DE202010007328U1

DE202010007328U1 - Montagefreundliches Spannelement für hochdynamische Anwendungen

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Publication number: DE202010007328U1
Application number: DE201020007328
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2020-05-29

Abstract

Spielfreie Welle-Nabenverbindung für statische oder dynamische Antriebe bestehend aus einem Spannelement (15) mit einer innenliegenden Buchsenseite (6) zur Aufnahme der Welle (10) und einer außenliegenden Buchsenseite (7) dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (15) zumindest in einem Bereich der außenliegenden Buchsenseite (7) ein Gewinde (9) aufweist;

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannelement mit besonderer Eignung für Wellen-Nabenverbindungen bei dynamischem Wechsellastbetrieb von Antrieben.
Die Herstellung drehfester Verbindungen zwischen drehenden oder festen Maschinenelementen, wie beispielsweise kontinuierlich drehenden oder auch alternierend hin- und herdrehenden Wellen und darauf sitzenden Maschinenelementen, wie Zahnriemenrädern, Hebeln, Riemenscheiben und dergleichen, sind im Stand der Technik in vielen Variationen bekannt.
Durch positive und negative Beschleunigungen können Wellen-Nabenverbindung nach beiden Drehrichtungen belastet werden, es entsteht Wechsellast. Um Wellen-Nabenverbindungen möglichst verschleißfrei auszuführen werden sie durch Spannelemente reibschlüssig erzeugt. Solche Wellen-Nabenverbindungen sind bis zu einem zulässigen übertragbarem Drehmoment spielfrei und dadurch verschleißfrei.
Ein beispielhaftes Spannelement für eine Wellen-Nabenverbindung aus dem Stand der Technik ist in 1 in Schnittansicht gezeigt.
Die herkömmlichen Spannelemente für eine spielfreie Wellen-Nabenverbindung werden auf eine zylindrische Welle (5) und in eine zylindrische Bohrung einer Nabe (4) aufgebracht. Sie bestehen mindestens aus zwei Buchsen, wobei die innere Buchse (1) einen Außenkegel und die äußere Buchse (2) einen Innenkegel mit gleicher Steigung aufweist. Der Innenkegel und der Außenkegel werden mittels einer Anziehmutter (3) oder mittels mehrerer axial angebrachter Schrauben (nicht gezeigt) so ineinander verschoben, dass sie sich elastisch verformen, wodurch an den Flächen der zylindrischen Bohrung der Nabe (4) und der zylindrischen Welle (5) hohe Andruckkräfte entstehen. Somit entsteht die notwendige Haftreibung um das erforderliche Drehmoment vom Antriebselement, z. B. der Welle, auf das Abtriebselement, z. B. der Nabe, zu übertragen.
Die Montage der bekannten Spannelemente ist schwierig, da die Anziehmutter zur Verminderung der Trägheit normalerweise eine relativ kleine Schlüsselfläche zum Ansetzen eines Werkzeugs aufweist. Zudem muss als Gegenmoment beim Anziehen die Nabe mit einem zusätzlichen Werkzeug gegen Verdrehen gehalten werden. Während des Anziehvorgangs verschieben sich die äußere und innere Buchse so, dass sich die Position zwischen der Welle und der Nabe ändern kann, wodurch ein genaues Positionieren beispielsweise einer Zahnriemenflucht zusätzlich erschwert wird.
Bei der Demontage ist zunächst die Anziehmutter zu lösen, bevor die innere Buchse und äußere Buchse des Spannelementes wegen der Selbsthemmung durch Hebeln bzw. Abziehen getrennt werden können. In der Regel wird dafür ein so genannter Abzieher benützt, der am Wellenende aufgesetzt wird. Um die Spannelemente zu trennen, wird somit ein großer Bauraum benötigt. Es kann außerdem zu Beschädigungen an den Bauteilen kommen.
Ferner weisen die herkömmlichen Wellen-Nabenverbindungen aufgrund der hierzu notwendigen Bauweise weitere Nachteile auf. Um eine hohe Rundlaufgenauigkeit zu erzielen, sind mindestens sechs Passflächen hochgenau zu bearbeiten. Es handelt sich dabei um die zylindrischen Flächen der Welle und der Nabe sowie die zylindrischen und kegeligen Flächen der inneren und der äußeren Buchse des Spannelementes.
Ferner wird durch die beiden radial übereinander liegenden Buchsen der minimale Nabendurchmesser vergrößert.
Weiter ergibt sich beim bestimmungsgemäßen Einsatz aufgrund der Buchsenanordnung und der zusätzlichen Anziehmutter ein relativ hohes Trägheitsmoment.
Aufgrund der Vielzahl an Bauteilen und des notwendigen Herstellungsaufwandes sind die bekannten Wellen-Nabenverbindung relativ kostenintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Spannelement für Wellen-Nabenverbindung zu schaffen, bei dem durch die vorteilhafte Bauweise der benötigte Montage und Demontageaufwand reduziert wird. Ferner soll aufgrund der vorteilhaften Bauweise der Platzbedarf sowie das Massenträgheitsmoment der Wellen-Nabenverbindung und der Herstellungsaufwand auf ein Minimum reduziert sein.
Die Aufgabe wird durch eine Wellen-Nabenverbindung nach Anspruch 1 gelöst.
Es handelt sich bei der Erfindung um eine spielfreie Wellen-Nabenverbindung für statische oder dynamische Antriebe bestehend aus einem Spannelement mit einer innen liegenden Buchsenseite zur Aufnahme der Welle und einer außenliegenden Buchsenseite zur teilweisen Berührung mit der Nabe dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement zumindest in einem Bereich der außenliegenden Buchsenseite ein Gewinde aufweist.
Der Vorteil bei dieser Lösung liegt darin, dass das Spannelement auf kleinstem Bauraum ohne Spezialwerkzeug wie z. B. einen Abzieher, montiert und demontiert werden kann. Durch das an der außenliegenden Buchsenseite liegende Gewinde kann die Welle-Nabenverbindung mit Hilfe einer Abdrückmutter einfach gelöst werden. Somit ist zum Lösen des Spannelementes kein aufwendiges Hebeln mehr notwendig.
Als Abdrückmutter sind alle herkömmlichen Muttern einsetzbar, deren Gewinde die gleiche Steigung aufweist, wie das der außenliegenden Buchsenseite der Spannbuchse. Somit kann die Wellen-Nabenverbindung mit herkömmlichem Werkzeug gelöst werden.
