DE29705524U1 - Arrangement for connecting a hollow shaft to a cylindrical component - Google Patents
Arrangement for connecting a hollow shaft to a cylindrical componentInfo
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Description
Anordnung zur Verbindung einer Hohlwelle mit einem zylindrischen BauteilArrangement for connecting a hollow shaft with a cylindrical component
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.The invention relates to an arrangement of the type corresponding to the preamble of claim 1.
Zur Verbindung von Hohlwellen mit in sie eingesteckten zylindrischen Bauteilen sind Elemente wie Keile bekannt, die in einer Längsnut des inneren Bauteils sitzen und mit ihrem aus der Längsnut radial hervorstehenden Kopfteil in eine entsprechende Nut im Innenumfang der Hohlwelle eingreifen.For connecting hollow shafts with cylindrical components inserted into them, elements such as wedges are known, which sit in a longitudinal groove of the inner component and engage with their head part, which protrudes radially from the longitudinal groove, in a corresponding groove in the inner circumference of the hollow shaft.
Das Einbringen von Nuten ist kostspielig. Die Keil-Verbindung ist insbesondere bei Beanspruchungen in wechselndem Drehsinn von begrenzter Dauerhaftigkeit, da eine solche Verbindung praktisch nicht spielfrei gemacht werden kann und bei einem Wechsel der Drehrichtung eine minimale Verlagerung der Hohlwelle gegenüber dem inneren zylindrisehen Bauteil eintritt. Wenn ein solches "Schlagen" der Hohlwelle gegenüber dem inneren Bauteil einmal eingesetzt hat, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Drehverbin-The introduction of grooves is expensive. The wedge connection is of limited durability, especially when subjected to stress in alternating directions of rotation, since such a connection can practically not be made free of play and a minimal displacement of the hollow shaft relative to the inner cylindrical component occurs when the direction of rotation changes. Once such "hitting" of the hollow shaft relative to the inner component has started, it is only a matter of time before the rotary connection
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dung ausgeschlagen ist. Außerdem entstehen in den scharfen Ecken der Nuten unzuträgliche Spannungskonzentrationen.In addition, undesirable stress concentrations arise in the sharp corners of the grooves.
Andere Verbindungen wie z.B. Flanschverbindungen lassen sich in vielen Anwendungsfällen aus konstruktiven Gründen nicht verwirklichen.Other connections such as flange connections cannot be implemented in many applications for structural reasons.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach realisierbare Verbindung zwischen einer Hohlwelle und
einem inneren zylindrischen Bauteil anzugeben, deren Betriebsdauer nicht durch das Ausschlagen begrenzt ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.The invention is based on the object of providing a connection between a hollow shaft and an inner cylindrical component which can be easily implemented and whose operating time is not limited by deflection.
This object is solved by the invention set out in claim 1.
Das Element greift also ebenso wie ein Keil oder dergleichen von der Hohlwelle in das innere Bauteil über, hat aber gegenüber einem Keil oder einem Paßstift die Fähigkeit des Aufgeweitetwerdens, die dazu führt, daß jegliche Tendenz zum Ausschlagen von vorneherein unterbunden werden kann, da das Element unter radialer Spannung in den fluchtenden Bohrungen sitzt und jegliche Anfangsbeweglichkeit durch die radiale Aufweitung unterbunden werden kann.The element therefore extends from the hollow shaft into the inner component in the same way as a wedge or the like, but unlike a wedge or a dowel pin, it has the ability to be expanded, which means that any tendency to deflection can be prevented from the outset, since the element sits under radial tension in the aligned holes and any initial mobility can be prevented by the radial expansion.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der das aufweitbare Element darstellende Konusspahnbolzen in der in Anspruch 2 wiedergegebenen Weise ausgebildet.In the preferred embodiment, the conical pin constituting the expandable element is designed in the manner set out in claim 2.
