DE19828628C5

DE19828628C5 - Schrumpfscheibe

Info

Publication number: DE19828628C5
Application number: DE19828628A
Authority: DE
Inventors: Rainer Peter
Original assignee: Gerwah GmbH
Current assignee: Ringfeder Power Transmission GmbH
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-06-27
Also published as: DE19828628C1

Abstract

Spannsatz zum kraft- bzw. reibschlüssigen Verbinden einer Welle mit einer Hohlwelle oder dergleichen mit einem radial innenliegenden Stauchring (2), dessen Außenmantelfläche (4) mindestens eine Konusfläche (5;6) aufweist, und mit mindestens einem radial außenliegenden Druckring (8;9), der radial außen einen ohne eine Gegenfläche sich abstützenden Außenring (15;16) aufweist und dessen Innenmantelfläche eine Konusfläche (10;11) aufweist, die mit der Konusfläche (5;6) des Stauchringes (2) zusammenwirkt, so daß beim axialen Verspannen der Stauchring (2) zusammengedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (15;16) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannsatz zum kraft- bzw. reibschlüssigen Verbinden einer Welle mit einer Hohlwelle oder dergleichen mit einem radial innenliegenden Stauchring, dessen Außenmantelfläche mindestens eine Konusfläche aufweist, und mit mindestens einem radial außenliegenden Druckring, der radial außen einen ohne eine Gegenfläche sich abstützenden Außenring aufweist und dessen Innenmantelfläche eine Konusfläche aufweist, die mit der Konusfläche des Stäuchringes zusammenwirkt, so daß beim axialen Verspannen der Stauchring zusammengedrückt wird.
Spannsätze bzw. Kegelspannsätze besitzen mindestens ein konisches Wirkflächenpaar und sind seit langem bekannt. Sie dienen zum Verbinden einer Welle mit einer Hohlwelle oder einer Welle mit einem diese umschließenden, zylindrischen Nabenansatz etc.
Ein klassischer Vertreter eines derartigen Spannsatzes bzw. einer Spannkupplung ist beispielsweise beschrieben in der DE-PS 24 41 400 . Diese bekannte Spannkupplung dient zur Befestigung einer Nabe mit ringförmiger Ausdrehung und einem die Welle umschließenden, zylindrischen Nabenansatz, auf dem ein Druckring mit konischer Mantelfläche sitzt, der durch einen dickwandigen Spannring mit korrespondierender Konusbohrung mittels planetenartig angeordneten Schrauben spannbar ist.
Ein weiterer Spannsatz ist ferner aus der DE 32 23 683 bekannt. Es handelt sich dabei um eine reibschlüssige Welle-Flansch-Verbindung mit einem eine konische Auflauffläche aufweisenden Druckring, der im Verspannungszustand der Verbindung mit einer Stirnfläche am Flansch anliegt, sowie mit einem Spannring, der durch umfangsseitig des Druckringes sich erstreckende Schrauben mit einer konischen Druckfläche auf die Auflauffläche des Druckringes gespannt ist.
Es sind auch schon Spannsätze mit zwei konischen Wirkflächen bekannt. Es handelt sich dabei um Verbindungselemente, bei denen die beiden konischen Wirkflächen axial versetzt sind. Ein derartiges Maschinenelement wird auch als "Schrumpfscheibe" bezeichnet, obwohl man unter Schrumpfen das Ausnutzen thermischer Dehnungsunterschiede für die Erzeugung der Vorspannung versteht. Bei diesem Maschinenelement erfolgt die Übertragung des Drehmomentes unmittelbar in dem zylindrischen Wirkflächenpaar zwischen Welle und Nabe. Eine derartige Schrumpfscheibe ist beispielsweise aus der DE-PS 12 94 751 bekannt. Dort ist eine kraftschlüssige, lösbare Nabenbefestigung für eine Radscheibe mit einem die Welle umschließenden, geschlossenen Nabenansatz beschrieben, auf dem ein konisch ausgebildeter Spannring durch mehrere gleichmäßig über einen Lochkreis verteilt angeordnete und axial gerichtete Schrauben spannbar ist. Der Nabenansatz ist dabei durch einen aufgeschobenen, dünnwandigen Stauchring zusammendrückbar, welcher einen doppelkonischen Außenmantel aufweist, auf dem noch ein zweiter Spannring mit gegenläufiger Kegelfläche axial verschiebbar angeordnet ist.
Aus der DE 2 260 727 B1 ist ein Spannsatz in Doppelausführung mit konischen, selbsthemmenden und zylindrischen Elementen zur Nabenbefestigung bekannt. Dieser Spannsatz besteht aus einem geschlossenen Innenspannring mit entgegengesetzten Außenkonusflächen und einem mit radialem Abstand angeordneten geschlossenen, als Hohlzylinder ausgebildeten Außenspannring mit innerer und äußerer zylindrischer Mantelfläche. Zwischen diesen Innen- und Außenspannringen sind geschlossene Druckringe eingesetzt. Dieser Spannsatz in Doppelausführung sitzt dabei zwischen einer Welle und einer Nabe und gibt beim Verspannen die auftretenden Radialkräfte sowohl nach innen auf die Welle als auch nach außen auf die Nabe ab.
Die Wirkung der beschriebenen Spannsätze beruht stets darauf, daß die axialen Spannkräfte an der oder den konischen Wirkflächen nach dem Keilprinzip in Radialkräfte umgesetzt werden. Die beiden einen Spannsatz bildenden Ringe können dabei einen oder auch keinen Schlitz in axialer Richtung aufweisen.
Mit den Spannsätzen der hier in Rede stehenden Art können spielfrei hohe Drehmomente übertragen werden. Sie sind zudem kostengünstig herstellbar und zerstörungsfrei demontierbar. Die Drehmomentübertragung ist zudem kerbwirkungsfrei.
Allerdings werden der Außenring bzw. der Druckring häufig zur Erhöhung seiner Festigkeit einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch Härterisse auftreten können. Die bisher bekannten Spannsätze weisen zudem ein großes Bauvolumen sowie Massenträgheitsmoment und auch ein großes Gewicht auf.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 21 179.5 ist eine. Schrumpfscheibenanordnung der oben beschriebenen Art bekannt, die zusätzlich über eine ringförmige Manschette verfügt, die auf einen Außenring geschrumpft ist und aus einem hochvergüteten Stahl besteht.
