DE19837129A1 - Schnellsicherung für Wellenmuttern - Google Patents

Schnellsicherung für Wellenmuttern

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellenmutter auf der Welle so zu sichern, daß die Mutter im montierten Zustand unabhängig vom Drehwinkel zuverlässig gesichert wird und die Betätigung der Mutternsicherung in der Handhabung des Montagewerkzeuges integriert ist. DOLLAR A Die Schnellsicherung für Wellenmuttern ist ausgeführt als eine in der Welle eingebaute Kniehebel-Mechanik, die radial eingreifende Feststellelemente betätigt. In Feststellposition befindet sich der Schieber 3 in der äußersten Position, daß die Kniehebel 5 als Feststellelemente in den Feststellkragen 20 der Mutter 1 eingreifen. Mit einem Dorn in der Nuß des Montagewerkzeuges wird der Schieber 3 mit einer axialen Kraft nach innen gedrückt, die Kniehebel 5 nach innen gezogen und die Mutter 1 kann frei gedreht werden. Beim Abziehen der Nuß werden die Kniehebel 5 federunterstützt vom Dorn in die Verknieung gezogen. Im verknieten Zustand wird der Dorn freigegeben. Diese Schnellsicherung für Wellenmuttern eignet sich besonders für den Automobilrennsport.

Description

Eine Schnellsicherung für Wellenmuttern ist eine Vorrichtung zur Verhinderung des Lösens einer Wellenmutter-Wellen-Verbindung, die schnell aktiviert und deaktiviert werden kann.
Schnellsicherungen für Wellenmuttern werden im Automobilrennsport eingesetzt, wo es auf minimale Zeiten beim Radwechsel ankommt. Jedes Rad wird mit nur einer Zentralmutter auf der Radwelle befestigt. Ein Radverlust während der Fahrt gefährdet Fahrer und Zuschauer, so daß dieser Fall zuverlässig ausgeschlossen werden muß.
Für die Aufgabe zwei konzentrische Körper verriegelbar miteinander drehfest zu kuppeln sind im Bereich der Bremsen und Kupplungen diverse technische Lösungen erarbeitet worden. So werden bei einer Trommelbremse zwei oder mehrere Bremsbacken von innen gegen die Bremstrommel gedrückt, um ein gewünschtes Koppelmoment zu erbringen.
In der DE PS 32 03 114 werden die beiden Bremsbacken zum Beispiel durch einen Kniehebel auseinandergedrückt.
Aus der DE OS 43 40 504 ist eine Vorrichtung zur Verhinderung des Lösens einer Schraubenanordnung bekannt, bei der die sichernde Funktion durch einen Federclip erbracht wird, der in Nuten eingreift, die in das Gewinde eingearbeitet sind. Beim Aufschrauben der Mutter greift der Federclip in jede Nut ein und mit wachsendem Eingriff des Federclips erhöht sich das Rastmoment.
Die US PS 4,273,344 beschreibt ein Schnellwechsel-Bohrfutter bei dem in einem aufgedickten Bohrerschaft auf dem Umfang Kugeleinsenkungen eingearbeitet sind. Mehrere Stahlkugeln, die sich im Schaftfutter radial bewegen können, übertragen das Moment vom Futter auf den Bohrer. Ein das Schaftfutter umfassender axial verschiebbarer Griffring drückt durch Federkraft die Kugeln nach innen und verriegelt sie in der Innenposition. Diese Lösung hat den Nachteil, daß eine Verdrehsicherung nur in bestimmten Positionen möglich ist.
In Abwandlung findet diese Losung im Automobilrennsport als Schnellsicherung Anwendung. Durch Betätigung des Mechanikers werden Stahlkugeln aus der Welle herausgedrückt, die dann in Vertiefungen der Mutter eingreifen, um ein Losdrehen der Mutter zu verhindern. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß sich die Mutter nur in einem kleinen Anziehwinkelbereich sichern läßt und ein Versagen der Mutternsicherung von außen nicht erkennbar ist. Desweiteren erfolgt das Sichern der Mutter als separater Vorgang nach dem Anziehen der Mutter unabhängig von diesem und kostet somit zusätzliche Zeit und kann auch vergessen werden.
