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KONSTRUKTION ZUR KRAFTSCHLÜSSIGEN VERBINDUNG MECHANI-
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SCHER BAUTEILE, INSBESONDERE ZUR AUSBILDUNGMONTIER-TER NABEN Die Erfindung
betrifft eine Konstruktion zur kraftschlüssigen Verbindung mechanischer Bauteile.
Die erfindungsgemße Konstruktion weist wenigstens zwei Ringe auf, die entlang ihrer
KonusSlächen miteinander in Verbindung stehen.
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Die miteinander zu verbindenden Bauteile können Wellen oder well¢nartige
Elemente, Scheiben, Stegplatten, Zalmräder, Riemenscheiben usw. sein. Die erfindungsgemäße
Konstruktion ist insbesondere für Verbindungen zwischen Nabe und Welle geeignet.
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Bei der Verbindung von mechanischen Bauteilen müssen oftmals Welle
und Nabe derart miteinander verbunden werden, daB die Verbindung zur Übertragung
eines Drehmomentes geeignet ist. Der Nabenkörper kann eine Scheibe, Stegplatte,
Riemenscheibe, ein Zahnrad oder ein anderes, ähnliches Maschinenelement sein. Unter
dem Aspekt der Drehmoment-Übertragung können Hauptelemente und Hilfselemente unterschieden
werden. Haupt elemente sind diejenigen Maschinenteile, zwischen denen das Drehmoment
übertragen werden soll, so zum Beispiel die Welle und der Nabenkörper. Hilfselemente
sind alle Maschinenelemente oder aschinenteile, mit denen die Hauptelemente in zur
Übertragung des Drehmoments geeigneter Weise verbunden werden. Hilfselemente sind
zum Beispiel Paßfedern, Keile, Scheiben, Ringe, Schrauben, Unterlegscheiben usw.
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Zur Verbindung mechanischer Bauteile sind formschlüssige und kraftschlüssige
Verbindungen bekannt, Von den fornischlüssigen Verbindungen werden die Paßfeder
und die Keilwelle am häufigsten angewendet. Von den kraftschlüssigen Verbindungen
seien die Schrumpfverbindungen, Preßverbindungen, Wegel-Preß-Verbindungen und die
mit Hilfselementen hergestellten Verbindungen genannt.
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Die formschlüssigen Verbindungen haben den großen Nachteil, daß Spannungsspitzen
entstehen und diese Stellen gefährdet sind. Um diese Gefahr zu vermindern, müssen
die
Hauptelemente überdimensioniert werden, wodurch nicht nur die
Abmessungen größer, sondern auch die Kosten höher werden. Ein weiterer Nachteil
der formschlüssigen Verbindungen besteht darin, daß die Paßfedern beziehungsweise
Rippen während des Betriebes ausgeschlagen werden, sich lockern und schließlich
Betriebsstörungen eintreten können. Nachteilig ist ferner, daß die Herstellung der
formschlüssigen Verbindungen technologisch anspruchsvoll und daher teuer ist.
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Die Nachteile der formschlüssigen Verbindungen, die sich aus der
Entstehung der Spannungsspitzen und dem Ausschlagen ergeben, können durch die Anwendung
kraftschlüssiger Verbindungen vermieden werden. Bei Schrumpfverbindungen und Preßverbindungen
lassen sich jedoch die Überdimensionierung und der damit verbundene Mehraufwand
' ebenfalls nicht vermeiden, weil bei dem das minimale Übermaß sichernden Passungspaar
auch das maximale Übermaß vorkommen kann. Deswegen muß auf der Grundlage des maximalen
Übermaßes dimensioniert werden, was eine snderthalb- bis zweifache Überdimensionierung
bedeutet. Ein weiterer Nachteil der Schrumpf- und Preßverbindungen besteht darin,
daß zu ihrer Montage Erwärmung und/oder hohe Preßkräfte erforderlich sind. Die für
diese Arbeitsgänge erforderlichen Zusatzvorrichtungen komplizieren die Montage und
erhöhen die Kosten. Auch bei den konischen Verbindungen muß mit bedeutenden Nachteilen
gerechnet werden. Die Herstellung der Hauptelemente dieser Verbindungen ist ebenfalls
technologisch anspruchsvoll, die Verbindung erfordert sowohl in der Herstellung
wie auch in der Montage hochgradige Präzision. Des weiteren haben die konischen
Verbindungen den Nachteil, daß der Konus selbsthemmend ist und infolgedessen
die
Demontage der über die Konusfläche miteinander verbundenen Hauptelemente große Schwierigkeiten
bereitet oder ohne Beschädigung der Flächen überhaupt nicht möglich ist. Nachteilig
ist auch das sog. "Aufschieben" auf die Konusflächen.
