DE19710952A1 - Verfahren und Vorrichtung zum axialen Befestigen eines Ringelementes auf einer Welle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum axialen Befestigen eines Ringelements, z. B. eines in­ neren Lagerlaufrings auf einer Welle, entsprechend dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1. Die Erfindung be­ faßt sich auch mit Vorrichtungen zum Durchführen dieser Befestigung.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Festlegen und Befestigen eines Ringes, einer Buchse oder dgl. auf einer Welle bekannt. Ein besonders schwie­ riges Problem besteht darin, ein Ringelement, das auf eine gewisse axiale Vorlast vorgespannt werden soll, sicher zu befestigen. Erforderlich ist dies z. B. bei Kegelrollen­ lagern, wenngleich das Verfahren nicht auf das Befestigen von deren Ringen begrenzt ist. Das Problem besteht dann darin, den Ring axial und radial in dem Moment zu ver­ riegeln, in dem er genau die erforderliche oder gewünschte Vorlast erhalten hat, ohne daß er dabei oder danach eine Möglichkeit hat, axial auf der Welle zu kriechen. Die gewöhnlich verwendeten Befestigungsverfahren gestatten eine solche Verriegelung im allgemeinen nicht, weil die Vorlast normalerweise unter Verwendung von Keilen, Distanzhülsen, verformbaren Hülsen usw. aufgebracht werden muß, wobei keine Garantie dafür besteht, daß sich die exakt auf­ gebrachte Vorlast nicht infolge unbekannter Formänderungen oder kleiner Bewegungen zwischen Welle und Ring verändert, bevor der Ring sicher befestigt ist, z. B. mit einer Schließmutter, die es weiterhin erforderlich macht, daß die Welle mit einem Gewindeabschnitt versehen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, ein Ver­ fahren zu schaffen, welches auf sehr einfache Weise ein formschlüssiges Befestigen des Ringelements auf der Welle ermöglicht, ohne ein axiales Rutschen zuzulassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art mit den Merkmalen des kennzeich­ nenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Befestigung des Ringelements auf der Welle ist einfach durchzuführen, ohne daß es erforderlich wäre, die Welle mit einem Gewinde zu versehen. Dennoch ist die Verbindung sehr zuverlässig.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres Verfahren zum Befestigen eines Ringelements in Anspruch 2 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird auf einen Ring auf einer Welle eine Vorlast ausgeübt und daraufhin der Ring sofort in seiner vorbelasteten Stellung fixiert, ohne eine Rutschbewegung zwischen Welle und Ring zuzulassen.

Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Verwendung in die­ sen Verfahren werden in den beigefügten Ansprüchen 5 bis 11 beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf einige erfin­ dungsgemäße Ausführungsbeispiele, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht eines Wellenabschnitts mit einem darauf befestigten Ring­ element;

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht einer leicht modifizierten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, die jedoch das Ringelement in einer nicht mit der Welle arretierten Stellung zeigt;

Fig. 4 eine schematische Schrägansicht des Verriegelungselements der Vorrichtungen nach Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 eine modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung in Verbindung mit einer Hydraulikmutter;

Fig. 6 eine vergrößerter Detailansicht aus Fig. 5;