Um diese Nachteile und Sicherheitsrisiken zu vermeiden, macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine Schnellsicherung für Wellenmuttern, die das Drehen der Mutter bei der Montage und Demontage nicht hemmt, so auszuführen, daß die Mutter im montierten Zustand unabhängig vom Drehwinkel zuverlässig gesichert wird und die Betätigung der Mutternsicherung in der Handhabung des Montagewerkzeuges integriert ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Schnellsicherung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein radial wirkender Kniehebel mit seinem äußeren Ende durch eine Aussparung aus der Welle austritt und als Feststellelement die Mutter sichert, dadurch daß das innenliegende Drehgelenk des Kniehebels axial in Verknieungsposition verschoben wird. Bei der Montage und Demontage der Mutter erfolgt die axiale Verschiebung des Kniehebel-Drehgelenkes durch den Eingriff eines Dornes, der sich in der Nuß des Montagewerkzeuges befindet.
Somit ist der Vorgang des Sicherns untrennbar mit der Montage der Mutter verbunden. Der Kniehebelmechanismus wird bei aufgedrückter Nuß des Montagewerkzeugs entriegelt und wird beim Abziehen des Werkzeugs verriegelt. Das Sichern der Wellenmutter ist durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Feststellelemente im montierten Zustand unabhängig vom Drehwinkel möglich. So verfügen formschlüssig mit einem oder mehreren Zähnen in eine Rändelung eingreifende Feststellelemente über Spiel in der Aussparung, durch die sie aus der Welle heraustreten, daß die Zähne beim Austreten zuverlässig in die Vertiefungen der Rändelung gleiten. Bei einem reibschlüssigen Eingriff der Feststellelemente ist ebenso wie bei einem plastisch verformenden Eingriff ein Sichern der Wellenmutter in jeder Position zuverlässig gewährleistet.
Bei der Montage und Demontage erfolgt die Betätigung zum Entsichern des Kniehebelmechanismus' in axialer Richtung von der Montageseite her. Die Gegenbewegung zur Montageseite hin zum Sichern kann allein durch Federdruck von innen erfolgen oder kann als Zugkraft von der Nuß des Montagewerkzeugs direkt in den Kniehebelmechanismus eingeleitet werden. Eine Kombination beider Elemente ist unter dem Aspekt der Sicherheit vorteilhaft.
Findet das Element der Zugkraftbetätigung Anwendung, kann erzwungen werden, daß der Zug-/Druckdorn in der Nuß des Montagewerkzeuges nur bei aktivierter Mutternsicherung freigegeben wird. Hierfür greifen die Kniehebel mit Zähnen oder Nasen im Innenbereich beim Entsichern in den Zug-/Druckdorn des Montagewerkzeuges ein. Durch diesen Eingriff kann der Dorn nicht im entsicherten Zustand abgezogen werden. Wird der Dorn herausgezogen, wird die Zugkraft in die Kniehebel eingeleitet, die sich in die Sicherungsstellung drehen. In der verknieten Position angelangt, ist die Mutternsicherung wieder aktiv und die Zähne oder Nasen haben sich mit den Kniehebeln zurückgedreht und lösen den Eingriff in den Zug-/Druckdorn.
