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Nabenbefestigung mit Spannhülse Die Erfindung bezieht sich auf eine
Nabenbefestigung, bestehend aus einer innen zylindrischen, außen konischen, geschlitzten
Spannhülse, aus einem wenig zugfesten Werkstoff, z. B. Gußeisen, auf die eine mit
konischer Bohrung versehende Nabe durch zwei parallel zur Nabenachse verlaufende
Schrauben aufgepreßt ist, die in Bohrungen angeordnet sind, von denen jede zur Hälfte
in der Nabe und zur Hälfte in der Hülse verläuft und deren Mittellinie die Konusfläche
etwa bei halber Tiefe schneidet und bei der nur der in der Nabe liegende Teil Gewinde
trägt, während der gewindelose Teil Anschläge aufweist, gegen die die Schrauben
beim Anziehen drücken, und wobei die Welle und die Spannhülse durch Feder und Nut
miteinander verbunden sind und die Keilnut in einem geschlossenen Abschnitt der
Spannhülse zwischen den Schraubenbohrungen angeordnet ist.
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In einer Reihe von Anwendungsfällen, insbesondere bei Stoßbelastung,
Übersteigt gelegentlich das Drehmoment den konstruktiv bestimmten Reibungswiderstand
in der konischen Sitzfläche, wobei ein Schlupf in dieser Sitzfläche auftreten kann.
Da die Spannschrauben paßfederähnlich in beiden gegeneinanderliegenden Konusflächen
verankert sind, wirken sie als Drehsicherung. Es tritt beim Schlupf zwischen Nabe
und Hülse in der Hülse eine Druckspannung zwischen dem Wellenkeil und der in Drehrichtung
vor ihm liegenden Spannschraube und eine Zugspannung zwischen dem Wellenkeil und
der hinter ihm liegenden Spannschraube auf. Da für die Herstellung von Spannhülsen
in der Regel relativ spröde Werkstoffe, z. B. Gußeisen oder Aluminiumgußlegierungen
verwendet werden, entsteht, insbesondere infolge der durch die Keilnut und die Schraubenbohrungen
bedingten Querschnittschwächung, sehr leicht ein Bruch der Spannhülse im Zugspannungsbereich.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die bekannte Spannhülsenbefestigung
mit am Umfang gleichförmig verteilt angeordneten, in der konischen Sitzfläche liegenden
Druckschrauben so auszubilden, daß bei Schlupf, z. B. durch kurzzeitige Stoßbelastung,
keine Zugspannung in der Spannhülse auftreten kann und damit eine Bruchgefahr für
die Spannhülse beseitigt ist, ohne die Eigenschaften der Befestigungsanordnung zum
übertragen eines Drehmomentes nachteilig zu beeinflussen.
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Gemäß der Erfindung wird dies in einer ersten Lösung dadurch erreicht,
daß die von der Keilnut abgewandten Seiten der gewindelosen Schraubenbohrungsabschnitte
in Umfangsrichtung unterschnitten oder freigeschnitten sind.
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Durch diese Anordnung und Ausbildung der Schraubenbohrungsabschnitte
erfolgt bei Schlupf die übertragung des Drehmomentes ausschließlich zwischen dem
Wellenkeil und der vor ihm liegenden Druckschraube, da die hinter ihm liegende Druckschraube
kein Widerlager zur Abstützung hat, sondern sich in der entsprechenden Drehrichtung
frei drehen kann.
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Die beabsichtigte Wirkung wird gemäß der Erfindung in einer zweiten
Lösung dadurch erreicht, daß der Längsschlitz der Spannhülse durch den einen gewindelosen
Schraubenbohrungsabschnitt gelegt ist und nur der andere gewindelose Schraubenbohrungsabschnitt
wenigstens an der der Keilnut abgewandten Seite in Umfangsrichtung unterschnitten
oder freigeschnitten ist. Dabei kann sich die bei Schlupf auf Druck belastete Seite
der Spannhülse gegen die Spannschraube anlegen, während sich die auf Zug b#Iastete
Seite frei von der Spannschraube abheben kann.
