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Befestigung einer innenzylindrischen Nabe auf einer zylindrischen
Welle zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung Die Erfindung betrifft die Befestigung
einer innenzylindrischen Nabe auf einer zylindrischen Welle zur kraftschlüssigen
Drehmomentübertragung, wobei eines der übertragungsteile eine koaxial angeordnete
konische Mantelfläche aufweist, auf die eine Hülse mit konischer Gegenfläche aufgeschoben
ist.
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Als eine solche-Art der Befestigung ist es bekannt, zwischen dem übertragungsteil
mit der konischen Mantelfläche und der Hülse mit konischer Gegenfläche Wälzkörper
vorzusehen, die ein axiales Verschieben der Hülse entgegen dem Konus der Mantelfläche
erleichtern, so daß im aufgeschobenen Zustand durch die Hülse über die Wälzkörper
das übertragungsteil mit der konischen Mantelfläche in der Weise verformt wird,
daß es gegen das andere übergangsteil preßt und sich damit in einer kraftschlüssigen
Klemmverbindung befindet. Diese Befestigung gestattet zwar ein mehrmaliges. Wiederholen
des Aufschiebens und Abziehens der Hülse, ist aber wegen der Verwendung von Wälzkörpern
verhältnismäßig teuer und kompliziert bei der Montage.
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Es ist auch bekannt, zur Herstellung einer Preßverbindung zwischen
Welle und Nahe ein viskoses Druckmittel- zu verwenden, allerdings nur in der Weise,
daß- Hülsen mit konischen Umfangsflächen mit Hilfe des Druckmittels zur klemmenden
metallischen Berührung in einen Preßsitz zwischen Welle und Nabe gedrückt und aus
dem Preßsitz gelöst werden. Solange der Preßsitz besteht, haften Nahe, Hülsen und
Welle allein infolge ihrer Verspannung und der metallischen Reibung zwischen ihnen.
Diese Befestigungsart hat einerseits den Vorteil, daß einfache, gedrehte Hülsenteile
zum Spannen dienen, andererseits aber den Nachteil, daß nicht nur bei der Montage,
sondern auch beim Lösen der Verbindung eine Preßvorrichtung für öl oder Fett
zur Verfügung stehen muß. Außerdem besteht wie bei anderen Preßsitzverbindungen
auch beim Spannen und Lösen der Teile die Gefahr des Fressens und damit ihrer Beschädigung.
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Ferner gehört eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines wellenartigen
Teils mit einem nabenförmigen mit einer ungeschlitzten, sich unter der Einwirkung
eines flüssigen, gasförmigen oder plastischen Druckmittels in radialer Richtung
elastisch verformenden Spannhülse zum Stand der Technik, in der das Druckmittel
die kraftschlüssige Verbindung bewirkt und die Spannhülse Längs- und Querspanten
aufweist. -
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigung der genannten Art
zu schaffen> welche mit einfachen Teilen auskommt, den Zusammenbau und das Auseinandemehmen
von Hülse und einem übertragungsteil, Nabe oder Welle, zu erleichtern und verbessern
und dabei die Gefahr des Fressens weitgehend zu beseitigen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die konische Gegenfläche auf Ringrippen ausgebildet ist, von
denen mindestens an jedem Endabschnitt der Hülse eine angeordnet ist und zwischen
denen sich eine oder mehrere geschlossene Ringkammern axial erstrecken, die dauernd
mit einem druckübertragenden Schmiermittel gefüllt sind. In vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung weist die konische Mantelfläche des einen übertragungsteils zwischen
den Ringrippen eine Stufe auf.
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Durch das Aufschieben der Hülse auf eine konische Außenfläche der
Nabe kann die letztere so zusammengepreßt werden, daß sie die Welle fest um-spannt.