Die DE 26 01 138 A1 lehrt einen Spannsatz zur Festlegung einer Nabe auf einer Welle, bei dem der Spannring in einen radial äußeren Ring und einen inneren Ring unterteilt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Spannsatz bereitzustellen, mit dem insbesondere höhere Drehmomente bei gleichen Abmessungen bzw. dieselben Drehmomente bei geringeren Abmessungen übertragen werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Spannsatz gemäß der Lehre der Ansprüche.
Der Druckring des erfindungsgemäßen Spannsatz weist radial außen und somit auf seiner radialen Außenmantelfläche einen Außenring auf, der an keiner Gegenfläche abgestützt ist. Dieser Außenring stellt somit ein diskretes Teil dar. Der Druckring weist dabei zweckmäßigerweise keinen axialen Schlitz auf, während der Stauchring zweckmäßigerweise einen derartigen, sich axial erstreckenden, durchgehenden Schlitz besitzt.
Der erfindungsgemäße Spannsatz stellt vorzugsweise eine Schrumpfscheibe dar und weist somit neben dem Stauchring zwei Druckringe mit gegenläufiger Konusfläche auf. Der Außenmantel des Stauchringes ist dabei als Doppelkonus ausgestaltet. Die Konusfläche eines Druckringes stellt dabei mit einer Konusfläche des Stauchringes ein konisches Wirkflächenpaar dar; insgesamt sind somit zwei konische Wirkflächenpaare vorhanden. Beide Druckringe dieser erfindungsgemäßen Schrumpfscheibe besitzen dabei radial außen jeweils einen Außenring.
Bei diesem Außenring handelt es sich um einen Ring aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK).
Der Außenring aus CFK wird dabei vorzugsweise in Axialrichtung auf den Druckring aufgepreßt. Es ist dabei möglich und auch bevorzugt, mehrere Außenringe übereinander aufzupressen.
Durch den Einsatz eines derartigen Außenringes ist es möglich, die gleichen Drehmomente wie bei den bekannten Spannsätzen mit einem erfindungsgemäßen Spannsatz mit kleineren Abmessungen zu übertragen. Dadurch wird das Massenträgheitsmoment gemindert.
Durch den Einsatz CFK ist eine Gewichtsminderung bei gleichzeitiger Festigkeitssteigerung möglich. Auch ein Korrosionsschutz ist nicht erforderlich.
Durch den Außenring werden die nach radial außen tretenden Kräfte quasi zusammengehalten und wieder nach radial innen gerichtet.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannsatzes in Form einer Schrumpfscheibe bzw. eines Doppelkegelspannsatzes wird in den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Von den Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Schrumpfscheibe nach dem Stand der Technik, die mit Stahlband umwickelt ist,
2 einen entsprechenden Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem Kunststoff-Außenring, und
3 eine weitere Ausführungsform mit einem Außenring, der zugleich als zusätzlicher Berührschutz dient, wobei nur die obere Hälfte des Spannsatzes gezeigt ist.
Der in der 1 im Längsschnitt gezeigte Spannsatz nach dem Stand. der Technik, der nachstehend als Schrumpfscheibe 1 bezeichnet ist, besitzt einen radial innenliegenden Stauchring 2 mit einer zentrischen, durchgehenden Bohrung 3, die auf eine Hohlwelle oder einen Ansatz oder ähnliches (nicht gezeigt) aufgeschoben wird. Diese Hohlwelle bzw. dieser Ansatz umschließt dann wieder eine Welle (ebenfalls nicht gezeigt). Beim Verspannen des Spannsatzes 1 werden die axialen Spannkräfte nach dem Keilprinzip in Radialkräfte umgesetzt, welche über den Stauchring 2 auf die Hohlwelle bzw. Welle übertragen werden und damit zu einer kraft- bzw. reibschlüssigen Verbindung zwischen Welle und Hohlwelle führen. Der Stauchring 2 besitzt dabei einen nicht gezeigten axialen Schlitz.
Die Außenmantelfläche 4 des Stauchringes 2 ist als gegenläufige Konusfläche ausgestaltet und besitzt somit eine Konusfläche 5 und eine gegenläufig geneigte Konusfläche 6. Die Innenmantelfläche 7 des Stauchringes 2 ist zylindrisch ausgebildet.
Radial außen vom Stauchring 2 befinden sich zwei Druckringe 8,9. Die Innenmantelflächen dieser Druckringe 8,9 sind ebenfalls konisch aus gebildet, wobei die Konusfläche 10 des Druckringes 8 gegenläufig zur Konusfläche 11 des Druckringes 9 geneigt ist.
Die Konusfläche 5 des Stauchringes 2 bildet somit zusammen mit der Konusfläche 10 des Druckringes 8 ein erstes konisches Wirkflächenpaar, während die Konusfläche 6 des Stauchringes 2 zusammen mit der gegenüberliegenden Konusfläche 11 des Druckringes 9 ein zweites Wirkflächenpaar bildet.
Zum Verspannen des Spannsatzes dienen mehrere auf einem Kreisumfang gleichmäßig verteilt angeordnete, axial gerichtete Schrauben 12, die sich von einer Seite (in den Figuren von links) durch eine Bohrung 13 in dem Druckring 9 hindurch bis in eine Gewindebohrung 14 im Druckring 8 erstrecken. Bei den Schrauben handelt es sich dabei um Gewindeschrauben. Beim Anziehen der Schrauben 12 werden die Druckringe 8,9 in Axialrichtung aufeinander zu bewegt bzw. zusammengezogen. Dabei gleiten sie mit ihren Konusflächen 10 bzw. 11 auf der damit zusammenwirkenden Konusfläche 5 bzw. 6 des Stauchringes 2 auf und übertragen dabei nach radial innen gerichtete Kräfte zur Herstellung des gewünschten Kraft- bzw. Reibschlusses.
Die Druckringe 8,9 der in der 1 gezeigten Schrumpfscheibe sind dabei mit einem Außenring 15 bzw. 16 ausgestattet. Bei diesem Außenring handelt es sich um eine Wicklung aus gehärtetem und poliertem Federbandstahl. Die axiale Ausdehnung der Ringe 15,16 entspricht dabei im wesentlichen der axialen Ausdehnung der Druckringe 8,9.
Die in der 2 gezeigte Schrumpfscheibe 1 unterscheidet sich von der in der 1 gezeigten erfindungsgemäß dadurch, daß der Außenring 15,16 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.
Bei der Schrumpfscheibe gemäß der 3 überragt bzw. überdeckt der Außenring 15 einen axialen Fortsatz 17, der die Schraubenköpfe 18 in Axialrichtung und damit einen Berührungsschutz für diese Schraubenköpfe bildet.
Die Außenringe 15,16 wurden bei den Schrumpfscheiben 1 gemäß 2 und 3 auf die Außenmantelfläche der Druckringe 8,9 durch axiales Aufschieben aufgepreßt.

