DE19805211A1

DE19805211A1 - Spannvorrichtung zum Verbinden zweier umeinander angeordneter Bauteile

Info

Publication number: DE19805211A1
Application number: DE19805211A
Authority: DE
Inventors: Detlef Goergens
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Verbinden zwei er umeinander angeordneter Bauteile von denen eines eine zylin drische Bohrung und das andere eine zylindrische Außenfläche aufweist. Spannvorrichtungen werden zur Verbindung von Naben auf Welle eingesetzt, insbesondere um Wälzlagerinnenringe auf Wellen zu fixieren.

Aus der DE 41 03 136 A1 ist eine Klemmkörperkupplung für die Sperrung eines Kupplungsaußenteils zu einer Welle bekannt. In drei Richtungen der möglichen beiden axialen Verstellrichtungen und der beiden Drehrichtungen wird eine Sperrung ermöglicht, wo hingegen in der vierten Richtung eine Freilauffunktion gewähr leistet ist. Hierzu ist jeweils in Klemmrichtung ein Klemmspalt vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform müssen die Klemmkörper jedoch mit geringem Kraftaufwand in die Freilaufposition über führbar sein. Zum Verspannen einer Nabe auf einer Welle ist sie daher nicht geeignet.

Ferner sind Spannvorrichtungen mit konischen Klemmhülsen be kannt. Dabei wird eine Klemmhülse mit einer konischen Außenflä che auf eine Welle aufgeschoben. Ein Wälzlager mit einem Wälz lagerinnenring, der eine entsprechende konische Innenfläche auf weist, ist auf die Klemmhülse aufgesteckt. Über eine Mutter, die auf ein Gewinde der Klemmhülse geschraubt ist, wird der Innen ring auf dem Konus der Klemmhülse verspannt. Diese Art der Ver spannung macht jedoch einen konischen Wälzlagerinnenring notwen dig, der aufwendig und kostenintensiv gefertigt werden muß.

Eine weitere bekannte Möglichkeit einen Wälzlagerinnenring auf einer Welle zu fixieren, ist die Verwendung von Gewindestiften in den Wälzlagerinnenringen über die die Wälzlager auf der Welle festgelegt werden. Bei der Montage dieser Wälzlager werden die Oberflächen der Wellen jedoch beschädigt. Ferner kann dabei ei ne, wenn auch geringfügige radiale Verlagerung des Wälzlage rinnenrings zur Welle stattfinden und die Welle verbogen werden, was bei vielen Anwendungen unakzeptabel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen, bei der die zu verbindenden Bauteile konzentrisch verspannt werden. Ferner soll die Spannvorrichtung eine einfache Montage und Demontage ermöglichen ohne die Oberflächen der Bau teile zu beschädigen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spannvorrichtung mit zur Klemmung zwischen den beiden Bauteilen umfangsverteilter als Wälzkörper ausgebildeten Klemmkörpern, mit einer Klemmhülse, die in Längsrichtung geschlitzt ist und Klemmflächen aufweist, wel che, im Querschnitt gesehen, in einer Umfangsrichtung zur zylin drischen Fläche eines der Bauteile je Klemmkörper einen sich verengenenden Klemmspalt bilden, wobei die Klemmkörper selbst hemmend im Klemmspalt festlegbar sind, gelöst. Die Klemmkörper werden dabei selbsthemmend im Klemmspalt geklemmt.

Selbsthemmung ist grundsätzlich dann vorhanden, wenn nach der Klemmung der Klemmkörper ein Drehmoment notwendig ist, um die Klemmung zu lösen. Erreicht wird dies durch einen möglichst kleinen Winkel zwischen den Klemmflächen und durch eine mög lichst hohe Reibung zwischen den Klemmkörpern und den Klemm flächen. Vorzugsweise sind zylindrische Klemmkörper, wie z. B. Nadelrollen, vorgesehen.