Durch Einschieben der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hülse in ein hohles Wellenende
kann dieses so gedehnt werden, daß es fest an der Nabenbohrung anliegt. In beiden
Fällen sind dadurch die genannten Bauelemente daran gehindert, sich gegenseitig
zu drehen, wenn auf die Welle ein Drehmoment einwirkt. Die Besonderheit der Befestigung
gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Druckkraft, mit der die aufgeschobene
Hülse auf das mit ihr
zusammenwirkende übertragungsteil preßt, fast
ausschließlich über das druckübertragende Schmiermittel ausgeübt wird. Die Ringrippen
haben dabei die Funktion, das Schmiermittel nicht aus den Ringkammern austreten
zu lassen.
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Das Schmiermittel kann aus Öl, Fett, einer plastischen oder
viskosen Substanz, wie etwa Öl, gemischt mit kolloidalem Ton oder Graphit,
bestehen oder aus der Mischung einer Flüssigkeit mit einem Mineral oder einer Mineralseife
mit einem geeigneten Fett, z. B. einem organischen Fett in einem solchen Verhältnis,
daß eine teigige oder viskose Masse mit solchen Adhäsionseigenschaften gebildet
ist, daß sie auf die Hülse oder auf die Nabe oder auf beide aufge# tragen werden
kann, bevor erstere auf letztere aufgezogen wird.
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Eine geeignete Masse dieser Art ist eine Mischung von Zylinderöl und
kolloidalem Ton, in der der Ölanteil nicht größer ist, als ihn eine genügend teigige
Mischung erfordert, damit sie auf die Hülse oder die Nabe aufgetragen werden kann.
Die Verwendung eines Schmiermittels, das in der Hauptsache aus feinpulverisierten
festen Bestandteilen besteht, bietet den großen Vorteil, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient
bedeutend geringer ist als bei einem rein flüssigen Schmiermittel, so daß die Kapazität
der Drehmomentübertragung im großen und ganzen bei verschiedenen Temperaturen unverändert
bleiben wird. Weiterhin wird die Kompressibilität des Druckmittels herabgesetzt,
wenn ein feinpulverisiertes Material mit dem Öl gemischt wird. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß bei einer Verletzung der konischen Mantelflächen der
Nabe oder der Dichtflächen der Dichtrippen durch Kratzer, durch die die Flüssigkeit
im Schmiermittel allmählich heraussickerii könnte, die festen Bestandteilchen in
der Ringkammer verbleiben und jegliche spürbare Abnahme -des Durchmessers der Hülse
verhindern. Die Einrichtung kann dann immer noch den größten Teil des maximal zulässigen
Drehmomentes übertragen und läßt sich noch leicht auseinandernehmen, unter Umständen
unter Zuhilfenahme zweier für diesen Zweck vorgesehener Abdrückschrauben. Die Reibung
zwischen den in der Ringkammer verbleibenden festen Anteilchen des Druckmittels
ist verhältnismäßig gering, da von dem kolloidalen Ton oder Graphit bzw. irgendeiner
anderen feinpulverisierten Masse eine gewisse Mange Öl zurückgehalten wird.
Gemäß der Erfindung ist jedoch die Hülse so ausgebildet, daß das Schiniermittel
nicht zwischen den äußeren Kanten der Ringrippen und der inneren oder äußeren konischen
Mantelfläche herauslaufen kann, wenn sie aufgepreßt oder abgezogen wird.
Um die Gefahr einer Beschädigung der Mantelflächen von vornherein zu verhindern,
ist es auch vorteilhaft, die Hülse mit ihren Enden die Ringrippen so weit axial
überragen zu lassen, daß der für das Dichten beim Aufschieben wesentliche Bereich
der Mantelflächen im aufgeschobenen Zustand noch unter dem überragenden Teil &r
Büchse liegt.
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Das Schmiermittel, mit dem die Ringkammer gefüllt ist, verursacht
eine nur sehr geringe Reibung. Die für das Aufschieben der Hülse erforderliche Kraft
wird praktisch gleich der Summe der Reibung unter den Dichtflächen der Ringrippen
und der Axialkomponente des vom Schmiermittel ausgeübten Druckes sein, und die Kraft
für das Lösen der Hülse wird aus der Differenz zwischen diesen beiden Kräften gebildet.
