DE102020214624A1

DE102020214624A1 - Arrangement of a shaft with a cylindrically shaped shaft end, a tensioning element and a shaft element which is non-rotatably fastened to the shaft

Info

Publication number: DE102020214624A1
Application number: DE102020214624.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dallmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Welle (10) mit einem zylindrisch geformten Wellenende (12), einem Spannelement (14) und einem drehfest mit der Welle (10) befestigten Wellenelement (16), wobei das Spannelement (14) das Wellenende (12) umgreifend angeordnet ist, wobei ein mit dem Spannelement (14) zusammenwirkendes Zentral-Spannhilfsmittel (38) derart mit dem Spannelement (14) zusammenwirkend angeordnet ist, dass durch ein Zusammenwirken zwischen Zentral-Spannhilfsmittel (38) und Spannelement (14) eine Relativbewegung zwischen Zentral-Spannhilfsmittel (38) und Spannelement (14) erzielbar ist, wobei das Spannelement (14) und das Wellenende (12) derart gestaltet sind, dass das Wellenelement (16) mit Hilfe des Spannelements (14) gegenüber dem Wellenende (12) verspannbar ist.The invention relates to an arrangement consisting of a shaft (10) with a cylindrically shaped shaft end (12), a clamping element (14) and a shaft element (16) which is non-rotatably fastened to the shaft (10), the clamping element (14) connecting the shaft end (12 ). central clamping device (38) and clamping element (14), the clamping element (14) and the shaft end (12) being designed in such a way that the shaft element (16) can be clamped in relation to the shaft end (12) with the aid of the clamping element (14). is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Welle mit einem zylindrisch geformten Wellenende, einem Spannelement und einem drehfest mit der Welle befestigten Wellenelement. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung in einer Vorrichtung eines Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise in einem Turbolader eines Kraftfahrzeuges, Im Speziellen wird auf die Befestigung von Flügelrädern auf Keramikwellen von Turboladern sowie auf Wasserpumpen mit Flügelrädern aus Kunststoff verwiesen. Die Erfindung kann aber auch bei der Befestigung von Rädern, Riemenscheiben oder sonstigen Wellenelementen in Vorrichtungen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Sie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Welle aufgrund Ihres Materials oder aufgrund anderer konstruktiver Rahmenbedingungen eine unmittelbare Befestigung des Wellenelements nicht ermöglicht und/oder wenn das Wellenelement und die Welle stark voneinander abweichende Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen, beispielsweise um den Faktor 5, 10, 15 oder 20 abweichende Temperaturausdehnungskoeffizienten. Bevorzugt ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung hohe Drehzahlen von mindestens 10.000 U/min, mindestens 50.000 U/min, mindestens 100.000 U/min oder sogar mindestens 150.000 U/min, 180.000 U/min oder 200.000 U/min. In diesem Fall sollten Unwuchten aufgrund der mit der steigenden Drehzahl auch ansteigenden Unwuchtkräfte so weit wie möglich vermieden werden.The invention relates to an arrangement of a shaft with a cylindrically shaped shaft end, a tensioning element and a shaft element which is fastened to the shaft in a rotationally fixed manner. In particular, the invention relates to an arrangement in a device of a motor vehicle, such as in a turbocharger of a motor vehicle. In particular, reference is made to the attachment of impellers to ceramic shafts of turbochargers and to water pumps with impellers made of plastic. However, the invention can also be used to fasten wheels, belt pulleys or other shaft elements in motor vehicle devices. It is particularly advantageous if the shaft does not allow direct attachment of the shaft element due to its material or other structural conditions and/or if the shaft element and the shaft have greatly differing coefficients of thermal expansion, for example by a factor of 5, 10, 15 or 20 deviating temperature expansion coefficients. The arrangement according to the invention preferably enables high speeds of at least 10,000 rpm, at least 50,000 rpm, at least 100,000 rpm or even at least 150,000 rpm, 180,000 rpm or 200,000 rpm. In this case, imbalances should be avoided as far as possible due to the imbalance forces that also increase with increasing speed.

Aus US 4,943,209 A ist eine Anordnung einer Welle und einem Kunststoffrad bekannt, gemäß welcher eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle und dem Kunststoffrad durch eine Abflachung der Welle und eine komplementär gestaltete Wellenaufnahme an dem Kunststoffrad hergestellt ist. Diese Art der Verbindung erfordert eine entsprechende Bearbeitbarkeit der Welle und lässt sich nicht mit einem zylindrisch geformten Wellenende realisieren. Die Art der Verbindung ist auch nur für niedrige Drehzahlen geeignet, wenn die Dichte des Werkstoffes von Welle und Kunststoffrad voneinander abweichen, weil die Abweichung zu einer Unwucht führt.Out of US 4,943,209A an arrangement of a shaft and a plastic wheel is known, according to which a non-rotatable connection between the shaft and the plastic wheel is produced by a flattening of the shaft and a complementarily designed shaft seat on the plastic wheel. This type of connection requires that the shaft can be machined accordingly and cannot be implemented with a cylindrically shaped shaft end. This type of connection is also only suitable for low speeds if the density of the material of the shaft and the plastic wheel differ because the deviation leads to an imbalance.

Aus US 5,647,685 A ist eine Anordnung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Welle und einem drehbar auf der Welle gelagerten Rotor bekannt, die über eine Spannvorrichtung hergestellt wird, die aus zwei ringförmigen, konisch geformten Teilelementen gebildet ist und über Schraubelemente funktional miteinander verbunden sind. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass über den Umfang verteilt mehrere Schraubelemente einen erheblichen Platzbedarf in radialer Richtung verursachen und durch diese Konstruktion auch eine ungleiche Spannungsverteilung in Umfangsrichtung zwischen den jeweiligen Schraubelementen entsteht. Ferner ergibt sich auch ein erheblicher zeitlicher Montageaufwand für die Anordnung und Befestigung der Teilelemente mit den Schraubelementen.Out of US 5,647,685A an arrangement for producing a connection between a shaft and a rotor rotatably mounted on the shaft is known, which is produced via a clamping device which is formed from two annular, conically shaped sub-elements and are functionally connected to one another via screw elements. The disadvantage of this arrangement is that several screw elements distributed over the circumference cause a considerable space requirement in the radial direction and this construction also results in an unequal distribution of stress in the circumferential direction between the respective screw elements. Furthermore, there is also a considerable amount of time required for assembly for the arrangement and attachment of the partial elements with the screw elements.

