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Thermische Schrumpfverbin dung Die vorliegende Erfindung betrifft
eine thermische Schrumpfverbindung zwischen einem Innenteil und einem mit einer
entsprechenden Bohrung versehenen Außenteil.
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Zur Ubertragung von Drehmomenten und Axialkräften ist der Reibschluß
durch thermische Schrumpfung besonders vorteilhaft, da hierbei die Kraftübertragung
direkt zwischen Welle und Nabe über nur eine Reibfläche stattfindet. Stoßartige
Belastungen sind ohne Bedeutung für die Verbindung, so lange die vorher aufgebrachte
Schrumpfkraft nicht überschritten wird. Zur Montage der Verbindung wird das aufzuschrumpf
ende Teil erwärmt, 80 daß die thermische Ausdehnung des mit Untermaß hergestellten
Teiles ein leichtes Aufbringen auf das Innenteil gestatttet.
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Die eigentlichen Probleme und Nachteile des Schrumpfverbandes treten
gewohnlich erst bei Demontage der Teile auf. Besonders
bei großen
Teilen, die eine lange Anwärmzeit beanspruchen und beispielsweise auf einen längeren
Wellensitz aufgeschrumpft sind, ist es schwierig, das zum Abziehen notwendige Wärmegefälle
aufrechtzuerhalten. Durch die großen Abziehwege und die lange Anwärmzeit ist es
schwierig, den Wärmeübergang vom Außenteil auf das Innenteil zu verhindern. Das
Innenteil unterliegt dann ebenfalls einer Ausdehnung und die Demontage wird unmöglich.
Oft tritt auch ein Fressen der Teile ein, so daß die Verbindung nur durch Zerstörung
des Außenteils getrennt werden kann.
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Um wenigstens den Abziehweg einzuschränken ist es bekannt, den Sitz
der beiden Teile konisch auszubilden. Ein solcher Sitz hat Jedoch den Nachteil der
schwierigen und teueren Herstellung, insbesadere da es sich bei solchen Teilen zumeist
im un Einzelfertigung hergestellte Xeile handelt.
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Ein gleichmäßiges Tragen der Berührungsflächen ist infolge der Herstellungsungenauigkeiten
bei unabhangig voneinander hergestellten Teilen ebenfalls nicht garantierbar. Dadurch
sind auch die genauen Belastungswerte schwer bestimmbar.
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Von diesem Problem ausgehend hat sich die vorliegende Erfindung die
Aufgabe gestellt, eine thermische Schrumpfverbindung zu schaffen, die die bekannten
Nachteile nicht aufweist, die eine möglichst kurze Aufwärmzeit des zu lösenden Teiles
ermöglicht und die bei einfach hergesteDLen Berührungsflächen lange Abzugswege vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
das Außenteil sowie das Innenteil an den j-eweiligen Berührungsflächen mit zueinander
paraIblens gleichmäßig verteilten Nuten ausgestattet ist, wobei die zwischen den
Nuten befindlichen Flächen schmaler als die Nuten sind. Die Sitz flächen einer derartig
ausgebildeten Schrumpfverbindung sind der genaueren Beabeitung wesentlich zuganglicher9
da die Beruhrungsflächen Teile eines Zylindermatels sind9 der form-and
lagegenau
billig herstellbar ist. Bei ausreichendem Reibschluß der Berührungsflächen wird
durch die vorgeschlagenen Nuten in vorteilhafter Weise eine Verringerung deß Abzugsweges
beim Demontieren der beiden Verbindungsteile erzielt, indem die beiden zu verbindenden
Teile lediglich 80 weit relativ zueinander verschoben wrden, daß jeweils die Erhebungen
des einen Teiles in den Nuten des anderen Teiles zu liegen kommen.
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Bach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die Nuten in Achsrichtung verlaufen. Durch einfaches Verdrehen des Außenteils nach
dem Anwärmen um etwa die Breite einer Nut läßt sich das Außenteil in eine solche
Lage bringen, in der es selbst beim Erkalten keinen Druck auf das Innenteil ausübt,
so daß ein Reibschluß zwischen Innenteil und Außenteil nicht eintritt.