Ähnliche Spannbolzen gehen aus der US-PS 4 279 530, Fig. 3 und der US-PS 3 603 626 hervor, bei der allerdings die Schraube selbst konisch ist, während bei dem nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu verwendenden Konusspannbolzen eine gewöhnliche zylindrische Schraube eingesetzt werden kann und zwei zusammenwirkende Konusspannbüchsen vorhanden sind.Similar clamping bolts are shown in US-PS 4,279,530, Fig. 3 and US-PS 3,603,626, in which, however, the screw itself is conical, whereas in the conical clamping bolt to be used according to the preferred embodiment of the invention, a conventional cylindrical screw can be used and two cooperating conical clamping bushes are present.
Es empfiehlt sich, daß gemäß Anspruch 3 der Konuswinkel im Selbsthemmungsbereich liegt, so daß der Konusspannbolzen auch bei einer Lockerung der Schraube verspannt bleibt.It is recommended that, according to claim 3, the cone angle lies in the self-locking range so that the cone clamping bolt remains clamped even if the screw is loosened.
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Das Gewinde der Schraube kann in ein Gewindestück eingeschraubt sein, das gegen die dem Kopf der Schraube gegenüberliegende Stirnseite anliegt (Anspruch 4).The thread of the screw can be screwed into a threaded piece which rests against the face opposite the head of the screw (claim 4).
Das innere Bauteil kann zwar eine Vollwelle, gemäß Anspruch 5 aber auch eine innere Hohlwelle oder ein innerer hohler Wellenabschnitt sein.The inner component can be a solid shaft, but according to claim 5 it can also be an inner hollow shaft or an inner hollow shaft section.
Hierbei kann je nach Ausbildung und Anordnung des des Konusspannbolzens dessen Schraube sowohl vom Innern des inneren Bauteils her als auch vom Äußeren der Hohlwelle her erreicht werden (Anspruch 6).Depending on the design and arrangement of the conical clamping bolt, its screw can be reached both from the inside of the inner component and from the outside of the hollow shaft (claim 6).
Eine besondere Ausführungsform zur Verbindung einer Hohlwelle mit einer Vollwelle ist Gegenstand des Anspruchs 7. .A special embodiment for connecting a hollow shaft to a solid shaft is the subject of claim 7.
Um die Spannung bei einem Drehmoment zwischen der Hohlwelle und dem inneren Bauteil weitestgehend zu verteilen empfiehlt sich die versetzte Anordnung der Bohrungen nach Anspruch 8.In order to distribute the tension as much as possible during a torque between the hollow shaft and the inner component, the offset arrangement of the holes according to claim 8 is recommended.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.The drawing shows embodiments of the invention.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen Teillängsschnitte durch einen Abschnitt einer Hohlwelle, die mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung auf einem inneren Bauteil mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche festgesetzt ist;Figures 1 to 3 show partial longitudinal sections through a section of a hollow shaft which is fixed to an inner component with a cylindrical outer peripheral surface using a connecting arrangement according to the invention;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Verbindungsanordnung entsprechend Fig. 3;Fig. 4 shows a cross section through a connection arrangement corresponding to Fig. 3;
Fig. 5 zeigt einen den Fig. 1 bis 3 entsprechenden Längsschnitt durch eine weitere Verbindungsanordnung;Fig. 5 shows a longitudinal section corresponding to Figs. 1 to 3 through a further connecting arrangement;
Fig. 6 zeigt eine Abwicklung des Außenumfangs der Nabe nach Fig. 5, in Richtung des Pfeiles VI gesehen;
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform.Fig. 6 shows a development of the outer circumference of the hub according to Fig. 5, seen in the direction of arrow VI;
Fig. 7 shows a cross section through another embodiment.