Aus WO 2008/039143 A1 ist eine weitere Anordnung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Welle und einem drehbar auf der Welle gelagerten Rotor bekannt, die über ein kegelig geformtes Spannelement mit in axialer Richtung verlaufenden Schlitzen hergestellt wird. Diese Anordnung erfordert zum einen ein Schraubelement, das unmittelbar mit der Welle verschraubt ist, um die Welle über das Spannelement gegen den Rotor zu verspannen. Zum anderen erfordert diese Anordnung ein konisch ausgebildetes Wellenende. Diese Anordnung ist nicht realisierbar, wenn an der Welle kein Innen- oder Außengewinde ausbildbar ist und/oder das Wellenende nicht konisch ausbildbar ist.Out of WO 2008/039143 A1 Another arrangement for producing a connection between a shaft and a rotor rotatably mounted on the shaft is known, which is produced via a conically shaped clamping element with slots running in the axial direction. On the one hand, this arrangement requires a screw element which is screwed directly to the shaft in order to brace the shaft against the rotor via the tensioning element. On the other hand, this arrangement requires a conical shaft end. This arrangement cannot be implemented if no internal or external thread can be formed on the shaft and/or the shaft end cannot be formed conically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung aus einer Welle, einem Spannelement und einem drehbar auf der Welle gelagerten Wellenelement zur Verfügung zu stellen, die eine einfach zu montierende und zugleich sichere Verbindung in Verbindung mit einem zylindrisch ausgebildeten Wellenende ermöglicht, insbesondere unter Verzicht auf die Ausbildung eines Gewindes an dem Wellenende.The object of the invention is to provide an arrangement consisting of a shaft, a tensioning element and a shaft element rotatably mounted on the shaft, which enables an easy-to-install and at the same time secure connection in connection with a cylindrical shaft end, in particular by dispensing with the formation of a thread on the shaft end.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of claim 1. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Welle mit einem zylindrisch geformten Wellenende, einem Spannelement und einem drehfest mit der Welle befestigten Wellenelement, wobei das Spannelement das Wellenende umgreifend angeordnet ist. Dabei ist ein mit dem Spannelement zusammenwirkendes Zentral-Spannhilfsmittel derart mit dem Spannelement zusammenwirkend angeordnet, dass durch ein Zusammenwirken zwischen Zentral-Spannhilfsmittel und Spannelement eine Relativbewegung zwischen Zentral-Spannhilfsmittel und Spannelement erzielbar ist, wobei das Spannelement und das Wellenende derart gestaltet sind, dass - insbesondere unmittelbar oder mittelbar durch Relativbewegung zwischen dem Zentral-Spannhilfsmittel und dem Spannelement - das Wellenelement mit Hilfe des Spannelements gegenüber dem Wellenende verspannbar ist. Mit einem Zentral-Spannhilfsmittel ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein zentral angeordnetes Spannhilfsmittel gemeint, wie z.B. ein um eine Wellenachse rotierbares Schraubelement in Form einer Spannschraube oder einer Spannmutter. Vorteilhaft an einer solchen Anordnung mit Zentral-Spannhilfsmittel ist, dass ein Spannelement verwendbar ist, welches in radialer Richtung dünnwandig ausgebildet sein kann, beispielsweise als hülsenartiges Element mit einer zylindrischen oder kegelstumpfartigen Form. Derartige Spannelemente können einfach und kostengünstig hergestellt werden, sind leicht zu montieren und weisen ein nur geringes Bauteilgewicht auf. Ferner lassen sich an derartigen Spannelementen auch mit relativ geringem Aufwand partielle Strukturen zur funktionalen Optimierung ausbilden, wie z.B. Schlitze und/oder Vorsprünge. Eine erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, eine einfach zu montierende und zugleich sichere Verbindung in Verbindung mit einem zylindrisch ausgebildeten Wellenende herzustellen, insbesondere unter Verzicht auf die Ausbildung eines Gewindes an dem Wellenende. Auf weitere konstruktive Möglichkeiten dazu wird nachfolgend noch im Detail eingegangen.The invention relates to an arrangement made up of a shaft with a cylindrically shaped shaft end, a tensioning element and a shaft element which is fastened in a rotationally fixed manner to the shaft, the tensioning element being arranged so as to encompass the shaft end. A central clamping device that interacts with the clamping element is arranged to interact with the clamping element in such a way that a relative movement between the central clamping device and the clamping element can be achieved through interaction between the central clamping device and the clamping element, with the clamping element and the shaft end being designed in such a way that - in particular directly or indirectly by relative movement between the central clamping device and the clamping element - the shaft element can be clamped with the aid of the clamping element in relation to the shaft end. In this context, a central clamping aid means, in particular, a centrally arranged clamping aid, such as a screw element in the form of a clamping screw or a clamping nut that can be rotated about a shaft axis. An advantage of such an arrangement with a central clamping tool is that a clamping element can be used which is in the radial Can be thin-walled direction, for example as a sleeve-like element with a cylindrical or frustoconical shape. Such clamping elements can be produced simply and inexpensively, are easy to assemble and have only a low component weight. Furthermore, partial structures for functional optimization, such as slots and/or projections, can also be formed on such clamping elements with relatively little effort. An arrangement according to the invention makes it possible to produce a connection that is easy to assemble and at the same time secure in connection with a cylindrical shaft end, in particular by dispensing with the formation of a thread on the shaft end. Further constructive possibilities for this will be discussed in detail below.

In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das Spannelement hülsenartig ausgebildet und weist mindestens über einen Teil seiner sich in Axialrichtung erstreckenden Länge einen elastisch radial verformbaren Federbereich auf, insbesondere einen elastisch radial nach außen verformbaren Federbereich, d.h. einen Bereich, der sich zumindest über einen Teil seiner sich in Axialrichtung ersteckenden Länge in radialer Richtung nach außen verformen lässt.In a practical embodiment of an arrangement according to the invention, the tensioning element is designed in the manner of a sleeve and has an elastically radially deformable spring area over at least part of its length extending in the axial direction, in particular a spring area which can be elastically deformed radially outwards, i.e. an area which extends at least over part its length extending in the axial direction can be deformed outwards in the radial direction.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, die sich insbesondere zur Ausbildung eines Federbereichs eignet, weist das Spannelement sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze und/oder sich in Axialrichtung erstreckende Stege auf. In diesem Fall ergeben sich Federbereiche durch die Stege oder zwischen zwei Schlitzen, insbesondere wenn drei oder mehr Schlitze über den Umfang verteilt vorgesehen sind.In a further practical embodiment of an arrangement according to the invention, which is particularly suitable for forming a spring area, the tensioning element has slots extending in the axial direction and/or webs extending in the axial direction. In this case, spring areas result from the webs or between two slits, in particular if three or more slits are provided distributed over the circumference.

Die Schlitze und/oder Stege erstrecken sich in einer weiteren praktischen Ausführungsform nur über einen Teil der Länge des Spannelements, insbesondere entweder in einem mittleren Bereich, d.h. in einem Bereich zwischen den beiden axialen Enden eines Spannelements jeweils mit einem gewissen Abstand von dem jeweiligen axialen Ende. Alternativ oder in Ergänzung dazu sind die Schlitze sich von einem axialen Ende aus erstreckend angeordnet, d.h. die Schlitze erstrecken sich von einem axialen Ende aus, so dass sich jeweils an diesem axialen Ende des Spannelements freie Stegenden ergeben, insbesondere in Axialrichtung betrachtet ringsegmentartig gestaltete Stegenden, die sich zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schlitzen oder Freiräumen erstrecken. So kann auf konstruktiv einfache Art und Weise eine erhöhte Biegeelastizität zum bedarfsweisen radialen Auslenken eines Teilbereichs des Spannelements im Bereich eines axialen Endes und/oder in einem mittleren Bereich eines Spannelements erzeugt werden.In a further practical embodiment, the slots and/or webs only extend over part of the length of the clamping element, in particular either in a central area, i.e. in an area between the two axial ends of a clamping element at a certain distance from the respective axial end . Alternatively or in addition to this, the slits are arranged to extend from an axial end, i.e. the slits extend from an axial end, so that there are free web ends at this axial end of the clamping element, in particular web ends designed like ring segments when viewed in the axial direction, extending between two circumferentially adjacent slots or spaces. In this way, in a structurally simple manner, increased bending elasticity can be generated for radial deflection of a partial area of the tensioning element in the area of an axial end and/or in a central area of a tensioning element as required.