Bei einer Verdrehung der Klemmhülse gegenüber demjenigen Bau teil, das zusammen mit der Klemmfläche den Klemmspalt bildet, rollen die Klemmkörper auf den jeweiligen Klemmflächen ab und wandern in der entsprechenden Umfangsrichtung tiefer in den sich verengenden Klemmspalt hinein. Somit lassen sich die Klemmhülse und das eine Klemmfläche bildende Bauteil miteinander verspan nen. Da die Klemmhülse in Längsrichtung geschlitzt ist, wird die Klemmkraft von der Klemmhülse auch auf das andere Bauteil über tragen, wodurch beide Bauteile miteinander verbunden sind.

Um eine gleichmäßige Klemmung aller Klemmkörper zu gewährlei sten, sind die Klemmkörper in Umfangsrichtung durch einen Käfig geführt. Somit befinden sich alle Klemmkörper in gleicher Posi tion zum jeweiligen Klemmspalt.

Um die umeinander angeordneten Bauteile konzentrisch zueinander zu positionieren auch bevor die Bauteile miteinander verspannt sind, sind Federmittel zur Beaufschlagung der Klemmkörper in Richtung zur Verengung des Klemmspalts hin vorgesehen. Somit werden die beiden Bauteile mittels der Federkräfte, die auf die Klemmkörper wirken, in einer konzentrischen Anordnung zueinander gehalten.

Die Federmittel können dabei zwischen den Klemmkörpern und dem Käfig angeordnet sein, wobei sich jedoch der Käfig gegen die Klemmhülse abstützen muß. Die Federmittel können auch direkt zwischen den Klemmkörpern und der Klemmhülse angeordnet sein.

Um die Selbsthemmung der Klemmkörper bei einer Klemmung zu ver stärken, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Klemmhülse aus einem weicheren Material besteht als die Klemmkörper. Die Klemmhülse muß dabei plastisch verformbar sein, so daß an den Kontaktstellen jeweils zwischen den Klemmkörpern und den Klemmflächen der Klemmhülse eine plastische Verformung eintritt. Hierzu können die Klemmkörper aus gehärteten und die Klemmhülse aus ungehärteten Stahl hergestellt sein.

Damit die Klemmung nicht unbeabsichtigt gelöst werden kann, sollten Verdrehsicherungen zwischen der Klemmhülse und den Bau teilen vorgesehen sein. Hierzu kann die Klemmhülse mit zumindest einem Bauteil verklebt sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Klemmhülse an mindestens einem Ende dicht aufeinanderfolgende in Längsrichtung verlaufende und auf dem Umfang verteilte Einschnitte aufweist. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Einschnitten sind so mit Segmente gebildet. Für eine formschlüssige Verdrehsicherung der Klemmhülse gegenüber einem der Bauteile läßt sich mindestens ein Segment mit einer Nut oder einer Bohrung des Bauteils in Überdeckung bringen und in diese abbiegen.

Um das Verdrehen der Klemmhülse gegenüber den Bauteilen zu er leichtern, sind in der Klemmhülse und/oder in mindestens einem der Bauteile Angriffsmittel für ein Werkzeug zur Drehmomentein leitung vorgesehen. Sind diese Angriffsmittel durch Nuten oder Bohrungen dargestellt, können herkömmliche Hakenschlüssel zur Verdrehung der Klemmhülse oder der Bauteile verwandt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung zum Ver binden eines Wälzlagers auf einer Welle, im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Spannvorrichtung mit Federmitteln, die sich gegen einen Käfig abstützen, im Querschnitt, und

Fig. 3 eine Spannvorrichtung mit Federmitteln, die sich gegen die Klemmhülse abstützen, im Querschnitt.