Bei der Verbindungsanordnung 100 der Fig. 1 ist eine Hohlwelle 1 mit einer zylindrischen Innenumfangsflache 2 dargestellt. In das Ende der Hohlwelle 1 ist das Ende eines inneren Bauteils 3 eingeschoben, welches in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls als Hohlwelle 21 ausgebildetIn the connection arrangement 100 of Fig. 1, a hollow shaft 1 with a cylindrical inner circumferential surface 2 is shown. The end of an inner component 3 is inserted into the end of the hollow shaft 1, which in the embodiment is also designed as a hollow shaft 21.
ist, deren zylindrische Außenumfangsfläche 4 praktisch spielfrei in die Hohlwelle 1 hineinpaßt. Die Hohlwellen 1 und 3 sind um eine relativ kurze Strecke 19 ineinandergeschoben. Etwa in der Mitte der Strecke 19 weisen die äußere Hohlwelle 1 und die innere Hohlwelle 3 miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 5 bzw. 6 gleichen Durchmessers auf, in die ein Konussparinbolzen 10 eingesetzt ist.whose cylindrical outer peripheral surface 4 fits into the hollow shaft 1 with practically no play. The hollow shafts 1 and 3 are pushed into one another by a relatively short distance 19. Approximately in the middle of the distance 19, the outer hollow shaft 1 and the inner hollow shaft 3 have aligned through holes 5 and 6 of the same diameter, into which a conical spacer bolt 10 is inserted.
Der Konusspannbolzen 10 weist eine äußere Konusbüchse 7 mit einem zylindrischen Außenumfang 8 und einer konischen Innenumfangsflache 9 auf. Der Konuswinkel 27 der Innenumfangsfläche 9 liegt im Selbsthemmungsbereich, d.h. unterhalb etwa 70C.The conical clamping bolt 10 has an outer conical bushing 7 with a cylindrical outer circumference 8 and a conical inner circumferential surface 9. The cone angle 27 of the inner circumferential surface 9 is in the self-locking range, ie below approximately 7 ° C.
In der Konusbüchse 7, deren Innenumfangsfläche 9 sich in dem Ausführungsbeispiel radial nach außen im Durchmesser verjüngt, sitzt eine innere Konusbüchse 11 mit einer konischen, zu der Innenumfangsflache 9 komplementären Außenumfangsfläche 12 und einer zylindrischen Durchgangsbohrung 13. Die Konusbüchsen 7 und 11 erstrecken sich von der äußeren Hohwelle 1 in die innere Hohlwelle 21, d.h. sie überbrücken die beiden Hohlwellen 1,21.In the conical bushing 7, whose inner circumferential surface 9 tapers radially outwards in diameter in the exemplary embodiment, there is an inner conical bushing 11 with a conical outer circumferential surface 12 complementary to the inner circumferential surface 9 and a cylindrical through-bore 13. The conical bushings 7 and 11 extend from the outer hollow shaft 1 into the inner hollow shaft 21, i.e. they bridge the two hollow shafts 1, 21.
In der Durchgangsbohrung 13 sitzt eine Kopfschraube 14, deren außen angeordneter Kopf 15 über eine Unterlegscheibe 16 gegen die äußere Stirnseite der Konusbüchse 7 anliegt, während eine auf das Gewinde der Schrauben 14 aufgedrehte Mutter 18 über eine Unterlegscheibe 17 gegen die untere Stirnseite der inneren Konusbüchse 11 wirkt.A cap screw 14 is located in the through hole 13, the externally arranged head 15 of which rests against the outer face of the conical bushing 7 via a washer 16, while a nut 18 screwed onto the thread of the screw 14 acts against the lower face of the inner conical bushing 11 via a washer 17.
Beim Anziehen der Schraube 14 wird die innere Konusbüchse 11 in die äußere Konusbüchse 7 hineingetrieben und weitet diese dadurch bezüglich der Schraubenachse radial auf. Damit nicht zuviel von der Spannkraft der Schraube 14 für die bloße Verformung der äußeren Konusbüchse 7 verlorengeht, ist diese an mindestens einer Umfangsstelle in einer durch die Achse der Schraube 14 gehenden Ebene längsgeschlitzt, was durch die in Fig. 1 fehlende Schraffur angedeutet sein soll.When the screw 14 is tightened, the inner conical bushing 11 is driven into the outer conical bushing 7 and thereby expands it radially with respect to the screw axis. So that not too much of the clamping force of the screw 14 is lost for the mere deformation of the outer conical bushing 7, the latter is slotted lengthwise at at least one circumferential point in a plane passing through the axis of the screw 14, which is indicated by the missing hatching in Fig. 1.
