DE19721335A1 - Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle, die mit einem Motor verbunden ist, wobei das dem Motor abgewandte und zur Aufnahme des Ro­ tors vorgesehene Ende der Antriebswelle konisch ausgebildet ist, mit einer Spannzange, die im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und um das konische Ende der Antriebswelle herum angeordnet ist und die achsparallel, jeweils von einer Stirnseite der Spannzange begin­ nend geschlitzt ist, wobei die Innenseite der Spannzange kegelförmig ausgebildet ist und die Kegelform der Form des Konus der Antriebswelle entspricht und wobei die Außenseite der Spannzange im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und eine senkrecht zur Rotati­ onsachse der Spannzange ausgebildete Anschlagfläche an dem dem Motorende abgewandten Ende der Spannzange aufweist zur kraftschlüssigen Verbindung mit einer in eine axiale Boh­ rung der Antriebswelle eingreifenden Spannschraube.

Derartige Vorrichtungen sind in der Technik vielfach bekannt. Beispielsweise im Werkzeugma­ schinenbau oder auch bei Zentrifugen werden derartige Fixierungsanordnungen eingesetzt. Bei Zentrifugen dienen diese Anordnungen als Rotoraufnahme zur Befestigung eines Zentrifugen­ rotors, um eine feste, aber leicht lösbare Verbindung zwischen Rotornabe und Antriebseinheit zu schaffen. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE G 75 41 370 bekannt. Hier wird eine Spannzange zur Befestigung des Rotors einer Laborzentrifuge verwendet. In der Labortechnik weisen die miteinander zu verbindenden Komponenten (Antrieb und Rotor) bei der Montage häufig hohe Temperaturunterschiede auf, da die Antriebswelle unter Umständen heißgelaufen ist, während andererseits der Rotor vorgekühlt ist. Nach erfolgtem Temperatur­ ausgleich und Einstellung eines Temperaturgleichgewichtes entstehen sogenannte Passungs­ spieländerungen durch Längenänderungen aufgrund des Ausgleichs von Temperaturunter­ schieden. Dies kann zum Verlust der Vorspannung und damit zum Lösen der Verbindung führen.

Spannzangen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus JP-62-46021 (A) bekannt. Die hier offenbarte Spannzange weist jedoch keine geschlitzte Struktur auf, sondern sie wird unter wärmebedingter Ausdehnung auf einen Konus gepreßt. Derartige Anordnungen finden Anwendung unter anderem bei Werkzeugmaschinen zur Halterung von Werkzeugen. Spannzangen sind auch aus WO-8911 1598 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarten Spannzangen sind geeignet für Drehgelenke, Kolben, Kolbenstangen usw. Ähnliche Spannzan­ gen sind auch aus DE-GM 72 22 304 bekannt. Spannzangen mit geschlitzten Strukturen sind aus DE 29 44 756 A1 und NO-PS 94 242 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem bekannten Stand der Technik eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, die auch nach Temperaturänderung der ein­ zelnen Komponenten bzw. nach Temperaturausgleich von Komponenten, welche bei der Mon­ tage hohe Temperaturunterschiede aufweisen, eine sichere Befestigung des Rotors auf einer Antriebswelle gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Anschlagfläche und dem Schraubenkopf der Spannschraube eine in Achsrichtung zusammendrückbare Federan­ ordnung angeordnet ist und daß zwischen Axialanschlag und (auswechselbarem) Rotor ein die Reibung erhöhendes Reibelement angeordnet ist. Dadurch wird auch bei temperaturände­ rungsbedingter Längenänderung der beteiligten Bauelemente ein festes Anliegen der Spannzange auf dem Konus der Antriebswelle und damit die kraftschlüssige Verbindung zwi­ schen Spannzange und Rotor gewährleistet, da die Federanordnung ein eventuell durch Län­ genausdehnung hervorgerufenes Passungsspiel kompensiert. Desweiteren wird eine einfache und sichere Befestigung des Rotors, beispielsweise einer Laborzentrifuge, erleichtert, weil das Reibelement sicherstellt, daß sich der Antrieb mit dem Spannsystem während des Festziehens der Spannschraube nicht unter dem Rotor wegdreht, sondern tatsächlich ein Spreizen der Spannzange erfolgt, ohne daß die Bedienperson die Teile besonders gegeneinander drücken muß. Das Reibelement kann ein beliebiges, die Reibung zwischen Rotor und Antrieb erhöhen­ des Material sein, bevorzugt ist es aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi gebildet. Vorteilhafterweise ist das Reibelement ringförmig um die Rotorachse herum angeord­ net, um eine gleichmäßige Verteilung der Reibungskraft zu bewirken. Das Reibelement kann in einer Nut oder auf andere Weise, beispielsweise durch Klebung, fixiert sein.

