DE10213214A1

DE10213214A1 - Dehnspanneinrichtung und Herstellungsverfahren für diese

Info

Publication number: DE10213214A1
Application number: DE2002113214
Authority: DE
Inventors: Paul Zinser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: DE10213214B4

Abstract

Eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung (1) weist einen in Umfangsrichtung stauchbaren oder dehnbaren ringförmigen Bereich (6) auf. Zur Stauchung oder Dehnung dient eine Keilspanneinrichtung (14), deren Keilflächen in Umfangsrichtung orientiert sind. Die Keilspanneinrichtung weist außerdem ein Spannelement (19) auf, dessen Spannflächen (21, 22) mit den Keilflächen (15, 16) zusammenwirken, um eine Dehnung oder Stauchung des ringförmigen Bereichs (6) zu bewirken. Durch Dehnung dieses Bereichs (6) wird ein zweites Bauteil (3) festgeklemmt. Es ergibt sich eine gute Rundlaufgenauigkeit. Die Verbindung ist einfach festzuziehen und zu lösen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrichtung zur lösbaren Verbindung zweier Bauteile, wie beispielsweise einer Welle mit einem auf der Welle sitzenden Element. Weiter betrifft die Erfindung ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung.
Die drehfeste und/oder axial feste Verbindung zweier Bauteile miteinander ist eine in der Technik häufige Aufgabenstellung. In vielen Fällen wird die Verbindung durch Reibschluss zwischen den Bauteilen bewirkt. Der Reibschluss kann erreicht werden, indem die Teile im Presssitz gefügt werden, indem die Teile miteinander verkeilt werden oder indem eines der Teile aufgeweitet oder gestaucht wird. Beispielsweise ist es aus der Praxis bekannt, ein Rohrende durch axiales Einziehen eines Konusses aufzuweiten und somit gegen die Innenumfangsfläche eines auf dem Rohrende sitzenden Bauteils zu pressen. Die Lösung dieser Verbindung erfordert ein Lösen des Konusses, was häufig schwierig ist.

Weiter ist aus der DE 196 51 604 C1 eine Spannanordnung bekannt, die mehrere keilförmige Halbschalen als Spanneinrichtung nutzt. Die keilförmigen Halbschalen sind paarweise gegensinnig in dem Ringspalt zwischen einer Welle und einem äußeren Bauteil angeordnet. Durch gegensinnige Verdrehung der Halbschalen gegeneinander nimmt die radiale Dicke der in dem Ringspalt befindlichen Spannanordnung zu, so dass diese die Welle und die Nabe gegeneinander festspannt.

Die Präzision der Spannanordnung bestimmt hier die Präzision des Rundlaufs der Spannanordnung.

Aus der DE 43 27 461 A1 ist unter anderem eine Wellensicherung bekannt (Fig. 7 und 8), die durch einen in Axialrichtung auf einem Wellenstumpf zu sichernden Ring gebildet wird. Dieser Ring weist drei schalenförmige, sich in Axialrichtung von ihm weg erstreckende Fortsätze auf, die voneinander durch Schlitze getrennt sind und somit in Radialrichtung federn können. Der Querschnitt der Finger bildet bogenförmig gekrümmte Keile. Den Fingern ist ein Ring zugeordnet, der auf den äußeren Keilflächen sitzt und entsprechende innere Keilflächen aufweist. Durch Verdrehen des Rings werden die Finger radial nach innen geschwenkt und klemmen auf dem Wellenstumpf fest.

Die Rundlaufgenauigkeit einer solchen Anordnung ist für andere Anwendungen häufig nicht ausreichend.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dehnspanneinrichtung zur reibschlüssigen Verbindung zweier Bauteile zu schaffen, die eine gute Rundlaufgenauigkeit aufweist und leicht zu betätigen ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für eine solche Verbindungseinrichtung anzugeben.

Diese Aufgaben werden mit der Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 und dem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 19 gelöst.