Das Anziehen der Schraube 14 führt zu einer radialen Aufweitung des Konusspannbolzens 10, die jegliches radiale Spiel des Konusspannbolzens wegnimmt. Der Konusspannbolzen 10 kann also leicht in die Bohrungen 5,6 eingeschoben werden, sitzt aber nach dem Anziehen der Schraube 14 unter radialer Vorspannung in den Bohrungen 5,6 fest. Der Konusspannbolzen 10 vermag auf diese Weise ein erhebliches Drehmoment ohne die Gefahr des Ausschiagens der Drehverbindung bei Beanspruchungen unter wechselnden Drehrichtungen aufzunehmen.Tightening the screw 14 leads to a radial expansion of the conical clamping bolt 10, which removes any radial play of the conical clamping bolt. The conical clamping bolt 10 can therefore be easily pushed into the holes 5, 6, but after tightening the screw 14 it sits firmly in the holes 5, 6 under radial preload. The conical clamping bolt 10 can thus absorb a considerable torque without the risk of the rotary joint slipping out when subjected to stresses in alternating directions of rotation.
Bei der Verbindungsanordnung 200 geht die Haupterstreckung der Hohlwelle 1 und des inneren Bauteils 3 im Gegensatz zu Fig. 1 in der gleichen Richtung von der Verbindungsstelle weg. Die äußere Hohlwelle 1 und das innere Bauteil 3 haben also ihre Stirnseiten beide auf der gleichen, in Fig. 2 rechten Seite. Auch in diesem Fall ist das innere Bauteil wieder eine "Hohlwelle 31", allerdings keine "echte" Hohlwelle mit über die ganze Länge durchgehende Bohrung, sondern nur in Gestalt des hohlgebohrten, d.h. mit einer koaxialen Sackbohrung 32 versehenen Endes einer Vollwelle 22.In the connection arrangement 200, the main extension of the hollow shaft 1 and the inner component 3, in contrast to Fig. 1, extends in the same direction away from the connection point. The outer hollow shaft 1 and the inner component 3 therefore both have their end faces on the same side, the right-hand side in Fig. 2. In this case too, the inner component is again a "hollow shaft 31", although not a "real" hollow shaft with a continuous bore over the entire length, but only in the form of the hollow-bored end of a solid shaft 22, i.e. provided with a coaxial blind bore 32.
Der Konusspannbolzen 2 0 unterscheidet sich von dem Konusspannbolzen 10 nur dadurch, daß die Schraube 14 mit ihrem Kopf 15 innen sitzt und daß das Gewinde der Schraube nicht in eine Mutter, sondern in eine Gewindebohrung 23 eines Rings 24 eingeschraubt ist, der den Außenumfang der äußeren Hohlwelle 1 spielfrei umgibt.The conical clamping bolt 20 differs from the conical clamping bolt 10 only in that the screw 14 is located with its head 15 on the inside and that the thread of the screw is not screwed into a nut, but into a threaded hole 23 of a ring 24 which surrounds the outer circumference of the outer hollow shaft 1 without play.