Eine Bedingung für" das- einwandfreie Funktionieren der Einrichtung ist, daß die
Axialkomponente des voni - Schmiermittel ausgeübten Druckes größer sein muß
als die zwischen den Dichtflächen auftretenden Reibungskräfte. Mit anderen Worten:
Die Hülse soll sich vorzugsweise von selbst lösen, wenn die Einrichtung auseinandergenommen
werden soll. Dieses Ergebnis kann durch eine geeignete Wahl der Konizität der Mantelfläche
erreicht werden.
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Es ist wichtig, daß die Hülse richtig bemessen ist, damit der richtige
Druck zwischen den Dichtflächen während des Zusammenbaues erhalten wird. Wenn die
Enden der Hülse nicht ausreichend dehnfest sind, wird das Schmiermittel, wenn die
Hülse aufgezogen wird, unter den Dichtrippen auslaufen, und die Hülse kann deshalb
auf der Nabe nur bis zu em*em gewissen Punkt aufgezogen werden und wird dann von
selbst abgleiten. Es ist deshalb zweckmäßig, die Hülse an den Enden ihrer freien
Mantelfläche mit umlaufenden Verstärkungsrippen zu versehen und eventuell eine weitere
Verstärkungsrippe im, Mittelteil der Hülse anzuordnen. Praktische Versuche haben
ergeben, daß bei richtiger Bemessung der Hülse und der Ringkammer mit Rücksicht
auf die Art des Schmiermittels und anderer Faktoren die Hülse ohne Anwendung besonderer
Spezialwerkzeuge praktisch so oft wie gewünscht auf- und abgezogen werden kann,
ohne daß es erforderlich wird, das Schmiermittel wieder aufzufüllen, wenn dieses
eine plastische Masse, wie etwa Fett, mit einer geeigneten Durchdringungszahl oder
irgendeine Paste ist. Da das Schn-liermittel bis zu einem gewissen Grad zusammengedrückt
werden kann, sollte das Volumen der obenerwähnten Ringkammer so klein wie möglich
gehalten werden, so daß die Hülse sich unter allen Umständen selbst lösen wird.
Andererseits sollte die Tiefe der Ringkammer nicht zu klein sein, weil bei teilweisem.
Ausfluß des öles eine gewisse Gefahr für einen metallischen Kontakt zwischen der
Hülse und der Nabe besteht. Die richtige Tiefe liegt zweckmäßig zwischen 0,2 und
0,02 In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Hülse auf die Nabe durch
eine Mutter aufgezogen, die in ein Gewinde auf der Nabe eingreift, oder durch Schrauben
oder ein hydraulisches Werkzeug. Zweckmäßig wird die Hülse dann nach ihrem Aufziehen
durch ein Sicherungsglied in ihrer Lage festgehalten, um zu vermeiden, daß sie von
der Nabe herunteräleitet.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Nabenbefestigung
nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt - F i g. 1 einen Axialschnitt
durch eine Hälfte einer Flanschkupplung, und zwar in der oberen Hälfte die einfachste
Form einer Hülse mit einer einzigen Ringkammer, während die untere Hälfte eine mit
zwei Ringkammern aufweist, F i g. 2 bis 5 im Axialschnitt einen Teil
einer Flanschkupplung entsprechend F i g. 1 mit abgewandelten Formen der
Hülse, F i g. 6 einen Axialschnitt durch die Einrichtung gemäß der Erfindung
in Anwendung bei einer Hohlwelle und - F i g. 7 iin Axialschnitt eine
Hülse, die auf eine außen konische dünne Büchse aufgesetzt ist, die ihrerseits auf
einer Nabe mit zylindrischer Mantelfläche befestigt ist.