Um eine Fixierung des Spannelements an einem Wellenende in einer bestimmten Position - insbesondere in einer vorgegebenen Soll-Relativposition der beiden Elemente in Axialrichtung zueinander - zu bewirken, weisen in einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung das Spannelement und das Wellenende mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung und eine mit dem Vorsprung zusammenwirkende Vertiefung auf, die derart ausgebildet sind, dass ein Verspannen des Spannelements gegenüber dem Wellenende mit Hilfe des Zentral-Spannhilfsmittels ermöglicht ist. Dies lässt sich insbesondere dadurch realisieren, dass an dem Spannelement ein sich radial nach innen erstreckender Vorsprung ausgebildet ist, der mit einer sich radial nach innen erstreckenden Vertiefung zusammenwirkt. Unter einer sich radial nach innen erstreckenden Vertiefung ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vertiefung in Form einer Ringnut, in Form einer Längsnut oder in Form eines Wellenabschnitts mit verringertem Umfang zu verstehen. Durch Zusammenwirken aus Spannelement und Zentral-Spannhilfsmittel wird der Vorsprung in axialer Richtung gegen die Vertiefung verspannt. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann ein mit der Welle zu verbindendes Wellenelement das Spannelement umschließend derart angeordnet sein, dass durch Zusammenwirken aus Vorsprung und Vertiefung auch ein Verspannen des Spannelements gegenüber dem Wellenende auch unter Mitwirkung des Wellenelements erfolgt, insbesondere indem die drei Elemente Spannelement, Wellenelement und Wellenende zu einer Spanneinheit miteinander verspannt werden. Dies wird vorzugsweise durch Betätigung des Zentral-Spannelements bewirkt.In a further practical embodiment of an arrangement according to the invention, the clamping element and the shaft end have at least one radially extending projection in order to fix the clamping element on a shaft end in a specific position - in particular in a predetermined reference position of the two elements relative to one another in the axial direction and a depression which interacts with the projection and which is designed in such a way that the clamping element can be clamped in relation to the end of the shaft with the aid of the central clamping aid. This can be realized in particular in that a projection which extends radially inwards is formed on the clamping element and interacts with a recess which extends radially inwards. In this context, a depression extending radially inwards is to be understood in particular as a depression in the form of an annular groove, in the form of a longitudinal groove or in the form of a shaft section with a reduced circumference. Through the interaction of the clamping element and the central clamping device, the projection is clamped against the depression in the axial direction. Alternatively or in addition to this, a shaft element to be connected to the shaft can be arranged enclosing the tensioning element in such a way that the interaction of projection and depression also causes the tensioning element to be braced relative to the end of the shaft, also with the participation of the shaft element, in particular by the three elements tensioning element, shaft element and shaft end are clamped together to form a clamping unit. This is preferably effected by actuating the central tensioning element.

In einer anderen praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung weist das Spannelement eine in Axialrichtung konisch ausgebildete Spannelement-Außenfläche auf, und das Wellenelement weist eine komplementär zu der Spannelement-Außenfläche konisch ausgebildete Wellenelement-Innenfläche auf. Dabei sind die Spannelement-Außenfläche und die Wellenelement-Innenfläche vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass durch Betätigung des Zentral-Spannelements eine direkte Verspannung der Spannelement-Außenfläche und der Wellenelement-Innenfläche erfolgen kann, indem die Flächen miteinander zur Anlage gebracht und durch Verspannen kraftschlüssig miteinander verbunden werden.In another practical embodiment of an arrangement according to the invention, the clamping element has a clamping element outer surface which is conical in the axial direction, and the shaft element has a shaft element inner surface which is conical and complementary to the clamping element outer surface. The outer surface of the clamping element and the inner surface of the shaft element are preferably matched to one another in such a way that by actuating the central clamping element, the outer surface of the clamping element and the inner surface of the shaft element can be clamped directly by bringing the surfaces into contact with one another and clamping them together in a non-positive manner get connected.

In einer anderen praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung weist das Wellenelement eine - vorzugsweise zylindrische - Ausnehmung zur mindestens teilweisen Anordnung des Spannelements auf, wobei endseitig der Ausnehmung eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, welche von einem Teilabschnitt des Spannelements durchragt ist. Als Teilabschnitt des Spannelements, der die Durchgangsöffnung durchragt, eignet sich in diesem Zusammenhang insbesondere ein Gewindezapfen. Denn in diesem Fall kann ein als Spannmutter ausgebildetes Zentral-Spannhilfsmittel zum Einsatz kommen, um eine Relativbewegung von Spannelement gegenüber dem Wellenende und/oder einem Wellenelement durch Betätigung des Zentral-Spannhilfsmittels zu bewirken.In another practical embodiment of an arrangement according to the invention, the shaft element has a—preferably cylindrical—recess for at least partial arrangement of the tensioning element, with the end of the recess being provided with a through-opening which extends from a section of the tensioning element is penetrated. In this context, a threaded pin is particularly suitable as a partial section of the tensioning element that protrudes through the through-opening. Because in this case, a central clamping tool designed as a clamping nut can be used in order to bring about a relative movement of the clamping element with respect to the shaft end and/or a shaft element by actuating the central clamping tool.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist an dem Wellenelement eine sich in radialer Richtung erstreckende Wellenelement-Anschlagfläche ausgebildet, die mit einer an der Welle ausgebildeten Wellen-Anschlagfläche - mittelbar oder unmittelbar - verspannt ist. Dabei erstreckt sich die Wellen-Anschlagfläche vorzugsweise ebenfalls in radialer Richtung. Besonders bevorzugt ist es, wenn sich sowohl die Wellenelement-Anschlagfläche als auch die Wellen-Anschlagfläche in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung erstrecken, d.h. ausschließlich radial orientiert sind. Bei einer unmittelbaren Verspannung stehen die Wellenelement-Anschlagfläche und die Wellen-Anschlagfläche in direktem Kontakt zueinander. Bei einer mittelbaren Verspannung ist - beispielsweise zur Erhöhung der Reibung und damit der Qualität der kraftschlüssigen Verbindung - mindestens ein Element zwischen der Wellenelement-Anschlagfläche und der Wellen-Anschlagfläche angeordnet, insbesondere eine reibungserhöhende Scheibe, wie z.B. eine Scheibe mit einer Diamantbeschichtung.In a further practical embodiment of an arrangement according to the invention, a shaft element stop surface extending in the radial direction is formed on the shaft element and is braced—directly or indirectly—with a shaft stop surface formed on the shaft. In this case, the shaft stop surface preferably also extends in the radial direction. It is particularly preferred if both the shaft element stop surface and the shaft stop surface extend in a direction perpendicular to the axial direction, i.e. are exclusively oriented radially. In the case of direct bracing, the shaft element stop surface and the shaft stop surface are in direct contact with one another. In the case of indirect tensioning, for example to increase the friction and thus the quality of the non-positive connection, at least one element is arranged between the shaft element stop surface and the shaft stop surface, in particular a friction-increasing disk, such as a disk with a diamond coating.

Alternativ oder in Ergänzung zu einer reibungserhöhenden Scheibe kann an der Wellen-Anschlagfläche und/oder an der Wellenelement-Anschlagfläche auch eine Mikroverzahnung derart ausgebildet sein, dass durch das Verspannen eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Wellenelement und Wellenende herstellbar ist. Vorzugsweise sind derartige Mikroverzahnungen an beiden Elementen derart ausgebildet, dass beim Verspannen eine hochbelastbare Verbindung entsteht, welche die Übertragung hoher Drehmomente ermöglicht.As an alternative or in addition to a friction-increasing disk, micro-serrations can also be formed on the shaft stop surface and/or on the shaft element stop surface in such a way that the bracing can produce a non-positive and positive connection between the shaft element and the shaft end. Such micro-serrations are preferably formed on both elements in such a way that when they are braced, a heavy-duty connection is created, which enables the transmission of high torques.