Zu der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung gehören ein erstes Bauteil, wie beispielsweise eine Welle, eine Achse, ein Rohr, ein Zahnrad oder ein ähnliches ruhend oder beweglich gelagertes Bauteil, das einen ringförmigen Bereich mit einer ersten Sitzfläche aufweist. Der ringförmige Bereich ist in Umfangsrichtung stauch- oder dehnbar ausgebildet, wobei die zur Funktion erforderlichen Dehnungen oder Stauchungen vorzugsweise rein elastischer Natur sind. Weiter gehört zu der Verbindungseinrichtung ein zweites an dem ersten Bauteil zu befestigendes Bauteil. Dies kann beispielsweise eine Nabe, ein Zahnrad, eine Riemenscheibe, ein Hebel, ein Lenker, ein Stab, ein Rohr, eine Welle oder ähnliches sein. Das zweite Bauteil weist eine zweite Sitzfläche auf, die der ersten Sitzfläche zugeordnet ist und gegenüber dieser ein Spielmaß aufweist. Ist die erste Sitzfläche eine Außenumfangsfläche wird unter der zweiten Sitzfläche eine Innenumfangsfläche mit geringfügig größerem Durchmesser verstanden. Ist die erste Sitzfläche hingegen eine beispielsweise zylindrische Innenumfangsfläche wird die zweite Sitzfläche als Außenumfangsfläche des zweiten Bauteils verstanden, wobei sie in Bezug auf die erste Sitzfläche ein Untermaß aufweist. Das Spielmaß (Übermaß bzw. Untermaß) ist in beiden Fällen durch die elastische Verformung des ringförmigen Bereichs des ersten Bauteils überwindbar. Das Spielmaß ist weiter so beschaffen, dass die Bauteile, wenn der ringförmige Bereich weder gestaucht noch gedehnt ist ohne zu verklemmen zusammengefügt und voneinander getrennt werden können.

Das zwischen beiden Sitzflächen vorhandene Spiel wird durch Stauchung oder Dehnung des ringförmigen Bereichs des ersten Bauteils überwunden. Hierzu dient eine Keilspanneinrichtung, deren Keil oder Keile jeweils eine Keilfläche haben, deren Steigung in Umfangsrichtung verläuft. Die Dicke des Keils nimmt in Umfangsrichtung zu oder ab - von der Axialrichtung ist sie unabhängig. Dies bedeutet, dass ein Spannelement vorhanden ist, das gegen das erste Bauteil verdrehbar angeordnet ist. Eine Drehung des Spannelements bewirkt eine radiale Dehnung oder Stauchung des ringförmigen Bereichs und somit ein Festklemmen des zweiten Bauteils. Zugleich wird eine Dehnung oder Stauchung in Umfangsrichtung bewirkt. Dadurch findet entlang des Umfangs des ringförmigen Bereichs ein Kraftausgleich statt, der, verbunden mit der direkten Berührung der beiden Bauteile über ihre Sitzflächen eine guten Rundlauf erzwingt. Die Rundlaufgenauigkeit wird von der Präzision der beiden Sitzflächen, nicht aber von der Präzision der Keilflächen oder der Spannflächen bestimmt.

Die Keilspanneinrichtung ermöglicht nicht nur eine gleichmäßige oder zumindest symmetrische Aufteilung der radialen Spannkräfte auf den Umfang der Sitzfläche, sondern auch eine gleichmäßige Flächenlast in Axialrichtung. Dies kommt ebenfalls der Rundlaufgenauigkeit zugute. Außerdem wird dadurch der Flächeninhalt der Sitzfläche zur Erzeugung der erforderlichen Haftreibung zwischen den beiden Bauteilen gut (vollständig) ausgenutzt. Dies ergibt eine gute Raumausnutzung, d. h. die Verbindungseinrichtung benötigt lediglich einen geringen Bauraum.

Außerdem lässt sich die Verbindungseinrichtung mit gut handhabbaren Kräften sowohl festziehen als auch lösen. Beim Aufbringen des entsprechenden Festzieh- oder Lösemoments lässt sich in der Regel ohne besondere Zusatzvorrichtung die Hebelwirkung eines entsprechenden Werkzeugs ausnutzen. Besondere Abziehvorrichtungen oder dergleichen, wie sie axialen Keilspannvorrichtungen erforderlich wären, sind meist nicht erforderlich.

Die Keilspanneinrichtung kann Keilflächen umfassen, die unmittelbar an dem ersten Bauteil ausgebildet sind. Beispielsweise können die Keilflächen eine innere Wandungsfläche eines Innenraums in dem ringförmigen Bereich des ersten Bauteils bilden. Der Abstand der Keilfläche von einem Drehzentrum des Spannelements ist winkelabhängig. Beispielsweise können die Keilflächen Spiralen um das Drehzentrum bilden. Damit kann das Spannelement durch einen starren Spannkörper gebildet werden, dessen Außenfläche beispielsweise ebenfalls durch Spiralen oder durch anderweitige Vorsprünge gebildet ist. Die Ausbildung der Spannflächen des Spannkörpers als Spiralen gegenüber anderen Spannflächenformen hat den Vorzug einer besonders gleichmäßigen Erzeugung der Radialspannung.