Bei dem
Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist, wie die obere Hälfte zeigt, eine,
irnt einem Plansch 1 und einer komSchen Nabentnantelfläche 2 versehene Planschkupplung
auf einer Welle 3 befestigt. Zu diesem Zweck ist ein als Hülse 4 ausgebildetes
Druckglied mit einer inneren, breiten, flachen Ausspariing 5,
die auf beiden
Seiten von Ringrippen 6 und 7 abgeschlossen ist, auf der könischen
Mantelfläche 2 angeordnet. Die derart zwischen der Nabe und der Hülse 4 gebildete
und von den kingrippen 6 und 7
begrenzte Ringkammer 5 ist mit
einer Flüssigkeitoder einer geeigneten plastischen Masse, z. B. einer Mischung von
01 oder Fett mit einer mineralischen Substanz, oder auch mit einem geeigneten
Fett oder einer plastischen mineralischen Substanz wie etwa Natrium angefüllt. Wenn
eine Flüssigkeit, beispielsweise Öl, verwendet wird, wird die Nabe und die
Hillse 4 in einen die Flüssigkeit enthaltenden Behälter getaucht, und die Druckhülse
wird in dieser Flüssigkeit auf die, Nabenmantelfläche 2 aufgezogen, bis ein metallischer
Kontakt zwischen den Ringrippen 6, 7 und der Nabenmantelfläche 2 erreicht
ist, wonach die Druckhülse in dieser Stellung mittels eines Spannringes
8, der in eine Nut 9 in der Nabe eingreift, festgelegt wird.
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Wenn plastische Massen oder zähe Flüssigkeiten, wie etwa zähes Zylinderöl,
verwendet werden, kann auch die Hülse in ihrem Inneren mit der plastischen Masse
oder mit dem Öl überzogen werden. Es können auch beide Teile, d. h.
die Hülse und die Mantelfläche 2, gleichzeitig damit überzogen werden. Hiernach
wird die Hülse so weit auf die konische Mantelfläche aufgezogen, daß ein Heraustreten
bzw. Auslaufen der plastischen Masse oder des Öles verhindert ist. In der erforderlichen
Endstellung wird die Hülse entweder durch eine Mutter oder einen Spannring
8
festgelegt.
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Nachdem die Flanschkupplung mit ihrer Nabe ordnungsgemäß auf einen
zylindrischen oder konischen Sitz der Welle 3 geschoben ist, wird die Hülse
4, die zunächst nur lose aufgesetzt war, noch weiter auf die konische Mantelfläche
2 der Nabe um eine Strecke L aufgezogen, die durch den Kegelwinkel und die Streckgrenze
des Hülseimiaterials bestimmt ist. Der Spannring 8 kann dann in eine andere
Nut 27 eingesetzt werden, um die Hülse in ihrer Druckbeziehung zur Nabe festzuhalten.
Die Hülse 4 ist mit einem kragenförmigen Ansatz 38 versehen, welcher die
Nabenoberfläche zwischen den Nuten 9
und 27 gegen Beschädigungenschützt.
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Der untere Teil der F i g. 1 zeigt eine abgewandelte Ausführung
der Hülse mit zwei Ringkammern 23 und 24 zwischen zum Ende der Hülse hin
angeordneten schmalen Ringrippen und einer breiten mittleren Ringrippe 22.Sei dieser
Ausführung ist die Hülse zweckmäßig an ihren Enden stärker als in ihrer Mitte, so
daß der metallische Kontakt zwischen den Ringrippen und der Nabe gesichert ist,
da andernfalls die Gefahr eines Auslaufens des Druckmittels besteht. In diesem Falle
dehnt sich der Mittelteil der Hülse etwas mehr als die Endteile, weil eine gewisse
Menge des Schmiermittels zwischen der Hülse und der Nabe längs der mittleren Ringrippe
22 zwischen den inneren Kanten der Kammern 23, 24 verbleibt. In diesem Fall
behält die Einrichtung im wesentlichen ihre ganze Fähigkeit der Drehmomelitübertragung,
selbst wenn eine der Dichtflächen beschädigt ist und so ein Auslaufen des Schmiermittels
eintreten kann. Selbst wenn ein Auslaufen stattfindet, kann die Hülse leicht mittels
zweier Schrauben 25, die in den Flansch 1
eingeschraubt werden, abgedrückt
werden. Durch die Anordnung zweier oder mehrerer Kammern werden zwei oder mehrere
innere Dichtkanten gebildet. Der Dichtungsdruck zwischen den Ringrippen und den
konischen Mantelflächen kann durch eine Änderung der 'kippenbreite variiert werden.
