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Befestigung eines Laufrades auf einer Welle Die Erfindung bezieht
sich auf eine Befestigung der Nabe eines Laufrades auf einer Welle mittels einer
Klebverbindung, beider die Nabe an beiden Stirnseiten mit je einem Preßsitz
auf der Welle auf-.sitzt und iin Bereich axial zwischen den Paßflächen ein Metallkleber
einen umlaufenden radialen Zwischenrauni zwischen der Welle und der Bohrung der
Nabe ausfüllt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer
derartigen Befestigung.
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Bei einer derart bekannten Befestigung weisen die Paßflächen der Welle
unterschiedliche Durchmesser auf. Der zwischen den beiden Paßflächen liegende Wellenabschnitt
ist fortlaufend gestuft, so daß sich eine stufenartige Verjüngung -der Welle
im. Befestigungsbereich ergibt. Nicht nur die beiden außenliegenden zylindrischen
Abschnitte der Welle sind als Paßflächen ausgebildet, sondern euch die zwischen
diesen beiden äußeren Paßflächen liegenden Ab-
schnitte ergeben in der Nabenbohrung
einen Preßsitz. Die Nahenbohrung selbst ist entsprechend über die gesamte Länge
mit gestuften Paßflächen versehen. Sowohl die 41indrischen-Abschnitte der Nabenbohrung
als auch diejenigen der Welle werden mit Klebstoff beschichtet, wonach die Welle
in die Nabenbohrung axial eingeführt wird.
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Infolge der Abstafungen -findet nur über die Länge eines zylindrischen
Stufenabschnittes ein Gleiten zwischen Welle und Nabe, statt. Damit soll erreicht
werden, daß zwischen den Paßflächen weniger Klebstoff abgestrichen wird, als wenn
sowohl Welle als auch Nabenbohrung konstanten Durchmesser hätten.
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Nachteilig ist bei der bekannten Befestigung zwischen Laufradnabe
und Welle, daß mehr als zwei zylindrische Paßflächen von unterschiedlichen Durchmessern
sowohl auf der Welle als auch in der Nabenbohrung vorgesehen werden müssen. Die
Herstellung derart ausgebildeter Maschinenelemente ist schwierig und aufwendig.
Wegen der notwendigerweise geringen Toleranzen sämtlicher Paßflächen wird die Klebverbindung
sehr teuer. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß jede Befestigung in
dieser bekannten Art eine Verjüngung der Welle voraussetzt. Falls mehrere Laufräder
nebeneinander auf derselben Welle befestigt werden sollen, -findet eine übermäßig
große Querschnittsveränderung zwischen größter Paßfläche -.und kleinster Paßfläche
Üer-Laufradanordnung statt.
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Es ist weiterhin eine Klebverbindung zwischen Laufrad und Welle bekannt,
Bei der sowohl die Welle als auch die Nabenbohrung je -einen konischen Abschnitt
aufweisen. Diese konischen Abschnitte bilden,die Paßflächen. Sie werden mit Klebstoff
bestrichen. Dann wird die Welle in die Nabenbohrung eingeführt. Nachteilig
ist bei dieser Befestigung, daß die Herstellung der beiden konischen Flächen wegen
der:notwendigerweise geringen Toleranzen teuer ist, daß wiederum eine erhebliche
Gesamtquerschnittsveränderung der Welle notwendig ist, wenn auf der Welle mehrere
Räder nebeneinander angeordnet werden müssen, und daß ein weiterer Verfahrensschritt
zusätzlich notwendig ist, der eine geeignete Vorrichtung erfordert, um nämlich während
des Aushärtens,des Klebstoffes einen dauernden -konstanten Axialdruck zwischen Nabenbohrung
und Welle aufrechtzuerhalten. -
Ferner gehört eine Klebverbindung zwischen
einem Rohr und einer Rohrmasse -zum Stand der Technik, bei der die Klebstelle zwischen
zwei an beiden Enden der Verbindung -vorgesehenen Preßsitzzonen angeordnet -.ist
und die Dicke der Klebschicht je nach Einziehen des Rohres -und Ausweiten
der Muffe #0,05 bis 0,25 mm b e-t-rä-,gL-. Aufgabe der Erfindung
ist es, eine verbesserte Klebverbindung zwischen Welle und Laufradnabe zu schaffen,
die insbesondere eine einfachere Bearbeitung der -miteinander zu- verklebenden Teile
ermöglicht, um die Kosten der Verbindung herabzusetzen.
Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrung der Nabe durchgehend zylindrisch
ist und die Welle im Bereich zwischen den Preßsitzen abgesetzt einen geringeren
Durchmesser aufweist.
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Die Erfindung bringt bedeutende Vorteile. Die Bearbeitung der beiden
miteinander zu verklebenden Teile ist wesentlich einfacher. Die Nabenbohrung ist
zylindrisch und hat einen konstanten Durchmesser. Die Welle braucht nur in den beiden
Preßsitz-Paßflächen einen genauen Durchmesser zu haben, denn der dazwischenliegende
abgesetzte, im Durchmesser kleinere Bereich stellt keinerlei Paßfläche dar und bedarf
somit einer erheblich geringeren Herstellungsgenauigkeit. Damit weisen Nabenbohrung
und Welle schon ihre fär das Verkleben geeignete Form auf. Die Herstellung dieser
Formen ist wesentlich einfacher und billiger als die für die bekannten Klebeverbindungen
notwendigen Formen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auf einer Welle eine beliebige
Anzahl von Rädern nach dem erfindungsgemÜßen Verfahren befestigt werden kann, ohne
daß sich die Notwendigkeit einer Querschnittsabnahme der Welle von Befestigung zu
Befestigung ergibt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser
der Welle im Bereich zwischen den Preßsitzen in -an sich bekannter Weise um
0,05 bis 0,15 mm kleiner ist als der der Sitzfläche. Die Querschnittsveränderung
zwischen der Sitzfläche und dem abgesetzten Mittelabschnitt ist also minimal und
hat auf die Festigkeitseigenschaften der Welle praktisch keinen nachteiligen Einfluß.
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Ein Verfahren zur Befestigung der Nabe eines Laufrades, bei- dem die
Welle im Bereichzwischen den Preßsitzen mit einem Metallkleber beschichtet und in
die Nabenbohrung eingesetzt wird, wonach dann die Aushärtung des Metallklebers erfolgt,
besteht darin, daß die Welle in eine Hülse eingeschoben wird, bis der ganze Bereich
geringeren Durchmessers in der Hülse liegt, wonach so lange durch eine öffnung in
der Hülse hindurch Klebstoff in den zwischen der Welle und der Hülsenbohrung gebildeten
Ringraum hineingedrückt wird, bis ein Teil des Metallklebers aus mindestens einem
stirnseitigen Spalt zwischen Welle und Hülse austritt, worauf die Hülse mit der
Nabe in eine Flucht gebracht und die Welle mit dem Metallkleber in die Nabenbohrung
eingedrückt wird. Dieses Verfahren gewährleistet eine minimale Klebstoffmenge pro
Befestigung. Es kann also niemals vorkommen, daß, wie bei den bekannten Befestigungen,
zuviel Klebstoff auf die Klebflächen aufgebracht wird. Außerdem bringt das Verfahren
den Vorteil, daß höchste Genauigkeiten erzielt werden, da die Funktionen von Ausrichten
und Verkleben auf verschiedene Wellenabschnitte verteilt sind. Die Paßflächen
' übernehmen die genaue Ausrichtung zwischen Welle und Laufrad,- während
der Bereich zwischen den Paßflächen der Verklebung und damit der Befestigung dient.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist gekennzeichnet durch ein-en Flansch, der aus einem Stück mit der sich senkrecht
dazu erstreckenden Hülse besteht, eine KlemmeinrichtÜng zur Befestigung des Flansches
auf einer Stirnseite des Laufrades, wobei die Bohrung der Hülse koaxial zur Nabenbohrung
liegt und unmittelbar an diese angrenzt, die Länge der Bohrung der Hülse größer
als die des Bereichs zwischen den Preßsitzen der Welle und im Durchmesser geringfügig
größer als irn Bereich der Preßsitze ist, und in der Hülse eine radial gerichtete
Bohrung zum Einspritzen des Metallklebers angeordnet ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines auf einer Welle
sitzenden Laufrades, F i 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig.
1,
F i g. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Anordnen des Laufrades
auf der Welle, F i g. 4 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig.