Zweckmäßig kann es sein, daß die Spannschraube einen Führungsschaft zur Führung der Fe­ deranordnung und zur Selbstführung aufweist, insbesondere, daß der Führungsschaft in einer Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle geführt ist. Da das Spannsystem bei sehr ho­ hen Drehzahlen betrieben werden soll, ist es wichtig, daß alle Teile exakt und unwuchtfrei ge­ führt werden. Über den Führungsschaft der Spannschraube, der zwischen Schraubenkopf und Gewinde angeordnet sein kann, sind die Spannschraube selbst in der Zentralbohrung der An­ triebswelle, die Federelemente und eine vorteilhafterweise zwischen der Anschlagfläche und der Federanordnung angeordnete Druckscheibe geführt. Da die Spannzange geschlitzt ist, ist die Auflagefläche für die Federelemente an der Spannzange unterbrochen. Um während der Spannbewegung Verschleiß an dieser Stelle zu vermeiden, kann als Zwischenlage eine Druck­ scheibe oder Unterlegscheibe verwendet werden.

Das konische Ende der Antriebswelle kann an seinem der Federanordnung zugewandten Ende einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag für die Federanordnung oder die Druckscheibe aufweisen. Dieser Anschlag dient als Überlastbegrenzung, so daß beispielsweise beim Anziehen der Spannschraube ohne Rotor die Spannzange nicht beschädigt werden kann. Dazu ist der Abstand zwischen der Federanordnung beziehungsweise der Druckscheibe und dem Anschlag so zu bemessen, daß der Spannweg begrenzt wird. Dieser Abstand kann durch wenige Versuche leicht ermittelt und optimiert werden.

Zweckmäßig für eine besondere Ausführungsform ist es, daß der Schraubenkopf der Spann­ schraube einen Kragen aufweist, der an seinem äußeren Rand in Richtung der Antriebswelle umlaufend abgewinkelt ist, wobei der abgewinkelte Teil die Spannzange an ihrem einen Ende umgreift. Dadurch wird die radiale Dehnung der Spannzange begrenzt, so daß sie beispielswei­ se beim versehentlichen Betrieb ohne Rotor nicht durch die dabei auftretenden Fliehkräfte überdehnt wird. Derartige Drehzahlen können unter anderem auftreten, wenn beispielsweise ei­ ne Laborzentrifuge ohne Rotor gestartet wird und die Zentrifuge keine Schutzeinrichtung be­ sitzt, welche solch einen Betrieb verhindert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Federanordnung als aus mindestens einer Teller­ feder gebildeter Tellerfedersatz oder als Schraubenfeder ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist die Spannzange in einer weiteren Ausführungsform an ihrem dem Motor abgewandten Ende an die Anschlagfläche anschließend eine Zylinderhülse auf, in der der Schraubenkopf mindestens teilweise angeordnet ist, wobei der Schraubenkopf an seinem äußeren Umfang ei­ nen Kragen aufweist und die Zylinderhülse einen nach innen, zur Achse gerichteten Rand auf­ weist, der den Kragen des Schraubenkopfes an der der Federanordnung abgewandten Seite umgreift und zur Anlage an, den Kragen bestimmt ist. Dadurch wirkt die Spannschraube beim Herausdrehen aus der Antriebswelle als Abzieher und löst die Spannzange von der Antriebs­ welle selbst bei sehr festem Sitz.

Zweckmäßig ist es, daß die Schlitze der Spannzange alternierend, d. h. abwechselnd von den beiden Stirnseiten der Spannzange ausgehend, ausgebildet sind. Dadurch ist es u. a. möglich, die Spannzange stark zu verformen, um die Spannschraube, die Federanordnung und die Druckscheibe von oben einzuführen, bis die Federanordnung und der Kragen in der durch den Raum zwischen dem nach innen gerichteten Rand und der Anschlagfläche gebildeten ringför­ migen Nut angeordnet sind. Allgemein führt die alternierende (mäanderförmige) Anordnung der Schlitze zu einer hohen Flexibilität der Spannzange.

