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Geschlitzte Spannhülse Die Erfindung betrifft eine Spannhülse mit
einem über ihre ganze Länge durchlaufenden Schlitz, der auch kurvenförmig gestaltet
sein kann und bei der Flächenabschnitte der einen Schlitzkante in eingesetztem,
gespanntem Zustand der Spannhülse zur Anlage kommen.
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Geschlitzte Spannhülsen der genannten Art sind bekannt, und zwar gibt
es Spannhülsen mit nichtkraftschlüssigem Schlitzbereich (sogenanntes offenes Profil).
Solche Spannelemente werden als Gerad-, Schräg- und Pfeilschlitzhülsen hergestellt,
jedoch nur mit unbearbeiteter Oberfläche.
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Diese Hülsen haben Nachteile, die darin bestehen, daß sie bei Überschreitung
der Elastizitätsgrenze in den dem Schlitz gegenüberliegenden Bereich der Hülse und
der damit verbunden bleibenden Verformung die ursprünglichen Maße verlieren, ihre
Sitzfestigkeit und mehrfache Wechselbarkeit nicht immer gewährleistet ist und daß
sie, auf den Umfang der Hülse bezogen, nicht allseitig gleichmäßig tragen. Um diese
Nachteile zu beseitigen, ist es bekannt, über die Schlitzlänge des Hohlzylinders
eine Verzahnung von gegenüberliegenden versetzten Zähnen anzuordnen. Beim Zusammendrücken
der Spannhülse entsteht eine Zahnflankenberührung, die als Zahnstangenwirkung außer
der radialen Verspannung noch eine axiale Verspannung ergibt. An den Zahnflankenberührungspunkten
entstehen kraftschlüssige Brücken, so daß örtliche Normal- und Torsionsspannungen
von der einen zur anderen Seite des Schlitzes übertragen werden können. Dieser kraftschlüssige
sogenannte Wellenschlitz hat somit die Wirkung einer Sitzkrafterhöhung. Diese bekannte
Wellenschlitzausführung bietet weiterhin den herstellungstechnischen Vorteil, daß
bei diesen Spannhülsen eine Oberflächenbearbeitung möglich ist. Centerless. geschliffene
Hülsen, auch in den Abmessungen der allgemeinen Normen, können bei entsprechend
tolerierten Aufnahmebohrungen ohne weiteres wieder verwendet werden. Gleichzeitig
sind aber auch diese bekannten Hülsen mit einem schwerwiegenden Nachteil belastet.
Spannungsoptische Untersuchungen haben gezeigt, daß keine einheitlichen Spannungszustände
über die Schlitzlänge erzielbar sind, da diese Spannungshülsen nicht mit solcher
Genauigkeit hergestellt werden können, daß die Zahnteilung keinerlei Ab-
weichungen
aufweist, um alle Zähne zum gleichmäßigen Tragen zu bringen. Beim Stanzen der Platinen
wie auch beim nachfolgenden Rollen treten Deformationen der Zähne auf, die ein ungleichmäßiges
Anliegen der Zahnflanken zur Folge haben. Die Zähne können breiter werden, so daß
sie sich in den entsprechenden Zahnlücken sperren.
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Eine Spannhülse als Verbindungselement von zwei oder mehreren Maschinenteilen,
ob als Scher- oder Gelenkbolzen eingesetzt, wird beim Einbau nicht gleichmäßig auf
ihrer ganzen Länge zusammengedrückt und belastet, was schon allein durch die Toleranzen
der einzelnen Bohrungen bedingt ist. Beim Zusammendrücken der Zahnschlitzhülse gleiten
die versetzten Zahnflanken aneinander ab und bewirken eine Axialverschiebung der
Hülsenwand, und da die ineinandergreifende Verzahnung nur eine gleichmäßige Verwindung
der Hülse zuläßt, treten bei ungleichmäßiger Belastung unterschiedliche Zahnflankendrücke
auf, die zu einer überbeanspruchung einzelner Zähne führen können.
