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Spannelement zur Verbindung von Naben mit einer Welle Die Erfindung
bezieht sich auf eine lösbare, spielfreie, kraft- und formschlüssige Mitnehmerverbindung
für Nabenkörper mit einer Welle mittels zylindrischer Spannringe aus hochfestem
Stahl mit korrespondierenden Kegelflächen zur Übertragung von Drehmomenten.
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Es sind Spannelemente aus geschlossenen Präzisions-Ringfedern mit
kegeligen Berührungsflächen als spielfreie Reibschlußverbindung von Nabe und Welle
bekannt. Bei axialer Beaufschlagung der kegeligen Spannringe durch eine Spannmutter
oder Spannschraube dehnen sich die Außenringe gegen die Bohrung des Nabenkörpers,
die Innenringe stauchen sich auf die Welle, und so wird je nach der erzeugten Radialpressung
ein entsprechender Preßsitz zwischen den Verbindungsteilen zur Durchleitung von
Drehtnomenten erzielt. Die kegeligen Innen- und Außenringe der Ringfeder-Spannelemente
besitzen gleiche Querschnittsfläche. Besteht z. B. der Nabenkörper aus Grauguß,
Leichtmetall oder Kunststoff und die Welle aus Stahl, so kann auf Grund der geringen
Werkstofffestigkeit des Grauguß-Nabenkörpers die Preßsitzverbindung mittels der
bekannten Spannringe nur mit einer geringen spezifischen Flächenpressung ausgeführt
werden, und somit können auch nur kleine Drehmomente übertragen werden, d. h., daß
das Torsionsmoment der Stahlwelle nicht im geringsten ausgenutzt werden kann. Bei
derartigen Kraftschlußverbindungen muß in den meisten Fällen der Nabenhals bedeutend
verstärkt werden, um die durch die Flächenpressung auftretenden tangentialen Zugspannungen
aufzunehmen. Dieses trifft auch bei dünnwandigen Stahlnaben zu.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Spannelemente
bzw. Spannringe dadurch beseitigt, daß der zylindrische Mantel des Außenspannringes
aus gehärtetem hochfestem Stahl eine parallel zur Achse verlaufende Mitnehmerverzahnung
und eine größere Querschnittsfläche als der Innenspannring aufweist. Besonders vorteilhaft
ist es, die Querschnittsfläche des kegeligen Außenspannringes gegenüber der Querschnittsfläche
des kegeligen Innenspannringes um so viel größer zu halten, daß die durch die axiale
Beaufschlagung des Spannelementes - bestehend aus einem Außen- und Innenspannring
- über die Kegelschräge erzeugte Radialpressung zwischen Innenspannring, Welle und
den Kegelflächen durch den dickwandigen Außenspannring reit der größeren Querschnittsfläche
ohne merkbare Dehnung aufgenommen wird. Nach dem Aufschieben des Nabenkörpers genügt
dann ein geringes Nachspannen des Spannelementes durch das jeweilige Spannorgan,
um mit geringer Flächenpressung einen spielfreien Formschluß zwischen den Verzahnungsflanken
des Außenspannringes und der Nabe zur Übertragung von größten Drehmomenten zu erzielen.
Mit den Mitteln der Erfindung ist es möglich, Zahnräder, Riemenscheiben, Schwungräder,
Fahrzeugräder, Kurvenscheiben usw. aus Werkstoffen mit geringen Festigkeitswerten,
insbesondere Grauguß, Nichteisenmetalle und Kunststoffe, mit dünnwandigen Naben
spielfrei, kraft- und formschlüssig so zu verbinden, daß das volle Torsionsmoment
des jeweiligen Wellenquerschnitts aus Stahl bei beachtlichen Verdrehspannungen,
z. B. von z = 1000 kg/cm2, auch bei dynamischer Beanspruchung sicher übertragen
wird. Ferner kann der verzahnte Außenspannring mit den Nabenkörpern so verspannt
werden, daß ein spielfreier Schiebesitz vorhanden ist, so daß Zahnräder, Steuerungsteile
und Riemenscheiben axial verschoben werden können. Ein weiteres Erfindungsmerkmal
bildet die Durchbildung des verzahnten kegeligen Außenspannringes aus gehärtetem
hochfestem Stahl als Verzahnungs-Räumwerkzeug, wobei die eine Stirnfläche oder aber
auch beide eine Schneidkehle aufweisen. Unter einer Presse in Verbindung mit einem
Aufnahmedorn für den kegeligen Außenspannring können nunmehr die Nabenbohrungen
verzahnt bzw. geräumt werden, so daß die Verzahnungsflanken von Nabe und Außenspannring
satt anliegen.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise in
sieben Abbildungen dargestellt. Hierbei zeigt Abb. 1 die Anordnung des Spannelementes
mit einer abgesetzten Welle und Nabe im Längsschnitt, und zwar zeigt die obere Hälfte
ein Spannelement, die untere zwei hintereinandergeschaltete Spannelemente in Verbindung
mit einer zentral angeordneten Spannschraube, Abb. 2 die teilweise Stirnansicht
der Abb. 1, Abb. 3 eine Ausführungsform von zwei spiegelbildlich gegeneinanderliegenden
Spannelementen, die durch planetarisch angeordnete Spannschrauben zusammengehalten
werden,
welche in den dickwandigen Außenspannringen Aufnahme gefunden haben auf einer durchlaufenden
Welle, Abb. 4 eine weitere Ausführungsform von zwei Spannelementen gemäß Abb. 3
unter Zwischenschaltung einer Buchse jeweils im Längsschnitt, Abb. 5 ein Ausführungsbeispiel
mit einem axial verschiebbaren Zahnrad auf einer durchlaufenden Welle im Längsschnitt,
Abb.6 eine Anordnung eines Spannelementes auf einem abgesetzten Wellenende mit Verschiebezahnrad
im Längsschnitt und Abb. 7 einen verzahnten dickwandigen Außenspannring als Werkzeug
mit Aufnahmedorn für die Presse im teilweisen Schnitt.