Bei der Verbindungsanordnung 300 der Fig. 3 ist das innere Bauteil wieder durch eine Vollwelle 22 gegeben, die im Bereich ihrer Stirnseite eine sich in eine gewisse Tiefe erstreckende koaxiale Bohrung 32 aufweist. Der Konusspannbolzen 30 entspricht im wesentlichen den Konusspannbolzen 20, mit der Ausnahme, daß er umgekehrt angeordnet ist, so daß der Kopf 15 der Schraube 14 radial (bezüglich der Hohlwelle 1) außen sitzt. Außerdem greift die Schraube 14 mit ihrem Gewinde nicht in einen äußerenIn the connection arrangement 300 of Fig. 3, the inner component is again provided by a solid shaft 22, which in the area of its front side has a coaxial bore 32 extending to a certain depth. The conical clamping bolt 30 corresponds essentially to the conical clamping bolt 20, with the exception that it is arranged in reverse, so that the head 15 of the screw 14 sits radially on the outside (with respect to the hollow shaft 1). In addition, the screw 14 does not engage with its thread in an external
Ring 24, sondern in eine innere die Bohrung 32 ausfüllende Scheibe 34 ein, die an den den Konusspannbolzen 30 entsprechenden Stellen radiale Gewindebohrungen 33 aufweist. Der Querschnitt der Fig. 4 entspricht nicht der Ausführungsform nach Fig. 3, insoweit dort die Konusspannbolzen über den Außenumfang der äußeren Hohlwelle vorstehen. Bei der Aus führungsform nach Fig. 4 ist zwar die grundsätzliche Konfiguration so wie bei Fig. 3, doch verbleiben die Schrauben 14 mit ihren Köpfen 15 innerhalb des äußeren Umfangs der äußeren Hohlwelle 1. Dies wird dadurch erreicht, daß die zusammenwirkenden Konusbüchsen 7',11' bei den Konusspannbolzen 40 kürzer als in Fig. 3 ausgebildet sind, so daß sie zwar noch die Überbrückung zwischen den Teilen 3 und 1 zu leisten vermögen, daß aber radial außerhalb der Konusbüchsen 7',11' Platz für den Kopf 15 der Schraube 14 verbleibt. In den beiden anderen Bohrungen 5,6 der Fig. 4 sind ebenfalls Konusspannbolzen 40 angeordnet .Ring 24, but rather into an inner disk 34 which fills the bore 32 and has radial threaded holes 33 at the points corresponding to the conical clamping bolts 30. The cross section of Fig. 4 does not correspond to the embodiment according to Fig. 3, in that the conical clamping bolts protrude beyond the outer circumference of the outer hollow shaft. In the embodiment according to Fig. 4, the basic configuration is the same as in Fig. 3, but the screws 14 remain with their heads 15 within the outer circumference of the outer hollow shaft 1. This is achieved by the fact that the cooperating conical bushings 7', 11' are designed to be shorter than in Fig. 3 at the conical clamping bolts 40, so that they can still bridge the gap between parts 3 and 1, but space remains radially outside the conical bushings 7', 11' for the head 15 of the screw 14. Conical clamping bolts 40 are also arranged in the other two holes 5, 6 in Fig. 4.
Wie die Verbindungsanordnung 400 der Fig. 5 zeigt, muß das innere Bauteil 3 keine Hohlwelle und auch nicht das hohlgebohrte Ende einer Vollwelle sein, sondern es kann bis zu der Stelle der Konusspannbolzen 30 massiv sein. Die Konusspannbolzen 30 werden in diesem Fall statt in die Scheibe 34 in das Ende des inneren Bauteils 3 eingeschraubt, welches an den Stellen der Konusspannbolzen 30 radiale Sackbohrungen 25 zur Aufnahme des radial inneren Endes der Konusspannbolzen 30 aufweist. Die Sackbohrungen 25 setzten sich in Gewindebohrungen 26 für die Schrauben 14 fort.As the connection arrangement 400 of Fig. 5 shows, the inner component 3 does not have to be a hollow shaft or the hollow-bored end of a solid shaft, but can be solid up to the point of the conical clamping bolts 30. In this case, the conical clamping bolts 30 are screwed into the end of the inner component 3 instead of into the disk 34, which has radial blind holes 25 at the points of the conical clamping bolts 30 for receiving the radially inner end of the conical clamping bolts 30. The blind holes 25 continue into threaded holes 26 for the screws 14.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist die "Hohlwelle" 1 durch die Nabe 41 eines als Ganzes mit 42 bezeichneten Verbindungsflansches gebildet.In the embodiment of Fig. 5, the "hollow shaft" 1 is formed by the hub 41 of a connecting flange designated as a whole by 42.