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Besonders nachteilig wirkt sich die Verzahnung bei auftretender Verformung
der Spannhülse bei Druck-und Stoßbelastungen aus. Wird beispielsweise eine Zahnschlitzhülse
auf Biegung beansprucht und liegt der Schlitz senkrecht zur Kraftrichtung, so wird
die Zahnreihe des oberen Schlitzrandes aufgezogen, während sich die Zahnlücken des
unteren Schlitzrandes verengen. Liegt der Schlitz in Kraftrichtung oder entgegengesetzt
dazu, so werden die Zähne beider Schlitzränder gegeneinandergedrückt. Auftretende
Stoßkräfte müssen demzufolge von den Zähnen aufgenommen werden. Eine Spannhülse
mit ineinandergreifender Verzahnung wird somit zur starren Rohrhülse mit großer
Kerbwirkung und Anhäufungen von Spannungsspitzen an den Zahnflanken, die nicht abgebaut
werden können. Hieraus ergibt sich bei dynamischer Belastung eine geringe Dauerhaltbarkeit
mit großem Streubereich der rechnerisch nicht ermittelbaren
Belastungsgrenze.
Bei solchen Spannhülsen mit verzahntem Schlitz ist die Steigung derZahnflanken sehr
groß, um die Belastung der einzelnen Zähne möglichst gering zu halten. Dies hat
zur Folge, daß geringe Abweichungen-des Bandes beim Stanzen sowie der Platine bei
den-nachfolgenden Arbeitsgängen die gewünschte -Vers*'e-tzu-n-g -aufheben oder so'verstärken,
daß die Zähne, nach dem Rollen der Hülse aufsitzen. Es ist also-, keine -Gewähr
dafür gegeben, daß sich die Zähne im -entspannten Zustand der Hülse einseitig
berühren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Spannhülse
zu schaffen, mit der die Nachteile der bekannten- Spannhülsen beseitigt sind und
die eine axialverspannungsfreie und trotzdem kraftschlüssige Verspannung gewährleistet.
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Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einer Spannhülse der genannten
- Art - 9 -elö#t, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine
der Schlitzkanten wenigstens-in--einem-Anlagebereich als un,-verzahnte, glatte und
stetig verlaufende Wälzkurve ausgebildet ist, deren Krümmungsradius vorzugsweise
größer ist als der halbe Spannhülsendurchmesser. Die. Wälzbahnen können.- gleiche
Kurv.enform aufweisen und beispielsweise zwei kongruente logarithmische Spiralen
oder zwei kongruente Ellipsen sein- Des weiteren können an eiiier Hülse eine gerade
und eine gekrümmte Wälzbahn gewählt werden oder auch zwei Kreisbögen mit verschiedenen
Durchmessern oder dergleichen Formen und Kurvenzuordnungen. Durch Eigenbewegungen
im -Schlitzbereich derartiger belasteter Spannhülsen- werden Verformungen bewirkt,
die in der Aufnahmebohrung die Lagerlastverteilung jeweils so ändert, daß durch
eine Lagergegenreaktion auf die Spa'nnhülse.-'ein automatisches- Einpendeln eines
Momentengleichgewiehtes eintritt. Eine örtlich auftretende übergabebela's-tung,
wie bei, dem Verzahnungsschlifz geschildert, kann nicht, auftreten. Als besonderer
Vorteil #wirkt'sich dies bei dynamischen Druck- und Stoßbelastungen- aus die mit
den bekannten Spannhülsen nicht beherrscht werden können.
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Spannelemente nacÜ der Erfindung haben eine radiale Deformationsmöglichkeit
entsprechend den bekannten Spannhülsen. Im belasteten Zustand, wobei sich die Schlitziänder
berühren, können sich durch Wippbewegungen der Walzbahnen zusätzliche Deformationen
einstellen, die entsprechend der vorhandenen Freiheitsgrade in Umfangsrichtung möglich
sind, sich jedoch in einer Veränderung der Lastyerteilung in der Aufnahmebohrung
auswirken. Es entsteht ein innerer Momentausgleich, hervorgerufen durch Aktions-
und -Reaktionskräfte. Bei Spannhülsen, wie Bolzen und Buchsen von mehrfacher Länge
des Durchmessers, können teilstreckenweise parallele Längsschlitze vorgesehen werden,
-die torsionsweich sind und als Torsionsfedem wirksam werde n können.
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. Bei der erfindungsgemäßen Hülse können örtliche, zum Bruch
führende überlastungen nicht auftreten. Außerdem besteht der Vorteil, daß Hülsen
mit erfindungsgemäßer Formgebung einer Berechnung zugänglich sind, was das Anwendungsgebiet
für federnde Bauelemente wesentlich erw- eitert.
