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Zentrierende Verbindung von Bauteilen, die im Betrieb große Durchmesseränderungen
und/oder Längenänderungen erfahren Die vorliegende Erfindung betrifft eine zentrierende
Verbindung von Bauteilen, die im Betrieb, z.B. durch starke Erwärmung oder durch
Pliehkraftbeanspruchungen große Durchmesseränderungen und/oder Längenänderungen
erfahren. Die Verbindung soll in einer möglichst raumsparenden Weise so ausgebildet
sein, daß sie diesen Längen- bzw. iurchmessera'nderungen keinen großen Widerstand
entgegensetzt, um die Beanspruchungen in den einzelnen Teilen möglichst gering zu
halten.
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Die zentrierende Verbindung gemäß der Erfindung erfolgt dadurch, daß
der im Durchmesser veränderliche Bauteil mit dem anderen durch mehrere, längs des
Umfanges gleichmäßig verteilt angeordnet, starre Lenker zentrierend verbunden ist
und daß er in einer Ebene senkrecht zur Maschinenachse plangeführt ist. Die Verbindung
ist also so ausgebildet, daß durch unterschiedliche Mittel zum einen die Planführung
zur Maschinenachse und zum anderen die zentrische Führung in einer Weise garantiert
ist, daß der sich ausdehnende Maschinenteil stets zentrisch gehalten wird, ohne
in seiner Bewegung behindert zu sein. Eine elastische Vorspannung der starren Lenker
tritt dabei nicht auf. Diese starren lenker haben außerdem den Vorteil, äußerst
raumsparend zu sein.
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Es empfiehlt sich, die Planführung des Bauteiles dadurch vorzunehmen,
daß der im Durchmesser veränderliche Bauteil durch vorgespannte Federn, z.B. Tellerfedern,
axial an eine Planfdhrung gepreßt ist. Da die Federn lediglich die Planführung übernehmen
und
keinerlei Zentrierungsaufgaben haben, können- sie ebenfalls verxlaltnismåßig klein
ausgefUhrt erden. Bei den bisher bekannten zentrierenden Verbindungen zwischen zwei
Bauteilen, von denen der eine großen Durchmesseränderungen unterlag, waren die Federn
jeweils so zwischen die Bauteile geschaltet, daß sie ebenfalls die radiale Aufweitung
mit übernehmen mußten, wodurch sich verhältnismäßig große Federn ergaben. Dies ist
bei der Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht der Fall.
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Die Vorspannung der Anpreßfedern ist mit Vorteil so zu wählen, daß
durc das von der Schwerkraft herrührende Kippmoment die iinpreßkraft jeweils an
einer Stelle des Umfanges nahezu aufgeoben wird. Dem liegen folgende Uberlegungen
zugrunde: Es sei angenommen, daß der sich im Durchmesser verändernde Bauteil ein
Ringkörper sei, der von vier jeweils in Abstand von 90° längs des Umfanges gleichmäßig
verteilt angeordneten Lenkern getragen wird. Hat dieser Ringkörper nun die Lage,
daß jeweils von den in ihm befestigten, die Lenker tragenden Bolzen einer oben und
einer unten stehen, so können diese beiden Bolzen das Gewicht des Ringes nicht tragen,
weil ihre Lenker waagerecht stehen und keine senkrecht gerichtete Kraft aufnehr:ien
können. Dafür stehen die beiden Lenker der sich in diesem all in der waagerechten
Mittellinie befindlichen Bolzen senkrecht und jeder trägt das halbe Ringgewicht.
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Das Ringgewicht hat aber gegenüber der Ebene, in der die vier Lenker
liegen, ein Kippmoment um eine waagerechte Querachse zur Maschinenzelle gleich dem
Ringgewicht multipliziert mit dep Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Ringes und
der Ebene der Lenker. Dieses Kippmoment könnte von den beiden oben und toten liegenden
Bolzen mit den Lenkern aufgenommen werden, wenn der obere einen Zug, der untere
einen Druck vom Betrage P
aufnehmen kann, wobei P die erforderliche
Kraft, G das Ringgewicht, @ t, den Abstand zwischen der Lenkerebene und dem Schwerpunkt
des Ringes und D der Durchmesser, auf dem die Bolzen angeordnet sind, bedeutet.