Die Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Welle, das Spannelement und/oder das Wellenelement aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, insbesondere mit stark voneinander abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder wenn die Welle aus Keramik oder Kunststoff hergestellt ist. Bei einer Welle aus Keramik besteht die weitere konstruktive Herausforderung, dass eine Bearbeitung eines Wellenendes - insbesondere das Einbringen eines Innengewindes oder das außenseitige Aufbringen eines Außengewindes - nicht möglich oder zumindest nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand realisierbar ist. Insoweit stellt die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere in Verbindung mit Wellenenden aus Keramik und für Werkstoffpaarungen mit sich stark voneinander unterscheidenden Wärmeausdehnungskoeffizienten eine hervorragende Option dar, um ein Wellenelement mit einem Wellenende zu verbinden. Unter sich stark voneinander unterscheidenden Wärmeausdehnungskoeffizienten werden insbesondere Materialpaarungen betrachtet, bei welchen sich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Werkstoffe aus Wellenende und Wellenelement um mehr als den Faktor 2 unterscheidet, bevorzugt mehr als den Faktor 3 oder 5 und besonders bevorzugt mehr als den Faktor 8, 10, 15 oder 20.The realization of an arrangement according to the invention is particularly advantageous when the shaft, the clamping element and/or the shaft element are made of materials with different coefficients of thermal expansion, in particular with greatly differing coefficients of thermal expansion and/or when the shaft is made of ceramic or plastic. In the case of a shaft made of ceramic, there is the further design challenge that machining a shaft end - in particular the introduction of an internal thread or the application of an external thread on the outside - is not possible or at least not feasible with economically justifiable effort. In this respect, the arrangement according to the invention represents an excellent option for connecting a shaft element to a shaft end, particularly in connection with shaft ends made of ceramic and for material pairings with greatly differing coefficients of thermal expansion. Material pairings in which the coefficients of thermal expansion of the materials from the shaft end and shaft element differ by more than a factor of 2, preferably more than a factor of 3 or 5 and particularly preferably more than a factor of 8, 10, 15 are considered under strongly differing coefficients of thermal expansion or 20

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Längsschnittdarstellung,
2 nur das Spannelement der Anordnung aus 1 in einer Ansicht von rechts gemäß dem Pfeil II in 1,
3 eine Schnittdarstellung durch das Spannelement aus den 1 und 2 gemäß den Pfeilen A-A in 2,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannelements in einer Längs-Halbschnittdarstellung,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannelements in einer Längs-Halbschnittschnittdarstellung,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Längsschnittdarstellung,
7 nur das Spannelement der Anordnung aus 6 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil VII in 6 bzw. eine Darstellung des in 8 dargestellten Spannelements gemäß dem Pfeil VII in 8
8 eine Schnittdarstellung durch das Spannelement aus den 6 und 7 gemäß den Pfeilen B-B in 7,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Längsschnittdarstellung,
10 nur das Spannelement der Anordnung aus 9 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil X in 9 bzw. eine Darstellung des in 11 dargestellten Spannelements gemäß dem Pfeil X in 11,
11 eine Schnittdarstellung durch das Spannelement aus den 9 und 10 gemäß den Pfeilen C-C in 10 und
12 eine schematische Schnittdarstellung (ohne Schraffuren) durch das Spannelement aus den 9 bis 11 gemäß den Pfeilen D-D in 11.

Further practical embodiments of the invention are described below in connection with the drawings. Show it:

1 a first embodiment of an arrangement according to the invention in a longitudinal sectional view,
2 only the clamping element of the arrangement 1 in a view from the right according to the arrow II in 1 ,
3 a sectional view through the clamping element from the 1 and 2 according to the arrows AA in 2 ,
4 another embodiment of a tensioning element in a longitudinal half-section illustration,
5 another embodiment of a clamping element in a longitudinal half-section view,
6 another embodiment of an arrangement according to the invention in a longitudinal sectional view,
7 only the clamping element of the arrangement 6 in a view according to the arrow VII in 6 or a representation of the in 8th illustrated clamping element according to the arrow VII in 8th
8th a sectional view through the clamping element from the 6 and 7 according to the arrows BB in 7 ,
9 another embodiment of an arrangement according to the invention in a longitudinal sectional view,
10 only the clamping element of the arrangement 9 in a view according to the arrow X in 9 or a representation of the in 11 illustrated clamping element according to the arrow X in 11 ,
11 a sectional view through the clamping element from the 9 and 10 according to the arrows CC in 10 and
12 a schematic sectional view (without hatching) through the clamping element from the 9 until 11 according to the arrows DD in 11 .

In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einer Welle 10 mit einem zylindrisch geformten Wellenende 12, einem Spannelement 14 und einem drehfest mit der Welle 10 befestigten Wellenelement 16 gezeigt. Dabei ist das Spannelement 14 das Wellenende 12 umgreifend angeordnet. Dazu weist das Spannelement 14 in der gezeigten Ausführungsform einen hülsenartig ausgebildeten Abschnitt mit vier Stegen 18 auf, welche durch sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze 20 voneinander separiert sind und zusammen kreisförmig angeordnet sind (vgl. 2). Die Stege 18 erstrecken sich in axialer Richtung von einem glockenartig ausgebildeten Grundkörper 22, an welchen sich auf dem den Stegen 18 gegenüberliegenden axialen Ende ein zylindrischer Teilabschnitt 24 in Form eines Bolzens 26 mit Außengewinde 28 anschließt. Der Bolzen 26 durchragt eine endseitig in dem Wellenelement 16 ausgebildete Durchgangsöffnung 30.In the 1 until 3 a first exemplary embodiment of an arrangement according to the invention consisting of a shaft 10 with a cylindrically shaped shaft end 12, a clamping element 14 and a shaft element 16 fixed in a rotationally fixed manner to the shaft 10 is shown. The clamping element 14 is arranged so as to encompass the end of the shaft 12 . For this purpose, the clamping element 14 in the embodiment shown has a sleeve-like section with four webs 18, which are separated from one another by slots 20 extending in the axial direction and are together arranged in a circle (cf. 2 ). The webs 18 extend in the axial direction from a bell-shaped base body 22 to which a cylindrical section 24 in the form of a bolt 26 with an external thread 28 is connected on the axial end opposite the webs 18 . The bolt 26 protrudes through a through opening 30 formed at the end in the shaft element 16.

Es wird noch darauf hingewiesen, dass anstelle der dargestellten vier Stege 18 auch nur drei Stege oder eine höhere Zahl von Stegen vorgesehen sein kann, insbesondere 5, 6, 7, 8, 10 oder 12 Stege. Dies gilt auch für die weiteren beschriebenen Ausführungsformen.It is also pointed out that instead of the four webs 18 shown, only three webs or a higher number of webs can be provided, in particular 5, 6, 7, 8, 10 or 12 webs. This also applies to the further described embodiments.

Wie in 1 gut erkennbar ist, ist in dem Wellenelement 16 eine zylindrische Ausnehmung 32 mit einem Durchmesser D ausgebildet, wobei der Durchmesser D an den Außendurchmesser des Spannelements 14 angepasst ist. Die sich in Axialrichtung a erstreckende Länge der Ausnehmung 32 ist so gewählt, dass der Teil des Spannelements 14 mit dem Grundkörper 22 und den Stegen 18 eine kleinere axiale Länge aufweist und damit vollständig in die Ausnehmung 32 hineinpasst.As in 1 As can be seen clearly, a cylindrical recess 32 with a diameter D is formed in the shaft element 16 , the diameter D being adapted to the outer diameter of the clamping element 14 . The length of the recess 32 extending in the axial direction a is chosen such that the part of the clamping element 14 with the base body 22 and the webs 18 has a smaller axial length and thus fits completely into the recess 32 .