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Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist das Innenteil eine
auf eine Welle aufschiebbare, durch Schrumpfung des Außenteils auf der Welle verspannbareNabe.
Eine solche Nabe ist leichter zu bearbeiten als eine Welle und erlaubt es eine Schrumpfverbindung
auch mit serienmäßigen Teilen herzustellen, die keine Nuten aufweisen.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Nuten in Umfangsrichtung verlaufen. Die Herstellung von Nuten in Umfangsrichtung
ist wesentlich einfacher und wirtschaftlicher.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß aschen dem Außen- und dem Innenteil eine die Verdrehung der Teile gegeneinander
auf etwa die Breite der Nuten begrenzende Einrichtung vorgesehen ist.
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Nach einer snderen Lösung ist vorgesehen, eine die axiale Verschiebbarkeit
der Teile gegeneinander auf etwa die Breite der Nuten begrenzende Einrichtung vorzusehen.
Eine solche Einrichtung kann beispielsweise ein verstellbarer Anschlag sein, der
gleichzeitig als Abdrückvorrichtung Anwendung finden kann.
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In einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen,
das Außenteil mit Erhebungen zu versehen, die seine Außenfläche vergrößern. Durch
diese Maßnahme läßt sich die Anwärmzeit des Außenteils um einen erheblichen Betrag
verringern, wodurch der Wärmeübergang auf das Innenteil wesentlich vermindert und
das zum Abziehen geforderte Wärmegefälle weitgehend erhalten bleibt. Damit läßt
sich erhebliche Arbeitszeit zum Lösen des Schrumpfverbandes einsparen.
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Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die Erhebungen des
Außenteils nach der Art von Kühlrippen ausgebildet.
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Das Anwärmen des Außenteils läßt sich auf verschiedene Art und Weise
erreichen, beispielsweise durch einen Gasbrenner oder durch Induktion. Bei der Verwendung
eines Gasbrenners wäre es vorteilhaft denkbar, eine,die kühlrippenartigen Erhebungen
des Außenteils umschließende rund um das Außenteil verlaufende Blechabdeckwng vorzusehen,
de die Hitze des Gasstromes in günstiger Weise an den Erhebungen vorbei leitet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und zwar zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäße Schrumpfverbindung im Halbschnitt mit
in Achsrichtung verlaufenden Nuten,
Fig. 2 einen Schnitt durch die
Schrumpfverbindung gemaß Fig. 1, Fig. 3 die erfindungsgemäße Schrumpfverbindung
mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten und Mitteln zum Begrenzen des axialen
Verschiebeweges und Fig. 4 die Schrumpfverbindung gemäß Fig. 2 mit anderen Mitteln
zum Begrenzen des axialen Verschiebeweges.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Schrumpfverbindung besteht aus einer
Welle 1 und einer Nabe 2, wobei eine Schrumpfhülse 3, auf einem Bund der Nabe 2
aufgeschrumpft, die Reibverbindung der Teile herstellt. Schrumpfhülse 3 ist mit
rippenförmigen Erhebungen 4 versehen, die ein schnelles gleichmäßiges Anwärmen ir
Hülse 3 ermöglichen. Zum Anwärmen dient ein -nichtdargestellter - Gasbrenner. Die
Schrumpfhülse 3 besitzt eine mit Untermaß hergestellte Bohrung, aus der eine Vielzahl
von Nuten 5 geringer Tiefen ausdehnung auf dem Umfang gleichmäßig verteilt ausgearbeitet
sind. Die dazugehörige, wie eine Hohlwelle ausgebildete Nabe 2, besitzt am Umfang
verteilt ebenfalls Nuten 6 gleicher Anzahl, wobei die Nuten 6 so gestaltet sind,
daß die Schrumpfhülse 3 im Kaltzustandmit den zwischen den Nuten 5 verbliebenon
zahnartigen Vorsprüngen in die Nuten 6 der Nabe 2 eingeführt werden kann. Durch
die besondere Ausbildung der Nabe 2 zur Verwendung der Schrumpfhülse 3 ergibt sich
einXweiterer Vorteil der Erfindung. Die kühlrippenähnlichen Erhebungen der Schrumpfhülse
bewirken im Zusammenhang mit den Nuten 5, 6 beim Schrumpf ein regelmäßiges Flächenbelastungsmuster
mit unterschiedlichen Druckzuständen auf dem Wellensitz. Hierdurch entsteht ein
sogenannter Sommerungseffekt in der das Drehmoment weiterleitenden Fuge, der zu
einer Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes führt.