3 und Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 der Fig.
3.
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Das Laufradl hat eine Nabenbohrung2, in welcher eine Antriebswelle3
aufgenommen ist. Das Laufrad ist in diesem Beispiel ein Zweischaufelrad mit Axialbohrungen4,
5. Zur besseren Montage des Laufrades sind die von derNabenbohrung abgewand-ten
Abschnitte der Bohrungen 4, 5 hinterschnitten, so daß sich Schultern 4' und
5' bilden. Die äußeren Enden des Rades 1 weisen Ansätze
6, 6' auf, die zur Abdichtung dienen, wenn das Rad mit einem gleich ausgebildeten-
Rad in einer Förderpumpe zusammenwirkt.
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Die Antriebswelle 3 weist zwei im Abstand liegende Paßflächen
7, 7' auf. Der Bereich zwischen den Paßflächen 7, 7' ist geringfügig
kleiner als die Länge der Nabe des Laufrades 1. Die Paßflächen
7,
7' erstrecken sich also in die Nabenbohrung 2 hinein. Der Durchmesser
des Bereiches zwischen den Paßflächen 7, 7' ist etwa 0,05 bis
0,15 mm,
vorzugsweise etwa 0,1mm kleiner als der der Paßflächen selbst.
Dadurch wird ein Ringraum zwischen dem Mittelbereich zwischen den Paßflächen und
der Nabenbohrung geschaffen, der zur Aufnahme eines Metallklebers8 dient. Der Durchmesser
der Paßflächen 7, 7' ist geringfügig - bis zu etwa 0,05
mm -
größer als der Durchmesser der Nabenbohrung 2, so daß hier zwischen
Welle und Nabe ein Preßsitz erzielt wird. Als Metallkleber haben sich warmhärtbare
Epoxydharze besonders bewährt.
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Die Montagevorrichtung F (F i g. 3 bis 5) besteht aus
einer Hülse 11, deren Innenbohrung mit einem abriebfesten Material 12 mit
geringer Oberflächenreibung ausgekleidet ist und die einen Flansch10 aufweist. Die
Hülsenbohrung 13 ist 0,05 bis 0,10 mm im Durchmesser größer
als die Paßflächen 7, 7' der Welle 3. Die Hülsenbohrung
13 ist bei lz abgeschrägt, um die Welle 3 leichter einsetzen zu können.
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Der Flansch 10 weist einander diametral gegenüberliegende Bohrungen
14, 14# auf, durch die Zugstangen 15, 15" hindurchragen, an deren äußeren
Enden Haken 16, 16' ausgebildet sind. Die anderen Enden der Zugstangen
15, 15' weisen ein Gewinde auf. Auf den Gewindeabschnitten sind Muttern
18,
18' aufgesehraubt. An den äußersten Enden der Gewindeabschnitte
sitzen Stifte 17, 17', mit Hilfe deren die Zugstangen so gedreht werden können,
daß die Haken 16, 16' hinter die Schultern 4, 5' der Axialausnehmungen
4, 5 des Laufrades greifen. Die genaue Lage der Haken 16, 16' wird
mittels halbmondförmiger Ausnehmungen 19, 19' und Anschlag7 stiften 20, 20'
der Zugstangen 15, 15' bewirkt. Die
Zugstangen können
mittels der Stifte 172 17' so weit gedreht werden, bis die Stifte 20, 20'
an den Endflächen der Ausnehmungen 19, 19' anschlagen. Dann
befinden
sich auch gerade die Haken 16, 16' im Eingriff mit den Schultern 4',
5' des Laufrades. Werden die Zugstangen in der entgegengesetzten Richtung
gedreht, kommen die Haken 16, 16' von den Schultern 4', 5' frei, so
daß die Montagevorrichtung F vom Laufrad 1 abgenonun en werden kann.
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Die Hülse 11 mit Auskleidung 12 weist eine radiale Einspritzöffnung
21 für den Metallkleber auf, an der sich ein Fitting 22, vorzugsweise mit Absperrventil,
befindet.
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Ansätze 23, die mittels Schrauben 24 am Flansch befestigt sind,
erleichtern die richtige Einstellung der Vorrichtung am Laufrad. Der Ansatz 23 weist
einen vorstehenden Stift 25 auf, der in einer öffnung der Stirnfläche des
Flansches aufgenommen wird, um die richtige gegenseitige Lage zu sichern.
