DE3000637A1

DE3000637A1 - Loesbare kraftschluessige befestigung einer welle in einer nabe

Info

Publication number: DE3000637A1
Application number: DE19803000637
Authority: DE
Inventors: Sture Lennart Aasberg
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1979-01-10
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1980-07-17
Also published as: GB2039670A; FR2446412B1; US4362411A; JPS6160290B2; BR8000045A; IT7927577A0; GB2039670B; IT1165385B; JPS5594026A; IT7923265V0; SE7900207L; SE425120B; FR2446412A1

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 14.12.1979

TPA/vh/mh SW 79 001 DE

Lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe, bei der die Mantelfläche der Welle oder die Bohrungsfläche der Nabe einen Zwischenring trägt, der gegen die den Zwischenring nicht tragende Nabe bzw. Welle hydraulisch anstellbar angeordnet ist.

Eine bekannte Befestigung der genannten Art besteht aus einer Nabe und einem dünnwandigen Zwischenring, der in der Regel an seinen Enden dicht und fest in der Bohrungsfläche der Nabe verschweißt ist, so daß zwischen Nabe und Zwischenring ein ringförmiger Raum gebildet wird. Zum Herstellen der kraftschlüssigen Befestigung wird der ringförmige Raum mit einem hydraulischen Druckmittel ge-

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füllt. Dabei verformt sich der dünnwandige Zwischenring elastisch und kommt in Reibschlußkontakt mit der Mantelfläche der Welle.

Bei der elastischen Verformung des Zwischenringes werden aber die Schweißnähte an den Enden des Zwischenringes hoch beansprucht, welche überdies auch noch die auf die Vorrichtung kommenden radialen Kräfte und die tangentialen Kräfte, welche durch Drehmomentübertragung entstehen, aufnehmen. Die Fähigkeit der bekannten Befestigung, radiale und axiale Kräfte und Drehmomente ohne Beschädigung der stark beanspruchten Schweißnähte im Betrieb aufzunehmen, ist also begrenzt.

Hinzu kommt, daß in vielen Fällen unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Nabe, Zwischenring und Welle vorkommen. Diese bewirken bei der bekannten Befestigung, daß sich das relativ große Volumen des ringförmigen Raumes ändert und dementsprechend die mit dem hydraulischen Druckmittel im Raum verbundenen Elemente zum hydraulischen Anstellen des Zwischenringes infolge Druckschwankungen überlastet werden=

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe der genannten Gattung zu schaffen, welche hohe Drehmomente und radiale und axiale Kräfte sicher aufnehmen kann und dabei gegenüber unterschiedlicher Wärmedehnung seiner Bauelemente relativ umempfindlich ist. Auch sollen die Bauelemente wirtschaftlich herstellbar und leicht transportierbar sein.

Mit der Befestigung der Erfindung wird erreicht, daß relativ robuste Ringsegmente am Umfang vorhanden sind, welche hohe Radialkräfte als auch beträchtliche, durch Axialkräfte und Drehmomente verursachte Tangentialkräfte aufnehmen können. Diese Ringsegmente werden übrigens unabhän-

gig voneinander durch jeweils ein mit dem Ringsegment zusammenwirkendes kleines Volumen eines Druckmittelraumes beaufschlagt. Dadurch ist eine vorteilhaft kleine Beanspruchung der den hydraulischen Druck des Druckmittels übertragenden Ringsegmente auch dann gegeben, wenn eine Änderung des Volumens der einzelnen Druckmittelräume durch unterschiedliche Wärmedehnung der Stellelemente im Betrieb erfolgt. Schließlich kann die den Zwischenring tragende Welle oder Nabe auch einfach hergestellt und als leicht zu handhabende Baueinheit an Ort und Stelle seiner Verwendung gebracht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe wird in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispisle, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer

Nabe,

Fig. 2 eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt der in 1 dargestellten Befestigung_/

Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt durch eine abgeänderte lösbare kraftschlüssige Befestigung

einer Welle in einer Nabe,

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Befestigung,

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Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere abgeänderte lösbare kraftschlüssige Befestigung zweier Wellen in einer gemeinsamen Nabe,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine andere abgeänderte lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe,

Fig. 7 eine Ansicht der Bohrungsfläche der in Fig. dargestellten Nabe mit Ringsegmenten in gestreck

tem Zustand und

Fig. 8 eine Ansicht der Bohrungsfläche der Nabe mit Ringsegmenten einer zusätzlich abgeänderten lösbaren kraftschlüssigen Befestigung in gestrecktem Zustand.

