DE102022206813A1

DE102022206813A1 - Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle angeordneten Maschinenteils

Info

Publication number: DE102022206813A1
Application number: DE102022206813.0A
Authority: DE
Inventors: Alfred Junk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring 9 zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle 1 angeordneten Maschinenteils, wobei der Sicherungsring 9 konusartig ausgebildet ist und mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers an der Welle 9 axial abgestützt ist und mit seinem Ende großen Durchmessers unter Federvorspannung axial an dem Maschinenteil oder einer an dem Maschinenteil axial anliegenden Stützscheibe 3 in Anlage ist. Der Sicherungsring 9 greift mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers in eine radial umlaufende Wellenringnut 8 der Welle 1 radial nach innen federnd ein, wobei die Wellenringnut 6 einen halbkreisartigen Querschnitt aufweist und das Maschinenteil oder die Stützscheibe 3 mit einer radial umlaufenden Bauteilringnut 7 versehen ist, die mit gleichem Radius wie die Wellenringnut 6 axial gerichtet die Wellenringnut 6 im Maschinenteil oder der Stützscheibe 3 fortsetzt. Dabei besteht der Sicherungsring 9 aus einem geschlossenen radial umlaufenden tordierbaren Ring 10 geringeren Querschnitts als dem Radius der Wellenringnut 6 und größerem Innendurchmesser als die Welle 1, der radial umlaufend gleichmäßig verteilt und in Abständen 12 zueinander eine Vielzahl fest verbundener Lamellen 11 aufweist, die unter einem Winkel zur Längsachse 15 der Welle 1 zum Maschinenteil oder der Stützscheibe 3 geneigt sind und beidseitig von dem von dem tordierbaren Ring 10 wegragen, wobei unter Tordierung des tordierbaren Rings 10 die Lamellen 11 parallel zur Längsachse 15 der Welle 1 ausrichtbar sind und in dieser Lage einen gleich oder größeren Innendurchmesser aufweisen als der Durchmesser der Welle 1.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle angeordneten Maschinenteils, wobei der Sicherungsring konusartig ausgebildet ist und mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers an der Welle axial abgestützt ist und mit seinem Ende großen Durchmessers unter Federvorspannung axial an dem Maschinenteil oder einer an dem Maschinenteil axial anliegenden Stützscheibe in Anlage ist.
Bei einer derartigen Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle angeordneten Maschinenteils ist es bekannt an der Welle eine radial umlaufende Ringnut auszubilden, in die ein Anschlagring eingesetzt ist. Vor Einsetzen des Abschlagringes wird der Sicherungsring axial auf die Welle aufgeschoben, bis er an dem Maschinenteil zur Anlage gelangt. Unter axialer Verspannung und Verformung des Sicherungsringes gegen das Maschinenteil wird nun der Anschlagring montiert, an dem sich dann der Sicherungsring axial abstützen kann und mit axialer Vorspannung an dem Maschinenteil anliegt.
Diese Sicherungsringanordnung ist nur aufwendig zu montieren, da der Sicherungsring während der Montage des Anschlagringes mit hoher Kraft unter axialer Vorspannung und Verformung gehalten werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle angeordneten Maschinenteils der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau mit wenig Bauteilen die o.g. Nachteile vermeidet und leicht montierbar und hoch axial belastbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sicherungsring mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers in eine radial umlaufende Wellenringnut der Welle radial nach innen federnd eingreift, wobei die Wellenringnut einen halbkreisartigen Querschnitt aufweist und das Maschinenteil oder die Stützscheibe mit einer radial umlaufenden Bauteilringnut versehen ist, die mit gleichem Radius wie die Wellenringnut axial gerichtet die Wellenringnut im Maschinenteil oder der Stützscheibe fortsetzt, wobei der Sicherungsring aus einem geschlossenen radial umlaufenden tordierbaren Ring geringeren Querschnitts als dem Radius der Wellenringnut und größerem Innendurchmesser als die Welle besteht, der radial umlaufend gleichmäßig verteilt und in Abständen zueinander eine Vielzahl fest verbundener Lamellen aufweist, die unter einem Winkel zur Längsachse der Welle zum Maschinenteil oder der Stützscheibe geneigt sind und beidseitig von dem von dem tordierbaren Ring wegragen, wobei unter Tordierung des tordierbaren Rings die Lamellen parallel zur Längsachse der Welle ausrichtbar sind und in dieser Lage einen gleich oder größeren Innendurchmesser aufweisen als der Durchmesser der Welle.