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Neuerdings werden zur Schaffung kraft schlüssiger Verbindungen verbreitet
lijlfselemente für die bbertragung des Drehmomentes zwischen den Hauptelementen
verwendet.
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Die Gesamtheit der Hilfselemente bildet eine besondere Konstruktion,
Derartige Konstruktionen enthalten im allgemeinen ein oder mehrere Ringpaare, die
sich entlang ihrer konischen Flächen bertihren. Von den erwähnten Ringen ist mindestens
einer an das eine Hauptelement, mindesten3 ein anderer an das andere Hauptelement
angedrückt. Das Andrücken der Ringe aneinander beziehungsweise an die Hauptelemente
erfolgt mittels weiterer Hilfselemente wie um Beispiel Schrauben oder Scheiben.Bei
diesen bekannten lsonstruktionen wird die konische Berührungsfläche der aneinandergedrückten
Ringe immer von dem Momentfluß gekreuzt.
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Nachteilig bei den bekannten Konstruktionen ist, daß sie die Nabenabmessungen
erhöhen und dadurch den Raumbedarf der die Nabe enthaltenden gesamten Vorrichtung
ungünstig beeinflussen, Ferner wird der zentrische Lauf der Nabe verschlechtert,
und um dies zu vermeiden, muß die Herstellungsgenauigkeit groß sein, was die Kosten
erhöht. Um die Vergrößerung der Nabenmaße in Grenzen zu halten, müssen die in der
Konstruktion enthaltenen Ringe oder sonstigen Hilfselemente aus hochfesten Werkstoffen
gefertigt werden, was die Kosten weiter erhöht.
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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Mängel und Nachteile der
bekannten Konstruktionen durch Schaffung einer Konstruktion, die hinsichtlich der
Herstellung, der montage und Inbetriebhaltung gleichermaßen günstig ist.
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Dementsprechend besteht die Aufgabenstellung, daß die Konstruktion
die Nabenabmessungen nicht erhöhen, den zentrischen Lauf des befestigten Elementes
nicht beeinflussen und zwischen seinen Konusflächen kein wesentliches Drehmoment
übertragen darf. Herstellung und Montage der Konstruktion sollen einfach und mit
billiger Technologie vorgenommen werden können, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe
durch eine Konstruktion gelöst, die außer den miteinander in drehmomentübertragende
Verbindung gebrachten Hauptelementen ein Ringpaar oder mehrere Ringpaare enthält,
wobei jeweils der eine Ring jedes Ringpaares mit beiden Hauptelementen - d,h.
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der Welle und dem Nabenkörper - in Berührung steht und ein wesentlicher
Teil des Drehmomentes, zweckmäßig das gesamte mittels des Ringpaares zu übertragende
Drehmoment -durch diesen Ring hindurchgeht. Bei dieser Ausführung nimmt nur jeweils
ein Ring des Ringpaares, zweckmäßig der Innenring, an der Übertragung des Drehmomentes
teil, während der andere Ring nur zum Einspannen des ersten Ringes dient. Die Ringe
der Ringpaare berühren sich entlang ihrer Konusflächen, welche jedoch nicht selbsthemmend
sind.
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Der Halbkegelwinkel der erv,ähntenKonen liegt zwischen 25 und 45°.
Abhängend vom Aufbau der Konstruktion und der Größe des zu übertragenden Drehmomentes
können die Ringpaare nur an einer Seite oder aber an beiden Seiten des Nabenkörpers
angewendet werden. Dementsprechend werden hier
unter tlwesentlichemTeil
des Drehmomentes1,wenigstens zuÇ des mittels eines Ringpaares oder an einer Seite
des Haben körpers zu übertragenden Drehmoment es verstanden, Bei einer zweckmäßigen
Ausführungsform der erSindungsgemäßen Konstruktion ist der den wesentlichen Teil
des Drehmomentes übertragende Rinz geschlitzt. Bei einer anderen Ausführungsform
besteht er aus Segmenten.
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Um die durch die das iloment übertragenden Ringe verursachten Spannungsspitzen
möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig die Enden der zylindrischen Flächen
der Ringe in axialer Richtung über eine Länge von 2-10 mm mit einem Radius von 50-500
mm abzufasen.
