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Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung
mit einem zusammensetzbaren Zahnrad nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.
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Das Zahnrad ist Teil einer Welle-Nabe-Verbindung
und ist vorzugsweise in einer Verarbeitungsmaschine, beispielsweise
einer Druckmaschine, einer Lackiermaschine oder einer Falzmaschine,
einsetzbar.
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[Stand der Technik]
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Ein Verfahren zur Herstellung eines
geteilten Zahnrades und Montage desselben auf einer Welle (Welle-Nabe-Verbindung)
ist aus
EP 0 047 933
B1 bekannt. Das Zahnrad betrifft ein außenverzahntes Zahnrad, welches
durch mindestens eine achsnormale Trennfläche in Zahnringe unterteilt
ist. Jeder Zahnring ist im Bereich des Zahngrundes durch Trennfugen
in mindestens zwei Ringsegmente unterteilt, wobei die Trennfugen
der Ringsegmente umfangsseitig versetzt zueinander angeordnet sind
und die Zahnringe zueinander durch achsparallele Verbindungselemente
lösbar
formschlüssig
verbunden sind. Ausgehend von unverzahnten Ringsegmenten wird das
Zahnrad auf einen Dorn aufgenommen, danach erfolgt die Außenverzahnung
und anschließend wird
das Stirnzahnrad zerlegt sowie nachfolgend auf einer ausgewählten Welle
zusammengesetzt und auf diese Welle aufgeschrumpft.
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Von Nachteil ist – ausgehend von einem unverzahnten
Zustand, über
das Herstellen der Außenverzahnung,
dem Zerlegen und dem Zusammenbau sowie dem Aufschrumpfen auf eine
Welle – der
hohe Fertigungs- und Montageaufwand für ein derartig aus Zahnringen
gebildetes Zahnrad.
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Nachteilig ist ferner, dass zwei
in Achsrichtung benachbarte, umfangseitig durch Ringsegmente gebildete,
mittels Verbindungselemente formschlüssig verbundene Zahnringe zwecks Bildung
der gesamten Außenverzahnung
eines Zahnrades erforderlich sind. Weiterhin sind die Trennfugen
der Ringsegmente der benachbarten Zahnringe umfangsseitig zueinander
versetzt anzuordnen, um die bei Rotation der Zahnringe wirkenden
Fliehkräfte
gleichmäßig zu verteilen.
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Aus
DE 199 18 063 A1 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Bruchtrennen eines in einer Fixiereinrichtung aufgenommenen
Werkstückes
mit wenigstens einem, eine Bohrung aufnehmenden ringartigen Werkstückabschnitt
bekannt. In axialer Richtung ist in den ringartigen Werkstückabschnitt
eine Spreizeinrichtung einführbar.
Durch anschließendes Auf
spreizen dieser Einrichtung ist eine Bruchtrennung des Werkstückes realisierbar.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, eine Welle-Nabe-Verbindung
mit einem zusammensetzbaren Zahnrad der eingangs genannten Art zu schaffen,
welches lösbar
auf der Welle anordenbar ist und den Fertigungs- und Montageaufwand
spürbar
reduziert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die
Ausbildungsmerkmale des unabhängigen
Anspruches 1 gelöst.
Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Vorteil ist darin begründet, dass das
umfangsseitig teilbare Zahnrad einer Welle-Nabe-Verbindung mittels
spanloser Formgebung trennbar ist. Dies ist mittels Bruchtrennung
(Cracken) realisierbar, wobei die Sollbruchstellen gleichzeitig
als spätere
Fügeflächen für die passgenaue
Wiedervereinigung (Verbindbarkeit) des Zahnrades zwecks Schaffung
einer lösbaren
Welle-Nabe-Verbindung definiert sind. An den Sollbruchstellen des
Zahnrades liegen nach dem Bruchtrennen (das Zahnrad liegt dann umfangsseitig
in Form von wenigstens zwei ringförmigen Zahnradsegmenten vor)
an den Sollbruchstellen stirnseitig unregelmäßige Gefügestrukturen (Bruchstrukturen)
vor, die im zusammengesetzten Fügezustand
der Zahnradsegmente zueinander durch die Unebenheiten des Gefüges formschlüssig ineinander
greifen.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Sollbruchstellen – bedingt
durch die Bruchstruktur – Fügeflächen bilden,
die eindeutig passgerecht zueinander sind und dies unabhängig von
der Häufigkeit
einer möglichen
Montage bzw. Demontage.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass die
Zahnradsegmente durch den Formschluss im Bereich der Fügeflächen in
ihrer Form positionierbar sind und dass das insbesondere bei wärmebehandelten
Zahnradsegmenten bekannte „Aufspringen" vermeidbar ist. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der Fertigungsaufwand durch
die spanlose Formgebung – insbesondere
bei der sonst notwendigen Bearbeitung der Fügeflächen – spürbar reduziert ist.