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Eine dritte Lösung der gegebenen Aufgabe besteht gemäß der Erfindung
darin, daß die Spannhülse an jedem gewindelosen Schraubenbohrungsabschnitt einen
Längsschlitz aufweist. Die Kraftübertragung bei Schlupf erfolgt dann nur in dem
den Wellenkeil aufnehmenden Teil der Spannhülse.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Stirnansicht einer
Nabenbefestigung nach der ersten Lösung, F i g. 2 einen Schnitt nach der
Linie 2-2 der F i g. 1,
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie
3-3 der F i g. 1,
F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4
der F i g. 3,
F i g. 5 eine Ansicht von Teilen des in F i
g. 1 dargestellten Aufbaus,
F i g. 6 eine Draufsicht
einer Spannhülse in bekannter Ausführung zum Vergleich, F i g. 7 eine Stirnansicht
einer Nabenbefestigung nach der zweiten Lösung, F i g. 8 einen Schnitt nach
der Linie 8-8 der F i g. 7,
F i g. 9 eine Stirnansicht der Spannhülse
nach der F i g. 7,
F i g. 10 eine Stirnansicht einer Nabenbefestigung
nach der dritten Lösung und F i g. 11 und 12 je eine Stimansicht
der Spannhülsenhälften nach F i g. 10.
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Eine Spannhülse 16 aus geeignetem Material, beispielsweise
aus Gußeisen, dient zur Herstellung einer drehmomentübertragenden Verbindung zwischen
einer Welle 11 und einem Kettenrad 12 mit einer Nabe 13 und einem
Radkranz 15.
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Die Spannhülse 16 hat zylindrische Innenflächen 17,
die gleitend auf die Welle 11 passen, und weist einen Längsschlitz
18 auf.
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Ferner ist in die Spannhülse 16 eine in Längsrichtung verlaufende
Keilnut 19 eingeschnitten, um mittels eines Keiles oder einer Paßfeder 20,
die in üblicher Weise in die Keilnut 19 der Spannhülse 16
und in eine
in der Welle 11 befindliche Keilnut 21 eingesetzt ist, eine Kraftübertragung
von der Welle 11 auf die Spannhülse 16 zu ermöglichen.
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Die Außenflächen 22 der Spannhülse 16 sind konisch und passen
in die entsprechenden konischen Innenflächen 23 der Nabe 13, so daß
sich die Spannhülse 16 in der Nabe 13 und auf der Welle
11 festklemmt. Zum Anziehen sind Schrauben 24, 24' vorgesehen, die die Spannhülse
16 so in die Nabe ziehen, daß alle Bauteile fest miteinander verbunden sind.
Die Schrauben 24, 24' sind in Schraubenbohrungsabschnitten 25, 25' eingeschraubt,
die sich etwa diametral gegenüberstehend in der Nabe 13 befinden und an der
Innenseite der konischen Mittelbohrung 23 offen sind. Diese Schraubenbohrungsabschnitte
25, 25' fluchten mit gewindelosen Schraubenbohrungsabschnitten
26, 26' in der Außenfläche 22 der Spannhülse 16.
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Die Schraubenbohrungsabschnitte 26, 26»* sind als Sacklöcher
ausgebildet, deren Grund einen Anschlag 27, 27' für die Schrauben 24, 24'
bildet.
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Wenn die Schrauben 24, 24' in den Schraubenbohrungsabschnitten
25, 25' festgezogen werden, wird die Spannhülse 16 verschoben und
zwischen Nabe und Welle eingekeilt. Die Schrauben sind in den gewindelosen Schraubenbohrungsabschnitten
26 und 26' zunächst nur auf axialen Druck beansprucht. Demgemäß wird
das Drehmoment zuerst durch Reibungsberührung der Spannhülse 16 mit der Nabe
12 übertragen. Diese Reibungsberührung, bei der alle Teile der Hülse unter Druck
stehen, dient der übertragung eines Drehmoments zwischen Welle und Nabe so lange,
bis das übertragene Drehmoment die Größe der Reibung zwischen Spannhülse und Nabe
übersteigt. Wenn eine derartige Vergrößerung des Drehmoments vorliegt, schlüpft
die Spannhülse 16 in der Nabe, und zwar so weit, wie es das Spiel zwischen
den Schrauben 24, 24' und den entsprechenden Schraubenbohrungsabschnitten
26, 26' zuläßt.
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Weisen die Schraubenbohrungsabschnitte 26, 26'
keine Freisparung
auf oder ist der Längsschlitz nicht dadurch gelegt und wird die Nabe 13 (F
i g. 6) entsprechend Pfeil 28 gedreht, so erfolgt ein Schlupf der
Spannhülse 16 gegenüber der Nabe 13 in Richtung des Pfeiles
28', also entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Nabe 13 umläuft.