Alternativ können die Keilflächen an Keilelementen ausgebildet sein, die zwischen dem ringförmigen Bereich und dem Spannelement angeordnet sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, besonders einfach gestalteter Keilflächen. Diese können beispielsweise kreisbogenförmig gekrümmt sein, was die Herstellung wesentlich vereinfacht, ohne die Spanngenauigkeit zu beeinträchtigen.

Bei Anordnung des Spannelements innerhalb des ringförmigen Bereichs wird die Spannung durch eine Dehnung des ringförmigen Bereichs bewirkt. Es ist jedoch auch möglich, außerhalb des ringförmigen Bereichs ein ringförmiges Spannelement anzuordnen, das den ringförmigen Bereich umgibt und diesen bei Verdrehung staucht. Dadurch kann das zweite Bauelement dann beispielsweise innerhalb des ringförmigen Bereichs des ersten Bauelements sitzen. Es wird bei Stauchung des ringförmigen Bereichs festgeklemmt. Wie oben erwähnt, können die Keilflächen wieder unmittelbar an dem ringförmigen Bereich, und zwar an seiner Außenfläche angebracht werden. Außerdem ist es möglich, zwischen dem Spannelement und dem ringförmigen Bereich keilförmige Zwischenlagen vorzusehen.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der ringförmige Bereich geschlossen, d. h. ungeschlitzt ist, so dass eine Umfangsdehnung oder Stauchung erzwungen wird, die ihrerseits wiederum zum Erhalt der Rundlaufgenauigkeit beiträgt.

Die Sitzflächen sind vorzugsweise Zylinderflächen. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Sitzflächen unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Sitzfläche des ersten Bauelements eine zylindrische Außenfläche sein, während die Sitzfläche des zweiten Bauelements eine polygonale Fläche ist, eine durch Nuten oder Schlitze unterbrochene Zylinderfläche oder eine anderweitige Fläche (z. B. Kerbzahnfläche) ist.

Der dehn- oder stauchbare Bereich weist vorzugsweise entlang seines gesamten Umfangs eine gleichbleibende Wandstärke auf. Außerdem weist er in Axialrichtung vorzugsweise eine gleichbleibende Wandstärke auf. Es wird als zweckmäßig angesehen, die Wandstärke des stauchbaren Bereichs innerhalb eines Maßbereichs von 5% bis 20% des Durchmessers des betreffenden ringförmigen Bereichs festzulegen. Dies ergibt bei üblichen Materialien (Stahl oder dergleichen) eine ausreichende Dehnbarkeit zur Überwindung eines zum Fügen der Teile leicht zu handhabenden Spiels.

Das vorteilhafte Herstellungsverfahren befasst sich mit der Herstellung der Keilflächen an der Innenseite oder der Außenseite des ringförmigen Bereichs des ersten Bauteils. Das betreffende Spannelement wird dazu mit seinen scharfen Stirnkanten voran in den Innenraum des ringförmigen Bereichs oder auf dessen Außenumfangsfläche axial aufgepresst. Dabei schneiden die stirnseitigen Schneidkanten des Spannelements an dem ersten Bauteil Flächen frei, die zu den Keilflächen des Spannelements komplementär sind. Anfallende Späne können durch entsprechende Spanbrecherrippen oder Nuten an der Stirnseite des Spannelements gebrochen und entfernt werden. Bei dieser Herstellungsweise sitzt das Spannelement relativ fest in oder auf dem ringförmigen Bereich. Jede Verdrehung des Spannelements weitet bzw. staucht diesen zweckentsprechend. Die Herstellung ist einfach und kostengünstig. Durch die zwangsläufig komplementäre Ausformung der beteiligten Spannflächen, sind Fertigungstoleranzen des Spannelements von vornherein unbeachtlich.

