DE19631427A1 - Klemmverbindung, insbesondere Welle-Nabe-Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Klemmverbindungen zur Anwendung in Maschinen, Fahrzeugen und Geräten, der Elektro-und Medizintechnik aber auch im Bauwesen und in Möbeln. Ihr Hauptzweck ist die Übertragung von Längskräften oder Drehmomenten, sinngemäß läßt sie sich aber auch für die Übertragung von Quer- oder Axialkräften verwenden.

Bekannte Verbindungen zur Kraft- oder Drehmomentübertragung lassen sich in die stoff-, form- und die kraftschlüssigen Bauarten einteilen. Letztere haben gegenüber den ersteren folgende Vorteile:

• - sie sind zerstörungsfrei de- und remontierbar
• - sie schlagen nicht aus
• - sie besitzen hohe Zeitfestigkeit
• - sie lassen jede Lagenzuordnung der zu verbindenden Teile zu (örtliche Freizügigkeit)
• - die Paarungsflächen der zu verbindenden Teile benötigen keine zusätzlichen Formelemente, hierdurch wird Fertigungsaufwand gespart.

Einige Bauformen der kraftschlüssigen Verbindungen haben Nachteile:

• - bei der Kegelverbindung ist die Axiallage der Nabe von den Toleranzen der Passung und der Anpreßkraft abhängig
• - häufig wird die Anpreßkraft aus gesonderter Einleitung äußerer Kräfte abgeleitet
• - bei ungenügender Anpreßkraft rutscht die Klemmverbindung.

Der Zweck der Erfindung ist eine Klemmverbindung für Längsführungen mit Freizügigkeit längs und bei der Welle-Nabe-Verbindung mit Freizügigkeit in Umfangsrichtung und axial.

Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde,

• - Kräfte oder Momente zwischen Teilen zu übertragen, d.i. Teile zu verbinden,
• - die für den Kraftschluß notwendige Anpreßkraft überwiegend gerade aus der Bewegung oder Kraft herzuleiten, die übertragen werden soll,
• - und glatte Führungen (Schienen), glatte Wellen oder glatte Bohrungen konstanten Durchmessers zuzulassen.

Erfindungsgemäß wird die Klemmverbindung realisiert durch die gegensinnig wirkende Anordnung mindestens zweier im Prinzip oder tatsächlich gleicher Klemmvorrichtungen, die nur in einer Richtung wirken und/weil deren Klemmkraft durch die zu übertragene Kraft oder das zu übertragende Drehmoment erzeugt wird, nebeneinander oder nacheinander an Schiene und Schlitten oder nebeneinander oder koaxial an Welle und Nabe.

Die gegensinnige wirkende Anordnung sichert, daß Kräfte zwischen Schiene und Schlitten oder Drehmomente zwischen Welle und Nabe in beiden Bewegungsrichtungen übertragen werden. Da die erzeugte Klemmkraft aus der zu übertragenen Kraft oder dem Moment hergeleitet wird, wächst sie mit diesen, wodurch bei richtiger Dimensionierung ein Rutschen ausgeschlossen ist. Die erzeugte Klemmkraft bewirkt auch eine (schwächere) Fixierung quer zur Längskraft oder analog die axiale Fixierung der Welle-Nabe-Verbindung.

Als Klemmvorrichtung können alle Einrichtungen dienen, bei denen die Klemmkraft durch die zu übertragende Kraft oder das zu übertragende Drehmoment erzeugt wird; die Klemmkraft steigt bei entsprechender Anordnung proportional oder stärker mit der Kraft oder dem Drehmoment. Sie beruhen darauf, daß die Kraft zwischen Schiene und Schlitten oder das Drehmoment zwischen Welle und Nabe mit hoher Kraftübersetzung umgelenkt wird in eine normal, radial oder axial gerichtete Klemmkraft, wobei die Relativbewegung zwischen beiden praktisch zu vernachlässigen ist. Da diese Klemmkraft innerhalb des betrachteten Systems erzeugt wird, sind die Kraftkreise kurz und daraus folgende Verformungen örtlich begrenzt. Durch symmetrische Mehrfachanordnungen können Verlagerungen oder Unrundheiten minimiert oder vermieden werden. Darüberhinaus können die zu verbindenden Teile und die Klemmvorrichtungen durch weitere Mittel in ihrer Lagezuordnung bestimmt sein, so ein Zahnrad auf einer Welle durch die eigene Zentrierung mittels Passung.