In Fig. 1 ist mit 1 die Nabe einer lösbaren kraftschlüssigen Befestigung einer Welle 2 in dieser Nabe bezeichnet. Die Nabe 1 besitzt eine Bohrungsfläche, welche einen aus mehreren, am umfang angeordneten Ringsegmenten 3 gebildeten Zwischenring trägt.

Um Umfang der Bohrungsfläche der Nabe 1 sind Taschen vorgesehen, welche jeweils ein Ringsegment 3 aufnehmen. Die Taschen sind in ümfangsrichtung durch radiale Stege 4 voneinander getrennt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ringsegmente 3 relativ steif und unnachgiebig ausgebildet. Jedes Ringsegment 3 wird an seinem Rand durch eine Dichtung 5 aus elastischem Werkstoff umgeben, welche sowohl das Ringsegment 3 als auch die Wände der betreffenden Tasche dicht berührt, und dementsprechend den Spalt zwischen dem Ringsegment 3 und der zugehörigen Taschenwand abdichtet. Die Dichtung 5 besteht aus Gummi, so daß diese auf das Ringsegment 3 und die gegenüberliegende Wand der

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Taschen einfach aufvulkanisiert werden kann. Jedes Ringsegment 3 ist in kleinen Grenzen in seiner zugehörigen Tasche durch die Dichtung 5 elastisch beweglich festgehalten, und zwar auch dann, wenn die Welle 2 aus der Bohrung der Nabe 1 herausgenommen ist. Die mit dem Zwischenring komplettierte Nabe 1 stellt somit eine selbsthaltende leicht zu handhabende Baueinheit dar.

Zwischen dem Grund jeder Tasche und dem zugehörigen Ringsegment 3 ist ein schmaler Druckmittelraum vorhanden, der mit Druckmittel gefüllt ist. Für iede einzelne Tasche ist ein Druckmittel vorhanden, welches in einer zylindrischen Aufnahmebohrung 6 in der Nabe 1 bevorratet ist und mit der zugehörigen Tasche in kommunizierender Verbindung steht. In der Aufnahmebohrung 6 ist ein axial verschiebbarer Kolben 7 angeordnet, mit dem das Druckmittel in die zugehörige Tasche hineingedrückt werden kann. Der Kolben 7 ist mit einer Dichtung 8 versehen, die verhindert, daß das Druckmittel nach außen gelangt. In ähnlicher Weise haben die Dichtungen 5 zwischen Ringsegment 3 und Taschenwand die Funktion, das Druckmittel festzuhalten und am Austreten nach außen zu hindern. Die am Umfang der Nabe 1 angeordneten Kolben 7 können gemeinsam betätigt werden, indem diese mit einem in Längsrichtung anstellbaren Stellring 9 in Verbindung stehen, welcher die Welle 2 umgibt. Das Anstellen des Stellringes 9 erfolgt mit Hilfe der Stellschrauben 10, die durch Löcher im Stellring 9 hindurchgeführt und in axiale Gewindelöcher der Nabe 1 eingeschraubt sind.

Durch Anziehen der Stellschrauben 10 werden die Kolben 7 über den Stellring 9 in ihre zylindrische Aufnahmebohrung 6 hineingedrückt. Dadurch gelangt Druckmittel mit einem einstellbaren Druck in die einzelnen Druckmittelräume zwischen den Taschen und den in diesen angeordneten Ringsegmenten 3. Die Ringsegmente 3 werden dann radial nach innen

