-
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 so mit 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 (
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.
-
Aus der
DE 42 31 320 C2 ist insbesondere aus
12 und
13 derselben eine Vorrichtung zur Verbindung
zweier flächenhafter
Bauteile bekannt, die mit einem Klemmbolzen arbeitet. Der Klemmbolzen
weist einen Schaft mit drei sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Keilflächen
auf. Ein erstes flächenhaftes
Bauelement weist eine Öffnung
auf, die von einem zylindrischen Abschnitt eines hutförmig ausgebildeten
Teils durchsetzt ist. Während
es mit seinem Flansch an einer Flachseite des flächigen Teils anliegt, ist auf
die andere Seite ein Klemmring aufgepresst. Um den Bolzen in dem
hutförmigen
Teil zu sichern, wird dieser mit seinem Schaft in das hutförmige Teil
eingesteckt und verdreht, wodurch er sich festzieht.
-
Eine solche Vorrichtung ist nicht
ohne Weiteres zur Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe
geeignet.
-
Aus der Gebrauchsmusterschrift
G 91 00 239 U1 ist
eine Einrichtung zur Verbindung rundlaufender Teile mittels einer
Keilspannhülse
bekannt. Diese erstreckt sich axial von einem an einer Welle zu
lagernden Teil weg und ist mit axial orientierten Schlitzen versehen.
Die Keilspannhülse
weist äußere, sich
in Umfangsrichtung erstreckende Keilflächen auf, denen ein entsprechendes
Klemmelement mit einem Außensechskant
zugeordnet ist. Eine Verdrehung des Außenteils klemmt die durch Axialschlitze voneinander
separierten einzelnen Finger der Keilspannhülse gegen die Welle. Eine ebensolche
Vorrichtung ist aus der
DE
41 04 217 C2 sowie aus der
DE 43 27 461 A1 bekannt.
-
Es zeigt sich, dass die Rundlaufgenauigkeit einer
solchen Spanneinrichtung beschränkt
ist.
-
Aus der
US-PS 2 289 965 ist eine Keilspanneinrichtung
mit einer Keilspannhülse
bekannt, die lediglich einen einzigen Längsschlitz aufweist. Sie sitzt
mit ihrer inneren zylindrischen Bohrung auf einer Welle während sie
außen
ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Keilprofil aufweist. Auf
diesem kann ein mit einem entsprechenden Innenprofil versehenes
Spannelement, wie beispielsweise eine Hälfte einer Riemenscheibe, aufgesetzt
und durch Verdrehung festgespannt werden. Auch hier ergibt sich
eine beschränkte
Rundlaufgenauigkeit.
-
Davon ausgehend ist es Aufgabe der
Erfindung, eine Dehnspanneinrichtung zur reibschlüssigen Verbindung
einer Welle mit einer Nabe 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
bei spielsweise 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 Drehzen trum 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:
-
1 eine
erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung
in perspektivischer Darstellung,
-
2 die
Verbindungseinrichtung nach 1 in
Stirnansicht,
-
3 die
Spannanordnung nach 1 und 2 in längsgeschnittener Darstellung,
-
4 eine
alternative Ausführungsform
der Spannanordnung mit selbstschneidendem Spannelement,
-
5 eine
weitere alternative Ausführungsform
der Spannanordnung mit selbstschneidendem Spannelement in längsgeschnittener
Darstellung,
-
6 eine
Verbindungseinrichtung mit nicht keilförmigem Spannelement in vereinfachter
Stirnansicht,
-
7 eine
Verbindungseinrichtung mit keilförmigen
Zwischenelementen in Stirnansicht,
-
8 die
Spanneinrichtung nach 7 in längsgeschnittener
Darstellung,
-
9 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
Verbindungseinrichtung in Stirnansicht,
-
10 schalenförmige Keilelemente
der Verbindungseinrichtungen nach 7 oder 9,
-
11 ein
Spannelementteil des Spannelements nach 9,
-
12 eine
Verbindungseinrichtung mit Spannring in perspektivischer Darstellung
und
-
13 ein
Bauteil der Verbindungseinrichtung nach 12 in perspektivischer Darstellung.
-
In 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 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 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 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 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 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 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 19 weist 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 (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 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 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 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
Hohl welle 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 5 anhand des ersten
Bauteils 2 (Welle 4) und des Spannelements 19 veranschaulicht.
Abweichend von der vorstehenden Beschreibung ist das Spannelement 19 stirn seitig
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.
-
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 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 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. 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 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 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 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 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 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.