Bei einer weiter verfeinerten Ausführungsform erfolgt die Feinbearbeitung der Sitzfläche an dem ringförmigen Bereich erst nach ein- oder aufpressen des Spannelements. Dies ergibt überragende Rundlaufeigenschaften.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der nachfolgenden Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 1 in Stirnansicht,
Fig. 3 die Spannanordnung nach Fig. 1 und 2 in längsgeschnittener Darstellung,
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Spannanordnung mit selbstschneidendem Spannelement,
Fig. 5 eine weitere alternative Ausführungsform der Spannanordnung mit selbstschneidendem Spannelement in längsgeschnittener Darstellung,
Fig. 6 eine Verbindungseinrichtung mit nicht keilförmigem Spannelement in vereinfachter Stirnansicht,
Fig. 7 eine Verbindungseinrichtung mit keilförmigen Zwischenelementen in Stirnansicht,
Fig. 8 die Spanneinrichtung nach Fig. 7 in längsgeschnittener Darstellung,
Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform einer Verbindungseinrichtung in Stirnansicht,
Fig. 10 schalenförmige Keilelemente der Verbindungseinrichtungen nach Fig. 7 oder 9,
Fig. 11 ein Spannelementteil des Spannelements nach Fig. 9,
Fig. 12 eine Verbindungseinrichtung mit Spannring in perspektivischer Darstellung und
Fig. 13 ein Bauteil der Verbindungseinrichtung nach Fig. 12 in perspektivischer Darstellung.
In Fig. 1 ist eine Verbindungseinrichtung 1 zur Verbindung zweier Bauteile 2, 3 veranschaulicht. Das erste Bauteil 2 wird durch eine Welle 4 gebildet. Das zweite Bauteil 3 ist beispielsweise eine mit der Welle 4 zu verbindende Riemenscheibe 5. Das zweite Bauteil 3 kann auch ein Zahnrad, eine Kurvenscheibe, ein Nocken, ein Ausgleichsgewicht oder ein beliebiges anderes drehfest mit der Welle 4 zu verbindendes Bauteil sein. Das erste Bauteil 2 weist an seinem Ende oder auch in einer von dem Ende beabstandeten Zone einen ringförmigen Bereich 6 auf, der konzentrisch zu einer Mittelachse 7 des ersten Bauteils 2 angeordnet ist. Der ringförmige Bereich 6 weist, wie aus Fig. 3 hervorgeht, in Axialrichtung A eine vorzugsweise gleichbleibende Wandstärke auf und schließt mit gleichbleibender Wandstärke an andere Bereiche des ersten Bauteils 2 an. Die Wandstärke des ringförmigen Bereichs 6 liegt etwa bei 10% des Durchmessers desselben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist der ringförmige Bereich 6 eine zu der Mittelachse 7 konzentrische zylindrische Außenfläche 8 auf, die eine Sitzfläche 9 bildet. Entsprechend ist das von der Riemenscheibe 5 gebildete zweite Bauteil 3 mit einer zylindrischen, zu der Mittelachse 7 konzentrischen Innenfläche 11 versehen, die eine Sitzfläche 12 bildet. Die Innenfläche 11 weist einen geringfügig größeren Durchmesser auf als die Außenfläche 8, so dass die Riemenscheibe 5 ohne Kraftaufwand auf die Welle 4 gesteckt werden kann. Dazu ist ein entsprechendes Spiel zwischen den Sitzflächen 9, 12 vorhanden. Die Außenfläche 8 und die Innenfläche 11 können auch andere zueinander passende Formen aufweisen. Z. B. können sie Kerbzahnflächen, Polygonflächen oder ähnliches sein.
Zum Festklemmen des zweiten Bauteils 3 auf dem ersten Bauteil 2 wird der ringförmige Bereich 6 in Umfangsrichtung und radial gedehnt. Dazu dient eine Keilspanneinrichtung 14. Zu dieser gehören ein oder mehrere Keile. Bei dem in Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind dazu an der Innenseite des ringförmigen Bereichs 6 Keilflächen 15, 16 ausgebildet, so dass die entsprechenden Zonen des ringförmigen Bereichs 16 selbst Keile 17, 18 bilden. Die Steigung dieser Keile ist vorzugsweise gering. Sie ist in Fig. 2 lediglich zur Veranschaulichung deutlich überhöht dargestellt. Der Dickenunterschied der Keile beträgt auf ihrer gesamten Länge vorzugsweise wenig mehr als das Spielmaß zwischen den Sitzflächen 9, 12, beispielsweise wenige Zehntel Millimeter. Der ringförmige Bereich 6 weist somit entlang seines Umfangs eine im Wesentlichen konstante Wandstärke auf. Die Steigung der Keile 17, 18 bzw. deren Keilflächen 15, 16 verläuft in Umfangsrichtung. Eine Steigung ist in dem Sinne zu verzeichnen, als der Abstand der Keilflächen 15, 16 von der Mittelachse 7, die ein Drehzentrum bildet, in Fig. 2 beispielsweise in Uhrzeigerrichtung jeweils abnimmt.
