-
Verbindungselement und das Yerbindungselement auf-
-
nehmende Aussparungen zum Verbinden zweier Maschinenelemente
Beschreibung:
Die Erfindung geht aus von einem Verbindungselement and das Verbindungselement aufnehmende
Aussparungen zum Verbinden zweier Maschinenelemente in der Art einer Nut-Paßfederverbindung.
-
Derartige Verbindungselemente werden in dem Maachinenbau eingesetzt,
um eine formschlussige Verbindung zwischen zwei Maschinenelementen zu schaffen,
zwischen denen eine Kraft, insbesondere ein Drehmoment zwischen einer Welle und
einer Nabe übertragen werden soll. Mit einer mit derartigen Verbindungselementen
gebildeten lösbaren Verbindung wird eine Austauschbarkeit der miteinander verbundenen
Maschinenteilen und eine gute Winkelpositionierung der Teile zueinander erreicht.
-
Als zum Stand der Technik gehörende Verbindungselemente der eingangs
genannten Gattung sind insbesondere Paßfedern mit rechteckigem Querschnitt bekannt,
die in ebenfalls rechteckige Aussparungen in den miteinander zu verbindenden Maschinenelementen
passen. - Mit diesen Paßfedern und Nuten werden die Erfordernisse einer lösbaren
Verbindung zur guten Übertragung beispielsweise eines Drehmoments bei guter Winkelpositionierung
der miteinander verbundenen Teile erzielt. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Nut/Paßfederverbindung
besteht aber darin, daß auf dem Grunde der Nuten scharfe Übergänge zwischen den
zueinander rechtwinklig orientierten Flächen gebildet sind, die praktisch lini enförmig
in Längsrichtung der Nut/Paßfederverbindung verlaufen. Dadurch wird eine erhebliche
Kerbwirkung verursacht. Um die dadurch hervorgerufene Schwächung der ##schinenelemente
im Bereich der Nu#Paßfederverbindung auszugleichen ,werden diese Teile nach Maßgabe
bekannter Erfahrungswerte stärker dimensioniert, als es an sich ohne diese Nut/Paßfederverbindung
erforderlich wäre. Abgesehen
davon, daß dadurch der Materialaufwand,
die Herstellungskosten der Maschinenelemente und außerdem ihr Volumen und ihr Gewicht
erhöht werden, kommt es trotz stärkerer Dimensionierung vor, daß im Bereich der
Nuten Zerstörungen des Maschinenelements auftreten.
-
Um die Kerbwirkung herabzusetzen ist es auch bereits bekannt, Keilwellen
vorzusehen, die keine scharfen Kanten aufweisen. Dadurch wird die Kerbwirkung der
entsprechenden Aussparungen zwar herabgesetzt, wenn auch nicht in dem gewünschten
hohen Maße beseitigt. Diese Verbindung ist Jedoch infolge der erforderlichen Einzelherstellung,
insbesondere bei großer gewünschter Genauigkeit sehr aufwendig, so daß sie für gr8ßere
Abmessungen der miteinander zu verbindenden Maschinenelemente meist nicht in Betracht
kommt.
-
Bei weiteren zum Stand der Technik gehörenden Verbindungen zwischen
einer Welle und einer Nabe sind diese miteinander zu verbindenden Maschinenelemente
mit nicht runden Querschnittsprofilen ausgebildet, so daß auf gesonderte Verbindungselemente
zwischen diesen Maschinenelementen verzichtet werden kann. - Die Herstellungsverfahren
für die nicht runde Ausbildung der Welle und der Nabe sind Jedoch aufwendig. Praktisch
ausgeführte Verbindungen sind daher nur für verhältnismäßig kleine Abmessungen der
Welle und Nabe bekannt geworden.
-
In Sonderfällen, in denen beispielsweise eine verhältnismäßig flache
Nabe am Ende einer Welle anzubringen war, war es auch bekannt, als Element zur Übertragung
des Drehmoments zwischen Welle und Nabe einen runden Stab zu verwenden, der in Aussparungen
der Welle und der Nabe paßt, welche zusammen einen runden Querschnitt bilden. Diese
Verbindung ist aber insbesondere wegen der Herstellung der runden Bohrung in Welle
und Nabe nur über eine kurze Längserstreckung
möglich. Eine Austauschbarkeit
der an der Verbindungsstelle aneinander angepaßten Maschinenelemente ist dabei schwierig
zu erzielen.