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Die vorgeschlagene Konstruktion kann mittels durch alle Ringpaare
und den Nabenkörper hindurchgehender Schrauben montiert werden, es ist jedoch auch
möglich, wenigstens die drehmomentübertragenden Ringe ohne Bohrungen auszuführen.
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Das Wesen der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, daß sie
wenigstens einen Ring aufweist, der mit beiden der miteinander zu verbindenden mechanischen
Bauteile in einen wesentlichen Teil des Drehmomentes übertragender Weise in Verbindung
steht.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion wird im folgenden an Hand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der an beiden Seiten des Nabenkörpers
Ringpaare angeordnet sind und die Konstruktion durch Schrauben zusammengehalten
ist, die sowohl durch die Ringpaare wie auch den Nabenkörper hindurchgehen, In Fig.
2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem im Unterschied zu der Ausführungsform
gemäß Fig. 1
an einer Seite eine Endscheibe angebracht ist.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die an beiden Seiten
des Nabenkörpers befindlichen Ringe nicht durchbohrt sind, sondern die Konstruktion
zwischen einer außerhalb des Wellenendes angeordneten Endscheibe und einer am Wellenende
ausgebildeten Schulter eingespannt ist.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführung, bei der nur sn einer Seite
des Nabenkörpers ein Ringpaar vorhanden ist; an der anderen Seite ist eine Endscheibe
angebracht, und die Konstruktion wird mittels durch sämtliche Teile hindurchgehender
Schrauben zusammengehalten, Fig. 5 unterscheidet sich von Fig. 4 dadurch, daß keine
Endscheibe verwendet wird.
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Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,bei dem an beiden Seiten
des Nabenkörpers Ringpaare angeordnet sind, jedoch nur die äußeren Ringe und der
Nabenkörper mit Bohrungen für die Schrauben versehen sind.
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Fig. 7 zeigt einen in der erfindungsgemäßen Konstruktion angewendeten
Innenring im Schnitt, Bei der in Fig, 1 gezeigten Ausführungsform soll zwischen
der Welle 4 und dem Nabenkörper 3 das Drehmoment übertragen werden. Der Nabenkörper
3 wird hier von einer Stegplatte gebildet. Zu beiden Seiten des Nabenkörpers 3 sind
die Ringpaare angeordnet, d.h. die auf der Welle 4 und dem Nabenkörper 3 abgestützten
Ringe 1 und die sicvon außen an diese anschließenden Ringe 2. Die Ringe 1 sind die
Innenringe, und sie übertragen das gesamte Drehmoment zwischen der Welle 4
und
dem Nabenkörper 3. Sowohl der Nabenkörper wie auch die Ringe sind mit Bohrungen
versehen. Durch diese Bohrungen hindurch sind die Schrauben 5 geführt, die die Konstruktion
zusammenhalten, Die äußeren Ringe 2 können ein Gewinde aufweisen, jedoch kann die
Konstruktion auch mittels Schraubenmuttern verschraubt werden. Die durchgehenden
Schrauben E sind auf einem Kreisumfang angeordnet, dadurch wird eine gleichmäßige
Andrückwirkung erreicht. Die Außenrings 2 stehen mit den inneren Ringen 1 entlang
einer Konusfläche in Berührung. Die Neigung dieser Konuaflächen, d.h, der Kegelwinkel,
kann auf der Grundlage der Bedingung errechnet werden, gemäß welcher ein Innenring
1 im Falle rein kraftschlüssirer Verbindung im Stande sein soll, mit der Stirnflache
ein ebenso großes Moment zu übertragen wie mit der zylindrischen Fläche seiner Bohrung.
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Bei der gezeigten Lösung wird das volle Drehmoment von den beiden
an den Seiten des nabenkörpers 3 befindlichen Ringen 1 übertragen. Der auf einen
Ring 1 bezogene wesentliche Teil des Drehmomentes beträgt, wie bereits definiert,
80 'ó der Hälfte des gesamten zu übertragenden Drehmoment es.
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Die inneren Ringe 1 können volle beziehungsweise geschlossene Ringe
sein, jedoch können auch geschlitzte Ringe angewendet werden, wodurch ein besserer
Sitz auf der Welle 4 erreicht wird. Für das gleiche Ziel können auch aus Segmenten
aufgebaute Ringe 1 Verwendung finden.