Fig. 7 das Ringelement nach Fig. 5, benutzt zur Befestigung des inneren Laufrings eines vorbelasteten Kegelrollenlagers.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ver­ wendet wird. Die Abbildung zeigt einen Bereich einer Welle und ein Ringelement 2, das auf dieser sitzt, so daß die Welle durch die Ringbohrung ragt. Die Hüllfläche der Welle 1 ist mit einer Vertiefung 3 versehen, die als schräg zu­ laufender Einst ich in der Längsrichtung der Welle ausge­ bildet ist, wobei sich ihr tieferer Bereich auf der linken Seite der Abbildung befindet und sie einen weichen Über­ gangsbereich zur Hüllfläche am entgegengesetzten Ende be­ sitzt. Das Ringelement 2 ist mit einer Ausnehmung 4 in der inneren Bohrungsfläche versehen, die zu seinem Inneren hin offen ist, wobei die Ausnehmung 4 des Ringelements eine Umfangsausdehnung und eine Länge besitzt, die im wesentli­ chen denjenigen der Vertiefung 3 in der Welle 1 entspre­ chen. In Richtung radial nach außen wird die Ausnehmung 4 des Ringelements durch einen Wandteil 5 abgeschlossen, der in der dargestellten Ausführungsform jedoch eine radiale Öffnung 6 besitzt, deren Zweck später erläutert wird. Weiterhin besitzt der Wandteil 5 eine sich im wesentlichen radial erstreckende Gewindedurchgangsbohrung 7, die eine Schraube 8 aufnimmt, die von der äußeren Hüllfläche des Ringelements 2 her ein- und herausgeschraubt werden kann. In der Ausnehmung 4 sitzt ein Verriegelungselement 10 mit einem ersten Rumpfteil 11, dessen Breite im wesentlichen der Breite der Vertiefung 3 in der Welle bzw. der Ausneh­ mung 4 in dem Ringelement entspricht und dessen Länge etwas kürzer ist als die Länge der Vertiefung 3 bzw. Ausnehmung 4. Der Rumpfteil 11 ist im wesentlichen quaderförmig, be­ sitzt jedoch an seiner Unterkante 12 eine schräg zulaufende Form, die komplementär zur Form der Vertiefung 3 in der Welle 1 ist. An der Oberseite des Rumpfteils 11 des Ver­ riegelungselements ist ein sich nach oben, d. h. in einer Richtung weg von der schräg zulaufenden Kante 12 er­ streckender kurzer, stabähnlicher Teil 13 vorgesehen, der in der radialen Öffnung 6 in dem Wandteil 5 des Ringele­ ments aufgenommen und geführt ist. Es ist erkennbar, daß die Ausnehmung 4 in dem Ringelement 2 eine radiale Tiefe besitzt, die im wesentlichen der Höhe des im wesentlichen quaderförmigen Rumpfteils 11 des Verriegelungselements 10 entspricht. Durch das Schrauben der Schraube 8 durch die Bohrung 7 im Wandbereich 5 gegen das Verriegelungselement 10 ist die Spitze der Schraube 8 gegen die der schräg zu­ laufenden Kante 12 gegenüberliegende Fläche des Verriege­ lungselements 10 anpreßbar, wodurch sie die schräg zulau­ fende Kante in die Vertiefung 3 in der Welle drängt und so­ mit dafür sorgt, daß sowohl das Verriegelungselement 10 als auch das Ringelement 2 axial und radial in ihren Stellungen relativ zu der Welle 1 arretiert werden. Diese Arretierung erhält man augenblicklich, wenn die Schraube 8 in eine Verriegelungsstellung eingeschraubt wird.

Fig. 2 zeigt im Vergleich zu Fig. 1 eine leicht modifi­ zierte Ausführungsform, bei welcher alle Bauteile und Ele­ mente der Ausführungsform nach Fig. 1 ähnlich sind, mit Ausnahme dessen, daß die Vertiefung in der Welle als eine Umfangsnut 3a mit schräg zulaufender Fläche gefertigt ist. Bei einer solchen Ausführungsform zieht das augenblickliche Verriegeln des Ringelements 2 mit der Welle 1 nur eine si­ chere axiale Verriegelung nach sich, wohingegen in Umfangs­ richtung bezüglich der Welle gewisse Möglichkeiten für das Ringelement zum Rutschen bestehen.

Fig. 3 zeigt in einer Fig. 2 entsprechenden Ansicht, wie die Verriegelungsschraube 8 herausgeschraubt wurde, damit ihre Spitze nicht länger die zusammenwirkende Fläche des Verriegelungselements 10 nach unten drückt und damit dessen schräg zulaufende Kante 12 in die vertiefte Nut 3a in der Welle hakt und eine relative Axialbewegung zwischen dem Ringelement und der Welle 1 verhindert. Der stabähnliche Teil 13 wurde dadurch in der radialen Öffnung 6 schräg­ gestellt und das Verriegelungselement 10 manuell über den stabähnlichen Teil 13 oder durch Berührung mit einer der Kanten der Nut 3a radial aus dieser herausbewegt.