Dabei kann die Spannhülse jedoch nur so weit schlüpfen, wie es der radiale Abstand
zwischen den Schrauben 24,24' und den Vorderseiten der Schraubenbohrungsabschnitte
26
26' in Schlupfrichtung erlaubt. Unter diesen Betriebsverhältnissen
übt die treibende Nabe 13 einen Druck in Richtung des Pfeiles 28 auf
die in den Schraubenbohrungsabschnitten 25 und 25' befindlichen Schrauben
24 und 24' aus. Die Schrauben ihrerseits drücken auf die Spannhülse 16 in
der gleichen Richtung, wie dies von den Pfeilen 29 und 29' angegeben
wird. Der Gegendruck an der Welle 11 ist eine Kraft, deren gegengesetzt zu
der Richtung ver-Drehrichtung ent,-läuft, in der die Nabe 13 umläuft. Diese
Kraft wirkt auf die Spannhülse 16 von der Rückseite 30 der Paßfeder
20 in Richtung des Pfeiles 30' ein. Die Spannhülse 16 befindet sich
also, wie von den Pfeilen 29'
und 30' dargestellt, an allen Abschnitten,
die zwischen der Rückseite 30 der Paßfeder 20 und der Schraube 24' vorhanden
sind, unter Druck. Diejenigen Abschnitte der Spannhülse 16, die zwischen
der Rückgeite 30 der Paßfeder 20 und der Vorderseite des Schraubenbohrungsabschnitts
26 vorhanden sind, stehen dagegen unter Zugspannung, wie dies von den Pfeilen
29 und 30' angegeben wird.
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Das Material, aus dem die Spannhülse hergestellt ist, hat eine vielfach
stärkere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit. Die Druckfestigkeit von Gußeisen beispielsweise
beträgt 5600 kg/cm2, während die Zugfestigkeit nur 1050 kg7cm2 beträgt.
Wenn daher die zu übertragende Antriebskraft die Zugfestigkeit des Hülsenmaterials
übersteigt, wird ein Bruch im schwächsten Abschnitt der Zone erfolgen, in der die
Zugkraft angreift, d. h. an der Keilnut 19 oder in der Ebene des kleinsten
Querschnitts an dem Schraubenbohrungsabschnitt 26. Die gleiche Spannung und
der gleiche Bruch werden auftreten, wenn (F i g. 6) ein Drehmoment von der
Welle 11 entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Nabe 13 übertragen wird.
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Wenn das Rad 13 in F i g. 6 in Linksrichtung getrieben
wird, wird die Hülse 16 in derjenigen Zone unter Spannung gesetzt, die sich
zwischen der Paßfeder 20 und der Klemmschraube 24' erstreckt, wobei der Hülsenbruch
an der schwächsten Stelle dieser Zone, beispielsweise an der Ebene des kleinsten
Querschnittes, an der Vertiefungshälfte 26" oder an der Keilnut
19 auftreten wird. Eine ähnliche Zugspannung und ein wahrscheinlicher Bruch
wird erfolgen, wenn die Welle 11 in Rechtsrichtung, gesehen in F i
g. 6, getrieben wird.
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Sind bei dieser Nabenbefestigung, wie die F i g. 1
und
5 zeigen, die Schraubenbohrungsabschnitte 26
und 26' an der
von der Keilnut 19 abgewandten Seite in Umfangsrichtung unterschnitten oder
freigeschnitten, so kann weder die Schraube 24 noch die Schraube 24' einen Druck
auf die von der Keilnut abgewandten Seiten der Schraubenbohrungsabschnitte
26 und 26'
übertragen, weil die Spannhülse 16 in beiden Richtungen
nicht so weit schlüpfen kann, daß eine Berührung der Schrauben 24 oder 24' mit den
freigeschnittenen Seitenflächen 31, 31' der Schraubenbohrungsabschnitte
26, 26' erfolgt. Infolgedessen können die Schrauben 24, 24' auf die Spannhülse
16 nur eine Druckkraft in der Richtung der Keilnut 19 übertragen.