Durch die Lage des Gewindes an der außenliegenden Buchse am kopfseitigem Ende des Spannelementes können die Durchmesser der innenliegenden und der außenliegenden Buchsenseite minimiert sein.
Dadurch wird ein geringes Massenträgheitsmoment des Spannelementes erreicht. Neben dem geringen Eigenmassenträgheitsmoment zeichnet sich die Wellen-Nabenverbindung auch dadurch aus, dass minimale Nabendurchmesser möglich sind. Dadurch wird vorteilhafterweise auch der Nabenaußendurchmesser reduziert, wodurch sich zusätzlich das Massenträgheitsmoment der Nabe im Ganzen reduziert und somit die erforderliche Antriebsleistung verringert.
Die Steigung und der Durchmesser des Gewindes und der Durchmesser des Spannelementes können je nach Einsatz und benötigtem Moment der Welle-Nabenverbindung variieren.
Für die Wellen-Nabenverbindung sind nur vier Passflächen hochgenau zu fertigen, um einen präzisen Rundlauf zu gewährleisten, somit reduziert sich der Fertigungsaufwand. Die vier Passflächen setzen sich dabei aus der zylindrischen Bohrung der Nabe, den außen- und innenliegenden Buchsenseiten des Spannelementes und dem Kegel der Welle zusammen. Da das Spannelement aus nur einem Fertigungsteil besteht, reduzieren sich zusätzlich Herstellkosten.
Vorzugsweise ist der Bereich des Gewindes am kopfseitigen Ende des Spannelementes angebracht, der nicht mit der Nabe in Berührung ist. Somit kann beim Lösen der Wellen-Nabenverbindung eine Außenfläche der Andrückmutter gegen die Außenfläche der Nabe gedrückt werden. Über das Gewinde wird das entsprechende Moment aufgebracht um das Spannelement aus der Verbindung zu ziehen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Spannelement in Längsrichtung mindestens einen Längsschlitz auf, so dass es sich bei der Montage an den Radius der Welle anpasst, um so eine reibschlüssige Verbindung zu gewährleisten. Der Längsschlitz kann dabei ausgehend vom fußseitigen Ende des Spannelements unterschiedlich lang sein.
Das erforderliche Drehmoment zur Montage und zum Lösen der Verbindung ist sehr gering. Bei dieser Ausführungsform wird bei der Montage der wirksame Krafthebel durch den Radius des Außengewindes der Welle bestimmt, welcher gegenüber dem Stand der Technik kleiner ist. Bei der Demontage wird der wirksame Krafthebel durch den Radius des Gewindes an der außenliegenden Buchsenseite bestimmt, welcher ebenfalls gering ist.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 2–4 erläutert. Es zeigen:
1 Schnittansicht einer möglichen Ausführungsform einer Wellen-Nabenverbindung nach dem Stand der Technik;
2 zwei Ansichten einer möglichen Ausführungsform des Spannelements gemäß der Erfindung;
3 Schnittansicht der Wellen-Nabenverbindung gemäß der Erfindung;
4: weitere Schnittansicht der Wellen-Nabenverbindung gemäß der Erfindung;
In der 2 ist das Spannelement (15) gemäß der Erfindung dargestellt, das eine innenliegende Buchsenseite (6) und eine außenliegende Buchsenseite (7) aufweist. Die innenliegende Buchsenseite (6) weist eine Steigung auf. Die äußere Buchsenseite (7) ist gerade ausgeführt. In Achsrichtung befindet sich über die Buchsenlänge ein Längsschlitz (8). Am kopfseitigen Ende des Spannelements (18) befindet sich ein Außengewinde (9).
In den 3 und 4 ist das Spannelement (15) als Verbindungselement in einer Wellen-Nabenverbindung gezeigt, wobei die Nabe (4) mit einer zylindrischen Bohrung (17) zur Verbindung der Welle ausgebildet ist. Die Welle (10) weist einen außen liegenden Kegel (12) mit gleicher Steigung wie die innenliegende Buchsenseite (6) des Spannelements (15) auf. Die Welle (10) umfasst eine Anlagefläche (11) und ein an der Kopfseite des Kegels (12) sitzendes Außengewinde (13). Ferner ist in 3 das Ausführungsbeispiel mit Anziehmutter (14) dargestellt.
4 zeigt die Ausführungsform mit der zum Lösen der Wellen-Nabenverbindung notwendigen Andrückmutter (16).
Um die Nabe (4) zu montieren wird diese auf die Welle (10) bis zu der Anlagefläche (11) geschoben. Das Spannelement (15) wird dann zwischen die Nabe (4) und den Kegel (12) der Welle (10) geschoben. Mit der Anziehmutter (14), die auf das Außengewinde (13) der Welle (10) mit einem definierten Drehmoment geschraubt wird, wird die innenliegende Buchsenseite (6) des Spannelements (15) auf den Kegel (12) der Welle (10) geschoben, so dass sich die Spannbuchse elastisch verformt und an den Flächen der zylindrischen Bohrung (17) der Nabe (4) und dem Kegel (12) der Welle (10) hohe Andruckkräfte entstehen. Durch diese Andruckkräfte entstehen Reibkräfte, so dass ein bestimmtes Drehmoment übertragen werden kann. Die Welle (10) muss während des Anziehens der Anziehmutter (14) gegen verdrehen gesichert werden. Die Nabe (4) wird dabei von der Anlagefläche (11) der Welle (10) gegen axiales verrutschen gesichert. Die Wellen-Nabenverbindung bleibt im Betrieb zwischen Anlagefläche (11) und Anziehmutter (14) verspannt und damit belastbar. Außerdem kann durch entsprechende Wahl der Kegelsteigung am Kegel (12) und an der innenliegenden Buchsenseite (6) eine Selbsthemmung der Kegelverbindung erzielt werden, die die Funktionssicherheit der Wellen-Nabenverbindung erhöht.
Um die Wellen-Nabenverbindung zu demontieren wird die Anziehmutter (14) gelöst und vom Außengewinde (13) der Welle (10) abgeschraubt. Auf das Außengewinde (9) des Spannelements (15) wird eine Abdrückmutter (16) aufgeschraubt, bis diese an der Nabe (4) ansteht. Die Abdrückmutter (16) wird solange gedreht bis sich das Spannelement (15) aus dem Reibschluss mit dem Kegel (12) der Welle löst. Während dem Lösevorgang muss die Welle (10) gegen verdrehen gesichert werden.