Der geringere Querschnitt des radial umlaufenden tordierbaren Ring kann eine beliebige Form aufweisen.
Zur Montage wird der Sicherungsring axial zum Maschinenbauteil oder der Stützscheibe hin mit einer Kraft beaufschlagt und axial auf die Welle aufgeschoben, wobei durch die Welle die Lamellen aus ihrer konischen Lage in eine sich etwa axial zur Längsachse der Welle erstreckende Lage unter Tordierung des tordierbaren Rings verschwenkt werden, bis die dem Maschinenteil oder der Stützscheibe entfernten Enden der Lamellen die Wellenringnut erreicht haben und unter zumindest weitgehender Aufhebung der Tordierung in die Wellenringnut sich hinein schwenken. Dabei schwenken gleichzeitig die dem Maschinenteil oder der Stützscheibe näheren Enden der Lamellen in die Bauteilringnut ein.
Nun liegen die Lamellen mit ihren einen Enden an der Wellenringnut und mit ihren anderen Enden an der Bauteilringnut an und sichern so das Maschinenteil oder die Stützscheibe axial in ihrer Einbaulage.
Ist dabei die Bauteilringnut mit einem Radius versehen, der sich zur Torsionsachse des tordierbaren Rings im Verlauf von dem der Welle nahen Ende der Bauteilringnut zum der Welle entfernten Ende der Bauteilringnut verringert, so kommt es bei dem Rückschwenken der Lamellen zu einer elastischen Verspannung der Lamellen zwischen der Wellenringnut und der Bauteilringnut unter der nicht vollständig aufgehobenen Torsion.
Da die Lamellen nicht verformt werden, können sie mit hoher Kraft das Bauteil oder die Stützscheibe axial in ihrer Einbaulage sichern.
Die geschlossene Kreisform des Sicherungsringes weist eine hohe radiale Steifigkeit auf, die ein Abstreifen des Sicherungsringes verhindert.
Die Lamellen werden rein auf Druck beansprucht und sind daher hoch belastbar.
Zur Demontage des Sicherungsringes kann der Sicherungsring zerstört und leicht aus seiner Einbaulage entfernt werden.
Um die Torsionswirkung des tordierbaren Ringes variieren zu können, können die Abstände sowie die Breite der Lamellen voneinander entsprechend variiert werden.
Der Innendurchmesser des tordierbaren Rings kann geringer oder größer als der Durchmesser der Welle sein. Ist der Innendurchmesser geringer, so kommt beim Aufschieben des Sicherungsring auf die Welle zur Tordierung auch noch zu einer geringen radialen elastischen Erweiterung des Rings hinzu.
Die Lamellen können eine gering kleinere oder gering größere Dicke als dem Durchmesser des tordierbaren Rings aufweisen.
Vorzugsweise weisen die Lamellen eine dem Durchmesser des tordierbaren Rings entsprechende Dicke auf.
Weist die Bauteilringnut in ihrem zur Welle mündenden Endbereich einen sich vergrößernden Durchmesser auf, so können die Lamellen sicher ohne an der inneren Endkante der Maschinenringnut hängen zu bleiben in die Maschinenringnut einschwenken.
Wenn die Bauteilringnut in ihrem der Welle entfernten Endbereich einen sich verringernden Durchmesser aufweist, ist der Sicherungsring dadurch gegen Herausbewegen aus der Bauteilringnut und somit gegen Verlieren gesichert.
Der verringerte Durchmesser kann dabei durch einen etwa radial nach innen gerichteten Ringansatz gebildet sein.
Die Lamellen können mit unterschiedlicher Länge von dem tordierbaren Ring weg ragen.
Kostengünstig herstellbar durch z.B. Stanzen, Schmieden oder 3-D-Druck kann der tordierbare Ring aus einem Federstahl oder einem Kunststoff bestehen.
Die stimseitigen Enden der Lamellen können eine Rundung mit einem Radius aufweisen, der dem Radius der Wellenringnut entspricht und so mit ihrer Rundung an der Rundung der Wellenringnut und/oder der Bauteilringnut anliegen.
Dadurch entsteht eine Hertzsche Pressung zwischen den Lamellen und der Wellenringnut und/oder der Bauteilringnut.
Die Hertzsche Pressung bedeutet, dass wenn zwei starre Körper mit gewölbter Oberfläche gegeneinander gepresst werden, sich dann sie sich in diesem idealisierten Fall nur linien- oder punktförmig berühren. Im elastischen Körper aber entstehen durch die Elastizität an der Berührstelle eine Abplattung und eine Berührungsfläche sowie auf der Berührungsfläche in beiden Körpern eine charakteristische Flächenpressung.
Wenn die konische Neigung der Lamellen im montierten Zustand des tordierbaren Rings geringer ist als im nicht montierten Zustand, so wird eine spielfreie sichere Anlage der Lamellen mit ihren stirnseitigen Enden an der Wellenringnut und/oder der Bauteilringnut gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

