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Vorrichtung zum Befestigen einer
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Nabe an einer Welle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen
einer Nabe an einer Welle mittels Reibschluß, bei welcher zwischen Nabe und Welle
ein diese miteinander verspannendes Verbindungsteil angeordnet ist.
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Es sind verschiedene feste Kupplungen bekannt, die z.B. von einer
Welle ein Drehmoment ungedämpft auf die Nabe eines Rades übertragen. Von den zahlreichen
Typen sei z.B. die Scheibenkupplung genannt, bei welcher zwei Scheiben mit ihrer
Nabe auf zwei miteinander zu kuppelnde Wellenenden, gegebenenfalls mit verschiedenem
Durchmesser, aufgeschoben, mit einer Paßfeder oder einem Keil drehfest gemacht und
durch Paßschrauben so fest verschraubt werden, daß der entstehende Reibschluß das
Drehmoment übertragen kann.
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Der Widerstand gegen Verdrehen oder Verschieben der Nabe gegenüber
der Welle wird durch die Haftkraft an der Berührungsfläche der Maschinenteile erzeugt.
In manchen Fällen, z.B. bei aufgesetzten Zahnrädern, soll nur ein guter Sitz gewährleistet
werden. In dem vorstehend beschriebenen Fall wird die übertragung eines Drehmomentes
gefordert, und deshalb müssen Keile oder Paßfedern eingelegt werden. Es ist auch
bekannt, Kurbeln und Zahnkränze aufzuschrumpfen, wobei in jedem Falle das Drehmoment
durch Reibung übertragen wird.
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Diese ist unter anderem von der Rauhigkeit der Oberfläche und ihrer
Flächenpressung abhängig, die wiederum durch die Spannungen im aufgeschrumpften
Teil gegeben ist.
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Bei den bekannten Klemmsitzen mit geteilter Nabe oder auch beim Preßsitz
müssen die einzelnen Maschinenelemente aufwendig bearbeitet werden, und außerdem
sind diese bekannten Befestigungsverbindungen zwischen Welle und Nabe zumeist an
rotationssymmetrische Formen gebunden.
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Auch das Lösen der bekannten Maschinenelement bereitet nach dem einmaligen
Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung erhebliche Schwierigkeiten.
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Andere herkömmliche, lösbare Verbindungen bleiben oft unvollkommen,
weil ein Rest elastischer Verformung oder Atmung zum Ausschlagen, Passungsrost usw.
führt, so daß diese bekannten Verbindungen sehr rasch unbrauchbar werden. Deshalb
verwendet man dann den absoluten Kraftschluß, um solche Schwierigkeiten auszuschalten.
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Bekannt sind bei Vorrichtungen zum Befestigen einer Nabe an einer
Welle auch Keile, die als Kraftübertragungsmittel wirken. Mit ihnen kann mit verhältnismäßig
kleiner Kraft in Längsrichtung des Keils (bei großem Weg) eine große Kraftwirkung,
nämlich die Keilwirkung, senkrecht zu den Keilflächen (bei kleinem Weg) erzielt
werden. Der Keil wird als scharfkantiges Spaltwerkzeug aus Stahl verwendet und kann
verschiedene Formen haben, z.B. Längskeile, Scheibenkeile, Einlege- bzw. Treibkeile
usw. In jedem Falle muß die Welle jedoch speziell bearbeitet sein, insbesondere
muß sie einen abgeflachten Teil aufweisen, zumeist sogar eine Nut, wie z.B.
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bei der Keilwelle mit einer Anzahl Längsnuten, in denen die Keile
dann als kraftschlüssige Verbindung dienen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete
Vorrichtung so zu verbessern, daß man mit einfachen geometrischen Formen und einfachen
Bearbeitungen, teilweise auch mit genormten Bauteilen, auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verbindungsteil
eine zweiteilige, spreizfähige Hülse ist.
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Diese auch als Spannhülse zu bezeichnende spreizfähige Hülse wird
durch einen leichten Schiebesitz auf die Welle geschoben, und danach wird die Nabe
aufgezogen. Hierdurch gibt es mit Vorteil keine axialen Verschiebungen beim Anziehen
mehr, und die nachteiligen festen Passungen mit den genauen Bearbeitungen entfallen.
Die Hülse gemäß der Erfindung ist mehr oder weniger spreizfähig auszugestalten,
so daß mehr oder weniger große Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung, wenn die spreizfähige
Hülse eine Innenhülse, eine diese umgreifende Außenhülse und an der gemeinsamen
Trennfuge derselben mindestens eine Bohrung mit eingesetztem Kegelstift aufweist.