Zu der Keilspanneinrichtung 14 gehört ein Spannelement 19, das hier als Spannnuss ausgebildet ist. Das Spannelement 19 ist, grob gesehen, zylindrisch ausgebildet. Jedoch weist es an seiner Mantelfläche von der Zylinderfläche abweichende Spannflächen 21, 22 auf, die an den Keilflächen 15, 16 anliegen. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 sind die Spannflächen 21, 22 selbst als Keilflächen ausgebildet, die mit den Keilflächen 15, 16 übereinstimmen. Sie folgen einer Spirale um die Mittelachse 7 (Drehzentrum). Das Spannelement 19weist außerdem konzentrisch zu der Mittelachse 7 ein formschlüssiges Kupplungsmittel, beispielsweise in Form einer profilierten Ausnehmung 23 auf. Diese dient dem Ansatz eines Werkzeugs zum Drehen des Spannelements 19.
Die insoweit beschriebene Verbindungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Es wird zunächst davon ausgegangen, dass das Spannelement 19 unverdreht in dem von dem Bereich 6 umschlossenen Innenraum sitzt. Der Bereich 6 ist damit ungedehnt. Die Riemenscheibe 5 kann auf das Wellenende mit etwas Spiel aufgesteckt werden. Zum weiteren Verbinden der Welle 4 mit der Riemenscheibe 5 wird ein entsprechendes Werkzeug in die Ausnehmung 23 eingeführt und ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung ausgeübt (Fig. 2). Dabei drängen die Spannflächen 21, 22 die Keilflächen 15, 16 nach außen, wodurch der Bereich 6 aufgeweitet wird. Er wird dabei zugleich in Umfangsrichtung gedehnt. Die dadurch auftretende Dehnungsspannung in Umfangsrichtung bewirkt, dass der ringförmige Bereich 6 auch in radial aufgeweitetem Zustand wohl zentriert um die Mittelachse 7 bleibt.
Das Spannelement 19 wird so lange gedreht, bis der ringförmige Bereich 6 mit seiner Sitzfläche 9 fest an der Sitzfläche 12 anliegt. Wie in Fig. 2 angedeutet, ergibt sich dabei entlang des Umfangs eine gleichmäßige Spannkraftverteilung. Auch in Axialrichtung ist eine gleichmäßige Spannkraftverteilung gegeben. Somit wird an den Sitzflächen 9, 12 eine konstante, weitgehend ortsunabhängige Flächenpressung erreicht.
Eine alternative Ausführungsform der Verbindungseinrichtung 1 ist in Fig. 4 lediglich anhand der Welle 4 und des Spannelements 19 veranschaulicht. Die vorstehende Beschreibung gilt entsprechend. Ergänzend gilt folgendes:
Das Spannelement 19 weist an seiner innen liegenden Stirnseite Schneidkanten 24, 25 auf, die unmittelbar an die jeweiligen keilförmigen Spannflächen 21, 22 grenzen. Die Stirnseite des Spannelements 19 ist im Anschluss an die Schneidkanten 24, 25 als Spanfläche 26 ausgebildet. Diese kann sowohl rechtwinklig zu den Spannflächen 21, 22 als auch, wie dargestellt, mit positivem Spanwinkel angeordnet sein. Dies wird erreicht, indem die betreffende Stirnseite des Spannelements 19 konkav ausgeformt wird. Wie in Fig. 4 mit gestrichelter Linie angedeutet, kann an der Stirnseite des Spannelements 19 ein Vorzentrierungselement 26a ausgebildet werden. Es weist eine z. B. zylindrische Führungsfläche 26b auf, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Welle 4 ist. Zwischen dem Kopf, an dem die Führungsfläche 26b ausgebildet ist, und den Schneidkanten 24, 25 ist ein ringförmiger Spanaufnahmeraum 26c ausgebildet. Anfallende Späne werden hier sicher und dauerhaft verwahrt. Stirnseitig weist der Kopf eine Einführschräge in Form einer Konusfläche 26d auf. Es ist prinzipiell auch möglich, das Vorzentrierungselement und das Spannelement 19 dreiteilig auszubilden, indem auf ein rotationssymmetrisches Vorzentrierungselement zwei kreisförmig gebogene Spannkeile aufgesetzt werden.