Je geringer die Breite der Ringrippen ist, desto größer wird der spezifische Druck
zwischen ihnen und der konischen Mantelfläche sein.
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F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer
Hülse 4 mit abgerundeten Umfangsrillen 11
in ihrer äußeren Oberfläche, die
nahe den inneren Kanten der PLingrippen 6 und 7 liegen, um den Dichtiingsdrück
an den Dichtflächen zu verringern, wodurch die für das ordnungsgemäße Aufziehen
der Hülse erforderliche Kraft geringer sein kann und diese leichter gleitet. Diese
Ausführungsform ist besonders für die 'Verwendung von kurzen Hülsen geeignet, die
in diesem Fall mittels einer in ein Gewinde 13 auf der Nabe eingreifenden
Mutter 12 an die richtige Stelle gedrückt und dort mittels eines Spannringes
8
festgelegt Werden.
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In F i g. 3 ist eine weitere Ausführung der Hülse 4 dargestellt,
die besonders dann zweckmäßig ist, wenn das Schmiermittel aus plastischer Masse
besteht. Wenn das Schiniermittel unter Druck genügend zäh und viskos ist, wird es,
selbst wenn zwischen dein abschließenden Dichtflächen ein geringes Spiel 14 vorhanden
ist, nicht merklich auslaufen, bevor die Hülse fest aufgezogen ist. Bei der ersten
Berührung der Dichtflächen der Hülse mit der konischen Mantelfläche wird ein größeres
Volumen Schmiermittel in der Ringkammer 5 eingeschlossen, als das Endvoluinen
dieser Kammer ausmacht. Um zu erreichen, daß ein metallischer Kontakt zwischen den
Dichtflächen vorhanden ist, ehe das überschüssige Schmiermittel ausläuft, wird die
14-ülse an ihren Eliden zweckmäßig mit Verstärkungsrippen 15 versehen.
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F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Hülse gemäß F i
g. 3, die es ermöglicht, eine größere Menge Schmiermittel als diejenige,
die dem theoretischen Raum zwischen Nabe und Hülse entspricht, ohne Gefahr des Auslaufens
in- der kingkammer 5 aufzunehmen, während die Hülse ordnungsgemäß aufgezogen
wird. Wie bei der in F i g. 3 gezeigten Hülse sind deren Enden mit Vergtärkungsrippen
15 versehen. An den inneren Kanten der kingrippen 6,7
liegen sogenannte
kundschnurringe 16 und 17 aus geeignetem Material, deren Durchmesser
so gewählt sind, daß sie die Zwischenräume zwischen den Dichtflächen der Hülse;
und der könischen Mantelfläche 2 der Nabe verschließen, ehe die Hülse bis in die
En& stellung aufgezogen ist. Diese Plundschnurringe dienen als Verschlüsse beim
Beginn des Aufschiebens der Hülse. Nach dem Aufschieben liegen die Rundschnurringe
in Rillen 18 und 19 im Inneren der Hülse 4, da sie sich stärker
als die 1-Iülse ausdehnen, die sich infolge der Vergtärkungsrippe 15 an ihren
beiden Enden einer Ausdehnung widersetzt. In diesem Fall ist es möglich, bei fest
aufgezogener Hülse eine größere Ausdehnung ihres Mittelteils gegenüber ihren Enden
zu erzielen.
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Es ist möglich, den Raum für das Schmiermittel in der Ringkammer während
des Aufschiebens der Hülse zu verringern. Eine entsprechende Ausführung zeigt F
i g. 5. In diesem Fall sind sowohl die Nabe
als auch
die Hülse 4 mit abgestuften konischen Mantelflächen versehen, wodurch ein zusätzlicher
Kolbeneffekt erzeugt wird. Wenn die Hülse auf die Nabe aufgeschoben wird, wird die
Dehnung im Mittelteil der Hülse größer sein als an ihren Enden. Wenn die Nabe mit
einem Flansch 1 versehen ist, kann die Hülse mit Hilfe von hakenförmigen
Zugankern 40 aufgezogen werden, die hinter einer der Verstärkungsrippen
15 eingehakt und mit Muttern 39
angezogen werden.