In einer anderen Ausführungsform kann die Spannzange lediglich von der dem Motor zuge­ wandten Seite her geschlitzt sein. Um die oben beschriebene ringförmige Nut zur Aufnahme des Kragens des Schraubenkopfes und der Federanordnung zu bilden, ist dabei der zur Anlage an den Kragen des Schraubenkopfes ausgebildete nach innen gerichtete Rand der Spannzan­ ge an dem konischen Teil der Spannzange lösbar angeordnet. Die Spannschraube wird dabei nach Aufsetzen der Spannzange auf den Konus der Antriebswelle in die Antriebswelle hinein­ geschraubt und anschließend wird der nach innen gerichtete Rand der Spannzange auf dieser befestigt.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung für eine Zentrifuge verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Spannzange,

Fig. 3 einen Halbschnitt der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Halbschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 5 eine Spannzange für das zweite Ausführungsbeispiel.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Zentrifu­ genrotor 1, der auf eine Spannzange 2 aufgesetzt ist. Die Spannzange 2 wiederum ist auf den konischen Teil 3 der Antriebswelle 4 aufgesetzt. Zwischen dem Rotor 1, der Spannzange 2 und der Antriebswelle 4 besteht eine kraftschlüssige Verbindung (Fig. 1 und 3).

Der Rotor 1 liegt mit seinem unteren Ende an einem Axialanschlag 5 auf, der den konischen Teil 3 der Antriebswelle 4 begrenzt. Zwischen dem Axialanschlag 5 und dem Rotor 1 ist in einer kreisförmig die Achse der Antriebswelle 4 umlaufenden gut des Axialanschlages 5 ein Gummi­ ring 15 als Reibelement angeordnet. Die Spannzange 2 ist aus einem Federstahl gebildet. Sie ist mäanderförmig, d. h. alternierend von oben und unten geschlitzt, wobei die Schlitze 6 in der Fig. 1 lediglich angedeutet sind. Sie münden an ihrem innerhalb der Spannzange 2 befindli­ chen Ende in eine Bohrung 7, die bei Dehnung der Spannzange 2 eine Kräfteverteilung bewirkt und damit ein Ausreißen der Schlitze 6 verhindern (Fig. 2).

Die Spannzange 2 weist in ihrem oberen Bereich als Zylinderhülse eine Nut 8 (z. B. eine Ring­ nut) auf, die zwischen der Anschlagfläche 9 und dem nach innen weisenden Rand 10 gebildet ist. Auf der Anschlagfläche 9 liegt eine Druckscheibe 16 und auf dieser der Tellerfedersatz 11 auf, der die Spannschraube 12 selbstnachstellend gegen die Spannzange 2 verspannt. Die Spannschraube 12 weist einen Kragen 13 an ihrem äußeren Umfang auf. An der unteren Seite des Kragens 13 liegen die Tellerfedern 11 an, während die obere Seite des Kragens 13 beim Herausdrehen der Spannschraube 12 aus der Antriebswelle 4 gegen den Rand 10 der Spann­ schraube 2 drückt und diese dadurch von dem konischen Teil der Antriebswelle 4 abzieht. Die Spannschraube 12 ist durch eine zentrische Bohrung 14 des Rotors 1 erreichbar und weist ei­ nen Führungsschaft 17 auf, der zwischen dem Schraubenkopf und dem Gewinde angeordnet ist und der in einer Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle 4 geführt ist. Der Füh­ rungsschaft 17 dient auch der Führung des Tellerfedersatzes 11 und der Druckscheibe 16.

Das konische Ende der Antriebswelle 4 weist an seinem dem Tellerfedersatz 11 zugewandten Ende einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag 18 auf, der in gelockertem Zu­ stand des Rotors einen geringen Abstand zu der Ebene der Anschlagfläche 9 aufweist und beim Festziehen der Spannschraube 12 ohne Rotor durch Anlage an die Druckscheibe 16 eine Überlastbegrenzung bildet.