Zur Herstellung der Verbindungseinrichtung 1, insbesondere zur Herstellung der Keilspanneinrichtung 14, wird die als erstes Bauteil 2 dienende Welle 4 als Hohlwelle mit einem Innendurchmesser gefertigt, der an jedem Punkt kleiner ist als der Durchmesser der Spannflächen 21, 22 des Spannelements 19. Dies gilt insbesondere in der Endzone der Welle 4 in der die Keilspanneinrichtung 14 auszubilden ist. Es wird nun das Spannelement 19 in das offene Wellenende 4 axial ohne Drehung eingepresst. Das Spannelement 19 kann dabei durch einen in die Ausnehmung 23 greifenden Dorn präzise geführt werden. Die Schneidkanten 24, 25 stellen die Keilflächen 15, 16 an dem ringförmigen Bereich 6 in einem Schnitt her. Es werden dabei Späne 27 abgehoben, die sich im Innenraum der Welle 4 befinden. Bei einigen Anwendungen können die Späne in der Welle 4 verbleiben. Meist ist jedoch gefordert, diese zu entfernen. Dies kann erfolgen, indem insbesondere noch an der inneren Wandung der Welle 4 haftende Späne durch eine kurze Drehbewegung des Spannelements 19 um wenige Grad gelöst werden. Zur Unterstützung des Ablösens der Späne können die Schneidkanten 24, 25 gewellt sein. Außerdem kann die Spanfläche 26 mit Vorsprüngen versehen sein.
In einer ersten Variante ist die Keilspanneinrichtung 14 damit fertig gestellt. Bei einer weiteren Variante werden nach dem Einpressen des Spannelements 19 und dem gegebenenfalls erforderlichen Entfernen der Späne 27 ein oder mehrere Bearbeitungsvorgänge zur präzisen Feinbearbeitung der Sitzfläche 9 durchgeführt. Beispielsweise kann diese feingeschliffen werden.
Eine weitere Variante der Verbindungseinrichtung 1 ist in Fig. 5 anhand des ersten Bauteils 2 (Welle 4) und des Spannelements 19 veranschaulicht. Abweichend von der vorstehenden Beschreibung ist das Spannelement 19stirnseitig mit einer Spanbrecherrippe 28 versehen, die dazu dient, das Lösen der Späne 27 von der inneren Wandung der rohrförmigen Welle 4 zu erleichtern. Im Übrigen gilt die vorstehende Beschreibung.
Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Keilspanneinrichtung 14. Diese unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Keilspanneinrichtungen 14 durch die Anzahl der an dem ringförmigen Bereich 6 vorgesehenen Keilflächen und durch die Form der Spannflächen an dem Spannelement 19. Der ringförmige Bereich 6 weist insgesamt drei Keilflächen 15, 16, 29 auf, die sich jeweils etwa um 120° um die Mittelachse 7 erstrecken. Es kann dem Bereich 6 ein Spannelement 19 zugeordnet sein, das mit den Keilflächen 15, 16, 29 übereinstimmende Spannflächen aufweist. Es ist jedoch auch möglich, wie dargestellt, ein Spannelement 19 vorzusehen, das abgerundete rippenartige Vorsprünge 31, 32, 33 mit beispielsweise zylindrisch gewölbten Spannflächen 34, 35, 36 aufweist. Diese erzeugen, wie Fig. 6 veranschaulicht, bei einer Verdrehung des Spannelements 19 keine vollkommen uniforme Radialaufweitung des ringförmigen Bereichs 6. Die Radialkraft erhält jeweils bei den Vorsprüngen 31, 32, 33 ein Maximum, wobei sie dazwischen jeweils ein Minimum durchläuft. Dies kann zu einer unrunden Verformung des ringförmigen Bereichs 6 führen, der jedoch aufgrund des Umfangskraftausgleichs eine gute Rundlaufgenauigkeit ermöglichen kann. Es können auch mehr als drei Keilflächen vorgesehen werden.
Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung 1. Diese zeichnet sich dadurch gegen die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus, dass der ringförmige Bereich 6 keine Keilflächen aufweist. Vielmehr ist er im Rahmen der Bearbeitungsgenauigkeit ideal hohlzylindrisch ausgebildet. Er weist an seiner Innenseite eine zylindrische Anlagefläche 37 auf, an der halbschalenförmige Keilelemente 38, 39 mit ihren zylindrischen Außenflächen 41, 42 anliegen. Die Keilelemente 38, 39 sind identisch zueinander aufgebaut. Fig. 10 veranschaulicht ein solches Keilelement. Seine Innenfläche 44 ist wie die Innenfläche 45 des anderen Keilelements 39 eine zylindrisch gewölbte Fläche, deren Krümmungsmittelpunkt M gegen die Mittelachse 7 versetzt ist. Die Innenfläche 44, 45 bildet die Keilfläche gegen die das Spannelement 19 drückt. Die Spannelementteile 46, 47 stützen sich aneinander ab.