Claims

Spannsatz zum kraft- bzw. reibschlüssigen Verbinden einer Welle mit einer Hohlwelle oder dergleichen mit einem radial innenliegenden Stauchring (2), dessen Außenmantelfläche (4) mindestens eine Konusfläche (5;6) aufweist, und mit mindestens einem radial außenliegenden Druckring (8;9), der radial außen einen ohne eine Gegenfläche sich abstützenden Außenring (15;16) aufweist und dessen Innenmantelfläche eine Konusfläche (10;11) aufweist, die mit der Konusfläche (5;6) des Stauchringes (2) zusammenwirkt, so daß beim axialen Verspannen der Stauchring (2) zusammengedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (15;16) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.
Spannsatz nach Anspruch 1 in Form einer Schrumpfscheibe, wobei die Außenmantelfläche (4) des Stauchringes (2) als Doppelkonus ausgestaltet ist und zwei Druckringe (8;9) mit gegenläufiger Konusfläche (10;11) vorhanden sind, die mit jeweils einer Konusfläche (5;6) des Stauchringes (2) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckringe (8;9) radial außen einen ohne eine Gegenfläche sich abstützenden Außenring (15,16) aufweisen.
Spannsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (15;16) auf den Druckring (8;9) aufgepresst ist.
Spannsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Außenringe (15;16) übereinander aufgepresst sind.
Spannsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Verspannen mit Hilfe von axial gerichteten Schrauben (12) oder hydraulisch erfolgt.
Spannsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (12) insbesondere gleichmäßig verteilt auf einem Kreisumfang angeordnet sind.
Spannsatz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Außenring (15;16) axial über. die Köpfe (18) der Schrauben (12) erstreckt.