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gedrückt und verlagert, so daß ein Reibschluß mit der Mantelfläche der Welle 2 hergestellt wird. Auf diese Weise ist eine lösbare kraftschlüssige Befestigung der Welle 2 in der Bohrung der Nabe 1 geschaffen. Diese Befestigung kann sowohl Axialbelastungen als auch Radialbelastungen und Drehmomente übertragen« Durch Drehmomente hervorgerufene Tangentialkräfte sowie Axialkräfte der Welle 2 werden im gegenseitigen Kontakt zwischen der Dichtung 5 und den radialen Stegen 4 der Taschen aufgenommen und auf die Nabe 1 übertragen. Die Befestigung schafft solange eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Nabe 1 und der Welle 2, wie die Schrauben 10 im angezogenen Zustand arretiert sind. Durch Herausschrauben und Lockern der Schrauben 10 wird der Druck in den einzelnen Druckmittelräumen zwischen dem Boden der Taschen und den Flächenelementen 3 kleiner und verschwindet schließlich, so daß der Reibschlußkontakt der Ringsegmente 3 mit der Welle 2 gelöst wird.

Da das Druckmittel in mehreren unabhängig voneinander wirkenden Druckmittelräumen (Ausnehmung 6 mit Druckmittelraum zwischen dem Boden der Taschen und den Ringsegmenten 3) untergebracht ist, wird die Beanspruchung auf die den Druck verursachenden Bauelemente, im vorliegenden Fall der Kolben 7, klein gehalten, wenn Volumenänderungen aufgrund von Temperaturunterschieden und entsprechend unterschiedlichen Wärmedehnungen in den Druckmitte!räumen auftreten.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Befestigung dargestellt, bei der die Taschen in der Mantelfläche der Welle 2a eingearbeitet sind, in denen die Ringsegmente 3 über die Dichtungen 5 gehalten sind. Die Ringsegmente 3 werden hier

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durch das Druckmittel radial nach außen gedrückt und verlagert und kommen somit in Reibschlußkontakt mit der Bohrungsfläche der Nabe la, welche die Welle 2a umgibt.

Wie in Fig. 4 deutlich zu sehen, sind Dichtungen 5 in stufenförmigen Vertiefungen am Rand jedes Ringsegmentes 3 angeordnet, und zwar derart, daß die Tangentialkräfte bzw. Axialkräfte der Befestigung in der Hauptsache durch die Flächenelemente 3, welche mit den radialen Stegen 4 der Taschen in Berührung kommen, übertragen werden. Die besagten Kräfte werden also hier nicht mehr über die Dichtungen 5 zu den Taschenwänden geleitet.

Fig. 5 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere abgeänderte lösbare kraftschlüssige Befestigung, bei der zwei Wellen 11 und 12 miteinander verbunden und koaxial gekuppelt sind. Die als Kupplungshülse ausgebildete gemeinsame Nabe 13 ist über die Enden der Wellen 11, 12 geschoben. Die Nabe 13 besitzt in ihrer Bohrung zwei in axialen Abstand voneinander angeordnete Reihen von Taschen, welche jeweils ein Ende der Wellen 11, 12 umgeben. In jeder Tasche ist ein Ringsegment 3 angeordnet. Zwischen dem Ringsegment 3 und der Nabe 13 ist ein Druckraum vorhanden, welcher ein auf das Ringsegment 3 einwirkendes Druckmittel enthält. In der Nabe 13 sind radial gerichtete zylindrische Aufnahmebohrungen 6 mit Kolben 7 angeordnet. Außerdem ist eine in die Nabe 13 einschraubbare Stiftschraube 22 vorhanden, welche den Druckkolben 7 anstellt. Durch das Einschrauben der Stiftschraube 22 in die Nabe 13 wird der Druck im Druckmittelraum zwischen Welle 11, 12 und Ringsegment 3 vergrößert, so daß sich das Ringsegment 3 radial nach innen verlagert, um in Reibschlußverbindung mit dem betreffenden Ende der Welle 11 bzw. 12 zu kommen.

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Die Nabe 13 kann übrigens in der Bohrung eines Außenteils (nicht gezeigt) gehalten sein. Für den Fall, daß es sich bei der Nabe 13 um ein relativ dünnwandiges hülsenförmiges Element handelt, kann dieses mit Hilfe des Druckmittels, welches den Taschen zugeführt wird, gleichzeitig elastisch verformt und radial aufgeweitet werden, so daß die Nabe in der Bohrung des Außenteils hydraulisch festgeklemmt wird.