Wie in 3 gut erkennbar ist, sind an den sich in axialer Richtung des Grundkörpers 22 des Spannelements 14 erstreckenden Stegen 18 sich in radialer Richtung r nach innen erstreckende Vorsprünge 34 ausgebildet.As in 3 As can be seen clearly, projections 34 extending inward in the radial direction r are formed on the webs 18 extending in the axial direction of the base body 22 of the clamping element 14 .

Diese Vorsprünge 34 wirken im montierten Zustand der Anordnung, wie in 1 gezeigt, mit einer Vertiefung 36 zusammen, die an dem Wellenende 12 ausgebildet ist. Dabei kann an dem Wellenende 12 - wie in 1 gezeigt - eine umlaufende Vertiefung in Form eines Wellenabschnitts mit verringertem Durchmesser ausgebildet sein, oder es kann alternativ auch zu jedem an dem Spannelement 14 vorgesehenen Vorsprung 34 eine korrespondierende Vertiefung 36 an dem Wellenende 12 vorgesehen sein.In the assembled state of the arrangement, these projections 34 act as in FIG 1 shown, together with a recess 36 formed on the shaft end 12. In doing so, at the end of the shaft 12 - as in 1 shown - a circumferential depression in the form of a shaft section with a reduced diameter can be formed, or alternatively a corresponding depression 36 can be provided on the shaft end 12 for each projection 34 provided on the clamping element 14 .

Wie in 1 gezeigt, ist außenseitig des Wellenelements 16 auf der der Ausnehmung 32 gegenüberliegenden Seite ein Zentral-Spannhilfsmittel 38 funktional mit dem Bolzen 26 verbunden. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Zentral-Spannhilfsmittel 38 um eine Spannmutter 40, hier in Form einer Sechskantmutter, die auf das Außengewinde 28 des Bolzens 26 aufgeschraubt ist.As in 1 shown, a central clamping aid 38 is functionally connected to the bolt 26 on the outside of the shaft element 16 on the side opposite the recess 32 . In the present case, the central clamping aid 38 is a clamping nut 40 , here in the form of a hexagon nut, which is screwed onto the external thread 28 of the bolt 26 .

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, ein Wellenende 12 einer Welle 10, die beispielsweise aus Keramik hergestellt ist und an welcher weder ein Innengewinde noch ein Außenwinde ausgebildet werden kann oder soll, drehfest und zugleich sicher mit dem Wellenelement 16 zu verbinden, obwohl das Wellenelement 16 aus einem Werkstoff mit anderem Wärmeausdehnungsverhalten hergestellt ist, insbesondere aus einem Werkstoff mit einem sich deutlich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffs der Welle 10 unterscheidenden Wärmeausdehnungskoeffizienten. Nur beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Werkstoffpaarung Keramik und Metall, insbesondere Stahl, auf die Werkstoffpaarung Keramik und Kunststoff sowie auf die Werkstoffpaarung Stahl und Kunststoff verwiesen.The arrangement according to the invention makes it possible to connect a shaft end 12 of a shaft 10, which is made of ceramic, for example, and on which neither an internal thread nor an external thread can or should be formed, to the shaft element 16 in a rotationally fixed and at the same time secure manner, although the shaft element 16 consists of is made of a material with a different thermal expansion behavior, in particular from a material with a thermal expansion coefficient that differs significantly from the thermal expansion coefficient of the material of the shaft 10 . Reference is made in this connection only to the material pairing of ceramic and metal, in particular steel, to the material pairing of ceramic and plastic, and to the material pairing of steel and plastic.

Die Montage einer Anordnung gemäß 1 kann insbesondere derart erfolgen, dass zunächst das Spannelement 14 - in der Anordnung von 1 in axialer Richtung a von links nach rechts - auf das Wellenende 12 aufgeschoben wird. Dabei stützen sich die an den Stegen 18 ausgebildeten Vorsprünge 34 an dem Außenumfang des axial außenseitigen Wellenendes 12 ab und federn elastisch in radialer Richtung r nach außen. Sobald das Spannelement 14 ausreichend weit auf das Wellenende 12 aufgeschoben ist, federn die Stege 18 mit den Vorsprüngen 34 wieder elastisch in radialer Richtung r nach innen in Richtung der Vertiefung 36. Anschließend wird das Wellenelement 16 - gemäß der Anordnung in 1 ebenfalls in axialer Richtung a von links nach rechts - auf die Einheit aus Spannelement 14 und Wellenende 12 aufgeschoben. Dies führt dazu, dass der Bolzen 26 die Durchgangsöffnung 30 des Wellenelements 16 durchragt. Anschließend wird das Zentral-Spannhilfsmittel 38, hier in Form der Spannmutter 40, auf den Bolzen 26 aufgeschraubt. Dabei sind das Spannelement 14 und das damit zusammenwirkende Zentral-Spannhilfsmittel 38 derart angeordnet, dass durch das Zusammenwirken zwischen Zentral-Spannhilfsmittel 38 und Spannelement 14 eine Relativbewegung zwischen Zentral-Spannhilfsmittel 38 und Spannelement 14 derart bewirkt wird, dass das Wellenelement 16 mit Hilfe des Spannelements 14 gegenüber dem Wellenende 12 verspannt wird. Dies wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 dadurch erreicht, dass mit Hilfe des Zentral-Spannhilfsmittels 38 das Spannelement 14 so weit nach links gezogen wird, dass sich die Vorsprünge 34 im Bereich des linken axialen Endes der Vertiefung 36 befinden, wie in 1 gezeigt. Da das Ende der Vertiefung 36 mit einer Schräge 42 versehen ist, in deren Bereich der Außendurchmesser des Wellenendes 12 kontinuierlich zunimmt, bewirkt eine weitere Betätigung des Zentral-Spannhilfsmittels 38, dass sich die Vorsprünge 34 an der Schräge 42 abstützen und sich die Stege 18 in radialer Richtung r nach außen gegen die Innenseite des Wellenelements 16 pressen. Gleichzeitig drückt das Zentral-Spannhilfsmittel 38 das Wellenelement 16 selbst mit einer Wellenelement-Kontaktfläche 44 gegen eine Wellen-Kontaktfläche 46. Zusammenfassend ergibt sich so eine drehfeste Verbindung zwischen dem Wellenende 12 und dem Wellenelement 16, die auch bei größeren Temperaturschwankungen und trotz der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sicher bleibt, wenn sich die einzelnen Elemente der Anordnung in ihren Abmessungen bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich verhalten.The assembly according to an arrangement 1 can be done in particular such that first the clamping element 14 - in the arrangement of 1 in the axial direction a from left to right - is pushed onto the shaft end 12. The projections 34 formed on the webs 18 are supported on the outer circumference of the axially outer shaft end 12 and spring outwards elastically in the radial direction r. As soon as the clamping element 14 has been pushed sufficiently far onto the shaft end 12, the webs 18 with the projections 34 spring back elastically in the radial direction r inwards in the direction of the recess 36. Then the shaft element 16 - according to the arrangement in 1 also in the axial direction a from left to right - pushed onto the unit consisting of clamping element 14 and shaft end 12 . This results in the bolt 26 protruding through the through opening 30 of the shaft element 16 . The central clamping aid 38, here in the form of the clamping nut 40, is then screwed onto the bolt 26. The clamping element 14 and the central clamping device 38 that interacts with it are arranged in such a way that the interaction between the central clamping device 38 and the clamping element 14 causes a relative movement between the central clamping device 38 and the clamping element 14 in such a way that the shaft element 16 can be rotated with the help of of the clamping element 14 is clamped in relation to the shaft end 12. This is in the embodiment according to the 1 until 3 This is achieved in that the clamping element 14 is pulled to the left with the aid of the central clamping device 38 so far that the projections 34 are located in the region of the left axial end of the depression 36, as in FIG 1 shown. Since the end of the depression 36 is provided with a bevel 42, in the area of which the outer diameter of the shaft end 12 increases continuously, further actuation of the central clamping aid 38 causes the projections 34 to be supported on the bevel 42 and the webs 18 to move in radial direction r outwards against the inside of the shaft member 16 press. At the same time, the central clamping device 38 presses the shaft element 16 itself with a shaft element contact surface 44 against a shaft contact surface 46. In summary, this results in a non-rotatable connection between the shaft end 12 and the shaft element 16, which is maintained even with larger temperature fluctuations and despite the different thermal expansion coefficients remains secure if the individual elements of the arrangement behave differently in terms of their dimensions at different temperatures.