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Wären nun die Bedern, die den Bauteil zur PlanfUhrung axial an eine
i?Uhrungsfläche pressen, mit der Kraft K = P + X, wobei X nur ein sehr kleiner Betrag
zu sein braucht, vorgespannt, dann hebt am unteren Bolzen die Druckkraft P den anteil
von P in der Kraft K auf und die Planführung erfolgt nun noch mit der verhältnismäßig
kleinen Restkraft X.' An dieser Stelle besteht mithin für eine radiale Gleitbewegung
praktisch keine Reibbehinderung mehr.-Der von diesem Bolzen getragene Lenker kann
also an dieser Stelle leicht seine Lage verändern, ohne daß ihn die Reibung zu den
Anpreßflächen des Bolzens daran wesentlich behindert. Da beim Umlauf des Ringes
Jeder Bolzen einmal an diese leicht gleitende Stelle kommt, entsteht der Vorteil,
daß etwaige exzentrische Verspannunsen des Ringkörpers infolge des Reibungs-Widerstandes
sich fortlaufend gut ausgleichen.
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In Wirklichkeit ist die pro Bolzen erforderliche Kippkraft sogar noch
kleiner als der oben angegebene Wert G # l. Die in der D waagerechten Mitte liegenden
Bolzen geben nämlich bei der Federspannung P zusätzlich ein Stützmoment 2 D/2 P
= PD. Bei vier Bolzen am Umfang ist daher die erforderliche Federvorspannung als
Reaktion fUr das Kippmoment nur halb so groß, also nur Bei mehr Bolzen am Umfang
verringert sich dieser Wert weiter.
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Zusätzlich zu der empfohlenen Bemessung der Vorspannung der Anpreßfeder
kann es stich empfiehlen, an den starren FUhrungsflächen Wälzkörper anzuordnen.
Dann ist nicht nur jeweils an einem Punkt die Reibung herabgesetzt, sondern sie
ist in jeder Bolzenstellung längs des Umfanges des Bauteiles auf den minimalen ?ri;
der
Rollreibung beschrankt. Dadurch ist der Bauteil bei Wärme und
elastischer Aufweitung praktisch reibungsfrei zentrisch geführt.
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Es kann auch zweckmäßig sein, den Bauteil nicht wie bisher beschrieben
elastisch gegen eine starre Planfuhrung zu pressen, wobei ohne Wälzkörper immer
eine gewisse Reibung zu Uberwinden ist, sondern man kann die olanfUhrung durch tangential
liegende Blattredern bewirken, die mit ihrem Querschnitt hochkant parallel zur Maschinenachse
liegen. Diese Blattfedern sind' senkrecht zur beabsichtigten FUhrundsebene praktisch
starr, während sie sich in radialer Richtung leicht durchbiegen lassen.
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Diese Federn haben aber auch hier keinerlei Zentrierungsaufgaben zu
übelnehmen.
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Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in den Fig. 1 bis 3 sctlematisch
dargestellten AusfUhrungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.
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Der ringförmige Bauteil 1, z.B. der Außenläufer einer elektriscnen
Schlupfkupplung, ist einseitig in dem Führungskranz des auf der nicht dargestellten
Welle gelagerten Tragsternes 2 befestigt. Während des Betriebes unterliegt der Ring
1 infolge von auftretenden Erwärmungen verhältnismäßig großen Durchmesseränderungen
gegenüber dem Tragstern 2. Zur Verbindung zwischen dem Ring 1 und dem Tragstern
2 sind an mehreren, längs des Umlanges des Ringes 1 gleichmäßig verteilten Stellen
Bolzen 5 in den Ring fest eingesetzt, geschraubt oder eingepreßt, z.B.