Die Erfindung wird an Hand von bevorzugten Ausführungsformen als Beispielen detailliert beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der Schnellsicherung für Wellenmuttern gemäß der vorliegenden Erfindung in gesicherter Stellung;
Fig. 2 eine Ausführungsform der Schnellsicherung für Wellenmuttern gemäß der vorliegenden Erfindung in gesicherter Stellung;
Fig. 3 eine Ausführung des Montagewerkzeuges mit Dorn in der Nuß zur erfindungsgemäßen Betätigung der Schnellsicherung nach Fig. 1;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Schnellsicherung für Wellenmuttern gemäß der vorliegenden Erfindung in gesicherter Stellung;
Fig. 5 eine Ausführung des Montagewerkzeuges mit Dorn in der Nuß zur erfindungsgemäßen Betätigung der Schnellsicherung nach Fig. 4;
Fig. 6 bei dem Montagevorgang der Mutter das Betätigen der Schnellsicherung nach Fig. 4 mit dem Dorn aus Fig. 5 in einer Sequenz von a) bis d);
Fig. 7 bei dem Demontagevorgang der Mutter das Betätigen der Schnellsicherung nach Fig. 4 mit dem Dorn aus Fig. 5 in einer Sequenz von a) bis d)
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schnellsicherung für Wellenmuttern gemäß der vorliegenden Erfindung in gesicherter Stellung. Die Mutter 1 auf der Welle 2 ist fest gegen die Felge 6 geschraubt. Die zwei um 180° versetzt angeordneten Kniehebel 5 sichern mit ihren herausgedrückten Zähnen 17 die Mutter 1 gegen ungewolltes Losdrehen. Die Zähne 17 der Kniehebel 5 treten durch Aussparungen 4 aus der hohl gefertigten Welle 2 heraus und greifen in den innengerändelten Feststellkragen 20 der Mutter 1 ein. Dieser Feststellkragen 20 weist einen geringeren Innendurchmesser auf, als der Durchmesser des Kernloches im Gewindebereich der Mutter 1 beträgt. Im Zusammenwirken mit dem Anschlagring 10 führen die Aussparungen 4 die Bewegung der Kniehebel 5 im Außenbereich. In der Wellenmitte sind die Kniehebel 5 im Drehgelenk 19 im Schieber 3 gelagert. In die Innenfläche der hohlen Welle 2 ist eine Zentriernut 9 eingearbeitet, in die zwei größere Gleitschuhe 21a eingreifen, und ein relatives Verdrehen der Kniehebel 5 zu den Aussparungen 4 in der Welle 2 verhindern. Der Schieber 3 läßt sich axial verschieben und weist auf seinem Umfang Gleitschuhe 21 auf. Innerhalb des Schiebers 3 befindet sich die vorgespannte Feder 7, die den Schieber 3 vom Federwiderlager 8 abdrückt. Das Federwider­ lager 8 ist mit den Stiften 24 in der Welle 2 befestigt. Durch die Kraft der Feder 7 werden die Kniehebel 5 in die Verknieung gedrückt, bis die Kniehebel 5 zwischen dem Anschlagring 10 und der Stirnfläche des Schiebers 3 eingeklemmt sind. Über die Detailgestaltung des Anschlagringes 10 und der Stirnfläche des Schiebers 3 kann auch ein gewisses Überknien der Kniehebel 5 im Anschlag erreicht werden.
Eine axiale Kraft von außen gegen die Andruckfläche 16 bewegt den Schieber 3 in Richtung auf das Federwiderlager 8 zu und bewirkt ein Entknien der Kniehebel 5. Hierfür sind die Kniehebel 5 im Bereich des Eingriffes der Zähne 17 mit einer Außenkontur 25 gestaltet, die wie ein Kurvengetriebe arbeitet. Damit die Ecke 26 der Außenkontur 25 beim Entknien der Kniehebel 5 nicht herausgeschwenkt wird, ist die Außenkontur 25 als Kreisbogen ausgeführt, dessen Radius kleiner ist als der Abstand vom Drehgelenk 19 zum entferntesten Punkt der Außenkontur 25.