In Fig. 6 und 7 ist eine zusätzlich abgeänderte Befestigung gezeigt, bei der ein aus einzelnen Ringsegmenten 19 zusammengesetzter Zwischenring 15 in der Bohrungsfläche der Nabe 16 getragen wird. Die am Umfang dieser Bohrungsfläche angeordneten Ringsegmente 19 sind dünnwandig und bestehen aus einem elastischen Werkstoff. Sie sind an ihrem Rand mit der Bohrungsfläche der Nabe 16 durch druckmitteldichte Schweißnähte verbunden. Die in Umfangsrichtung liegenden Schweißnähte 18 verbinden die einzelnen Ringsegmente 19 der Zwischenhülse 15 miteinander. Seitlich sind die Ringsegmente 19 durch die Schweißnähte 17 mit der Nabe 16 verbunden (siehe Fig. 7).

Zwischen jedem Ringsegment 19 und der Bohrungsfläche der Nabe 16 ist ein durch die Schweißnähte 17, 18 geschlossener Druckmittelraum gebildet, in dem das Druckmittel, wie oben beschrieben, eingeführt werden kann» Beim Einführen des Druckmittels in den Druckmittelraum werden die nicht verschweißten Teile des betreffenden Ringsegmentes 19, welche sich zwischen den Schweißnähten 17, 18 befinden, elastisch verformt und in Richtung der Welle 20 gewölbt, so daß diese in Reibschlußkontakt mit der Welle 20 kommen, welche in der Bohrung der Nabe 16 angeordnet ist.

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Fig. 8 zeigt die in der Bohrung der Nabe 21 angeordneten Ringsegmente 19 einer zusätzlich abgeänderten Befestigung, und zwar in gestrecktem ebenem Zustand. Die Ringsegemente 19 sind am Umfang der Bohrungsfläche der Nabe 21 als zwei, in axialem Abstand voneinander angeordnete Reihen für je eine Welle (nicht gezeigt) angeordnet. Dabei ist die Nabe 21 ähnlich wie in Fig. 6 gezeigt, ausgebildet, so daß diese die Enden der Wellen aufnehmen und miteinander verbinden kann. Die Ringsegmente 19 sind wiederum elastisch ausgebildet und an ihrem Rand durch druckmitteldichte Schweißnähte mit der Nabe 21 verbunden.

Um die Kraftübertragungsfähigkeit der oben beschriebenen Befestigungen zu verbessern, ist zumindest ein Teil der Ringsegmente 3, 19 an den mit der Welle 2, 2a, 11, 12, 20 in Reibschlußkontakt kommenden Flächen oberflächenbehandelt, so daß diese einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen. Die wirksamen Flächen der Ringsegmente 3, 19 können also z. B. im Sandstrahlverfahren behandelt oder mit einem besonderen, eine hohe Reibung verursachenden Werkstoff beschichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die mit den Ringsegmenten 3, 19 in Reibschluß kommende Mantelfläche der Welle 2, 11, 12, 20 bzw. Bohrungsfläche der Nabe la zum Vergrößern des Reibungskoeffizienten oberflächenbehandelt sein.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können im Rahmen des Erfindungsgedankens abgewandelt werden. Dementsprechend kann die Zuführung des Druckmittels auf irgend eine andere Weise als beschrieben, also mittels einer unabhängigen Druckmittelquelle und entsprechenden Einwegventilen, vorgenommen werden. Der Druck des Druckmittels in jeder

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Tasche ist dann wiederum unabhängig von den Drücken der anderen Taschen. Auch kann die Ausbildung vom Kolben mit zugehöriger Aufnahmebohrung in der Nabe zum Erzeugen des Druckes im DruckmitteIraum zwischen dem Ringsegment und der den Zwischenring tragenden Nabe bzw. Welle abgeändert werden. Der Kolben 7 mit der zylindrischen Aufnahmebohrung 6 kann also ähnlich wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, in radialer Richtung stellbar angeordnet
sein.