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insgesamt sechs Bolzen 3 längs des Umfanges. Jeder Bolzen 9 trägt
das eine Ende eines starren Lenkers (Lasche) 4. Das andere Ende der Lasche 4 steckt
jeweils auf einem Bolzen 5, der im hranz des Tragsternes 2 befestigt ist.
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Um eine PlanfUhrung des Ringes 1 in einer Ebene senkrecht zur Maschinenachse
zu erkalten, sind die Bolzen 3 jeweils mit viel Spiel durch den Kranz des Tragsternes
2 hindurchgeführt, Dieses Spiel muß so groß sein, daß bei sämtlichen vorkommenden
radialen Änderungen des Ringes 1 kein Anliegen des Bolzens 3 am Tragstern 2 auftritt.
Zwischen dem Führungskranz des Tragsternes 2 und den Lenkern 4 sind auf den Bolzen
3 noch die Gleitscheibe 6 und die Tellerfeder 7 aufgefädelt. Auf der dem Ring 1
abgewandten Seite des Tragsternes 2 trägt der Bolzen 3 die Gleitscheibe 8, die durch
die mutter 9 fest gegen einen Absatz.10 des Bolzens gezogen wird. Der Abstand zwischen
diesem Absatz 10 des Bolzens 3 und dem Ring 1 ist so bemessen, daß die Tellerfeder
7 East flachgedrückt ist, wenn die Scheibe 8 am Bolzenabsatz 10 fest anliegt.
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Die das andere Ende der Lenker 4 jeweils tragenden Bolzen 5 sind ebenfalls
in dem Kranz des Tragsternes 2 fest eingepreßt.
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Um auch in axialer Richtung fest mit dem Tragstern 2 verbunden zu
sein, wird die Mutter 11 des Bolzens 5, die sich über die Scheibe 12 auf den Kranz
des Führungsringes 2 abstützt, soweit angezogen, bis der Absatz 13 gegen die andere
Seite des Tragsternes fest anliegt Auf die somit im Tragstern 2 befestigten' Bolzen
5 wird dann das Ende des Lenkers 4 geseiloben und z.B.
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durch einen nicht dargestellten Splint in seiner Lage gesichert.
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Die Befestigung der Bolzen 3 bzw. 5 im Ring 1 bzw. Tragstern"2 ist
so angeordnet, daß die Lenker 4 in der Mittellage in Umfanges richtung im wesentlichen
tangential liegen. Die Verbindungslinie zwischen der Mitte des Bolzens 3 zur Wellenmitte
und die zwischen der Mitte des Bolzens 3 zur Mitte des Bolzens 5 bilden dann ungefähr
einen rechten Winkel. Ist der Ring 1 kalt und somit sein Durchmesser klein, so kann
dieser Winkel ein wenig
größer ale 90Q sein. Wenn dagegen der Ring
1 seine höchste temperatur und daher seinen größten Durchmesser hat, soll dann der
Winkel um einen ebenso großen Betrag kleiner als 900 sein.
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Wenn sich der Ring 1 beim Wurmwerden ausdehnt oder beim Abkühlen zusammenzieht,
so wandert dann der Bolzen 3 angesichts der relativ zur Länge der Lenker 4 kleinen
Ausschläge nahezu auf einen Radius zur Wellenmitte hin und her. fler bolzen 3 hat
im Durchgangsloch durch den Tragstern 2 so viel Spiel, daß diese Bewegung nicht
behindert wird. Die Lenker ß halten dabei den Ring 1 in jedem Wärmungszustand zentrisch
zum Kranz des Tragsternes 2, also zur Maschinenwelle, und zwar erfolgt dies kinematisch
einwandfrei ohne einen Zwang zu einer etwaigen Längenänderung der Lenker.
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3 Figuren 7 Ansprüche