1: innere Buchse
2: äußere Buchse
3: Anziehmutter
4: Nabe
5: zylindrische Welle
6: innenliegende Buchsenseite
7: außenliegende Buchsenseite
8: Längsschlitz
9: Gewinde an der außenliegenden Buchsenseite
10: Welle
11: Anlagefläche
12: Kegel der Welle
13: Außengewinde der Welle
14: Anziehmutter
15: Spannelement
16: Abdrückmutter
17: zylindrische Bohrung der Nabe
18: Kopfseitiges Ende des Spannelements
19: Fußseitiges Ende des Spannelements

Claims

Spielfreie Welle-Nabenverbindung für statische oder dynamische Antriebe bestehend aus einem Spannelement (15) mit einer innenliegenden Buchsenseite (6) zur Aufnahme der Welle (10) und einer außenliegenden Buchsenseite (7) dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (15) zumindest in einem Bereich der außenliegenden Buchsenseite (7) ein Gewinde (9) aufweist;
Spielfreie Welle-Nabenverbindung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Gewindes (9) am kopfseitigen Ende des Spannelementes (18) liegt;
Spielfreie Welle-Nabenverbindung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das kopfseitige Ende des Spannelementes (18) in einem Bereich angeordnet ist, der nicht mit der Nabe (4) in Berührung ist;
Spielfreie Welle-Nabenverbindung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass dass Spannelement (15) in Längsrichtung zumindest einen Längsschlitz (8) aufweist;
Spielfreie Welle-Nabenverbindung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschlitz (8) ausgehend vom fußseitigem Ende des Spannelements (19) unterschiedlich lang sein kann;
Spielfreie Welle-Nabenverbindung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten die innenliegende Buchsenseite (6) oder die außenliegende Buchsenseite (7) konisch mit einer Steigung ausgebildet ist;