Die Taschen für die Ringsegmente 3 können durch Aussparungen einer einzelnen Hülse (siehe gestrichelte Linie
14 in Fig. 1) gebildet sein, die in der Bohrungsfläche
der Nabe oder auf der Mantelfläche der Welle sitzt.

Schließlich können die Dichtungen 5 auch auf dem Grund
der Taschen angeordnet sein, wobei dann eine zusätzliche Dichtung für den Spalt zwischen den RingSegmenten 3 und den Seitenstegen 4 der Taschen vorzusehen ist-

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Claims

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 14.12.1979

TPA/vh/mh SW 79001 DE

Lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle

in einer Nabe

Patentansprüche

Lösbare kraftschlüssige Befestigung einer Welle in einer Nabe, bei der die Mantelfläche der Welle oder die Bohrungsfläche der Nabe einen Zwischenring trägt, der gegen die den Zxtfischenring nicht tragende Nabe bzw. Welle zum Erzielen eines Reibschlusses hydraulisch anstellbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring in mehrere am Umfang angeordnete Ringsegmente (3,19) unterteilt ist, welche zur Bildung jeweils eines gegenseitig begrenzten, mit einem Druckmittel gefüllten,, durch Stellelemente (9, 10, 22) unabhängig voneinander hydraulisch beaufschlagbar angeordneten Druckmittelraumes an ihrem Rand auf der Mantelfläche der Welle (2a bzw« 2, 11, 12, 20) bzw. auf der Bohrungsfläche der Nabe (1, 13, 16, 21 bzw. la ) druckmitteldicht verbunden sind.
2. Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente (9, 10, 22) an der den Zwischenring tragenden Welle (2a bzw., 2, 11, 12, 20) bzw. Nabe (1, 13, 16, 21 bzw. la) befestigt sind.
3. Befestigung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente durch einzelne hydraulische Kolben (7) gebildet sind, die jeweils in einer Aufnahmebohrung (6) in der Welle (2a) bzw. Nabe (1, 13, 16, 21) stellbar angeordnet und jeweils einem Druckmittelraum eines Ringsegmentes (3) zugeordnet sind.
4. Befestigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (7) mit einem durch Stellschrauben

(10) oder dgl. in Längsrichtung der Welle (2) stellbaren, die Welle umgebenden Stellring (9) verbunden sind.
5. Befestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ringsegment (3) in einer Tasche auf der Mantelfläche der Welle (2a) bzw. auf der Bohrungsfläche der Nabe (1) angeordnet und an seinem Rand von einer, die Tasche dicht berührenden Dichtung (5) aus elastischem Werkstoff umgeben ist.
6. Befestigung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Ringsegmentes (3) zur Aufnahme der Dichtung (5) mit einer radialen Vertiefung versehen ist.
7. Befestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ringsegment (19) elastisch ausgebildet und an seinem Rand durch druckmitteldichte Schweißnähte (17, 18) mit der den Zwischenring tragenden Welle bzw. Nabe (16, 21) verbunden ist.

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8. Befestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (3, 19) zum koaxialen Kuppeln zweier Wellen (11, 12) bzw. zweier Naben als zwei, in axialem Abstand voneinander angeordnete, mit jeweils einer Welle (11, 12) bzw. einer Nabe in Reibschluß kommende Reihen auf der Bohrungsfläche einer gemeinsamen Nabe (13, 21) bzw. auf der Mantelfläche einer gemeinsamen Welle getragen sind.
9. Befestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ringsegmente (3, 19) zum Erzielen eines vergrößerten Reibungskoeffizienten im Reibschlußkontakt mit der Mantelfläche der Welle (2, 11, 12, 20 bzw. 2a) bzw. der Bohrungsfläche der Nabe (la bzw. 1, 13, 16, 21) oberflächenbehandelt ist.
10. Befestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Ringsegmenten (3, 19) in Reibschlußkontakt kommende Mantelfläehe der Welle (2, 11, 12, 20 bzw. 2a) bzw. Bohrungsfläche der Nabe (la bzw. 1, 13, 16, 21) zum Erzielen eines vergrößerten Reibungskoeffizienten oberflächenbehandelt ist.

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