Das Spannelement 19 ist bei den Ausführungsformen nach Fig. 7 und 9 zweigeteilt. Sie können von vornherein lose oder auch über eine Sollbruchstelle oder elastische Mittel miteinander verbunden sein. Das Spannelement 19 umfasst jeweils zwei Spannelementteile 46, 47. Diese weisen jeweils zylindrische Außenflächen 48, 49 auf, die mit den Innenflächen 44, 45 übereinstimmen und wie diese zylindrisch gewölbt sind. Sie weisen außerdem den gleichen Radius zu dem Krümmungsmittelpunkt M auf. Die Spannelementteile 46, 47 sind jedoch, wie aus Fig. 7 oder 9 ersichtlich, um den doppelten Versatz des Mittelpunkts M gegen das Drehzentrum 7 gegeneinander versetzt. Sie weisen deshalb zu dem Drehzentrum 7 einen winkelabhängigen Radius auf. Die Ausnehmung 23 ist so beschaffen, dass sie sich zu dem gewünschten Profil ergänzt, wenn die Spannelementteile 46, 47 versetzt zueinander angeordnet sind und sich die Spannelementteile 46, 47 an die Keilelemente 38, 39 anschmiegen, die wiederum mit ihrer Außenfläche 41, 42 an der Innenseite des ringförmigen Bereichs 6 anliegen.
Eine Verdrehung der Spannelementteile 46, 47 mittels eines in die Ausnehmung 23 greifenden Werkzeugs gegen die Keilelemente 38, 39 bewirkt eine radiale Expansion der beiden Keilelemente 38, 39 und somit eine Aufweitung des Bereichs 6. Dieser wird somit in Umfangsrichtung und in Radialrichtung gespannt bzw. gedehnt. Die Festklemmung eines zweiten Bauteils, wie beispielsweise der Riemenscheibe 5 erfolgt gemäß der vorstehenden Beschreibung.
Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung 1. Bei dieser wird das erste Bauteil 2 von einer Riemenscheibe 51 gebildet, die in Fig. 13 gesondert veranschaulicht ist und einen stauchbaren Flansch 52 aufweist. Dieser bildet den ringförmigen Bereich 6, der an seiner Außenseite Keilflächen 53, 54 trägt. Die zylindrische Innenseite des Bereichs 6 bildet eine Sitzfläche 55 zur Spannung der zylindrischen Außenseite der Welle 4, die hier das zweite Bauteil 3 bildet. Wie Fig. 12 und 13 erkennen lassen, können an den Stufen, bei denen die Keilflächen 53, 54 aneinander anschließen, Ausnehmungen 53a, 54a in Form von axialen Nuten vorgesehen sein. Diese bilden Schwächungszonen in denen der ringförmige Bereich eine erhöhte Elastizität aufweist oder auch brechen bzw. reißen darf. Anstelle der Nuten können auch Axialbohrungen vorgesehen werden, die die gewünschte lokale Schwächung, d. h. erhöhte Dehn-/Stauchbarkeit in Umfangsrichtung bewirken. Entsprechend können solche Schwächungszonen auch bei allen anderen Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
Dem Flansch 52 ist ein ringförmiges Spannelement 56 zugeordnet, das an seiner Innenseite Spannflächen 57, 58 aufweist. Diese stimmen mit der Form der Keilflächen 53, 54 überein und sitzen spielfrei oder mit wenig Spiel auf diesen.
Eine Drehung des Spannelements 56 in Uhrzeigerrichtung komprimiert den ringförmigen Bereich 6, so dass die sich in den Bereich 6 hinein oder durch diesen hindurch erstreckende Welle 4 festgeklemmt wird.
Das Spannelement 56 kann, zumindest bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform, auch dazu herangezogen werden, die Keilflächen 53, 54 auszubilden. Es wird dazu auf den zunächst Übermaß aufweisenden rohrförmigen Flansch 52 axial aufgepresst, wobei seine Stirnkanten das gewünschte Außenprofil des Flanschs 52 freischneiden.
Eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung 1 weist einen in Umfangsrichtung stauchbaren oder dehnbaren ringförmigen Bereich 6 auf. Zur Stauchung oder Dehnung dient eine Keilspanneinrichtung 14, deren Keilflächen in Umfangsrichtung orientiert sind. Die Keilspanneinrichtung weist außerdem ein Spannelement 19, 56 auf, dessen Spannflächen 21, 22 mit den Keilflächen 15, 16 zusammenwirken, um eine Dehnung oder Stauchung des ringförmigen Bereichs 6 zu bewirken. Durch Dehnung dieses Bereichs 6 wird ein zweites Bauteil 3 festgeklemmt. Es ergibt sich eine gute Rundlaufgenauigkeit. Die Verbindung ist einfach festzuziehen und zu lösen.