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In Zeigt 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der sich an einer
Seite eine Endscheibe 6 befindet. In dieser sind mit Gewinde versehene Bohrungen
angebracht, in welche die mit Gewinde versehenen Enden der durchgehenden Schrauben
5 eingeschraubt werden können. Im übrigen stimmt die Konstruktion
mit
der in Fig. 1 gezeigten überein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist die Welle 4 eine Schulter
auf, und die Konstruktion ist auf das über die Schulter verfügende Ende der Welle
4 aufmontiert. Auch bei dieser Ausführung sind an beiden Seiten des Nabenkörpers
3 Ringpaare angeordnet, die aus inneren Ringen 1 und äußeren Ringen 2 bestehen.
Bei dieser Lösung ist kein einziger der Ringe mit einer Bohrung versehen, sondern
zum Verschrauben der Konstruktion und dem Einspannen der Ringe gegeneinander dienen
die außerhalb des Wellenendes angebrachte Endscheibe 6 und die durchgehenden Schrauben
5, die in die in der Endscheibe 6 ausgebildeten Bohrungen eingeschraubt sind. Das
Zusammendrücken der Konstruktion geschieht demnach im wesentlichen zwischen der
an der Welle 4 ausgebildeten Schulter und der Endscheibe 6. Die Schrauben 5 werden
in die am Ende der Welle ausgebildeten, mit Gewinde versehenen Bohrungen eingeschraubt.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung ist nur an einer Seite des
Nabenkörpers 3 ein Ringpaar angeordnet, während sich an der anderen Seite die mit
Gewindebohrungen versehene Endscheibe 6 befindet. Die Ringe 1 und 2 weisen Bohrungen
auf, der Nabenkörper desgleichen. Die durch diese Bohrungen hindurchgehenden Schrauben
5 halten die Konstruktion zusammen und spannen die Ringe ein.
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Die in Fig. 5 gezeigte Auaführungsform unterscheidet sich insofern
von der in Fig. 4 gezeigten, als daß sie keine Endscheibe 6 enthält, sondern zum
Einschrauben der Schrauben 5 im Nabenkörper 3 Gewindebohrungen ausgebildet sind.
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Die Fig, 6 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der an beiden
Seiten des Nabenkörpers 3 Ringpaare angebracht
sind. Bei diesen
Ringpaaren sind die äußeren Ringe 2 mit Bohrungen versehen, die inneren Ringe 1
nicht. Die die Konstruktion zusammenhalt enden Schrauben 5 sind durch die in den
äußeren Ringen 2 und im Nabenkörper 3 ausgebildete Bohrungen geführt. Bei dieser
AusfiMrungsform sind die Schrauben 5 zweckmäßig mit LIutternversehen.
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In Fig. 7 ist ein innerer Rinr 1 im Schnitt gezeigt.
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Um die Spannungsspitzen so gering wie möglich zu halten, sind beide
Enden der zylindrischen Innenbohrung des Ringes über eine Länge a mit einem Radius
R abgeBast. Der Wert für R kann 50-500 mm betragen, die in axialer Richtung verlaufende
Länge a liegt zwischen 2 und 10 mm.
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Auch aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ersichtlich,
daß die erfindungsgemäße Konstruktion im Vergleich zu bekannten, ähnlichen Zwecken
dienenden Lösungen über zahlreiche Vorteile verfügt. Ein wesentlicher Vorteil liegt
darin, daß die Konstruiftion die Maße der montierten Nabe nicht vergrößert, was
sowohl hinsichtlich des Materialbedarfs wie auch unter dem Aspekt des Raumbedarfes
mit weiteren Vorteilen verbunden ist.
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Ferner ist vorteilhaft, daß die Konstruktion den zentrischen Lauf
des mit der Welle verbundenen anderen Hauptelementes nicht beeinflußt.
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Als weiterer Vorteil muß erwärmt werden, daß bei der erfindungsgemäßen
Konstruktion die in ihr enthaltenen Konusflächen kein wesentliches Drednoment übertragen,
d.h. kein unerwünschtes "Aufschieben" auf diese Flächen erfolgt.
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Vorteilhaft ist ferner, daß der Zusammenbau und die Demontage mit
Beichtigkeit, ohne besondere Hilfsmittel vorgenommen werden können.
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Zur Zusammenstellung der Konstruktion werden keine speziellen Materialien
gebraucht, zur Herstellung ist keine aufwendige Technologie erforderlich und auch
die Anforderungen an die Genauigkeit sind nicht so hoch wie bei den bekannten kraftschlüssigen
Verbindungen.
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Als bedeutsam ist zu erwähnen, daß die Elemente der erfindungsgemäßen
Konstruktion - ebenso wie zum Beispiel die Kugellager - typisiert und katalogisiert
werden können, was bei Konstruktion und Ausführung bedeutende Vorteile mit sich
bringt.