Im vorliegenden Fall sind das Spannelement 14, das Wellenelement 16 und das Wellenende 12 derart ausgelegt, dass beim Betätigen des Zentral-Spannhilfsmittels 38 die Hauptbelastung zwischen der Wellenelement-Kontaktfläche 44 des Wellenelements 16 und der Wellen-Kontaktfläche 46 auftritt. Dementsprechend kann durch Erhöhung der Reibung zwischen der Wellenelement-Kontaktfläche 44 und der Wellen-Kontaktfläche 46 auch die Qualität der Verbindung insoweit erhöht werden, als größere Drehmomente zwischen Wellenelement 16 und Wellenende 12 übertragbar sind.In the present case, the clamping element 14, the shaft element 16 and the shaft end 12 are designed in such a way that when the central clamping aid 38 is actuated, the main load occurs between the shaft element contact surface 44 of the shaft element 16 and the shaft contact surface 46. Accordingly, by increasing the friction between the shaft element contact surface 44 and the shaft contact surface 46, the quality of the connection can also be increased to the extent that larger torques can be transmitted between the shaft element 16 and the shaft end 12.

Durch Aufbringen einer Mikroverzahnung auf einer oder beiden der genannten Kontaktflächen 44, 46 oder durch die Anordnung eines weiteren Elements, z.B. in Form einer Scheibe mit Diamantbeschichtung (nicht dargestellt), kann die Verbindung auch zu einer ausschließlich oder zusätzlich formschlüssigen Verbindung gestaltet sein.By applying micro-serrations to one or both of said contact surfaces 44, 46 or by arranging a further element, e.g. in the form of a disk with a diamond coating (not shown), the connection can also be designed to be exclusively or additionally positively locking.

In den 4 bis 12 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei im Folgenden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 verwendet werden. Die folgende Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele konzentriert sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der Ausführungsform in den 1 bis 3.In the 4 until 12 further exemplary embodiments are shown, with the same reference numbers as in FIGS 1 until 3 be used. The following description of these exemplary embodiments focuses essentially on the differences from the embodiment in FIGS 1 until 3 .

In 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Spannelements 14 gezeigt, dessen rechtes axiales Ende einen Kragenabschnitt 48 mit einem sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch aufweist. Dadurch kann mit geringem Materialeinsatz eine Anpassung des Spannelements 14 an einen größeren Durchmesser eines zu führenden Wellenelements (in 2 nicht gezeigt) erfolgen.In 4 1 shows an exemplary embodiment of a clamping element 14, the right axial end of which has a collar section 48 with a flange which extends outwards in the radial direction. As a result, the clamping element 14 can be adapted to a larger diameter of a shaft element to be guided (in 2 not shown).

Das linke axiale Ende des Spannelements 14 des Ausführungsbeispiels gemäß 2 weist einen Teilabschnitt 24 in Form einer zylindrischen Hülse 50 mit Innengewinde 52 auf. Dadurch kann als Zentral-Spannhilfsmittel 38 insbesondere eine als Standardteil verfügbare Schraube (in 2 nicht dargestellt) zum Einsatz kommen.The left axial end of the clamping element 14 of the embodiment according to 2 has a section 24 in the form of a cylindrical sleeve 50 with an internal thread 52 . As a result, a screw available as a standard part (in 2 not shown) are used.

Schlitze 20 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 in einem mittleren Bereich des Spannelements 14 vorgesehen und erstrecken sich wiederum in axialer Richtung a. Dabei erstrecken sich alle Schlitze 20 jeweils über einen Spannelement-Absatz 54 hinweg. Im vorliegenden Fall sind gleichmäßig über den Umfang verteilt acht Schlitze 20 vorgesehen, so dass sich - da jeweils zwischen zwei benachbarten Schlitzen 20 ein Steg 18 vorgesehen ist - insgesamt acht Stege 18 ergeben.Slots 20 are in accordance with the embodiment 2 provided in a central region of the clamping element 14 and in turn extend in the axial direction a. All of the slots 20 each extend over a clamping element shoulder 54 . In the present case, eight slots 20 are provided, distributed evenly over the circumference, so that—since a web 18 is provided between two adjacent slots 20—a total of eight webs 18 result.

Es wird darauf hingewiesen, dass die angegebene Zahl der Schlitze 20 nach Bedarf gewählt werden kann. Auch ist es nicht zwingend, die Schlitze 20 alle in ihrer Länge gleich zu gestalten. Es können auch alternativ oder in Ergänzung zu sich vollständig über einen mittleren Bereich erstreckende (durchgehenden) Schlitze sich nur über einen Teil (z.B. nur links des Spannelement-Absatzes 54 oder nur rechts des Spannelement-Absatzes 54) eines mittleren Bereichs erstreckende Schlitze vorgesehen sein (nicht dargestellt). Oder die Schlitze 20 können - auch unabhängig von ihrer Lage an dem Spannelement 14 - eine unterschiedliche Länge aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Länge und die Zahl der Schlitze 20 so gewählt werden, dass sich eine gewünschte Elastizität ergibt, insbesondere eine Elastizität in radialer Richtung des Spannelements 14. Insbesondere können Schlitze 20 verschiedener Länge und/oder verschiedener Breite und/oder verschiedener Lage an einem Spannelement 14 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind jedoch Schlitze 20 gleichmäßig über den Umfang des Spannelements 14 verteilt vorgesehen, um in radialer Richtung jeweils in etwa die gleiche Elastizität zu erzeugen. Insoweit ist es auch vorteilhaft, wenn über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Schlitze 20 die gleiche Schlitzlänge (in axialer Richtung betrachtet) und die gleiche Breite (in Umfangsrichtung betrachtet) aufweisen.It should be noted that the specified number of slots 20 can be selected as required. It is also not mandatory to make the slots 20 all the same length. Alternatively or in addition to (continuous) slits extending completely over a central area, slits extending only over part (e.g. only to the left of the tensioning element shoulder 54 or only to the right of the tensioning element shoulder 54) of a central area can also be provided ( not shown). Or the slots 20 can have different lengths, regardless of their position on the clamping element 14 . In other words, the length and the number of slits 20 can be selected such that a desired elasticity results, in particular elasticity in the radial direction of the tensioning element 14. In particular, slits 20 of different lengths and/or different widths and/or different Be provided on a clamping element 14 position. Preferably, however, slits 20 are distributed uniformly over the circumference of the clamping element 14 in order to produce approximately the same elasticity in each case in the radial direction. In this respect, it is also advantageous if slits 20 arranged uniformly distributed over the circumference have the same slit length (viewed in the axial direction) and the same width (viewed in the circumferential direction).