Im wesentlichen besteht also das Verbindungsteil erfindungsgemäß aus lediglich drei
Teilen, der Innenhülse, der Außenhülse und dem Kegelstift. Dabei ist es zweckmäßig,
wenn mindestens zwei Kegelstifte an der gemeinsamen Trennfuge angeordnet sind und
bezüglich der Welle diametral gegenüberliegend angeordnet werden. Zur Vergrößerung
des Kraftschlusses setzt man zweckmäßigerweise mehr als zwei Kegelstifte ein.
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Diese Kegelstifte bestehen aus einem kegelstumpfförmigen, länglichen
Teil, an dessen dünnwandigem Ende ein Gewinde angeformt oder angesetzt ist. Innen-
und Außenhülse, die ineinandergeschoben
sind, werden an der gemeinsamen
Trennfuge mit kegeligen Bohrungen verbohrt, in welche der Kegelstift so weit eingeschoben
wird, daß das mit dem Gewinde versehene Ende am engen Teil der Bohrung ein Stück
weit heraussteht.
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Nach Auflegen einer Unterlagscheibe wird eine Spannmutter auf das
Gewinde geschraubt, mit deren Hilfe der Kegelstift mehr oder weniger kräftig in
die Bohrung gezogen werden kann.
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Dadurch wird die Hülse gespreizt bzw. ausgeweitet, so daß sich Außen-
und Innenfläche der spreizfähigen Hülse gegen die Nabe bzw. die Welle andrücken.
Durch das Anziehen oder auch ein Einschlagen dieser Kegelstifte federt die Zone
in der Nachbarschaft der Kegelstifte elastisch durch, bis das zu überbrückende Spiel
ausgeglichen ist.
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Es hat sich gezeigt, daß die Maschinenelemente und Kräfte so ausgestaltet
und ausgelegt werden können, daß sich die Verformungen im elastischen Bereich abspielen,
so daß sich nach dem Lösen der Kegelstifte alle Teile, d.h. die spreizfähige Hülse,
wieder mühelos demontieren läßt und nachfolgend wiederum montiert werden kann.
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Wenn gemäß der Erfindung vorgesehen wird, daß die Innen-und/oder Außenhülse
einen Axialschlitz aufweist, dann können nach dem gleichen Prinzip größere Herstellungstoleranzen
überbrückt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die spreizfähige Hülse Zylinderform hat und an der Innen- und/oder
Außenhülse eine Schulter angebracht ist. Durch die zylindrische Ausbildung der ausweitbaren
Hülse wird beim Montieren die Position von Hülse zu
Nabe und Welle
aufrechterhalten, d.h. beim Anziehen erfolgt keine axiale Verschiebung, was bei
den bekannten Federverbindungen oft nachteilig der Fall war.
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Die an einer Stirnseite der Innen- und/oder Außenhülse vorgesehen
Schulter erleichtert die Montage, weil die Innenhülse dann lediglich bis zum Anschlag
an die Außenhülse geschoben zu werden braucht, so daß danach die kreisförmigen Stirnflächen
beider Hülsen bündig nebeneinanderliegen.
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Vorteilhaft ist die Erfindung weiter dadurch ausgestaltet, daß die
Außen- und/oder Innenflächen der spreizfähigen Hülse mit axialen und/oder radialen
Kerbverzahnungen versehen ist/sind. Diese Ausführungsform ist für größere Kräfte,
insbesondere für eine rutschfeste Drehmomentübertragung gedacht. Bei unterschiedlich
harter Ausbildung der Materialverbindungen werden die Spitzen des härteren Werkzeuges
in die weicheren eindringen. Die Oberfläche des Kontaktwerkstoffes wird dabei nicht
wesentlich verändert. Hingegen wird durch die Einkerbungen eine beachtliche Scherfläche
gebildet auch dann, wenn die Eindringtiefe nur 0,01 mm beträgt.
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Grundsätzlich ist zwar auch eine Hülse als Verbindungsteil zwischen
Nabe und Welle denkbar, die nur aus einem Stück besteht. In diesem Falle muß man
dann aber mit engeren Herstelltoleranzen arbeiten, weil der Wirkbereich der durch
die gespannten Kegelstifte spreizend nach außen wirkenden elastischen Bereiche kleiner
sind.
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Durch die kraftschlüssige Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung
können auch Vielkeilwellen, Mehrkantwellen usw.