Die Fig. 2 zeigt bei weit eingeschobenem Schieber 3 die Kniehebel 5 so weit nach innen gedreht, daß sie den Bereich der Aussparungen 4 verlassen haben und sich innerhalb der hohlen Welle 2 befinden. In der entsicherten Position erlaubt dies einen größeren Totweg bei der Betätigung der Schnellsicherung durch den Druckdorn 13, der in Fig. 3 dargestellt ist. Somit wird ein längeres Aufdrehen in bei deaktivierter Sicherung ermöglicht. Der Anschlagbügel 15 verhindert, daß sich die Kniehebel 5 zu weit nach innen drehen, weil sich die Kniehebel 5 sonst nicht mehr geführt durch den Anschlagring 10 in die Aussparungen 4 drehen ließen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung des Montagewerkzeuges mit Dorn in der Nuß zur erfindungsgemäßen Betätigung der Schnellsicherung nach Fig. 1. Auf den Kopf des Druckluftschraubers 23 ist eine Nuß 12 aufgesteckt, die in ihrer Zentralachse einen Druckdorn 13 aufweist. Bei der Montage und Demontage der Mutter 1 berührt der Druckdorn 13 die Andruckfläche 16 der Schnellsicherung aus Fig. 1 nur auf einer kleinen Fläche. So leitet das Andrücken des Werkzeuges in den Sicherungsmechanismus hauptsächlich eine axiale Kraft ein und hält Drehmomente aus der Rotation der Nuß weitgehend zurück. Die Länge des Druckdornes 13 ist so bemessen, daß die Sicherung deaktiviert ist in dem Bereich des Auf- oder Abschraubvorganges, wo der Feststellkragen 20 der Mutter 1 den Bereich der Aussparungen 4 einer Ausführung nach Fig. 1 passiert.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schnellsicherung für Wellenmuttern gemäß der vorliegenden Erfindung in gesicherter Stellung. Bis auf die Stirnseite des Schiebers 3 und die stirnseitigen Elemente entspricht diese Ausführungsform der in Fig. 1 beschriebenen. An der Stirnseite des Schiebers 3 sind sternförmig drei Kniehebel 5 mit ihren Zähnen 17 nach außen stehend in drei Drehgelenken 19 gelagert, die zur Mitte der Wellenachse einen Freiraum lassen. In der Mitte der Stirnfläche des Schiebers 3 ist die Stirnfläche halbkugelförmig eingesenkt, daß der Schieber 3 durch einen zentrischen Andruck eines Kugelkopfes gegen diese versenkte Andruckfläche 29 axial verschoben werden kann. Im verknieten Zustand der Kniehebel 5 kann ein Kugelkopf an den Innenflanken der Kniehebel 5 vorbei gegen die Andruckfläche 29 geführt werden. Befindet sich der Schieber in einer hereingedrückten Position, wird der Kugelkopf von den Nasen 31 an den Kniehebeln 5 vor der Andruckfläche 29 festgehalten. Zum Abziehen des Kugelkopfes muß der Schieber 3 wieder in die herausgedrückte Position verschoben werden. Hierbei wird der Druck der Feder 7 durch die Zugkraft beim Herausziehen des Kugelkopfes und das an den Nasen 31 richtigsinnig angreifende Drehmoment auf die Kniehebel 5 unterstützt. In verknieter Position der Kniehebel 5 wird der Kugelkopf wieder freigegeben. Diese Vorrichtung verhindert, daß das Montagewerkzeug bei deaktivierter Sicherung abgezogen werden kann.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung des Montagewerkzeuges mit Dorn in der Nuß zur erfindungsgemäßen Betätigung der Schnellsicherung nach Fig. 4. Auf den Kopf des Druckluftschraubers 23 ,ist eine Nuß 12 aufgesteckt, die in ihrer Zentralachse einen Zug-/Druckdorn 14 aufweist. Bei der Montage und Demontage der Mutter 1 berührt der Zug-/Druckdorn 14 mit dem Kugelkopf 28 die Andruckfläche 29 der Schnellsicherung aus Fig. 4. Der Kugelkopf 28 und der angrenzende Schaft 27 sind so gestaltet, daß die Kniehebel 5 der Ausführungsform nach Fig. 4 mit den Nasen 31 den Kugelkopf 28 umschließen und der Schaft 27 den Drehanschlag 30 für die Kniehebel 5 darstellt. Um die Drehmomente aus der Rotation der Nuß von dem Kugelkopf 28 und dem Schaft 27 fernzuhalten ist der Zug-/Druckdorn 14 in der Drehlagerung 32 mit zwei Kugellagern geführt. Die Länge des Zug- /Druckdornes 14 ist so bemessen, daß die Sicherung deaktiviert ist in dem Bereich des Auf- oder Abschraubvorganges, wo der Feststell­ kragen 20 der Mutter 1 den Bereich der Aussparungen 4 einer Ausführung nach Fig. 1 passiert.
