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Vorrichtung zur Befestigung eines
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Nabenansatzes auf einer Welle Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß
auf eine Vorrichtung zur Befestigung eines ungeschlitzten, zylindrischen Nabenansatzes
auf einer Welle, - bestehend aus Stauchring mit zwei gegenläufigen, der Größe nach
gleiche oder unterschiedliche Konuswinkel aufweisenden Außenkonusflächen, zwei Spannscheiben
mit je einer Außenkonusfläche zugeordneter Innenkonusfläche und einer Mehrzahl von
über den Umfang der Spannscheiben äquidistant verteilten, in axiale Spannschraubenbohrungen
einerseits selbsthemmend geführten Spannschrauben, wobei der Stauchring auf den
Nabenansatz aufgeschoben sowie die Spannscheiben auf den Stauchring aufgesetzt und
durch die Spannschrauben axial gegeneinander und radial gegen den Stauchring spannbar
sind, wobei ferner zwischen den Konusflächen von Stauchring und Spannscheiben eine
Schmiermittelschicht angeordnet ist.
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Bei der bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform (DE-PS 12 94 751)
ist die Größe der Konuswinkel dem Fachmann überlassen. Sie wird in der Praxis häufig
so gewählt, daß Selbsthemmung eintritt.
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Die Schmiermittel schicht zwischen Stauchring und Spannscheiben ist
nur zufällig anwesend und gleichsam Rudiment aus vorangegangenen Bearbeitungen und
Manipulationen. Die Schmiermittelschicht besteht aus einem flüssigen Schmiermittel
und wird bei der Auslegung und Bemessung der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen
nicht als Konstruktionselement behandelt. Genauere Untersuchungen des Schlupfverhaltens
sowie des Montage- und Demontageverhaltens der bekannten Vorrichtungen haben gezeigt,
daß zwar zwischen Stauchring und Spannscheiben eine Schmiermittel schicht vorhanden
ist, daß diese jedoch keine geschlossene, über den Umfang der Konusflächen umlaufende
Schmiermittelschicht darstellt. Das Funktionsverhalten, insbesondere das Schlupfverhalten
der bekannten Vorrichtung, ist praktisch durch Reibungsschluß Metall auf Metall
im Sinne der sogenannten trockenen Reibung an mehr oder weniger singulären, aus
fertigungstechnischen Toleranzen resultierenden, statistisch verteilten Umfangsstellen
der einander zugeordneten Konusflächen bestimmt. Auch Verformungen der Spannscheiben
durch die Spannkräfte führen zu solchen Effekten. Das alles führt bei bekannten
Vorrichtungen ein und derselben Größe und Auslegung zu unterschiedlichen Funktionsparametern,
deren Werte statistisch erheblich schwanken. Daraus resultiert ein verhältnismäßig
schlechter und unbestimmter "Wirkungsgrad" für die Umsetzung der auf die Spannschrauben
ausgeübten Anzugskräfte in radiale, auf den Nabenansatz wirkende Spannkräfte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so weiter auszubilden, daß zwischen Stauchring und Spannscheiben eine über den Umfang
der Konus flächen geschlossen umlaufende Schmiermittelschicht gewährleistet werden
kann und folglich, bei vorgegebener Größe und Auslegung, die Funktionsparameter
sehr genau (mit geringen statistischen Schwankungsbreiten) festgelegt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Kombination der folgenden Merkmale: a)
Daß die Konuswinkel am Stauchring sowie an den Spannscheiben unter Berücksichtigung
des Reibungsbeiwertes des eingesetzten Schmiermittels für ruhende Reibung außerhalb
der Selbsthemmung liegen, b) wobei die Schmiermittelschicht aus einem Trockenschmiermittel
besteht und der Tangens der Konuswinkel um einen Faktor von zumindest 1,7, vorzugsweise
von etwa 2, größer ist als dieser Reibungsbeiwert, c) daß die Spannschraubenbohrungen
mit einem Abstand vom größten Innenkonusdurchmesser der Spannscheiben angeordnet
sind, der klein ist in bezug auf die Differenz aus dem größten Innenkonusdurchmesser
und dem kleinsten Innenkonusdurchmesser und d) daß die Spannscheiben eine Breite
aufweisen, die etwa dreimal so groß ist oder größer ist als der Lochkreisabstand
in radialer Richtung vom mittleren Innenkonusdurchmesser.