Fig. 4 zeigt eine Schrägansicht eines Verriegelungselements 10, wie es einen Teil der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vor­ richtung bildet. Wie bereits vorhergehend beschrieben, be­ sitzt das Verriegelungselement 10 einen im wesentlichen quaderförmigen Rumpfteil 11, dessen Unterkante jedoch von einem dicken Abschnitt an einem Ende des Rumpfteils schräg zuläuft und sich in einen flachen, kontinuierlich schmaler werdenden, hervorstehenden Teil 12a an der entgegengesetz­ ten Seite des Rumpfteils 11 fortsetzt. Auf der der schräg zulaufenden Unterkante 12 entgegengesetzten Seite besitzt der Rumpfteil 11 ein kurzes stabähnliches Element 13, das in einer Richtung weg von der schräg zulaufenden Unterkante 12 vorsteht. Wie man an der Unterseite des freien Endes des vorstehenden Teils 12a erkennen kann, besitzt dieser eine etwas gekrümmte Fläche, die zu der Krümmung des Profils der Welle 1 oder der darin befindlichen Vertiefung passen soll.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung in einer modifizierten Ausfüh­ rungsform, die besonders gut geeignet ist, um ein Ringele­ ment auf einer Welle vorzubelasten und es dann augen­ blicklich in einer exakt vorbelasteten Stellung an der Welle zu arretieren. Die Abbildung zeigt einen Bereich ei­ ner Welle 1 mit einem auf ihr sitzenden Ringelement 2. Die Welle 1 besitzt an einem Ende Befestigungsmittel, hier in Form eines Gewindebereichs 14, an welchem eine hydraulische Mutter 15 oder dgl. irgendeines geeigneten, herkömmlichen Typs befestigt - in dieser Ausführungsform aufgeschraubt - ist, die mit ihrem ringförmigen Kolben 16 eine axiale Vor­ spannkraft unmittelbar oder über einen Zwischenring 17, wie abgebildet, auf das Ringelement 2 überträgt.

In dieser Ausführungsform ist das Ringelement 2 längs einer sich im wesentlichen axial erstreckenden, konisch zulaufen­ den Teilungsfläche 2c (siehe Fig. 6) in zwei Hälften 2a, 2b geteilt. Die innere Hälfte 2a des Ringelements 2 besitzt eine im wesentlichen zylindrische innere Bohrung, während die äußere Hälfte 2b jede beliebige äußere Form haben kann, wenngleich sie in der Abbildung mit einer zylindrischen Außenform dargestellt ist. Die beiden Ringhälften 2a, 2b haben sich ergänzende, konisch zulaufende Flächen, die ein­ ander zugewandt sind, wobei die konisch zulaufende Fläche der äußeren Ringhälfte 2b von zylindrischen Abschnitten be­ grenzt ist, von denen der mit kleinerem Durchmesser dazu bestimmt ist, auf der Welle 1 geführt zu werden, während der am anderen Ende befindliche axiale Bereich mit dem größeren Durchmesser so ausgeführt ist, daß er einen zylin­ drischen, axial vorstehenden Vorsprung 2d der inneren Hälfte 2a des Ringelements umgeben kann. Der zylindrische Vorsprung 2d besitzt einen inneren Durchmesser, der größer als der innere Durchmesser des Hauptbereichs der inneren Hälfte 2a des Ringelements ist, damit in montierter Stel­ lung zwischen dem Vorsprung 2d und der Welle 1 ein ringför­ miger Raum gebildet wird. Der ringförmige Raum dient zur Aufnahme eines radial vorstehenden Anschlagrings 18, z. B. eines Drahtsicherungsrings, der in einer Umfangsnut 19 in der Welle angeordnet ist und dazu dient, die innere Hälfte 2a des Ringelements in einer Richtung an einer axialen Be­ wegung zu hindern.