Es versteht sich, daß in allen Ausführungsbeispielen mehrere Konusspannbolzen 10,20,30,40 über den Umfang verteilt vorgesehen sein können, um die Übertragung des Drehmoments auf mehrere Stellen zu verteilen.It is understood that in all embodiments, several conical clamping bolts 10, 20, 30, 40 can be provided distributed over the circumference in order to distribute the transmission of the torque to several locations.
Es ist zweckmäßig, in diesen Fällen die Konusspannbolzen axial versetzt anzuordnen, wie es in Fig. 6 angedeutet ist.In these cases, it is advisable to arrange the conical clamping bolts axially offset, as indicated in Fig. 6.
In Fig. 7 ist eine Verbindungsanordnung 500 dargestellt, bei welcher eine äußere Hohlwelle 1 mit einer das innere Bauteil 3 bildenden massiven Welle drehverbunden ist. Die Hohlwelle 1 weist an diametral einander gegenüberliegenden Stellen radiale Bohrungen 5 auf, mit denen eine quer durch das innere Bauteil 3 hindurchgehenden Bohrung 6' fluchten. In der Mitte der Bohrung 6' sitzt ein zylindrisches Gewindestück 44 mit einer Gewindebohrung 45. Von beiden Seiten ist jeweils ein Konusspannbolzen 30 bis zur Anlage an dem Gewindestück 44 in die Bohrung 6' eingeschoben. Die Schraube 14, die sich von außen über eine Unterlegscheibe mit ihrem Kopf 15 an der Stirnseite des Konusspannbolzens 30, d.h. an dessen innerer Konusbüchse 11 abstützt, wird in das Gewindestück 44 eingeschraubt, wodurch der Konusspannbolzen 30 gespannt wird und sich in den Bohrungen 5,6' radial festsetzt.Fig. 7 shows a connection arrangement 500 in which an outer hollow shaft 1 is rotationally connected to a solid shaft forming the inner component 3. The hollow shaft 1 has radial bores 5 at diametrically opposite locations, with which a bore 6' running transversely through the inner component 3 is aligned. In the middle of the bore 6' there is a cylindrical threaded piece 44 with a threaded hole 45. A conical clamping bolt 30 is inserted from both sides into the bore 6' until it rests against the threaded piece 44. The screw 14, which is supported from the outside via a washer with its head 15 on the front side of the conical clamping bolt 30, i.e. on its inner conical bushing 11, is screwed into the threaded piece 44, whereby the conical clamping bolt 30 is clamped and is radially fixed in the bores 5,6'.
Wie in Fig. 7 dargestellt kann mit der Schraube 14 zunächst ein Konusspannbolzen 30 verspannt werden, in dem Ausführungsbeispiel der obere. Wegen der Selbsthemmung der Konusflächen kann die Schraube dann herausgedreht werden, ohne daß die Verspannung nachläßt. Es kann sodann der andere Konusspannbolzen 30, in dem Ausführungsbeispiel der untere, ebenfalls festgesetzt werden. Die Schraube 14 wird danach entfernt, so daß kein Teil der Verbindungsanordnung über den Außenumfang der Hohlwelle 1 vorsteht.As shown in Fig. 7, the screw 14 can first be used to tighten a conical clamping bolt 30, in the embodiment the upper one. Due to the self-locking nature of the conical surfaces, the screw can then be unscrewed without the tightening being released. The other conical clamping bolt 30, in the embodiment the lower one, can then also be tightened. The screw 14 is then removed so that no part of the connection arrangement protrudes beyond the outer circumference of the hollow shaft 1.
Auch in diesem Fall können mehrere der gezeigten Anordnungen 30,44,30, wie es strichpunktiert angedeutet ist, an in Achsrichtung versetzten Stellen und unter verschiedenen Winkeln vorgesehen sein, um die aus dem zu übertragenden Drehmoment resultierenden Kräfte räumlich zu verteilen.In this case too, several of the arrangements 30, 44, 30 shown, as indicated by dash-dotted lines, can be provided at locations offset in the axial direction and at different angles in order to spatially distribute the forces resulting from the torque to be transmitted.
Claims (8)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980903 |
|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 19991202 |