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Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind auf der Konusfläche
des Stauchringes Aufnahmerillen für das Trockenschmiermittel angeordnet. Dabei handelt
es sich im allgemeinen um flachmuldige Rillen, die vorzugsweise gewindeförmig verlaufen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Voraussetzung
für die Lösung der Erfindungsaufgabe darin besteht, in der Schmiermittelschicht
zu hohe Scherkräfte zu vermeiden, aus welchem Grunde mit im gesamten Bereich der
Einsatztemperatur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung trockenen Schmiermitteln gearbeitet
wird. Solche Festschmiermittel werden auch als Gleitlacke bezeichnet und sind in
der Praxis bekannt (z. B. unter der Warenbezeichnung Molykote der Dow Corning).
- Zunächst kommt den Merkmalen a) und b) der Kombination besondere Bedeutung zu.
In Ergänzung dazu ist es aber, wiedie Erfindung erkannt hat, erforderlich, über
Umfang und axiale Erstreckung der Konusflächen singuläre Flächenpressungen zu vermeiden.
Insoweit kommt den Merkmalen c) und d) zunächst für sich besondere Bedeutung zu,
wobei jedoch die Merkmale a) bis d) insgesamt in funktioneller Veis=hmelzung funktionieren.
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Im Rahmen der Erfindung wird die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen,
daß das in Zylinderkoordinaten berechnete Widerstandsmoment der Spannscheiben trotz
der Spannschraubenbohrungen über den gesamten Umfang hinreichend konstant ist. Dazu
lehrt die Erfindung, daß die Spannschraubenbohrungen einen Durchmesser aufweisen,
der nicht größer ist als etwa einem Fünftel der Höhe des rechteckigen Querschnittes
der Spannscheiben entspricht. Dabei sollen im übrigen die Spannschraubenbohrungen
einen umfangsmäßigen
Mittenabstand voneinander aufweisen, der nicht
größer ist als etwa dem dreifachen Durchmesser der Spannschraubenbohrungen entspricht.
Um zu verhindern, daß bei der Montage die Trockenschmiermittelschicht zerstört wird,
empfiehlt die Erfindung, daß die Innenkonusflächen der Spannscheiben an ihren Rändern
mit fasenähnlichen Aufschiebeerweiterungen versehen sind. Wird dann vor dem Aufschieben
ein Trockenschmiermittel aufgebracht, so wird es mit auf die Konusflächen geschleppt.
Es versteht sich von selbst, daß im Rahmen der Erfindung auch Vorsorge dafür getroffen
werden muß, daß die Spannkräfte, die von den Spannschrauben erzeugt werden, möglichst
gleichmäßig und ohne Verkantung in die Spannscheiben einfließen. Dazu ist es vorteilhaft,
daß die Spannschrauben Auflagerköpfe aufweisen, die unterseitig plan und parallel
zu entsprechend bearbeiteten Auflagerflächen an den Spannscheiben gestaltet sind.
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Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zwischen Stauchring und Spannscheiben eine über den Umfang der Konusflächen
geschlossen umlaufende Schmiermittelschicht gewährleistet werden kann, so daß die
Funktionsparameter der Vorrichtung bei vorgegebener Größe und Auslegung sehr genau
und mit geringen statistischen Schwankungen festgelegt werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 einen
Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im montierten Zustand, Fig.
2 ausschnittsweise eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 1 von links, Fig. 3 in
gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach
Fig. 1, und Fig. 4 im Maßstab der Fig. 3 den Ausschnitt B aus dem Gegenstand der
Fig. 1.
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Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zur reibungsschlüssigen
Befestigung eines ungeschlitzten, zylindrischen Nabenansatzes 1 auf einer Welle
2. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die Vorrichtung aus einem Stauchring
3 mit zwei gegenläufigen, der Größe nach gleiche oder unterschiedliche Konuswinkel
aufweisenden Konusflächen 4, 5, zwei Spannscheiben 6, 7 mit je einer Außenkonusfläche
4, 5 zugeordneter Innenkonusfläche 8, 9 und eine Mehrzahl von über den Umfang der
Spannscheiben 6, 7 äquidistant verteilten, in axiale Spannschraubenbohrungen 10
eingesetzten Spannschrauben 11. Sie sind in den Gewinden der jeweils inneren Spannscheiben
7 selbsthemmend geführt.