Claims

1. Verbindungseinrichtung (1) zur lösbaren Verbindung zweier Bauteile (2, 3),
mit einem ersten Bauteil (2), der einen in Umfangsrichtung dehn- oder stauchbaren ringförmig geschlossenen Bereich (6) mit einer ersten Sitzfläche (9) aufweist,
mit einem zweiten Bauteil (3), das eine zweite Sitzfläche (12) aufweist, die gegenüber der ersten Sitzfläche (9) ein Spielmaß aufweist, so dass das zweite Bauteil (3) auf dem ersten Bauteil (2) mit einem Spiel sitzt, das durch elastische Verformung des ringförmigen Bereichs (6) des ersten Bauteils (2) überwindbar ist,
mit einer Keilspanneinrichtung (14), die zur Verformung des ringförmigen Bereichs wenigstens einen Keil (17) mit einer Keilfläche (15), deren Steigung in Umfangsrichtung verläuft, und ein drehbares Spannelement (19) aufweist, das wenigstens eine der Keilfläche (15) zugeordnete Spannfläche (21) aufweist.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Keilspanneinrichtung (14) wenigstens eine direkt an dem ersten Bauteil (2) vorgesehene Keilfläche (15) gehört, die einen Innenraum umgibt und deren Abstand von einem Drehzentrum (7) winkelabhängig ist.

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Keilspanneinrichtung (14) wenigstens eine an dem ersten Bauteil (2) anliegendes Keilelement (38, 39) mit einer Keilfläche (44, 45) gehört, die einen Innenraum umgibt und deren Abstand von einem Drehzentrum (7) winkelabhängig ist.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Keilspanneinrichtung (19) ein Spannelement (19) gehört, das wenigstens eine Spannfläche (21, 22) aufweist, die dem Keil (17, 18; 38, 39) zugeordnet ist, um durch eine Drehung den Bereich (6) des ersten Bauteil (2) aufzuweiten, um das zweite Bauteil (3) im Presssitz zu halten.

5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Keilspanneinrichtung (14) in einem Innenraum des ersten Bauteils (2) angeordnet ist.

6. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilspanneinrichtung (14) auf einer Außenfläche des ersten Bauteils (51) sitzt.

7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dehn- oder stauchbare Bereich (6, 52) des ersten Bauteils (2, 51) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.

8. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sitzfläche (8, 55) eine Zylinderfläche ist.

9. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sitzfläche (12) eine Zylinderfläche ist.

10. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dehn- oder stauchbare Bereich (6) eine Wandstärke aufweist, die zwischen 5% und 20% des Durchmessers des ringförmigen Bereichs (6, 52) beträgt.

11. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dehn- oder stauchbare Bereich (6, 52) eine Wandstärke aufweist, die im Wesentlichen 10% des Durchmessers des Bereichs (6, 52) beträgt.

12. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (19, 56) an wenigstens einer Stirnseite eine scharfe Schneidkante aufweist.

13. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (19, 56) eine formschlüssige Kupplungseinrichtung (23) zum drehfesten Ansetzen eines Werkzeugs aufweist.

14. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (19, 56) einstückig ausgebildet ist.

15. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (19) in wenigstens zwei Spannelementteile (46, 47) unterteilt ist.

16. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Keilflächen (15, 16) und die Spannflächen (21, 22) zueinander passend ausgebildet sind.

17. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilflächen (15, 16) logarithmische Spiralen sind.

18. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilflächen (44, 45; 53, 54) einen konstanten Krümmungsradius bezüglich einer zu dem Drehzentrum (7) exzentrischen Krümmungsachse aufweisen.

19. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Bauteil (2, 51) an dem aufweitbaren oder stauchbaren Bereich (6) anstelle der Keilfläche (15, 16; 53, 54) zunächst mit einer Zylinderfläche versehen wird, die bezüglich der herzustellenden Keilfläche (15, 16; 53, 54) ein Übermaß aufweist,
wonach das Spannelement (19, 56) mit seiner Schneidkante voran axial in den Innenraum des Bereichs (6, 52) eingepresst oder auf diesen axial aufgepresst wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sitzfläche (9, 55) erst nach dem ein- oder aufpressen des Spannelements feinbearbeitet wird.