Innenseitig des mit Schlitzen 20 versehenen mittleren Bereichs sind auch sich in radialer Richtung nach außen erstreckende Vertiefungen 36 ausgebildet, die zum Zusammenwirken mit Vorsprüngen (nicht dargestellt) eines Wellenendes (ebenfalls nicht dargestellt) vorgesehen sind. Die Vertiefungen 36 erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung innenseitig der Stege 20, wobei jeweils eine Vertiefung 36 links und rechts des Spannelement-Absatzes 54 vorgesehen ist.Also formed on the inside of the central area provided with slots 20 are depressions 36 which extend outwards in the radial direction and are intended for cooperation with projections (not shown) of a shaft end (likewise not shown) are provided. The indentations 36 each extend in the circumferential direction on the inside of the webs 20, one indentation 36 being provided on the left and right of the clamping element shoulder 54 in each case.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 4 mit dem Unterschied, dass anstelle der sich nach radial außen erstreckenden Vertiefungen 36 (4) zwei sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 34 ausgebildet sind.The embodiment according to 5 essentially corresponds to the embodiment according to FIG 4 with the difference that instead of the radially outwardly extending indentations 36 ( 4 ) two radially inwardly extending projections 34 are formed.

In den 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Diese Anordnung entspricht im Wesentlichen der in den 1 bis 3 gezeigten Anordnung, insbesondere insoweit, als der linke Teilabschnitt 24 des Spannelements 14 wiederum als Bolzen 26 mit Außengewinde 28 ausgebildet ist und als Zentral-Spannhilfsmittel 38 eine Spannmutter 40 vorgesehen ist. Ebenfalls gemeinsam ist den Anordnungen aus den 1 bis 3 und den 6 bis 8, dass - ausgehend von dem rechten axialen Ende des Spannelements 14 - gleichmäßig über den Umfang verteilte Schlitze 20 und Stege 18 ausgebildet sind, nämlich - in diesem Fall, wie in 7 gut erkennbar ist - jeweils acht Schlitze 20 und acht Stege 18.In the 6 until 8th a further exemplary embodiment of an arrangement according to the invention is shown. This arrangement corresponds essentially to that in FIGS 1 until 3 Arrangement shown, in particular insofar as the left-hand section 24 of the clamping element 14 is in turn designed as a bolt 26 with an external thread 28 and a clamping nut 40 is provided as the central clamping aid 38 . Also common to the arrangements from the 1 until 3 and the 6 until 8th that - starting from the right axial end of the clamping element 14 - slots 20 and webs 18 distributed uniformly over the circumference are formed, namely - in this case, as in 7 is clearly recognizable - eight slots 20 and eight webs 18.

Das Spannelement 14 des in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine vom Grundkörper 22 aus konisch ausgebildete Außenfläche 56 auf, die komplementär zu einer konisch ausgebildeten Innenfläche 58 des Wellenelements 16 gestaltet ist (vgl. rechtes Ende des Wellenelements 16 in 6). Im vorliegenden Fall sind die Innenfläche 58 und die Außenfläche 56 in dem Bereich, in welchem sie aneinander anliegen, jeweils kegelstumpfförmig und insoweit glockenartig ausgebildet. Die Anordnung ist so ausgelegt, dass durch Betätigung des Zentral-Spannhilfsmittels 38 das Wellenelement 16 mit seiner Innenfläche 58 gegen die Außenfläche 56 des Spannelement 14 gezogen wird, wodurch sich das Wellenelement 16 und das Spannelement 14 miteinander verspannen. Das Verspannen des Wellenelements 16 und des Spannelements 14 wiederum führt jedoch gleichzeitig dazu, dass sich die Stege 18 des Spannelements 14 gegenüber dem Wellenende 12 verspannen. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenende 12 und dem Wellenelement 16 hergestellt, ohne dass das Wellenende 12 mit einer sich in radialer Richtung erstreckenden Vertiefung oder einem sich in radialer Richtung erstreckenden Vorsprung versehen werden muss, d.h. das Wellenende 12 kann eine einfache zylindrische Grundform aufweisen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Welle 10 aus einem Werkstoff wie Keramik hergestellt ist und eine mechanische Bearbeitung mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. In Verbindung mit anderen Werkstoffen ist die zylindrische Grundform insoweit von Vorteil, als die Herstellung der Welle 10 besonders einfach und kostengünstig realisierbar ist. So kann bei einer Herstellung der Welle 10 im Kunststoffspritzgießverfahren eine einfache Entformung erfolgen und auf Hinterschnitte verzichtet werden. Für konisch ausgebildete Elemente (Welle bzw. Wellenende und/oder Spannelement) kann die Konizität als Entformungsschräge ausgebildet sein.The clamping element 14 of the 6 until 8th The exemplary embodiment illustrated has an outer surface 56 that is conical in design from the base body 22 and is designed to complement a conical inner surface 58 of the shaft element 16 (cf. the right-hand end of the shaft element 16 in 6 ). In the present case, the inner surface 58 and the outer surface 56 are in the area in which they abut each other, each formed in the shape of a truncated cone and to this extent in the manner of a bell. The arrangement is designed such that the shaft element 16 is pulled with its inner surface 58 against the outer surface 56 of the clamping element 14 by actuating the central clamping aid 38, whereby the shaft element 16 and the clamping element 14 brace one another. The clamping of the shaft element 16 and the clamping element 14 in turn, however, at the same time results in the webs 18 of the clamping element 14 being clamped in relation to the shaft end 12 . This creates a non-positive connection between the shaft end 12 and the shaft element 16 without the shaft end 12 having to be provided with a radially extending recess or a radially extending projection, ie the shaft end 12 can have a simple cylindrical basic shape . This is particularly advantageous when the shaft 10 is made of a material such as ceramic and mechanical processing involves a great deal of time and money. In connection with other materials, the basic cylindrical shape is advantageous insofar as the production of the shaft 10 can be implemented particularly easily and inexpensively. Thus, when the shaft 10 is produced using the plastic injection molding process, it can be demolded easily and undercuts can be dispensed with. For conically designed elements (shaft or shaft end and/or clamping element), the conicity can be designed as a draft angle.