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An Hand einer zeichnerischen Darstellung werden i nachfolgend
« Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spannhülse_n-äher'erläute-rt..
In dieser Darstellung zeigt F i g. 1 eine Spannhülse mit zwei elliptischen
Wälzkurven, F i g. 1 a die Lochleibungsdruckverteilung bei symmetrischem
Kraftangriff, F i g. 2 die Spannhülse gemäß F i g. 1 im nicht eingespannten,
einseitig belasteten Zustand mit vergrößert dargestellter Konusform, F i
g. 3 die Spannhülse gemäß F i g. 1 im eingesetzten und belasteten
Zustand, F i g. 3 a die Lochleibungsdruckverteilung infolge des Gegenmomentes
und F i g. 4 bis 11 weitere Ausführungsformen der er# findungsgemäßen
Spannhülse.
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Die F i g. 1 bis 3 zeigen ein Beispiel für eine Pendelschlitzhülse
1, bei der zwei Ellipsen als Wälzbahnen 10, 11 vorgesehen sind. Hierbei
zeigt F i g. 2 die Deformation der Pendelschlitzhülse bei uni das Maß Rp
außermittiger äußerer Belastung durch eine Kraft P im nicht eingespannten Zustand.
Auf der Belastungsseite will sich die Spannhülse radial verengen, während die Gegenseite
das Bestreben hat, sich aufzuweiten. Bezüglich des ursprünglichen Momentdrehpunktes
D, entsteht bei äußerer Belastung durch eine Kraft P neben dieser äußeren
Kraft P ein MomentMp. In F i g. 3 ist derselbe Pendelschlitz unter außermittiger
äußerer Belastung durch eine KraftP in einer Aufnahmebohrung sitzend gezeigt. Das
Bestreben, sich gegenseitig aufzuweiten, äußert sich in einer Erhöhung der örtlichen
Lagerbelastung, die eine selbstsperrende Wirkung für die Pendelschlitzhülse zur
Folge hat.
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Die im Abstand RR angreifende resultierende Lagerreaktionskraft, die
außermittigverschobenwird, erzeugt bezüglich des Momentendrebpunktes D, ein
Gegenmoment RR. Es stellt sich also je nach äußerer Belastung und der sich
ändernden Lagerreaktionen in der Aufnahmebohrung B ein Gleichgewichtszustand ein.
örtliche überlastungen, wie sie an den Zähnen bekannter Hülsen zu beobachten sind,
treten bei der erfindungsgemäßen Pendelschlitzhülse nicht auf.
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Bei Wechsellasten tritt ein inneres Pendeln der Spannungen um einen
Gleichgewichtszustand ein, so daß die Pendelschhtzspannhülse Druck und Stoßlasten
störungsfrei aufnehmen kann.
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F i g. 4 zeigt die Kombination einer geraden Schlitzkante 20
mit einer gekrümmten Wälzbahn 21 auf der Gegenkante, und zwar mit dem Krümmungsradius
r, wobei die gerade Schlitzkante 20 parallel zur Wandung der Spannhülse 2 verläuft.
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F i g. 5 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung wie in F ig.4,
jedoch mit dem Unterschied, daß die Schlitzausführung in an sich bekannter Weise
schräg zur Wandung der Hülse 3 verläuft. Die Schlitzkanten sind mit
30 und 31 bezeichnet.
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F i g. 6 gibt eine Schlitzausführung wieder, bei der beide
Schlitzkanten 40, 41 der Hülse 4 gekrümmt: sind, während F i g. 7 eine Spannhülse
5 zeigt mit den Merkmalen eines Wälzbankhebels, d. h., es kommt eine
Rollbahn zur Anwendung, z. B. zwei Kreisbögen 50, 51 mit verschiedenen
Radien, wobei die Verspannung über einen Kreisbogen erfolgen kann.
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- In den F i g. 8 bis 11 sind Ausführungsbeispiele
von Pendelschlitzhülsen 6, 7, 8 und 9 gezeigt, bei denen das Verhältnis
ihrer Länge zum Durchmesser groß ist.
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Die mit 60, 61; 70, 71; 80, 81 und 90, 91 bezeichneten
Schlitzkanten haben dabei tellstreckenweise
parallele Längsschlitzzonen.
Die in F i g. 1 bis 7
dargestellten Wälzbahnzonen können hierbei sinngemäß
Anwendung finden.