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In vorteilhafter Weise ist ein derartiges
Zahnrad einer Welle-Nabe-Verbindung vor dem Bruchtrennen bereits
mit einer Verzahnung ausgebildet. Bevorzugt sind Außenverzahnungen,
einschließlich
Kegelradverzahnungen, ausführbar.
Hierbei ist es von Vorteil, dass bei einer Montage bzw. Demontage
die Welle in ihren Lagerstellen verbleibt und lediglich das Zahnrad
montiert bzw. demontiert werden muss. Ebenso ist ein trennbares
Zahnrad mit Innenverzahnung ausführbar.
Bei einem derartigen Zahnrad kann vorteilhaft auf die Demontage
der innenlaufenden Zahnräder
verzichtet werden. Bei den Verzahnungsarten sind Gerad- oder Schrägverzahnungen
realisierbar.
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Weiterhin ist ein bruchgetrenntes
Zahnrad nicht auf den Einsatz in einem Zahnradgetriebe beschränkt. Vielmehr
ist auch ein derartiges Zahnrad in einem Zugmittelgetriebe in Funktionsverbindung
mit einem Zugmittel, insbesondere einem Zahnriemen, einsetzbar.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass im
Bereich der Sollbruchstellen bzw. Fügeflächen die umfangsseitige Trennfuge
zwischen den Zahnradsegmenten unmerklich ist, so dass am zusammengesetzten
Zahnrad eine hohe Verzahnungsgüte
zur Bewegungs- und Kraftübertragung
sowie zwecks Rundlauf erzielbar ist. Dabei ist das mit einer Teilung
versehene jeweilige Zahnrad rund oder unrund ausführbar. Ebenso
ist das jeweilige Zahnrad bei einer geraden oder ungeraden Zähnezahl
trennbar.
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Ein derartiges Zahnrad weist bevorzugt
zumindest an einer Seite einen Bund auf, welcher ebenfalls an den
Sollbruchstellen trennbar ist, Der Bund dient der Aufnahme der lösbaren Verbindungselemente
zwecks exakt reproduzierbarer, belastbarer Verbindung der Zahnradsegmente.
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Die das Zahnrad bildenden Zahnradsegmente
(mit oder ohne Bund) sind kraft- oder formschlüssig im verbundenen Zustand
auf der zugeordneten Welle lösbar
fixierbar (lösbare
Welle-Nabe-Verbindung).
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Alternativ sind die das Zahnrad bildenden Zahnradsegmente
untereinander lösbar
bzw. über
einen bruchgetrennten Bund am Zahnradsegment verbunden und im lösbar verbundenen
Zustand in einer Lagerung auf einer Achse frei drehbar anordenbar.
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Von Vorteil ist schließlich, dass
die Gesamtverzahnung ohne die bekannten, montageaufwendigen und
axial benachbart angeordneten Zahnringe realisierbar ist. Je nach
Qualitätsanforderung
ist ein nach der Bruchtrennung zusammengesetztes, bereits verzahntes
Zahnrad einer Welle-Nabe-Verbindung zusätzlich einer spanabhebenden
Fertigung, vorzugsweise einem Fertigschleifen, unterziehbar. Damit
ist eine weitere Erhöhung
der Verzahnungsgüte,
beispielsweise Qualität
6 oder 5, erreichbar.
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[Beispiele]
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Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
Dabei zeigen schematisch:
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1 einen
bogenführenden
Zylinder mit Welle-Nabe-Verbindung,
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2 eine
Schwinganlage mit Welle-Nabe-Verbindung und einer Kurvensteuerung,
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3 ein
bruchtrennbares Zahnrad,
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4 einen
Schnitt A-A von 3,
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5 einen
Schnitt B-B von 3,
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6 einen
Schnitt C-C von 3.