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Die Ringrippen 6 und 7 sitzen auf zwei verschie-
'
denen konischen Mantelflächen 20 und 21, die den gleichen Neigungswinkel
haben. Infolge des Kolbeneffektes nimmt das Volumen der Ringkammer 5
während
des Aufzichens der Hülse nach und nach ab. Diese Volumenverminderung erhöht den
von dem Schmiermittel ausgeübten Druck, wodurch die Hülse etwas stärker gedehnt
wird als bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es ist selbstverständlich,
daß in diesem Fall die Abnahme des Kammervolumens genau berechnet werden muß, um
zu vermeiden, daß während des Zusarnrneii aues das Schmiermittel zwischen den Dichtrippen
hinausgedrückt wird. Auch in diese'm' Fall ist- die Hülse zweckmäßig an ihren äußeren
Enden mit Verstärkungsrippen 15 versehen.
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Die Erfindung kann auch auf Wellenkupplungen angewendet werden, bei
denen der notwendige Preßsitz durch die Ausdehnung einer Hohlwelle erreicht wird.
Eine Wellenkupplung dieser Art, ist in F i g. 6
dargestellt. Die Nabe
28 der Kupplung ist auf das Hohlende einer Welle 29 montiert. Eine
im Inneren mit einer konischen Bohrung versehene Büchse 30
ist in das Hohlende
eingesetzt und legt sich gegen einen Absatz 31. Eine Hülse 32 schließt
eine Ringkammer 35 zwischen Ringrippen 33, 34 und der Büchse
30 ein, die vorzugsweise eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist. Vor
dem Einsetzen der Hülse 32 in die Büäse 30 wird in die Ringkammer
35 ein Druckmittel emigeführt, wonach die Hülse 32
in die-Büchse
30 mittels einer Schragbe 36 eingezogen wird, wodurch das Hohlende
der Welle 29 ausgedehnt und fest an die Nabe 28 angelegt wird.
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Die Anordnung gemäß d.er Erfindung kann auch für das Zusammensetzen von
Kurbelwellen. oder für die Fixierung von Kolbenbolzen verwendet werden. jede der
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann in Verbindung mit
der Anordnung gemäß F i g. 6 angewandt werden. Ferner ist es auch möglich,
eine außen kegelförmige. dünne Büchse 37 (F i g. 7) auf einer zylindrischen
Nabe anzuordnen, um die erforderliche konische Mantelfläche zu erhalten. Eine derartige,
Büchse findet zweckmäßig dann Verwendung,- wenn die Nabe aus einem mehr oder weniger
durchlässigen Material, wie etwa Gußeisen, hergestellt ist.
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Bei den Ausführungsbeispielen ist die Ringkammer innerhalb der Hülse
gebildet worden. Es ist jedoch auch möglich, die Ringkammer in der Nabe oder in
der Welle oder zum Teil in jedem-der genannten Teile vorzusehen.
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Lange Hülsen können zweckmäßigerweise außen zylindrisch oder. konisch
sein. Kurze Hülsen sollen dagegen vorzugsweise, wie in den F i g. 2 und
7 dargestellt, mit einer weiteren Verstärkungsrippe 5 a
ausgebildet sein.
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Da durch die Wirkung des ' Anpreßdruckes zwischen der Welle
und -der Nabe keine Verschiebung Eintritte macht es. die Erfindung möglich,
Karborund oder ein anderes geeignetes Mittel zwischen diesen Teilen einzuführen,
wodurch der Reibungskoeffizient im Vergleich zum metallischen Kontakt mehr als verdoppelt
wird. Um einem unerwünschten Verziehen der Dichtflächen -zu begegnen, können die
Enden der Hülse 4 über die Ringrippen hinaus, wie z. B. das Ende
10 der Hülse 4 in F i g. 1, verlängert werden, wodurch die Dichtflächen
mit größter Genauigkeit in Flucht bleiben.
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In den beschriebenen Ausführ:ungsbeispielen der. Erfiiidung mit Riugkam-Tnem
wird die Hülse selbständig von der Nabe beruntergläften, wenn die Einrichtung auseinandergenommen
wird.