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verkuppelt werden. Denkbar ist es auch, die Bohrung eines Zahnrades
oder einer Riemenscheibe direkt mit der eingesetzten Hülse, die dann einstückig
sein kann, in der beschriebenen Weise an der Trennfuge zwischen der eingesetzten
Hülse und der ringförmigen Innenfläche der Bohrung gemeinsam für die Kegelstifte
zu verbohren.
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Durch die bevorzugte Ausführungsform der zweiteiligen, spreizfähigen
Hülse kann man erfindungsgemäß mit Vorteil genormte Bauteile einsetzen und erreicht
die gewünschten zuverlässigen Wirkungen mit einachen geometrischen Formen und Bearbeitungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen: Fig. 1 schematisiert in der rechten bzw. linken Hälfte eine erste bzw.
eine zweite Ausführungsform der spreizfähigen Hülse mit Kegelstift in axialer Richtung
gesehen, und Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Fig. 1 entlang der Linie II-II.
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Rechts von der in Fig. 1 gezeigten doppelten strichpunktierten Linie
ist eine erste Ausführungsform der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse gezeigt, die
allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie besteht ebenso wie die zweiteilige, spreizfähige
Hülse der linken Ausführungsform in Fig. 1 aus einer Innenhülse 1 und einer Außenhülse
2, die an ihrer gemeinsamen
Trennfuge 11 mit kegeligen Bohrungen
5 in der dargestellten Weise verbohrt sind, wobei es sich hier um eine gerade Anzahl
von Bohrungen handelt, die bezüglich der Achse paarweise diametral gegenüberliegend
angeordnet sind. Dadurch ergibt sich die günstigste, symmetrische Verspannung.
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Das Verspannen erreicht man durch den allgemein mit 3 bezeichneten
Kegelstift, der lediglich bei der rechten Ausführungsform in Fig. 1 in der Draufsicht,
in Achsrichtung gesehen, gezeigt ist. Sein genauerer Aufbau ist deutlicher aus der
Schnittansicht der Fig. 2 ersichtlich. Dieser Schnitt geht in Fig. 1 durch den Kegelstift
3 hindurch und dann senkrecht auf die strichpunktierte Linie zu, um nach dem Auftreffen
auf diese entlang derselben nach unten zu verlaufen.
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Der obere Teil der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse 10 ist in der
Schnittansicht nicht dargestellt. Man erkennt die Innenhülse 1 und die Außenhülse
2, die rechts an miteinander zusammenwirkenden Schultern 12 in Anschlag gebracht
sind, so daß ihre Stirnflächen rechts bzw. links in der gezeigten Weise bündig zueinander
liegen. In der gemeinsamen Trennfuge 11 ist die spreizfähige Hülse 10 kegelstumpfförmig
mit der Bohrung 5 versehen, und es ist angedeutet, daß das Material unter der strichpunktierten
Linie 13 der Fig. 2 zur Innenhülse 1 und das über der Linie 13 liegende Material
zur Außenhülse 2 gehört. Der Hauptkörper 14 des Kegelstiftes ist im wesentlichen
an die Kegelstumpfform der Bohrung 5 angepaßt und wird in der in Fig. 2 dargestellten
Weise in diese Bohrung 5 so weit eingeschoben, daß sein rechts vorn angesetzter
Gewindezapfen 15 ein Stück weit aus der Stirnfläche
16 herausschaut.
Eine Spannmutter 17 ist auf den Gewindestift 15 aufgeschraubt und verspannt den
Hauptkörper 14 des Kegelstiftes 3 über die Unterlagscheibe 18 so, daß sich ein Ausweiten
der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse 10 ergibt.
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Im Falle der in Fig. 1 in der rechten Bildhälfte gezeigten Ausführungsform
drücken sich durch das Einpressen der Kegelstifte 3 die Außenflächen 19 gegen die
nicht dargestellte Nabe, während ich die Innenflächen 20 fest um die nicht dargestellte
Welle spannen. Hierdurch ist ein einwandfreier Kraftschluß unter Uberbrückung nicht
unerheblicher Herstellungstoleranzen gewährleistet.
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Bei der in Fig. 1 links dargestellten Ausführungsform wird dieser
Kraftschluß, der im Falle der rechten Ausführungsform ausschließlich ein Reibschluß
ist Durch die radialen und axialen Kerbverzahnungen 4 verbessert. Die sich durch
das Eindringen der Spitzen in die jeweils gegenüberliegende Material fläche ergebenden
Scherflächen erhöhen die Kraftschlußwirkung noch erheblich.