Bekannt sind solche Klemmvorrichtungen aus den Freiläufen, Überholkupplungen oder Rücklaufsperren, wenngleich die Aufgaben der vorliegenden Erfindung und damit die Beanspruchung der miteinander fungierenden Teile andere sind. Übliche Mittel zur Erzeugung der Klemmkräfte sind runde Klemmkörper (Kugeln oder Rollen) in keilförmigen Spalten zwischen Schiene und Schlitten oder sichel-keilförmigen Spalten zwischen Welle und Nabe, wobei möglichst entweder Welle oder Nabenbohrung zylindrisch bleiben oder unrunde Klemmkörper in dem konzentrischen Ringspalt zwischen beiden, die sich bei der Verdrehung von Welle und Nabe aufrichten und verklemmen oder Schlingfedern auf der Welle oder Spreizfedern in der Nabe. Es ist bekannt, daß die übertragbare Kraft oder das Moment mit dem Reibwert und mit der Zahl der Klemmkörper proportional und mit dem Umschlingungswinkel exponentiell wächst.

Die erste Berührung der Klemmkörper mit den Kontaktflächen bedarf einer initiierenden Kraft. Ohne zusätzliche Mittel wirken schon Trägheits-(Anfahrruck), Flieh- und Reibkräfte, allein oder in Kombination auf die Klemmkörper. Zusätzliche Kraftquellen können Federn, aber auch Gas- oder Hydraulik"zylinder", Magnete, Thermische und weitere Anordnungen sein.

Alle diese Varianten von Klemmvorrichtungen können bei gegensinniger Anwendung als Klemmverbindung im Sinne der Erfindung eingesetzt werden.

Ökonomische Vorteile bietet die vorgeschlagene Anordnung durch

• - Verwendung glatter Schienen, Wellen (oder glatter Nabenbohrungen)
• - geringer Aufwand bei der Montage, Demontage und Remontage
• - Verwendungsmöglichkeit von zwei identischen Klemmvorrichtungen, das bedeutet Vereinheitlichung mit Folgenutzen (hohe Stückzahlen, Lagerhaltung)
• - die Klemmvorrichtungen können als gesonderte Teile hergestellt und vertrieben werden, während die Schlitten- oder Nabenteile spezifischen Charakter haben können (Modularität, Massen- und Spezialteile, gezielter Werkstoffeinsatz).

Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

In den zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Schnitt einer Welle-Nabe-Verbindung,

Fig. 2 die Vorderansicht nach Fig. 1.

Die beiden Klemmvorrichtungen 1 und 2 sind einem Zahnrad 3 auf der Welle 8 rechts und links angesetzt. Sie bestehen je aus einem Ring mit profilierter Innenkontur, hier mit ungleichmäßigem und unsymmetrischem Anstieg und Abfall des Radius. Für die Klemmkörper, hier drei Rollen 4, sind je eine Schräge vorgesehen. Beim Verdrehen des Ringes gegen die Welle verkeilen sich die Rollen im Ring. Die Klemmvorrichtung der anderen Seite ist umgekehrt angebracht und wirkt gegensinnig. Das Zahnrad 3 ist durch eine Passung auf der Welle zentriert.

Bei in sich symmetrischem Aufbau der Ringe erübrigte sich das sonst notwendige Wenden (die umgekehrte Anbringung). Der symmetrische Aufbau erlaubte auch, die notwendigen Wälzkörper innerhalb nur eines Ringes oder Schlittens unterzubringen, siehe hierzu Fig. 3, 6 und 9. Bei höherer Zahl der Wälzkörper für höhere Kräfte wird wegen des Platzbedarfes die Profilierung jedoch unsymmetrisch gewählt und damit auf diesen kleinen Vorteil verzichtet.

Nach dem Verdrehen werden die Ringe miteinander und dem Zahnrad durch Schrauben 5 verbunden. Mindestens zwei der drei Elemente (Klemmvorrichtung 1 und 2, Zahnrad als Nabe) müssen dafür (bogenförmige) Langlöcher 9 besitzen. Durch geeignete Wahl der Ausgangsposition ist es immer möglich, im Verstellbereich der Langlöcher zu bleiben.

Abschlußdeckel 6 verhindern das Herausfallen der Wälzkörper. Die Abschlußdeckel können auch baulich mit den Ringen vereinigt sein, in dem Fall müssen diese immer gewendet werden. Die Deckel können auch zum Zentrieren der Klemmvorrichtung dienen.