In der Außenhälfte 2b des Ringelements ist wenigstens eine Kammer 20 vorgesehen, die sich in Richtung der konisch zu­ laufenden Fläche 2e der inneren Ringhälfte 2b öffnet und ein Verriegelungselement 21 aufnimmt, das in der Kammer 20 geführt ist, so daß es zwischen einer vollständig in der Kammer eingeschlossenen Stellung und Stellungen beweglich ist, in welchen es aus der Kammer 20 vorsteht, um an der konisch zulaufenden Fläche 2e der inneren Hälfte 2a des Ringelements anzugreifen und verriegelnd gegen diese ge­ preßt zu werden. Zum Erleichtern eines zuverlässigen und sicheren Verriegelns des Verriegelungselements 21 mit der inneren Hälfte 2a des Ringelements - und damit des gesamten Ringelements 2 mit der Welle 1 - besitzt die aus der Kammer 20 vorstehende Seitenkante 22 des Verriegelungselements 21 eine Neigung entsprechend derjenigen der konisch zulaufen­ den Fläche 2e der inneren Hälfte 2a des Ringelements. Um sicherzustellen, daß das Verriegelungselement 21 in der Kammer 20 keine falsche Stellung einnehmen kann, ist diese und/oder das Verriegelungselement 21 vorzugsweise so ausge­ staltet, daß es mit seiner schräg zulaufenden Fläche nur in der richtigen Richtung einstellbar ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist wenigstens ein Spannelement in Form ei­ ner Verriegelungsschraube 8 vorgesehen, um ein leichtes Aufbringen einer Keilkraft zwischen dem Verriegelungsele­ ment 21 und der inneren Hälfte 2a des Ringelements zu er­ lauben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist es auf sehr zuverlässige Weise möglich, dem Ringelement 2 eine ge­ wünschte Vorlast mittels der hydraulischen Mutter 15 zu ge­ ben, die über den Zwischenring 17 auf die äußere Hälfte 2b des Ringelements wirkt, und das Ringelement 2 augenblick­ lich an der Welle 1 zu arretieren, indem man über das auf das Verriegelungselement 21 wirkende Spannelement 8 eine ausreichende Keilkraft aufbringt, ohne zuvor die von der hydraulischen Mutter oder ähnlichem ausgeübte axiale Kraft gelöst zu haben.

In Fig. 7 ist dargestellt, wie die Anordnung mit einem ge­ teilten Ringelement 2 und einer hydraulischen Mutter 15 ge­ mäß Fig. 5 verwendet wird, um eine Vorlast auf ein Kegel­ rollenlager 23 aufzubringen, wobei der Zwischenring 17 die Kraft der hydraulischen Mutter auf das Ringelement 2 über­ trägt, das seinerseits gegen den inneren Laufring 24 des Lagers 23 drückt, dessen äußerer Laufring 25 an einer festen Anschlagfläche 26 in einem Gehäuse 27 anliegt, wodurch die axiale Kraft über die zwischenliegenden Kegelrollen eine Vorlast in dem Lager aufbaut. Wenn die Vorlast eine gewünschte Größe erreicht, die mit Hilfe der Skala eines Druckmessers 28 stimmbar ist, der über eine Zuleitung mit der hydraulischen Mutter 15 verbunden ist, wird das Spannelement 8 des Ringelements betätigt, um das Verriegelungselement 21 dazu zu bringen, eine Keilkraft zwischen den Bauteilen des Ringelements 2 aufzubauen, wodurch auch augenblicklich der innere Lagerlaufring in einer Stellung verriegelt wird, in welcher das Lager 23 eine gewünschte innere Vorlast besitzt. Sobald die Verriegelung durchgeführt worden ist, kann die von der hydraulischen Mutter 15 aufgebrachte axiale Kraft gelöst und die hydraulische Mutter von der Welle 1 entfernt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie­ benen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche eine Vielzahl von Modifikationen und Abwandlungen möglich. So wurden z. B. die Spannelemente als Schrauben dargestellt und beschrie­ ben, jedoch können diese Spannelement z. B. auch mit Werk­ zeug einstellbare Exzenter oder sonstige Spannmittel sein.

Weiterhin kann das Ringelement einstückig mit einem inneren Lagerlaufring ausgebildet sein, oder es kann einfach als Anschlagelement vorgesehen sein, um eine axiale Bewegung eines separaten Lagerlaufrings oder dgl. in einer axialen Richtung zu verhindern. Durch geeignete Wahl des Neigungs­ winkels der schräg zulaufenden Verriegelungsflächen ist es möglich, eine selbsthemmende Verbindung zu erhalten, die Bewegung auch in der entgegengesetzten axialen Richtung verhindert.