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In einer Bogenrotationsdruckmaschine
ist ein bogenführender
Zylinder 21, beispielsweise ein Druckzylinder oder eine
Anlagetrommel, mit einer welle 8, alternativ je einem Wellenzapfen,
ausgebildet und drehbar in einer Lagerung 19 eines Seitengestelles 18 beidseitig
aufgenommen (1). Der
bogenführende
Zylinder 21 weist weiterhin wenigstens ein Bogenhaltesystem
auf, welches drehbar am Zylinder 21 gelagert ist. An der
Innenseite des Seitengestells 18 ist ein mit dem Zylinder 21 rotierendes Zahnrad 2 lösbar auf
der Welle 8 angeordnet und bildet eine Welle-Nabe-Verbindung 1.
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Das Zahnrad 2 weist dabei
zentrisch eine Öffnung 10 auf,
welche von der Welle 8 durchdrungen ist. An der Außenseite des
Seitengestells 18 wird ein Antrieb 20, beispielsweise
mittels Antriebsrad, auf die Welle 8 eingeleitet.
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Die Welle-Nabe-Verbindung 1 weist
ein auf der Welle 8 zusammensetzbares Zahnrad 2,
unterteilt in wenigstens zwei umfangsseitig (ringförmig) anordenbare
Zahnradsegmente 4 auf. Das Zahnrad 2 trägt eine
Verzahnung 5 mit einem aus Zahnfuß 12 und Zahnkopf 11 gebildeten
Zahnprofil 13. Innerhalb der von der Welle 8 durchdringbaren Öffnung 10 des Zahnrades 2 sind
in dieser Öffnung 10 eine
bestimmte Anzahl von Kerben 9 an festgelegten Sollbruchstellen 3 angeordnet.
Dabei sind die beispielsweise mittels Lasertechnik eingearbeiteten
Kerben 9 jeweils einem Zahnfuß 12 des Zahnprofils 13 benachbart
zugeordnet.
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Ein derart einstückiges Zahnrad 2 mit
Verzahnung 5 bzw. Zahnprofil 13 ist mittels Bruchtrennung
(Cracken) an den Sollbruchstellen 3 in die gewünschte Anzahl
Zahnradsegmente 4 trennbar. Dazu wird (vor der Montage
der Welle-Nabe-Verbindung 1)
axial in die Öffnung 10 eine
Spreizvorrichtung eingeführt,
welche zum Bruchtrennen aufgespreizt wird und über die Kerben 9 an
den Sollbruchstellen 3 eine Trennung des Zahnrades 2 in
wenigstens zwei Zahnradsegmente 4 bewirkt.
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Nach der Bruchtrennung liegen an
den Sollbruchstellen 3 der Zahnradsegmente 4 Fügeflächen vor,
welche bei einer anschließenden
Montage (zwecks Bildung der Welle-Nabe-Verbindung 1) formschlüssig ineinander
greifen. Die Zahnradsegmente 4 sind vorzugsweise lösbar formschlüssig verbindbar und
auf der Welle 8 mit einer Welle-Nabe-Verbindung 1,
beispielsweise mittels Verbindungselementen, lösbar anordenbar.
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Bevorzugt weist das mittels Bruchtrennung trennbare
Zahnrad 2 wenigstens einen seitlich angeordneten, von der
Welle 8 durchdringbaren Bund 6 auf. Der Bund 6 ist
gemeinsam mit dem Zahnrad 2 in ringförmige Segmente (Zahnradsegmente 4)
trennbar.
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Die von der Welle 8 durchdrungene
Bohrung im Bund 6 weist bevorzugt Kerben 9 auf,
welche den Sollbruchstellen 3 des Bundes 6 zugeordnet
sind. Bei einer Bohrung im Bund 6, welche – wie in 3 bis 6 gezeigt – größer ist als die Öffnung 10 des
Zahnrades 2, ist die Anordnung von Kerben 9 nicht
zwingend erforderlich. Ist die Bohrung im Bund 6 zur Öffnung 10 des
Zahnrades 2 im wesentlichen gleich groß, sind vorzugsweise innerhalb
der Bohrung des Bundes 6 an den Sollbruchstellen 3 entsprechende
Kerben 9 anzuordnen. Die Kerben 9 des Bundes 6 fluchten vorzugsweise
in axialer Erstreckung mit den Kerben des Zahnrades 2.
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Bevorzugt ist annähernd senkrecht zu jeder Sollbruchstelle 3 wenigstens
ein lösbares
Verbindungselement 7 den Bund 6 durchdringend
angeordnet (5). Als
lösbare
Verbindungselemente 7 sind insbesondere Schraubenverbindungen
einsetzbar, welche mit einer entsprechenden Gewindebohrung 24 in
Funktionsverbindung sind.