In der Fig. 6 wird in einer Sequenz vereinfacht dargestellt, wie die Mutter 1 auf die Welle 2 aufgeschraubt wird. Zu Beginn des Vorganges steckt die Mutter 1 in der Nuß 12 des Montagewerkzeugs und wird mit diesem auf die Welle 2 aufgesetzt. Der Zug-/Druckdorn 14 gleitet zu Beginn innen an den Nasen 31 der Kniehebel 5 vorbei und drückt dann gegen die Andruckfläche 29. In der Position a) ist die Mutter 1 soweit aufgeschraubt, daß sich die Kniehebel 5 zu entknien beginnen. Die Zähne 17 der Kniehebel 5 ziehen sich dabei nach innen in die Aussparungen 4 hinein. Beim weiteren Aufschrauben werden die Kniehebel 5 eingezogen, bis die Kniehebel 5 mit dem Drehanschlag 30 den Schaft 27 des Zug-/Druckdornes 14 berühren. In dieser Position befinden sich die Zähne 17 innerhalb der hohlen Welle 2. Beim weiteren Aufdrehen werden die Kniehebel 5 mit dem Schieber 3 zusammen weiter hineingedrückt. Der Zug-/Druckdorn 14 führt somit einen Totweg aus, der ein längeres Aufdrehen in bei deaktivierter Sicherung ermöglicht. In der Position b) ist das Aufschrauben gerade beendet und der Schieber 3 befindet sich in weit hineingedrückter Position. Nun wird die Nuß 12 von dem Montagewerkzeug herausgezogen und mit dieser der Zug-/Druckdorn 14. Wie in Fig. 6c dargestellt folgt der Schieber 3 der Bewegung des Zug-/Druckdornes 14 durch die Kraft der Feder 7 und verkniet die Kniehebel 5. Diese Verkniebewegung wird unterstützt durch die Zugkraft, die der Kugelkopf 28 des Zug-/Druckdornes 14 beim Herausziehen auf die Nasen der noch nicht ganz verknieten Kniehebeln 5 ausübt. Die Kniehebel 5 erfahren somit ein Drehmoment, das von der Kraft zwischen Kugelkopf 28 Nasen 31 herrührt. Dieses Drehmoment wirkt auf den Schieber 3 als Zugkraft und auf die Kniehebel 5 direkt verkniend. Die zweite Funktion der Nasen 31 ist die der mechanischen Sperre, daß der Kugelkopf 28 erst freigegeben wird, wenn die Kniehebel 5 in die verknieten Position gedreht sind. Die Fig. 6d zeigt die Knie­ hebel 5 in vollständig verknieter Position. Die Nasen 31 der Knie­ hebel 5 sind soweit zurückgedreht, daß der Kugelkopf 28 des Zug- /Druckdornes 14 herausgezogen werden konnte.
Fig. 7 zeigt in einer vereinfachten Darstellung der Schnellsicherung eine Sequenz der Demontage der Mutter 1 von der Welle 2. Die Mutter 1 befindet sich in Fig. 7a in vollständig aufgeschraubter Position. Die Kniehebel 5 sind vollständig verkniet und die Zähne 17 greifen in den Feststellkragen 20 der Mutter 1 ein.