In Fig. 1 ist ein Wälzlager 1 dargestellt, das mittels einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 2 auf einer Welle 3 fixiert ist. Das Wälzlager 1 umfaßt einen Wälzlagerinnenring 4 und einen Wälzlageraußenring 5, zwischen denen in einem Käfig 6 geführte Wälzkörper 7 abwälzend angeordnet sind. Der Wälzkörperinnenring 4 weist eine Bohrung 8 auf, in die die Spannvorrichtung 2 einge steckt ist. Die Spannvorrichtung 2 umfaßt eine Klemmhülse 9 und als Wälzkörper ausgebildete Klemmkörper 10, die mittels eines Käfigs 11 in Umfangsrichtung geführt sind. Die Welle 3 ist durch eine zylindrische Bohrung 12 der Klemmhülse 9 hindurchgeführt. Die Klemmhülse 9 weist in einem radial aufgeweiteten Ende dicht aufeinander folgende, in Längsrichtung verlaufende und auf dem Umfang verteilte Einschnitte 15 auf, so daß jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Einschnitten 15 ein Segment 14 ge bildet ist. Zur formschlüssigen Verdrehsicherung der Klemmhülse 9 gegenüber dem Wälzlagerinnenring 4 ist ein Segment 14 in eine Nut 13 im Wälzlagerinnenring 4 abgebogen. Ferner weist die Welle 3 eine Bohrung 16 auf, in die ebenfalls ein Segment 14 zur form schlüssigen Verdrehsicherung der Klemmhülse 9 gegenüber der Wel le 3 abgebogen werden kann. Damit die Klemmhülse 9 gegenüber dem Wälzlagerinnenring 4 verdreht werden kann, weist die Klemmhülse 9 in dem radial aufgeweiteten Teil Nuten 17 auf. Somit können Hakenschlüsse in den Nuten 13 des Wälzlagerinnenrings 4 und den Nuten 17 der Klemmhülse 9 angreifen, um beide Bauteile 4, 9 ge geneinander verdrehen zu können.

Fig. 2 und Fig. 3 stellen zwei Spannvorrichtungen 2', 2'' zur Festlegung eines Wälzlagerinnenrings 4 auf einer Welle 3 im Querschnitt dar. Soweit Bauteile mit Bauteilen der Fig. 1 über einstimmen, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Welle 3 durch die zylindri sche Bohrung 12' der Klemmhülse 9' hindurchgeführt ist. Die Klemmhülse 9' weist auf ihrer Außenfläche umfangsverteilte, sich in Umfangsrichtung erstreckende und von der Längsachse entfer nende Klemmflächen 18 auf, die zusammen mit der zylindrischen Innenfläche der Bohrung 8 des Wälzlagerinnenrings 4 einen sich verengenden Klemmspalt bilden. In den Klemmspalten sind die Klemmkörper 10' angeordnet. Diese werden durch Federmittel 19 jeweils zur engsten Stelle des Klemmspalts zwischen einer Klemm fläche 18 und der Bohrung 8 gedrückt. Die Federmittel 19 stützen sich dabei gegen den Käfig 11' ab, der sich wiederum über Stege 20 gegen die Klemmhülse 9' abstützt. Die Stege 20 stützen sich hierbei jeweils gegen einen Vorsprung der Klemmhülse 9' ab, der durch zwei aufeinanderfolgende Klemmflächen 18 gebildet ist. Somit werden im nichtgeklemmten Zustand die Klemmkörper 10' gleichmäßig in den sich verengenden Klemmspalte gedrückt, so daß der Wälzlagerinnenring 4 koaxial zur Welle 3 gehalten ist. Um eine Klemmung zu erzielen, wird die Klemmhülse 9' in der darge stellten Ansicht im Uhrzeigersinn gegenüber den Wälzlagerinnen ring 4 verdreht. Hierdurch rollen die Klemmkörper 10' jeweils auf den Klemmflachen 18 ab, dringen tiefer in den sich verengen den des Klemmspalt ein und werden geklemmt. Durch Klemmspalte, die einen sehr geringen Winkel zwischen den Klemmflächen 18 und der zylindrischen Oberfläche der Bohrung 8 aufweisen, wird eine Selbsthemmung der Klemmkörper 10' im Klemmspalt erzielt. Somit ist der Wälzlagerinnenring 4 auf der Klemmhülse 9' fixiert. Auf grund eines Längsschlitzes 20 der Klemmhülse 9' kann dieser ra dial zusammengedrückt werden, so daß die Klemmkräfte auch auf die Welle 3 übertragen werden und der Wälzlagerinnenring 4, die Klemmhülse 9 und die Welle 3 zueinander fixiert sind.