1 eine Seitenansicht in Prinzipdarstellung der Sicherungsringanordnung in der Einbaulage
2 eine Seitenansicht in Prinzipdarstellung der Sicherungsringanordnung nach 1 mit nichteingebauten Sicherungsring
3 eine Seitenansicht in Prinzipdarstellung der Sicherungsringanordnung nach 1 mit dem Sicherungsring unmittelbar vor Erreichen der Einbaulage
4 eine perspektivische Teildarstellung des Sicherungsringes der Sicherungsringanordnung nach 1
5 eine perspektivische Teildarstellung einer Sicherungsringanordnung an einer Wälzlagerung eines Zahnrades.

Die in den Figuren dargestellte Sicherungsringanordnung weist eine Welle 1 auf, auf deren Wellenende 5 eine eine Bohrung 2 entsprechenden Durchmessers aufweisende Stützscheibe 3 mit ihrer Bohrung 2 bis zur axialen Anlage an einer radial umlaufenden Schulter 4 der Welle 1 axial aufgeschoben ist.
Mit seiner der Schulter 4 zugewandten Stirnseite sichert die Stützscheibe 3 einen auf der Welle 1 angeordneten Innenring 19 eines Wälzlagers gegen axiale Verschiebung auf der Welle.
In der Mantelfläche des Wellenendes 5 ist eine radial umlaufende Wellenringnut 6 mit halbkreisartigem Querschnitt ausgebildet.
An der der Schulter 4 abgewandten Seite der Stützscheibe 3 ist eine radial umlaufende Bauteilringnut 7 etwa gleichen Radius wie die Wellenringnut 6 ausgebildet, die von der zylindrischen Wand der Bohrung 2 ausgeht und mit ihrem Querschnitt die Wellenringnut 6 viertelkreisartig fortsetzt.
Dabei weist die Bauteilringnut 7 in ihrem zur zylindrischen Wandung der Bohrung 2 mündenden Endbereich einen sich vergrößernden Durchmesser 16 auf.
An der der Schulter 4 abgewandten Stirnseite 8 der Stützscheibe 3 mündet die Bauteilringnut 7 mit einem sich verringernden Durchmesser 17 nach außen.
In Wellenringnut 5 und Bauteilringnut 7 ist ein Sicherungsring 9 eingesetzt. Der Sicherungsring 9 besteht aus einem tordierbaren Ring 10 leicht größeren Innendurchmessers als dem Außendurchmesser des Wellenendes 5, an dem radial umlaufend gleichmäßig verteilt und in Abständen 12 zueinander eine Vielzahl an Lamellen 11 fest verbunden sind. Tordierbarer Ring 10 und Lamellen 11 sind einteilig ausgebildet.
Die Lamellen 11 ragen mit ihren beiden Lamellenenden 13, 13' zu beiden Seiten von dem tordierbaren Ring 10 voneinander divergierend weg und weisen eine Dicke auf, die etwa dem Durchmesser des tordierbaren Rings 10 entspricht.
Die stirnseitigen Enden der Lamellenenden 13, 13' weisen jeweils solche Rundungen 14, 14' auf, dass die Länge der Lamellen 11 mit ihren Lamellenenden 13, 13' etwa dem Durchmesser der Wellenringnut 6 entspricht.
Die Lamellen 11 sind in der nicht tordierten Lage des tordierbaren Rings 10 konusartig unter einem Winkel zur Längsachse 15 der Welle 1 geneigt (2).
Zur Montage des Sicherungsrings 9 wird dieser so axial auf das Wellenende 5 der Welle 1 aufgeschoben, wobei zunächst die Lamellen 11 unter dem Winkel zur Stützscheibe 3 hin geneigt sind.
Bei weiterem Aufschieben des tordierbaren Rings 10 schwenken die Lamellen 11 in eine sich annähernd zur Längsachse 15 der Welle 1 parallele Lage (3), wobei der tordierbare Ring 10 tordiert wird. Nach Erreichen der Wellenringnut 6 schwenken die Lamellen 11 unter zumindest weitgehender Aufhebung der Tordierung des tordierbaren Rings 10 in die Wellenringnut 6 ein und kommen mit ihren Lamellenende 13, 13' an den Wandungen der Wellenringnut 6 und der Bauteilringnut 7 zur Anlage (1 und 5).
Durch den vergrößerten Durchmesser 16 am zur zylindrischen Wandung der Bohrung 2 mündenden Endbereich der Bauteilringnut 7 kommt es beim Einschwenken der Lamellen 11 nicht zu einem Verhaken an der Mündungskante 18 der Bauteilringnut 7.
Der sich verringernde Durchmesser 17 der Bauteilringnut 7 an deren Mündung in die der Schulter 4 abgewandten Stirnseite 8 der Stützscheibe 3 verhindert es, dass die Lamellen 11 aus der Bauteilringnut 7 herausschwenken können.
Durch die Anlage und Abstützung der Lamellenenden 13, 13' an Wellenringnut 6 und Bauteilringnut 7 ist die Stützscheibe 3 fest gegen die Schulter 4 der Welle 1 verspannt und kann selbst hohe auf die Stützscheibe 3 von der Schulter 4 weg gerichtete Axialkräfte abstützen.
Durch Trennen des tordierbaren Rings 10 kann der Sicherungsring 9 leicht demontiert werden.
Bezugszeichen