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In einer Weiterbildung weist das
Zahnrad 2 jeweils seitlich einen derartigen Bund 6 auf.
Mittels Verbindungselementen 7 und zugeordneten Gewindebohrungen 24 ist
beidseitig am Zahnrad 2 die lösbare Verbindung der Zahnradsegmente 4 untereinander
realisierbar und das Zahnrad 2 ist mittels beider Bunde 6 bevorzugt
kraftschlüssig
auf der Welle 8 fixierbar.
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In einer Ausbildung ist jeder bruchgetrennte Bund 6 (einschließlich der
Zahnradsegmente 4) mittels eines Zentrierringes 15 lösbar trenn-
und verbindbar. Derartige Zentrierringe 15 sind konzentrisch zur
Welle 8 axial auf den geteilten und im Endzustand verbundenen
Bund 6 auf ziehbar.
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Alternativ sind mittels Bruchtrennung
geteilte Zentrierringe 15 lösbar (mit Verbindungselement 7, Gewindebohrung 24)
wiederverbindbar ausgebildet und zum Verbinden der Bunde 6 einsetzbar.
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In einer weiteren Ausbildung ist
jeder Zentrierring 15 in Achsrichtung der Welle 8 konisch
zum jeweiligen Bund 6 fixierbar (ein- oder beidseitig am Zahnrad 2).
In einer Weiterbildung sind die zur Wiederverbindung der Zahnradsegmente 4 (mit
oder ohne Bund 6) radial wirkenden Kräfte auch als Anpresskräfte für die kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung 1 nutzbar.
Konische Zentrierringe 15 sind beispielsweise als Außenspannsätze am Bund 6 ausführbar. Hierzu
weist der Bund 6 in Achsrichtung eine geneigte Ebene auf
und auf dieser ist ein Zentrierring 15 ebenso mit geneigter
Ebene axial aufschiebbar. Alternativ sind (nicht konische) Ringe
als Teil einer Schrumpfscheibe oder als lösbare zweiteilige Klemmringe
einsetzbar.
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Die Verzahnung 5 des Zahnrades 2 ist
mit gerader bzw. ungerader Zähneanzahl
ausführbar. Bei
einem Zahnprofil 13 mit gerader Zähnezahl sind die Kerben 9 in
der Öffnung 10,
bezogen auf eine Mittenebene 16, einem Zahnfuß 12 diametral
gegenüberliegend
angeordnet. Bei einer Außenverzahnung ist
die Kerbe 9 dem Zahnfuß 12 benachbart,
bei einer Innenverzahnung ist die Kerbe 9 im Zahnfuß 12 anordenbar.
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Bei einem Zahnprofil 13 mit
ungerader Zähnezahl
ist wenigstens eine Kerbe 9 in der Öffnung 10 aus der
Mittenebene 16 versetzt, einem Zahnfuß 12 benachbart zugeordnet
ist. In 3 ist ein Zahnrad 2 mit
ungerader Zähnezahl
gezeigt, welches zwei Kerben 9 unterhalb der Mittenebene 16 um
einen definierten Betrag versetzt in der Öffnung 10 aufweist.
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Bei schrägverzahnten Zahnrädern 2 sind
die gegenüberliegenden Kerben 9 – dem Zahnprofil 13 entsprechend – spiegelbildlich
zueinander anzuordnen.
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In einer weiteren Ausbildung, bevorzugt
bei ungeraden Zähnezahlen,
sind an den durch Kerben 9 festgelegten Sollbruchstellen 3 in
der Öffnung 10 erste
Aussparungen 14 im Zahnrad 2 angeordnet. Die Aussparungen 14 erweitern
die Öffnung 10,
so dass Querschnittsverjüngungen
zur Unterstützung der
Bruchtrennung sowie Freiräume
zum Aufsetzen der Zahnradsegmente 4 auf der Welle 8 gebildet sind.
An den Seiten des Zahnrades 2 sind in Höhe der Sollbruchstellen 3 zusätzlich bei
Bedarf zweite Aussparungen 17 anordenbar, wie dies in 3 und 4 ersichtlich ist.