Der Schieber 3 befindet sich in vollständig herausgedrückter Position. Jetzt wird auf die Mutter 1 die Nuß 12 des Montagewerkzeugs aufgeschoben. Der Kugelkopf 28 des Zug-/Druckdornes 14 hat die Nasen 31 der Kniehebel 5 gerade passiert und liegt in der Andruckfläche 29 des Schiebers 3 stirnseitig an. Fig. 7b und 7c stellen das weitere Aufdrücken der Nuß 12 auf die Mutter 1 bis zum Anschlag dar. Dabei wird der Schieber 3 vom Zug-/Druckdorn 14 in axialer Richtung nach innen gedrückt und die Kniehebel 5 drehen sich aus der Verknieung heraus. Die Kniehebel 5 werden so lange mit ihrem Zahnbereich in den Aussparungen 4 geführt, bis sie sich vollständig innerhalb der hohlen Welle 2 befinden. In Fig. 7c ist dargestellt, wie der Schieber 3 mitsamt den eingedrehten Kniehebeln 5 weiter in die Welle 2 hineingeschoben wird. Um ein Überdrehen der Kniehebel 5 zu vermeiden, weisen diese einen seitlichen Drehanschlag 30 auf, der in der vollständig eingeschwenkten Position auf dem Schaft 27 des Zug-/Druckdornes 14 anliegt. Jetzt beginnt der Abschraubvorgang der Mutter 1, der in Fig. 7d nach ein paar Umdrehungen dargestellt ist. Beim Abschrauben der Mutter 1 bewegt sich die Nuß 12 des Montagewerkzeuges mit der Mutter 1 axial von der Felge 6 weg und damit wird der Zug-/Druckdorn 14 ebenfalls herausgezogen. Durch die Federkraft bleibt die Andruckfläche 29 in Berührung zum Kugelkopf 28 und der Schieber 3 bewegt sich mit dem Zug-/Druckdorn 14 heraus. Sobald die Kniehebel 5 den Anschlagring 10 berühren drehen sie sich mit ihren Zähnen 17 wieder in die Aussparungen 4. In der gezeichneten Position d) sind die Kniehebel 5 schon wieder fast verkniet, doch mit ihrer Außenkontur 25 bleiben sie immer Abstand zum Gewinde der abzuschraubenden Mutter 1, daß sie den Abschraubvorgang nicht hemmen. Ist die Mutter 1 fast von der Welle 2 abgeschraubt, stehen die Kniehebel 5 in der verknieten Position aus der Welle 2 lose heraus und der Kugelkopf 28 kann die Nasen 31 der Kniehebel 5 passieren.

Claims (7)

1. Schnellsicherung für Wellenmuttern, die das Drehen der Mutter bei der Montage und Demontage nicht hemmt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Mindestens ein radial wirkender Kniehebel tritt mit seinem äußeren Ende durch eine Aussparung aus der Welle aus und sichert als Feststellelement die Mutter, dadurch daß das innenliegende Drehgelenk des Kniehebels axial in Verknieungsposition verschoben wird.
  • b) Bei der Montage und Demontage der Mutter erfolgt die axiale Verschiebung des Kniehebel-Drehgelenkes durch den Eingriff eines Dornes, der sich in der Nuß des Montagewerkzeuges befindet.
2. Schnellsicherung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Federkraft die Kniehebel-Drehgelenke axial in Richtung der Montageseite drückt, wodurch die Kniehebel in die verkniete Sicherungsposition gedreht werden, und daß ein von der Montageseite eingreifender Dorn über einen Andruck die Kniehebel-Drehgelenke gegen diese Federkraft axial in die Welle hineinschiebt und hierdurch die Kniehebel zurückgezogen werden.
3. Schnellsicherung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein Zug-/Druckdorn in der Nuß des Montagewerkzeugs beim Abziehen der Nuß die Drehgelenke der Kniehebel mit axialem Zug betätigt.
4. Schnellsicherung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Zug-/Druckdorn des Montagewerkzeuges erst im verknieten Zustand der Kniehebel herausgezogen werden kann.
5. Schnellsicherung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß an den Kniehebeln im Innenbereich Nasen oder Zähne angebracht sind, über die eine Zugkraft vom Montagewerkzeug auf den Kniehebelmechanismus ausgeübt werden kann und daß der Zug- /Druckdorn in der Nuß des Montagewerkzeuges einen Kugelkopf- oder Zahneingriff aufweist, den die Kniehebel beim Abziehen erst freigeben, wenn die Kniehebel in die Verknieung gedreht sind.
6. Schnellsicherung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenmutter einen Sicherungsbereich aufweist, der innengerändelt ist und die Feststellelemente mit mindestens einem Zahn formschlüssig in die Rändelung eingreifen und in den Aussparungen über seitliches Positionierungsspiel verfügen.
7. Schnellsicherung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenmutter einen Sicherungsbereich aufweist, in den die Feststellelemente plastisch umformend eingreifen.
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