1: Welle
2: Bohrung
3: Stützscheibe
4: Schulter
5: Wellenende
6: Wellenringnut
7: Bauteilringnut
8: Stirnseite
9: Sicherungsring
10: tordierbarer Ring
11: Lamellen
12: Abstände
13: Lamellenende
13': Lamellenende
14: Rundungen
14': Rundungen
15: Längsachse
16: vergrößerter Durchmesser
17: verringerter Durchmesser
18: Mündungskante
19: Innenring

Claims

Sicherungsringanordnung mit einem radial umlaufend geschlossenen Sicherungsring (9) zum axialen Vorspannen eines auf einer Welle (1) angeordneten Maschinenteils, wobei der Sicherungsring (9) konusartig ausgebildet ist und mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers an der Welle (9) axial abgestützt ist und mit seinem Ende großen Durchmessers unter Federvorspannung axial an dem Maschinenteil oder einer an dem Maschinenteil axial anliegenden Stützscheibe (3) in Anlage ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (9) mit seinem stirnseitigen Ende geringen Durchmessers in eine radial umlaufende Wellenringnut (8) der Welle (1) radial nach innen federnd eingreift, wobei die Wellenringnut (6) einen halbkreisartigen Querschnitt aufweist und das Maschinenteil oder die Stützscheibe (3) mit einer radial umlaufenden Bauteilringnut (7) versehen ist, die mit gleichem Radius wie die Wellenringnut (6) axial gerichtet die Wellenringnut (6) im Maschinenteil oder der Stützscheibe (3) fortsetzt, wobei der Sicherungsring (9) aus einem geschlossenen radial umlaufenden tordierbaren Ring (10) geringeren Querschnitts als dem Radius der Wellenringnut (6) und größerem Innendurchmesser als die Welle (1) besteht, der radial umlaufend gleichmäßig verteilt und in Abständen (12) zueinander eine Vielzahl fest verbundener Lamellen (11) aufweist, die unter einem Winkel zur Längsachse (15) der Welle (1) zum Maschinenteil oder der Stützscheibe (3) geneigt sind und beidseitig von dem von dem tordierbaren Ring (10) wegragen, wobei unter Tordierung des tordierbaren Rings (10) die Lamellen (11) parallel zur Längsachse (15) der Welle (1) ausrichtbar sind und in dieser Lage einen gleich oder größeren Innendurchmesser aufweisen als der Durchmesser der Welle (1).
Sicherungsringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des tordierbaren Rings (10) geringer oder größer als der Durchmesser der Welle (1) ist.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (11) eine dem Durchmesser des tordierbaren Rings (10) entsprechende Dicke aufweisen.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilringnut (7) in ihrem zur Welle (1) mündenden Endbereich einen sich vergrößernden Durchmesser aufweist.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilringnut (7) in ihrem der Welle (1) entfernten Endbereich einen sich verringernden Durchmesser aufweist.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (11) mit unterschiedlicher Länge von dem tordierbaren Ring (10) weg ragen.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tordierbare Ring (10) aus einem Federstahl oder einem Kunststoff besteht.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Enden der Lamellen (11) eine Rundung (14, 14') mit einem Radius aufweisen, der dem Radius der Wellenringnut (6) entspricht.
Sicherungsringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Neigung der Lamellen (11) im montierten Zustand des tordierbaren Rings (10) geringer ist als im nicht montierten Zustand.