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In 2 ist
eine Welle-Nabe- Verbindung 1 in einer Bogenrotationsdruckmaschine
gezeigt, welche als Bogenübergabesystem
eine Schwinganlage 22 aufweist. Die Schwinganlage 22 ist
an der beidseitig in der Lagerung 19 des Seitengestells
drehbar gelagerten Welle 8 angeordnet. Am Seitengestell 18 ist an
der Innenseite auf der Welle 8 ein mit einer Lagerung 25 lösbar verbundenes
Zahnrad 2 drehbar angeordnet. Die Welle 8 ist
weiterhin mit einem Antrieb 20, hier als Schwingantrieb
für die
Schwinganlage 22, gekoppelt.
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Wie bereits beschrieben weist die
Welle-Nabe-Verbindung 1 ein auf der Lagerung 25 zusammensetzbares
(verbindbares) Zahnrad 2, unterteilt in wenigstens zwei
umfangsseitig (ringförmig)
anordenbare Zahnradsegmente 4 auf. Das Zahnrad 2 trägt wiederum
eine Verzahnung 5 mit einem aus Zahnfuß 12 und Zahnkopf 11 gebildeten
Zahnprofil 13. Innerhalb der von der Lagerung 25 durchdringbaren Öffnung 10 des
Zahnrades 2 sind in dieser Öffnung 10 eine bestimmte
Anzahl von Kerben 9 an festgelegten Sollbruchstellen 3 angeordnet.
Dabei sind die beispielsweise mittels Lasertechnik eingearbeiteten
Kerben 9 jeweils einem Zahnfuß 12 des Zahnprofils 13 benachbart
zugeordnet. Das Zahnrad 2 weist ferner bevorzugt einen
bruchtrennbaren Bund 6 auf.
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Die Welle-Nabe-Verbindung 1 von
Zahnrad 2 und Lagerung 25 ist kraftschlüssig, bevorzugt
mittels Verbindungselemente 7 realisierbar.
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An dem Zahnrad 2 ist mittels
weiterer Verbindungselemente 7 eine bruchtrennbare Kurve 23 einer
Kurvensteuerung lösbar
angeordnet. Die Kurve 23 ist durch spanlose Formgebung
mittels Bruchtrennung in wenigstens zwei Kurvenstücken trennbar. Hierzu
weist die Kurve 23 innerhalb der Öffnung – analog zum Zahnrad 2 – an wenigstens
zwei festgelegten Sollbruchstellen wenigstens zwei zugeordnete Kerben
für die
Bruchtrennung auf. Bevorzugt ist nach der Bruchtrennung die Kurvenbahn
der Kurvenstücke
mittels spanender Formgebung, beispielsweise einem Schleifverfahren,
fertig zu bearbeiten.
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Analog zum Zahnrad
2 liegen
an den Sollbruchstellen der ringförmigen Kurvenstücke nach dem
Bruchtrennen gleichzeitig die Fügeflächen für die spätere Montage/Demontage
vor. Die Fügeflächen sind
passgerecht zueinander und greifen durch ihre Mikrostruktur formschlüssig ineinander.
Alternativ sind an den Kurvenstücken,
bevorzugt umfangsseitig, sind Gewindebohrungen zur Aufnahme von Verbindungselementen
7 zum
lösbaren
Verbinden der beiden Kurvenstücke
zu einer geteilten Kurve angeordnet. Weitere Details sind hierzu
in der
DE 100 35 733
A1 offenbart.
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Über
den Antrieb 20 wird auf die Welle 8 und die daran
fixierte Schwinganlage 22 die Schwingbewegung (2 Doppelpfeil) eingeleitet.
Das auf der Lagerung 19 angeordnete Zahnrad 2 erhält einen
separaten Antrieb und rotiert mit der Kurve 23 auf der Welle 8.
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- 1
- Welle-Nabe-Verbindung
- 2
- Zahnrad
- 3
- Sollbruchstelle
(Fügefläche)
- 4
- Zahnradsegment
(ringförmig)
- 5
- Verzahnung
- 6
- Bund
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Welle
- 9
- Kerbe
- 10
- Öffnung
- 11
- Zahnkopf
- 12
- Zahnfuß
- 13
- Zahnprofil
- 14
- erste
Aussparung
- 15
- Zentrierring
- 16
- Mittenebene
- 17
- zweite
Aussparung
- 18
- Seitengestell
- 19
- Lagerung
(Seitengestell)
- 20
- Antrieb
- 21
- Zylinder
- 22
- Schwinganlage
- 23
- Kurve
- 24
- Gewindebohrung
- 25
- Lagerung
(Zahnrad)