Wenngleich die Abbildungen nur jeweils ein Verriegelungs­ element zeigen, ist es selbstverständlich, daß es bei den meisten Ausführungsformen üblich ist, mehr als ein Verrie­ gelungselement, z. B. drei gleichmäßig über den Umfang des Ringelements verteilte Verriegelungselemente, zu verwenden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Befestigen eines Ringelements (2), z. B. eines inneren Lagerlaufrings, auf einer Welle (1) in einer Weise, die das Ringelement primär an einer axia­ len Bewegung relativ zur Welle hindert, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - Anordnen des Ringelements (2) auf der Welle (1), so daß diese von seiner Bohrung umschlossen wird, und
• - Aufbringen einer Klemmkeilkraft zwischen dem Ringele­ ment (2) und der Welle (1), wobei die Kraft augen­ blicklich aufbringbar ist und über eine schräg zulau­ fende Verriegelungsfläche (12, 22) gegen eine im we­ sentlichen entsprechend schräg zulaufende Fläche (3, 3a; 2e) wirkt.

2. Verfahren zum Aufbringen einer Vorlast auf ein Ringele­ ment (2), z. B. einen auf einer Welle (1) sitzenden in­ neren Lagerlaufring, gegen starr befestigte, axiale Bewegung verhindernde Mittel und Aufrechterhaltung der Vorlast sowie zum augenblicklichen Verriegein des Ring­ elements mit der Welle, ohne eine axiale Bewegung zuzu­ lassen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens­ schritte:

• - Anordnen des Ringelements (2) auf der Welle (1), so daß diese von seiner Bohrung umschlossen wird,
• - Aufbringen einer Vorlast auf das Ringelement (2) mittels einer axial wirkenden Kraft und
• - Aufbringen einer Klemmkeilkraft zwischen dem Ringele­ ment (2) und der Welle, wobei die Kraft augenblick­ lich aufbringbar ist und über eine schräg zulaufende Verriegelungsfläche (12; 22) gegen eine im wesent­ lichen entsprechend schräg zulaufende Fläche (2e) wirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Ringelements (2), das längs einer im wesentlichen axialen, konisch zulaufenden Fläche (2c) geteilt ist, und das Aufbringen der Keilkräfte zwischen einem Verriegelungselement (21), das beweglich in der äußeren Hälfte (2b) des Ringelements angeordnet ist, und der konisch zulaufenden Außenfläche (2e) der inneren Hälfte (2a) des Ringelements.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Ausbilden der im wesentlichen entsprechend schräg zu­ laufenden Fläche (3, 3a) unmittelbar auf der Welle (1) und das Aufbringen der Klemmkeilkraft auf die entspre­ chend schräg zulaufende Fläche über wenigstens ein ge­ trenntes Verriegelungselement (10), das in einem Sitz in dem Ring (2) angeordnet und mit Hilfe von Spannmit­ teln (8) auf die entsprechend schräg zulaufende Fläche zu und von dieser weg bewegbar ist.

5. Vorrichtung zum Befestigen eines mit einer Bohrung ver­ sehenen Ringelements (2) auf einer Welle (1), die sich durch die Bohrung des Ringelements (2) erstreckt, da­ durch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein Verriege­ lungselement (10; 21) aufweist, das dem Ringelement (2) zugehörig und mit einer schräg angeordneten Kontaktflä­ che (12, 22) versehen ist, die der Welle zugewandt ist und unter dem Einfluß von Spannmitteln (8) gegen wenig­ stens eine schräg angeordnete Gegenfläche (3, 3a, 2e) anpreßbar ist, die relativ zur Welle (1) wenigstens axial unverschieblich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg angeordnete Gegenfläche (3, 3a) un­ mittelbar an der Welle (1) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Welle (1) vorgesehene Vertiefung die schräg angeordnete Gegenfläche (3) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Welle (1) vorgesehene Umfangsnut die schräg angeordnete Gegenfläche (3a) bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (2) entlang einer axial im wesent­ lichen konisch zulaufenden Fläche (2c) in eine innere Hälfte (2a) und eine äußere Hälfte (2b) aufgeteilt ist und das Verriegelungselement (21) in einem Sitz (20) in der äußeren Ringelementenhälfte (2b) so angeordnet ist, daß es die Klemmkeilkraft auf eine konisch zulaufende Fläche (2c) der inneren Ringelementenhälfte (2a) über­ trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ringelementenhälfte (2a) axial gegen die Welle (1) arretiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmige innere Ringelementenhälfte (2a) mittels eines Verriegelungsrings (18) relativ zur Welle (1) in einer Richtung in axial arretierter Stellung ge­ halten ist, der in eine Umfangsnut (19) in der Welle (1) eingefügt ist und an einer radialen Wand der hül­ senförmigen Ringelementenhälfte anliegt.