssig mit der Welle 2 verbunden.The device 5 for securing the machine element 3 on the wave 2 has a radially slotted shaft securing ring 9 and a circlip 10 on. The machine element 3 So the rolling bearing 7 , is by means of the shaft lock ring 9 on the wave 2 secured. The shaft safety ring 9 is by means of the locking ring 10 against centrifugally induced expansion in a circumferential groove 11 held. The circlip 10 engages behind the shaft securing ring 9 from the axis of rotation 4 from radially outwardly by means of a first ring portion 12 and is with the rotor shaft 2 via an inner cylindrical surface 13 via a press fit frictionally with the shaft 2 connected.

In 2 ist der Sicherungsring 10 als Einzelteil dargestellt. Der Sicherungsring 10 ist einteilig-einmaterialig aus Stahl und aus dem ersten Ringabschnitt 12 sowie einem zweiten Ringabschnitt 14 gebildet. Der zweite Ringabschnitt 14 ist vergleichsweise zum hohlzylindrischen dünnwandigen ersten Ringabschnitt 12 relativ dickwandig und weist an seinem Innenumfang die innenzylindrische Fläche 13 auf.In 2 is the circlip 10 shown as a single part. The circlip 10 is one-piece-einmaterialig steel and from the first ring section 12 and a second ring section 14 educated. The second ring section 14 is comparatively to the hollow cylindrical thin-walled first ring section 12 relatively thick-walled and has on its inner circumference the inner cylindrical surface 13 on.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4007942 C1 [0003]DE 4007942 C1 [0003]

Claims (6)

Vorrichtung zur Sicherung eines Maschinenelements (3) auf einer Welle (2), wobei die Vorrichtung einen radial geschlitzten Wellensicherungsring (9) und einen Sicherungsring (10) aufweist, und wobei das Maschinenelement (3) mittels des Wellensicherungsrings (9) auf der Welle (2) gesichert ist sowie der Wellensicherungsring (9) mittels des Sicherungsrings (10) zumindest gegen fliehkraftbedingtes Aufweiten gehalten ist, wobei der Sicherungsring (10) den Wellensicherungsring (9) radial außen hintergreift und mit der Welle (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (10) über eine innenzylindrisch ausgebildete Fläche (13) kraftschlüssig mit der Welle (2) verbunden ist.Device for securing a machine element (3) on a shaft (2), wherein the device has a radially slotted shaft securing ring (9) and a securing ring (10), and wherein the machine element (3) by means of the shaft securing ring (9) on the shaft ( 2) is secured and the shaft retaining ring (9) by means of the locking ring (10) is held at least against centrifugal force expansion, wherein the retaining ring (10) engages behind the shaft retaining ring (9) radially outward and is connected to the shaft (2), characterized the circlip (10) is frictionally connected to the shaft (2) via an inner cylindrical surface (13). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsring (10) einen ersten Ringabschnitt (12) aufweist, welcher den Wellensicherungsring (9) axial übergreift sowie radial außen hintergreift, wobei axial mit einer Rotationsachse (4) der Welle (2) gleichgerichtet und radial quer zur Rotationsachse (4) der Welle (2) ist, und dass der Sicherungsring (10) einen zweiten Ringabschnitt (14) aufweist, an dem die innenzylindrische Fläche (13) ausgebildet ist und welcher mit dem ersten Ringabschnitt (12) verbunden ist.Device after Claim 1 , characterized in that the securing ring (10) has a first annular portion (12) which axially engages over the shaft securing ring (9) and engages behind radially, wherein axially with a rotation axis (4) of the shaft (2) rectified and radially transversely to the axis of rotation (4) of the shaft (2), and that the securing ring (10) has a second ring portion (14) on which the inner cylindrical surface (13) is formed and which is connected to the first ring portion (12). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innenzylindrische Fläche (13) und ein außenzylindrischer Wellenabschnitt der Welle (2) über einen Presssitz, welcher zwischen einem zweiten Ringabschnitt (14) des Sicherungsringes (10) und der Welle (2) ausgebildet ist, miteinander kraftschlüssig verbunden sind.Device after Claim 1 , characterized in that the inner cylindrical surface (13) and an outer cylindrical shaft portion of the shaft (2) via a press fit, which is formed between a second ring portion (14) of the locking ring (10) and the shaft (2) are positively connected to each other , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringabschnitt (12) und der zweite Ringabschnitt (14) einteilig-einmaterialig miteinander ausgebildet sind.Device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the first ring portion (12) and the second ring portion (14) are integrally formed one material with each other. Elektromotorischer Antrieb (1) mit einer Rotorwelle (2) und mit dem Maschinenelement wobei das Maschinenelement (3) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 an der Welle (2) gesichert ist.Electromotive drive (1) with a rotor shaft (2) and with the machine element wherein the machine element (3) with a device according to Claim 1 is secured to the shaft (2). Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement (3) ein Wälzlager (7) zur Lagerung der Rotorwelle (2) ist.Electromotive drive to Claim 5 , characterized in that the machine element (3) is a rolling bearing (7) for supporting the rotor shaft (2).
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Legal Events

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R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final