In Fig. 3 ist eine Spannvorrichtung 2'' in gleicher Ansicht dargestellt wie in Fig. 2. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Diese Ausbildungsform unter scheidet sich von der bei Fig. 2 beschriebenen darin, daß sich die Federmittel 19' gegen die Klemmhülse 9'' abstützen und daß sich der Käfig 11'' frei in Umfangsrichtung verstellbar ist. Auf diese Weise werden ebenfalls die Klemmkörper 10'' jeweils in die Verengungen der Klemmspalte gedrückt, um eine koaxiale Anordnung des Wälzlagerinnenrings 4 zur Welle 3 zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste

1

Wälzlager

2

,

2

',

2

'' Spannvorrichtung

3

Welle

4

Wälzlagerinnenring

5

Wälzlageraußenring

6

Käfig

7

Wälzkörper

8

Bohrung

9

,

9

',

9

'' Klemmhülse

10

,

10

',

10

'' Klemmkörper

11

,

11

',

11

'' Käfig

12

,

12

',

12

'' Bohrung

13

Nut

14

Segment

15

Einschnitt

16

Bohrung

17

Nut

18

,

18

' Klemmflächen

19

,

19

' Federmittel

20

,

20

' Längsschlitz

Claims

1. Spannvorrichtung (2, 2', 2'') zum Verbinden zweier umeinan der angeordneter Bauteile (3, 4), von denen eines (4) eine zylindrische Bohrung (8) und das andere (3) eine zylindri sche Außenfläche aufweist, insbesondere eines Wälzlagerin nenrings (4) und einer Welle (3), mit zur Klemmung zwischen beiden Bauteilen umfangsverteilter, als Wälzkörper ausge bildeten Klemmkörpern (10, 10', 10''), mit einer Klemmhül se (9, 9', 9''), die in Längsrichtung geschlitzt ist und Klemmflächen (18, 18') aufweist, welche, im Querschnitt ge sehen, in einer Umfangsrichtung zur zylindrischen Fläche eines der Bauteile je Klemmkörper (10, 10', 10'') einen sich verengenden Klemmspalt bilden, wobei die Klemmkörper (10, 10', 10'') selbsthemmend im Klemmspalt festlegbar sind.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (10, 10', 10'') in Umfangsrichtung in einem Käfig (11) geführt sind.

3. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Federmittel (19, 19') zur Beaufschlagung der Klemmkör per (10, 10', 10'') in Richtung zu der Verengung des Klemm spalts hin vorgesehen sind.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Federmittel (19, 19') gegen die Klemmhülse (9, 9', 9'') abstützen.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Federmittel (19, 19') gegen den Käfig (11, 11', 11'') abstützen und daß sich der Käfig (11, 11', 11'') gegen die Klemmhülse (9, 9', 9'') abstützt.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (9, 9', 9'') durch die Klemmkörper (10, 10', 10'') bei Überführung in die Klemmung örtlich plas tisch verformbar ist.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Verdrehsicherung zwischen der Spannhül se (9, 9', 9'') und zumindest einem der Bauteile (3, 4) vorgesehen ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehsicherung die Klemmhülse (9, 9', 9'') zumin dest mit einem der Bauteile (3, 4) verklebt ist.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur formschlüssigen Verdrehsicherung die Klemmhülse (9, 9', 9'') an mindestens einem Ende dicht aufeinanderfolgende in Längsrichtung verlaufende und auf dem Umfang verteilte Einschnitte (15) aufweist, so daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Einschnitten (15) ein Segment (14) ge bildet ist, daß mindestens eines der Bauteile (3, 4) je weils mindestens eine Nut (13, 17) oder eine Bohrung (16) aufweist, die mit einem Segment (14) in Überdeckung bring bar ist, und daß dieses Segment (14) in die Nut (13, 17) oder die Bohrung (16) abbiegbar ist.

10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (9, 9', 9'') und/oder mindestens eines der Bauteile (3, 4) Angriffsmittel für ein Werkzeug zur Drehmomenteinleitung aufweisen.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsmittel für ein Werkzeug zur Drehmomentein leitung durch Nuten (13, 17) oder Bohrungen (16) gebildet sind.