Die Seiten 26 und 26' des Ansatzes 23 sind in Längs- und Querrichtung
gebogen. Die Breite des Ansatzes quer zum Flansch ist ün wesentlichen gleich dem
Durchmesser der Axialbohrungen4, 5, so daß die Ansätze s auber in die Axialbohrungen
passen. Der Krümmungsradius der Seitenflächen26, 26' ist in Längsrichtung
geringfügig kleiner als der Krümmungsradius der Axialbohrungen 4, 5, so daß
nur ein Linienkontakt zwischen den Rändern der Ansätze und den Axialbohrungen stattfindet.
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Bei dem Aufziehen des Laufrades 1 auf die Antriebswelle3 werden
die Zugstangen15, 15' so gedreht, daß ihre Haken16, 16' in die Axialausnehmungen4,
5 des Laufrades eingreifen. Die Hülsenbohrung13 muß sorgfältig mit der Nabenbohrung2
axial ausgerichtet werden. Die Zugstangen 15, 15'
werden
dann in entgegengesetzter Richtung gedreht, bis die Stifte 20, 20' an den
äußeren Enden der halbmondförmigen Ausnehmungen anschlagen. Die Haken16,
16' greifen dann hinter die Schultern4, 5"
der Axialbohrungen4,
5.
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Nun werden die Muttern18, 18' angezogen, bis der Flansch10
der VorrichtungF gegen das Laufrad 1 gespannt ist. Man überzeugt sich dann
noch einmal, ob die Bohrungen2 und 13 genau axial ausgerichtet sind.
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Dann wird die Welle 3 in das äußere Ende der Bohrung
13 eingeführt, bis sich der Bereich verringerten Durchmessers zwischen den
beiden Paßflächen 7, 7' innerhalb der Hülse 11 befindet. Durch die
Bohrung 21 wird nun Klebstoff unter hohem Druck in den Ringraum zwischen dem angegebenen
Wellenbereich und der Hülse eingeführt, bis der Klebstoff stimseitig herauszutreten
sucht. Damit ist sichergestellt, daß die gesamte Luft aus dem Ringraum herausgedrückt
und dieser Ringraum völlig mit unter hohem Druck stehendem Klebstoff gefällt ist.
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Die Welle 3 wird nun in axialer Richtung in die Nabenbohrung
2 des Laufrades 1 hineingedrückt, bis sie die in gestrichelten Linien in
F i g. 2 und in ausgezogenen Linien in F i g. 1 veranschaulichte Stellung
einnimmt. Hierzu werden bekannte. Aufziehwerkzeuge benutzt.
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Beün Einziehen der Welle in das Laufrad wird infolge des Reibungswiderstandes
als auch der Scherwirkung an der Laufradkante eine gewisse Menge des Klebstoffes
abgeschert. Da jedoch die Bohrung13 der Vorrichtung einen Durchmesser besitzt, der
etwa 0,075 mm über dem Durchmesser der Nabenbohrung 2 liegt, steht
ein ausreichender überschuß an Klebstoff zur Verfügung, wodurch verhindert wird,
daß der notwendige Klebstoff von dem um etwa 0,05mm abgesetzten Bereich der Welle
abgenommen wird.
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Da der Durchmesser der Paßflächen7, 7' gering-fügig
größer als der Durchmesser der Nabenbohrung2 ist, wird hier ein sauberer Preßsitz
erreicht. Der Klebstoff bildet eine unter Druck stehende ringförmige Schicht zwischen
Welle und Nabenbohrung und wird durch die Paßflächen7, 7' an einem Austreten
gehindert. Dieser unter überdruck stehende Klebstoff bewirkt eine innige Bindung
-über die gesamte Fläche des abgesetzten Wellenbereiches. Der Klebstoff wird
dann ausgehärtet, zu welchem Zweck man im Falle der Verwendung eines warmhärtenden
Klebstoffes die Anordnung in eine entsprechende warme Atmosphäre bringt. Wenn sich
der Klebstoff beim Erwärmen ausdehnt, so wird dadurch eine noch innigere und festere
Bindung zwischen Laufrad und Welle erreicht.