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Das Spannelement nach den Abb. 1 und 2 besteht aus einem kegeligen
Innenspannring 1 und einem dickwandigen kegeligen Außenspannring 2, der eine Mitnehmerverzahnung
3 und eine Schneidkehle 4 aufweist. Die Spannringe 1 und 2 sind zwischen einer abgesetzten
Welle 5 und einer Nabe 6, 6 a eingesetzt und werden durch ein Druckstück 7 in Verbindung
mit einer Zylinder-Kopfschraube 8 axial beaufschlagt, wodurch die Verbindungsteile
kraft- und formschlüssig gekuppelt werden.
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Das Spannelement nach den Abb. 3 und 4 besteht aus zwei spiegelbildlich
aneinanderliegenden kegeligen Innenspannringen 9 und zwei dickwandigen kegeligen
Außenspannringen 10, 11, die eine Mitnehmerverzahnung 12 und Schneidkehlen 13 aufweisen.
Die Spannringe 9, 10, il werden durch planetarisch angeordnete Spannschrauben 14,
die den Spannring 10 in einer Durchgangsbohrung, den Spannring 11 in einer Gewindebohrung
durchdringen, zu einer Spanneinheit verschraubt. Nach Abb. 4 ist zur Erzielung einer
breiteren Spannbasis zwischen den zwei Innenspannringen 9 eine Buchse 15 geschaltet.
Die komplette Spanneinheit ist zwischen einer durchgehenden Welle 16 und einer Nabe
17 eingesetzt. Durch Anziehen der planetarisch angeordneten Spannschrauben 14 werden
die dickwandigen kegeligen Außenspannringe 11 gegenläufig bewegt und erzeugen über
die korrespondierenden Kegelflächen der Spannringe 9, 10, 11 Radialpressungen zur
spielfreien kraftschlüssigen Verbindung der Welle 16 mit der Nabe 17.
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Das Spannelement nach Abb. 5 besteht aus zwei spiegelbildlich angeordneten
kegeligen Innenspannringen 18 und einem doppelkegeligen dickwandigen Außenspannring
19 mit korrespondierenden Kegelflächen, einer achsparallelen Mitnehmerv erzahnung
20, Schneidkehlen 21 und den Seeger-Sicherungsringen 22.
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Ein Zahnrad 23 mit einer korrespondierenden 1 itnehmerverzahnung in
der Bohrung sitzt axial verschiebbar auf dem Außenspannring 19, während die Innenspannringe
18 auf einer durchlaufenden Welle 24 angeordnet sind. Bei einer entsprechenden axialen
Beaufschlagung der Innenspannringe 18 in Pfeilrichtung durch geeignete Spannmittel
- nicht gezeichnet - stauchen sich die Innenspannringe 18 auf die Welle 24, der
verzahnte Außenspannring 19 dehnt sich gegen die verzahnte Bohrung des Zahnrades
23 so weit, daß eine spielfreie axiale Verschiebung desselben erzielt wird.
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In der Ausführungsform nach Abb.6 besteht das Spannelement aus einem
kegeligen Innenspannring 25 und einem dickwandigen kegeligen Außenspannring 26,
der eine Mitnehmerverzahnung 27, eine Schneidkehle 28 und am Umfang angeordnete
Abzuggewinde 29 aufweist, da die Spannringe 25, 26 selbsthemmende Kegelflächen besitzen.
Die Spannringe 25, 26 sind zwischen einer abgesetzten Welle 30 und einem axial verschiebbaren
Zahnrad eingesetzt.
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In Abb.7 ist 31 der als Räumwerkzeug durchgebildete dickwandige Außenspannring
mit der Verzahnung 32 und der Schneidkehle 33. In der kegeligen Bohrung 34 des Außenspannringes
31 sitzt der Aufnahmedorn 35 für die Eindrückpresse, der axial mittels eines Seegerringes
gegen Herausfallen gesichert ist.