Wenn über die Nabe 13 ein Drehmoment eingeleitet wird und diese, wie vom
Pfeil 28 in F i g. 5
dargestellt, im Uhrzeigersinn umläuft,
dann ergibt sich bei einem Schlupf der Spannhülse 16 entsprechend
Pfeil
28' nur eine Druckkraftübertragung von der Klemmschraube 24' auf die Spannhülse,
wie dies durch den Pfeil 29' dargestellt ist. Die Schraube 24 übt keinen
Druck auf die Spannhülse aus, der mit der von dem Pfeil 29 in F i
g. 6 dargestellten Kraft vergleichbar wäre. Wenn die Nabe entgegen dem Uhrzeigersinn
umläuft, übt bei Schlupf nur die Schraube 24 eine Druckkraft auf die Spannhälse
16 aus, während die Schraube 24' keinen Druck auf die Hülse 16
übertragen
kann. In beiden Fällen tritt in dem zwischen der Paßfeder 20 und den Schrauben 24,
24' befindlichen Abschnitt der Spannhülse keine Zugspannung auf. Das Drehmoment
wird nur über den einen oder den anderen unter Druckbelastung stehenden Abschnitt
übertragen. Das gleiche ist der Fall, wenn die Welle 11 der treibende Teil
der Nabenbefestigung ist.
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Wie in den F i g. 7 bis 9 dargestellt, kann an Stelle
einer Aussparung der Längsschlitz 18 durch den einen Schraubenbohrungsabschnitt
26 gelegt sein und nur der andere Schraubenbohrungsabschnitt 26' freigeschnitten
sein. Um dabei die Möglichkeit einer Zugbelastung der Spannhülse 16 auszuschließen,
ist es, sofern das Drehmoment von der Nabe her im Uhrzeigersinn eingeleitet wird,
nur notwendig, den Schraubenbohrungsabschnitt 26' an der Seite freizuschneiden,
die von der Paßfeder 20 abgewandt ist. Gewünschtenfalls kann, wie durch die gestrichelten
Linien bei 18' dargestellt ist, der dünne Wandabschnitt der Spannhülse
16 an dem Schraubenbohrungsabschnitt 26' teilweise geschlitzt sein.
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Wird eine Spannhülse der in F i g. 7 dargestellten Art zur
übertragung eines Drehmoments im Uhrzeigersinn' von der Nahe her verwendet, so wird
bei Schlupf der Spannhülse die Kraft auf die Welle nur über den Abschnitt der Spannhülse
übertragen, der zwischen der in Drehrichtung vornliegenden Teilfläche des in der
Trennfuge liegenden Schraubenbohrungsabschnittes 26 und der Keilnut
19 liegt. Dieser Abschnitt wird nur auf Druck beansprucht. Die Abschnitte
der Spannhülse, die zwischen der Keilnut und der Rückseite des in der Trennfuge
liegenden Schraubenbohrungsabschnitts 26 liegen, werden nicht belastet. Wenn
in dieser Anordnung das Drehmoment von der Welle 11 her im Uhrzeigersinn
eingeleitet wird, so wird es auf die Nabe nur über die Ab-
schnitte der Spannhülse
übertragen, die sich zwischen der Keilnut und, sofern der andere Schraubenbohrungsabschnitt
26' beidseitig freigeschnitten ist, der in Drehrichtung rückwärtigen Teilfläche
des Schraubenbohrungsabschnitts 26 befinden. Diese Abschnitte werden auf
Druck beansprucht.
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Wie in den F i g. 10 bis 12 dargestellt, kann auch die Spannhülse
an Stelle beider Aussparungen der Schraubenbohrungsabschnitte 26 oder
26' durch in jeden Schraubenbohrungsabschnitt gelegte Längsschlitze
18" in zwei Segmente 32 und 32" geteilt sein. Wird eine geteilte
Spannhülse dieser Art, wie in F i g. 10 dargestellt ist, zur Drehmomentübertragung
von der Nabe her verwendet, so erfolgt nach einem Schlupf der Spannhülse die Kraftübertragung
auf die Welle nur über das Segment der Spannhülse, das die Keilnut 19 enthält,
und nur über die Abschnitte des Segmentes, die sich zwischen der Keilnut und den
Schraubenbohrungsabschnitten befinden, die der Keilnut nachläuft. Diese Abschnitte
werden auf Druck beansprucht. Wird das Drehmoment von der Welle auf die Nabe übertragen,
so sind nur diejenigen Abschnitte des Segmentes beansprucht, die vor der Keilnut
liegen. Diese Abschnitte werden auf Druck beansprucht.