In der Zeichnung nicht dargestellt ist, eine weitere Ausführungsform der Spannzange 2 derge­ stalt ausgebildet, daß die Schlitze 6 nur vom unteren Rand ausgehen. Sie können sich bis in den Bereich der Nut 8 erstrecken, so daß die Spannzange wie in dem in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiel von oben auf die vormontierte Spannschraube 12 aufgesetzt wer­ den kann, bevor der Rotor 1 auf die Spannzange 2 aufgesetzt wird. Dies ist allerdings nur be­ grenzt möglich, so daß eine weitere Ausführungsform dieser letztgenannten Anordnung der Schlitze 6 darin besteht, daß der obere Teil der Spannzange 2 einschließlich des Randes 10 durch Verschraubung lösbar auf dem unteren Teil der Spannzange 2 aufgesetzt ist. Dadurch kann zunächst der untere Teil der Spannzange 2 auf dem konischen Teil 3 der Antriebswelle 4 angeordnet werden. Danach wird die Spannschraube 12 in die Antriebswelle 4 geschraubt und anschließend das obere Teil der Spannzange 2 aufgesetzt und befestigt.

Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Vorrichtung weist der Schraubenkopf der Spannschraube 12′ einen Kragen 13′ auf, der an seinem äußeren Rand in Richtung der Antriebswelle 4 einen umlaufenden, abgewinkelten Teil 19 auf, der die Spannzange 2′ an ihrem oberen Ende umgreift. Dabei ist der Rand 20 des abgewinkelten Teils 19 nach innen gekröpft und greift in eine Nut 21 ein, die an der Außenseite der Spannzange 2′, diese umlaufend, gebildet ist. Diese Anordnung sichert die Spannzange 2′ und verhindert deren Zerstörung durch Überdehnung, falls die Vorrichtung versehentlich (was bei Zentrifugen ohne Rotorerkennung möglich ist) ohne Rotor 1 in Betrieb gesetzt wird.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle, die mit einem Motor verbunden ist, wobei das dem Motor abgewandte und zur Aufnahme des Rotors vorgesehene Ende der Antriebswelle konisch ausgebildet ist, mit einer Spannzange, die im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und um das konische Ende der Antriebswelle herum angeordnet ist und die achsparallel, jeweils von einer Stirnseite der Spannzange beginnend geschlitzt ist, wobei die Innenseite der Spannzange kegelförmig ausgebildet ist und die Kegelform der Form des Konus der Antriebswelle entspricht und wobei die Außenseite der Spannzange im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und eine senkrecht zur Rotationsachse der Spannzange ausgebildete Anschlagfläche an dem dem Motor abgewandten Ende der Spannzange aufweist zur kraftschlüssigen Verbindung mit einer in eine axiale Bohrung der Antriebswelle eingreifenden Spannschraube, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlagfläche (9) und dem Schraubenkopf der Spannschraube (12) eine in Achsrichtung zusammendrückbare Federanordnung (11) angeordnet ist und daß zwischen Axialanschlag (5) und Rotor (1) ein Reibelement (15) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement (15) aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi, gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement (15) ringförmig um die Rotorachse herum angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement (15) in einer Nut fixiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (12) einen Führungsschaft (17) zur Führung der Federanordnung (11) und zur Selbstführung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsschaft (17) in einer Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle (4) geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlagfläche (9) und der Federanordnung (11) eine Druckscheibe (16) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das konische Ende der Antriebswelle (4) an seinem der Federanordnung (11) zugewandten Ende einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag (18) für die Federanordnung (11) oder die Druckscheibe (16) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (11) als Schraubenfeder oder als aus mindestens einer Tellerfeder gebildeter Tellerfedersatz ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (6) der Spannzange (2) alternierend von den beiden Stirnseiten der Spannzange (2) ausgehend ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenkopf der Spannschraube (12′) einen Kragen (13′) aufweist, der an seinem äußeren Rand in Richtung der Antriebswelle um laufend abgewinkelt ist, wobei der abgewinkelte Teil (19) die Spannzange (2′) an ihrem einen Ende umgreift.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (2) an ihrem dem Motor abgewandten Ende an die Anschlagfläche (9) anschließend eine Zylinderhülse aufweist, in der der Schraubenkopf mindestens teilweise angeordnet ist, wobei der Schraubenkopf an seinem äußeren Umfang einen Kragen (13) aufweist und die Zylinderhülse einen nach innen, zur Achse gerichteten Rand (10) aufweist, der den Kragen (13) des Schraubenkopfes an der der Federanordnung (11) abgewandten Seite umgreift und zur Anlage an dem Kragen (13) bestimmt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (6) der Spannzange (2) von der dem Motor zugewandten Seite der Spannzange (2) ausgehen und daß der zur Anlage an den Kragen (13) des Schraubenkopfes ausgebildete, nach innen gerichtete Rand (10) der Spannzange (2) an dem konischen Teil der Spannzange (2) lösbar angeordnet ist.

14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für eine Zentrifuge.