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Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß der Stauchring 3 auf den Nabenansatz
1 aufgeschoben und daß die Spannscheiben 6, 7 auf den Stauchring 3 aufgesetzt sowie
die Spannschrauben 11 axial gegeneinander und radial gegen den Stauchring 3 gespannt
sind. Der Stauchring 3 kann auch mittig geteilt sein, wie in Fig. 4 durch eine strichpunktierte
Linie angedeutet wurde. Zwischen den Konusflächen 4, 5, 8, 9 von Stauchring 3 und
Spannscheiben 6, 7 befindet sich eine Schmiermittelschicht 12, welche in Fig. 3
durch verdickte Strichführung angedeutet worden ist. Die Schmiermittelschicht 12
wurde aus einem Trockenschmiermittel aufgebaut.
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In Fig. 3 erkennt man den Konuswinkel a links am Stauchring 3 der
Fig. 1. Entsprechend ist der Konuswinkel rechts an der zugeordneten Spannscheibe
7 eingerichtet. Die Fig. 3 macht deutlich, daß die Konuswinkel am Stauchring 3 sowie
an den Spannscheiben 6, 7 unter Berücksichtigung des Reibungsbeiwertes des eingesetzten
Trockenschmiermittels 12 für ruhende Reibung außerhalb der Selbsthemmung liegen.
Der Konuswinkel a ist im Ausführungsbeispiel mit 100gewählt worden. Sein Tangens
beträgt dann 0,1763. Das Trockenschmiermittel 12 mag z. B. einen Reibungsbeiwert
von 0,05 aufweisen, so daß unter den angegebenen Verhältnissen verwirklicht ist,
daß der Tangens des Konuswinkels um etwa 3,5 größer ist als dieser Reibungsbeiwert.
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Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 entnimmt man,
daß die Spannschraubenbohrungen 10 mit einem Abstand A vom größten Innenkonusdurchmesser
DG der Spannscheiben 6, 7 angeordnet sind, der klein ist in bezug auf die Differenz
aus dem größten Innenkonusdurchmesser DG und dem kleinsten Innenkonusdurchmesser
DK.
In der Praxis mag dieser Abstand einige Millimeter betragen. Im übrigen besitzen
die Spannscheiben 6, 7 eine Breite B, die etwa dreimal so groß ist oder größer ist
als der Lochkreisabstand LK in radialer Richtung vom mittleren Innenkonusdurchmesser
DM Aus der Fig. 2 entnimmt man, daß im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung die Spannschraubenbohrungen 10 einen Durchmesser d
aufweisen, der nicht größer ist als einem Fünftel der Höhe H des rechteckigen Querschnittes
der Spannscheiben 6, 7 entspricht, wodurch ein ausreichendes axiales Widerstandsmoment
über den Gesamtumfang der Spannscheiben 6, 7, trotz der Spannschraubenbohrungen
10, gewährleistet ist. Aus Fig. 2 entnimmt man fernerhin, daß die Spannschraubenbohrungen
10 einen umfangsmäßigen Mittenabstand M voneinander aufweisen, der nicht größer
ist, als etwa dem dreifachen Durchmesser d der Spannschraubenbohrungen 10 entspricht.
In Fig. 3 wurde fernerhin, aus Maßstabsgründen übertrieben, verdeutlicht, daß die
Innenkonusflächen 8, 9 der Spannscheiben 6, 7 an ihren Rändern mit fasenähnlichen
Aufschiebeerweiterungen 13 versehen sind. In der Vergrößerung neben Fig. 3 erkennt
man die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Aufnahmerillen 3a für das Trockenschmiermittel
12.
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Die Fig. 4 zeigt, daß die Spannschrauben 11 Auflagerköpfe 14 aufweisen,
die innenseitig plan und parallel zu entsprechend bearbeiteten Auflagerflächen 15
an den Spannscheiben 6, 7 sind.