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Durch Erwärmen der Schrumpfhülse 3 mit einer geeigneten Vorrichtung
wird eine Ausdehnung derselben erreicht, die es gestattet, die Hülse 3 tangential
so weitezu drehen, daß sich die zwischen den.Nuten verbleibenden, vorstehenden Teile
von Schrumpfhülse 3 und Nabe 2 aufeinander befinden. In dieser Position kann sich
infolge des Untermaßes der Schrumpfhülse 3 beim Erkalten ein Spannungszustand aufbauen,
der zu dem gewünschten Schrumpf zwischen Welle 1 und Nabe 2 führt.
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Zur Demontage wird die Schrumpfhülse 3 erwärmt und nach Abheben in
der Fuge tangential soweit verschoben, daß ein Vorsprung über eine Nute steht. In
diesem Zustand kann die Hülse 3 erkalten. Die Verbindung Nabe/Welle bleibt lose
und kann demontiert werden.
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Zum Verdrehen der Schrumpfhülse 3 auf der Nabe 2 ist in die Hülse
3 eine radiale Bohrung 9 eingebracEts die der Aufnahme eines stangen- oder rohrförmigen
Werkzeuges (Hebel) dient (Fig. 2). Damit die Berührungsflächen zwischen Nabe 2 und
Schrumpfhülse 3 genau übereinander gepaßt werden und somit der größte Reibschluß
erzielt werden kann, ist ein Stift 7 durch die Hülse 3 hindurch in eineNut 8 der
Nabe gesteckt, die den Verdrehweg der Hülse 3 über die Nabe 2 begrenzt.
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Selbstverständlich kann auch die Nabe 2 selbst in der Art der Schrumpfhülse
3 ausgebildet sein; die Nuten 5, 6wären dann entsprechend in die Bohrung der Nabe
2 und die Oberfläche der Welle 1 einzuarbeiten.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Schrumpfverbandes
dargestellt. Die Schrumpfhülse 3 besitzt eine mit Untermaß hergestellte Bohrung
aus der eine Vielzanl von Nuten 5 geringer TiefenausdehDungs in Umfangsrichtung
verlaufend, gichmäßig beabstandet ausgarbeiSt sind0 Die dazugehörige Nabe 2 besitzt
ebenfalls in Umfangsrichtung GerX
laufende Nuten 6 gleicher Anzahl,
wobei die Nuten 6 so gestaltet sind, daß die Schrumpfhülse 3 im angewärmten Zustand
über die Nabe geschoben werden kann und durch Anschläge 7 80 über der Nabe 2 zu
liegen kommt, daß die zwischen den Nuten verbliebenen Erhebungen der Schrumpfhülse
3 auf denen der Nabe 2 zu liegen kommen.
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Beim Erkalten der Schrumpfhülse 3 bewirkt die Schrumpfkraft ein Zusammendrücken
der Nabe 2 und somit den Reibschluß zwischen Welle 1 und Nabe 2. Zum Lösen der Reibschlußverbindung
wird die Schrumpfhülse 3 um einen geringen Weg a axial verschoben, so daß die zwischen
den Nuten 5 verbliebenen Erhebungen der ßchrumpfhülse 3 in den Nuten 6 der Nabe
2 zu liegen kommen und keine radialen Kräfte die Nabe 2 zusammendrücken. Die axiale
Verschiebung kann beispielsweise mit Hilfe der verstellbaren Anschläge 7 erzielt
werden.