In den 9 bis 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Wesentlichen der in den 6 bis 8 gezeigten Anordnung entspricht. Im Unterschied dazu sind jedoch anstelle von Stegen 18 bei diesem Ausführungsbeispiel Spannstrukturen 66 allerdings über eine Ringstruktur 60 miteinander verbunden. Ferner weisen die Stege 18 eine geometrische Gestaltung auf, die insbesondere in den 10 und 12 gut erkennbar ist und eine Elastizität in radialer Richtung r bereitstellen. Dazu weisen die Stege 18 eine im Querschnitt u-förmige Geometrie mit zwei die Stege 18 seitlich begrenzenden Radialwänden 62 und einer die Radialwände 62 miteinander verbindenden Umfangswand 64 auf (vgl. 12). Aufgrund der Geometrie ergibt sich zwischen der Ringstruktur 60 und der jeweiligen Spannstruktur 66 ein Hohlraum 68, der in 12 gut erkennbar ist. Dieser Hohlraum 68 ist für elastische Verformungen der Spannstrukturen 66 vorgesehen und ermöglicht es so, mit jeder der Spannstrukturen 66 eine hohe Vorspannungskraft zu erzeugen, die insbesondere bei späteren, temperaturbedingten unterschiedlichen Werkstoffausdehnungen von hoher Bedeutung sind. Insbesondere kann auf dieser Art und Weise eine Vorspannung auch dann erhalten und signifikante Vorspannkraftverluste vermieden werden, wenn es zu unterschiedlicher thermischer Ausdehnung einzelner Elemente kommt.In the 9 until 12 Another embodiment is shown, which is essentially in the 6 until 8th corresponds to the arrangement shown. In contrast to this, however, clamping structures 66 are connected to one another via a ring structure 60 instead of webs 18 in this exemplary embodiment. Furthermore, the webs 18 have a geometric design that is particularly in the 10 and 12 is clearly visible and provide elasticity in the radial direction r. For this purpose, the webs 18 have a U-shaped geometry in cross section with two radial walls 62 laterally delimiting the webs 18 and a peripheral wall 64 connecting the radial walls 62 to one another (cf. 12 ). Due to the geometry, there is a cavity 68 between the ring structure 60 and the respective clamping structure 66, which 12 is clearly recognizable. This cavity 68 is provided for elastic deformations of the clamping structures 66 and thus makes it possible to generate a high prestressing force with each of the clamping structures 66, which is of great importance in particular in the event of later, temperature-related different material expansions. In particular, in this way a preload can also be obtained and significant losses of preload force can be avoided when there are different thermal expansions of individual elements.

Der Außenradius des Wellenendes 12 ist in 12 mit R1 gekennzeichnet, der Radius im Bereich des Übergangs von den Radialwänden 62 zu dem Umfangsabschnitt mit R2 und der Radius der Außenkontur der Umfangswand 64 mit R3, wobei die Radien mit zunehmender Zahl jeweils größer werden, d.h. R3 der größte der Radien ist.The outer radius of the shaft end 12 is in 12 marked with R1, the radius in the region of the transition from the radial walls 62 to the peripheral section with R2 and the radius of the outer contour of the peripheral wall 64 with R3, the radii becoming larger with increasing number, ie R3 is the largest of the radii.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 12 mit einer die Spannstrukturen 66 verbindenden Ringstruktur 60 hat den Vorteil, dass keine Schlitze 20 erforderlich sind. Daher ist die Eigensteifigkeit erhöht und das Risiko einer Beschädigung des Spannelements 14 insoweit reduziert, als es nicht zum Abbrechen oder einer Vorschädigung eines Steges 18 vor oder während der Montage des Spannelements 14 kommen kann.The embodiment according to 9 until 12 with a ring structure 60 connecting the clamping structures 66 has the advantage that no slots 20 are required. Therefore, the inherent rigidity is increased and the risk of damage to the clamping element 14 is reduced to the extent that a web 18 cannot break off or be damaged beforehand or during the installation of the clamping element 14 .

Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 9 bis 12 dargestellte Ausführungsform in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante auch ohne Ringstruktur realisierbar ist. In diesem Fall ergibt sich eine größere Elastizität der Spannstrukturen 66, wodurch größere Ausdehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Elementen darstellbar sind.It is noted that in the 9 until 12 illustrated embodiment can be realized in a non-illustrated variant without a ring structure. In this case, the clamping structures 66 are more elastic, so that larger differences in expansion between the individual elements can be achieved.

Die Ausführungsform gemäß den 9 bis 12 hat - unabhängig davon, ob eine Ringstruktur 60 vorgesehen ist oder nicht - den Vorteil, dass die axiale Positionierung des Wellenelements 16 gegenüber der Welle 10 durch die Anlage des Wellenelements 16 an der Wellenkontaktfläche 46 (Wellenbund) vorgegeben und damit klar definiert ist.The embodiment according to 9 until 12 has - regardless of whether a ring structure 60 is provided or not - the advantage that the axial positioning of the shaft element 16 relative to the shaft 10 is predetermined by the abutment of the shaft element 16 on the shaft contact surface 46 (shaft collar) and is thus clearly defined.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteReference List

1010: WelleWave
1212: Wellenendeshaft end
1414: Spannelementclamping element
1616: Wellenelementwave element
1818: Stegweb
2020: Schlitzslot
2222: Grundkörperbody
2424: Teilabschnittsection
2626: Bolzenbolt
2828: Außengewindeexternal thread
3030: Durchgangsöffnungpassage opening
3232: Ausnehmungrecess
3434: Vorsprunghead Start
3636: Vertiefungdeepening
3838: Zentral-SpannhilfsmittelCentral clamping device
4040: Spannmutterclamping nut
4242: Schrägeoblique
4444: Wellenelement-Kontaktflächeshaft element contact surface
4646: Wellen-Kontaktflächeshaft contact surface
4848: Kragenabschnittcollar section
5050: Hülsesleeve
5252: Innengewindeinner thread
5454: Spannelement-AbsatzClamping element heel
5656: Spannelement-AußenflächeClamp outer surface
5858: Wellenelement-Innenflächeshaft element inner surface
6060: Ringstrukturring structure
6262: Radialwandradial wall
6464: Umfangswandperimeter wall
6666: Spannstrukturclamping structure
6868: Hohlraumcavity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US4943209A [0002]
US5647685A [0003]
WO 2008/039143 A1 [0004]

Claims

Arrangement of a shaft (10) with a cylindrically shaped shaft end (12), a clamping element (14) and a shaft element (16) fixed in a rotationally fixed manner to the shaft (10), the clamping element (14) being arranged to encompass the shaft end (12). , wherein a central clamping device (38) that interacts with the clamping element (14) is arranged in such a way that it interacts with the clamping element (14) in such a way that a relative movement between the central clamping device (38) and the clamping element (14) 38) and clamping element (14), the clamping element (14) and the shaft end (12) being designed in such a way that the shaft element (16) can be clamped in relation to the shaft end (12) with the aid of the clamping element (14).

Arrangement according to the preceding claim, characterized in that the tensioning element (14) is designed in the manner of a sleeve and has an elastically radially deformable spring area over at least part of its length extending in the axial direction.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping element (14) has slots (20) extending in the axial direction and/or webs (18) extending in the axial direction.

Arrangement according to the preceding claim, characterized in that the slots (20) and/or webs (18) only extend over part of the length of the clamping element (14) and either in a central region and/or from an axial end are arranged extending.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping element (14) and the shaft end (12) have at least one radially extending projection (34) and a depression (36) interacting with the projection (34), which are designed in this way that a clamping of the clamping element (14) relative to the shaft end (12) with the help of the central clamping tool (38) is made possible.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping element (14) has a clamping element outer surface (56) of conical design in the axial direction and the shaft element (16) has a shaft element inner surface (56) of conical design complementary to the clamping element outer surface (56). 58).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft element (16) has a recess (32) for at least partially arranging the clamping element (14), with the end of the recess (32) being provided with a through opening (30) which is Section (24) of the clamping element (14) penetrates.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a shaft element contact surface (44) extending in the radial direction is formed on the shaft element (16) and braced with a shaft contact surface (46) formed on the shaft (10). .

Arrangement according to the preceding claim, characterized in that a micro-serration is formed on the shaft contact surface (46) and/or on the shaft element contact surface (44) in such a way that the bracing creates a non-positive and positive connection between the shaft element (16) and shaft end (12) can be produced.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (10), the clamping element (14) and/or the shaft element (16) are made of materials with different thermal expansion coefficients and/or the shaft (10) is made of ceramic or plastic is.