Zum Aufbringen des Verspanndrehmomentes können die Ringe eine Profilierung 7 erhalten.

Diese Anordnung überträgt auch Axialkräfte und kann deshalb auch als Klemme an einer Zylinderführung dienen. Allerdings ist dann die Klemmkraft nicht abhängig von der zu ertragenden Belastung; sie muß gesondert aufgebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Längsklemme an einer Prismenführung 9 (Schiene) zeigen Fig. 3. und Fig. 4. Das Gleitstück 1 (Schlitten) hat eine Ausnehmung 2 mit den Schrägen 3 und 4. Zwischen diesen liegen die zwei Rollen 5 und 6 als Klemmkörper. Eine Feder 7 drückt sie an die Schrägen. Auf diese Weise ist das Gleitstück gegen Kräfte F fixiert. Der Kraftkreis der Anpreßkraft ist mit 11 angedeutet. Die Wirkung der Feder 7 kann bei De- oder Remontage durch ein zangenförmiges Werkzeug 8, Fig. 5, aufgehoben werden. Sein Eingriff ist mit 11 angedeutet. Gleiches kann durch Taster 10 auch bei Gebrauch bewirkt werden. Durch Magnetisierung der Schrägen 3 und 4 kann bei Stahlrollen die Feder 7 ersetzt sein.

Eine Variante der Längsklemmverbindung zeigen Fig. 6 und 7. Hier sind die Schrägen 3 und 4 umgekehrt gerichtet, es werden zwei Haarnadel-Biegefedern 7 eingesetzt und das Lösen der Klemmkörper ist mit den Winkelhebeln 10 ermöglicht.

Im vierten Beispiel zeigen Fig. 8 und 9 Schnitt und Vorderansicht einer in einer Bewegungsrichtung schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung. Auf der Welle 8 ist in der unterbrochenen Passung 5 das Zahnrad 3 zentriert. Es besitzt hier 3 Ausnehmungen mit Schrägen 6 und 7, zugeordnet sind die Rollen 9 und 4. Zwischen diesen wirken die Federn 10. Die Rollen 4 sind von als Käfig wirkenden Lappen 14 einer seitlichen Blechscheibe 12 gehalten. Federn 11 wirken auf diese Scheibe im Uhrzeigersinn und können so die Rollen 4 außer Kontakt bringen. Die Blechscheibe kann von einer gestellfesten Druckplatte 13 kurzzeitig berührt und damit gegenüber dem als Antrieb wirkenden Zahnrad zurückgehalten werden.

Im Normalzustand klemmen alle Rollen 4 und 9. Angenommen sei, der Antrieb erfolge vom Zahnrad gegen den Uhrzeigersinn. Wird der Antrieb entlastet, dann wird die Klemmkraft der treibenden Rollen 4 zu Null und die stärkeren Federn 11 vermögen mittels der Lappen 14 die Rollen 4 außer Kontakt zu bringen, die schwächeren Federn 10 werden noch mehr vorgespannt. Rollen 9 bleiben in Kontakt und verhindern das Schnellerwerden der Welle.

Hingegen kann das Zahnrad die Welle überholen, denn erneutes Treiben über das Zahnrad wird nicht übertragen, da die Rollen 4 außer Kontakt bleiben. Dieser Zustand kann beendet werden, indem kurzzeitig die Druckplatte 13 an die Scheibe 12 gepreßt wird. Hierdurch wird die Scheibe abgebremst, die Rollen 4 gelangen wieder in Kontakt und die Feder 11 wird wieder gespannt. Eine äußere Steuerung sorgt dafür, daß dieser Kupplungs- oder Schaltvorgang nur bei geringer Relativgeschwindigkeit zwischen Nabe und Welle erfolgt, um Rucke zu vermeiden.

Claims (5)

1. Anordnung zur kraftschlüssigen Verbindung von Führung und Schlitten oder insbesondere von Welle und Nabe, gekennzeichnet durch gegensinnig wirkende Anbringung mindestens zweier, an sich bekannter, in einer Richtung wirkender Klemmvorrichtungen an Führung und Schlitten oder Welle und Nabe.

2. Klemmverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung identischer Klemmvorrichtungen.

3. Klemmverbindung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung in sich symmetrischer Klemmvorrichtungen.

4. Klemmverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch zusätzliche Kraftquellen zwischen den Klemmkörpern.

5. Klemmverbindung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch während des Betriebs oder in Ruhe schaltbare Klemmvorrichtungen.