-
Zu der vorliegenden Erfindung gehört daher die Aufgabe, ein Verbindungselemente
und das Verbindungselement aufnehmende Aussparungen so auszubilden, daß die Kerbwirkung
an den mit den Aussparungen versehenen Maschinenelemente möglichst gering ist, so
daß diese Maschinenelemente im Bereich der Aussparungen ohne Gefahr eines Dauerbruches
verhältnismäßig schwach dimensioniert sein können. Diese Aussparungen sollen ebenso
wie das in sie passende Verbindungselement mit verhältnismäßig geringem Aufwand
hergestellt werden können, auch dann'wenn die Längserstreckung der Verbindung groß
ist. Die Verbindungselemente und Aussparungen sollen sich außerdem mit großer Genauigkeit
fertigen lassen, um auch eine leichte Austauschbarkeit der mit den Aussparungen
versehenen Teile zu gewährleisten.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbindungselement und
das Verbindungselement aufnehmende Aussparungen mit den in dem kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verbindung bestehen insbesondere
darin, daß im Vergleich zu der Nut/Paßfederverbindung mit rechteckförmigem Querschnitt
die Kerbwirkung erheblich herabgesetzt wird, so daß die Dauerfestigkeit der mit
den Nuten bzw. Aussparungen versehenen Teile wesentlich erhöht wird, wodurch wiederum
diese Teile im Bereich der Aussparungen verhältnismäßig schwach dimensioniert sein
können. Trotzdem sind diese Aussparungen und das Verbindungselement mit vergleichsweise
geringem Aufwand mit einfachen Mitteln herstellbar. Auch die Herstellung von Verbindungselementen
und Aussparungen einer verhältnismäßig großen Längsausdehnung ist unproblematisch.
Das Ausnehmen
der Aussparungen aus den Maschinenelementen ist nicht
an eine bevorzugte Stelle, beispielsweise an die Stirnseite einer Welle gebunden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbindungselements und der
Aussparungen liegt das Verbindungselement entlang seinem Unfang gleichmäßig an den
Aussparungen an. - Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Übertragung von Kräften
bzw, Momenten, die in Richtung der großen Achse der Ellipse des ellipsenförmigen
Querschnitts verlaufenasowie der hierzu senkrecht orientierten Kraftkomponenten
möglich, und zwar mit minimaler Flächenpressung.
-
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verbindungselement
im wesentlichen in Richtung der großen Achse an den Aussparungen anliegt. - Dabei
können größere Fertigungstoleranzen in der Richtung senkrecht zur großen Achse vorgesehen
sein. Trotzdem ist eine spielfreie Verbindung und gute Kraft- bzw. Drehmomentübertragung
in Richtung der großen Achse gewährleistet.
-
In einer anderen Variante des Verbindungselements und der Aussparung
ist hingegen vorgesehen, daß das Verbindungselement im wesentlichen in Richtung
senkrecht zur großen Achse an den Aussparungen anliegt. - Hierbei sind größere Toleranzen
in Richtung der großen Achse zulässig, während eine Übertragung von Kräften bzw.
Drehmomenten in Richtung der großen Achse noch durch Keilwirkung der senkrecht zur
großen Achse aneinandergepreßten Maschinenelemente möglich ist.
-
Soweit die Aussparung nicht durchgängig durch ein ganzes Maschinenelement
hindurch verläuft, sondern in der Längserstreckung des Maschinenelements endet,
ist weiter vorteilhaft vorgesehen, daß die Aussparung an wenigstens einem Ende mit
sich allmählich verringernder Tiefe ausgerundet
ist. - Dadurch wird
audi die Kerbwirkung im Bereich dieses Endes der Aussparung auf einem möglichst
geringen Wert gehalten. Diese Ausrundung kann ebenso wie die gesamte Herstellung
der Aussparung mit einem unkomplizierten Verfahren verwirklicht werden, das im folgenden
angegeben ist: Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der angegebenen Aussparung
mit einem einen Teil einer Ellipse beschreibenden Querschnitt zeichnet sich dadurch
aus, daß ein rotierendes spanabhebendes Werkzeug mit einer zur Vorschubrichtung
geneigten Drehachse in Längsrichtung der Aussparung vorgeschoben wird.
-
Als spanabhebendes Werkzeug zur Ausübung dieses Verfahrens kann ein
mehrschneidiger Fräser verwendet werden, der normalerweise zum Fräsen kreisföriniger
Querschnitte eingesetzt wird.
-
Anstelle dieses Fräsers kann als spanabhebendes Werkzeug zur Ausübung
des Verfahrens auch ein Werkzeug mit einer einzigen Schneide verwendet werden, was
besonders wenig aufwendig ist.
-
Für die Bearbeitung gehärteter Maschinenelemente beim Ausformen der
Aussparung kann anstelle einesspanabhebenden Werkzeugs vorteilhaft ein Schleifkörper
verwendet werden.
-
Zur Herstellung eines Verbindungselements mit ellipsenförmiges Querschnitt
ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen vorgesehen, daß ein um das Verbindungselement
rotierendes spanabhebendes Werkzeug mit einer zu der Vorschubrichtung geneigten
Drehachse in Längsrichtung des Verbindungselements vorgeschoben wird.
-
Eine einfache Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens, welche ebenfalls
erfinderische Merkmale enthalten kann, wird
im folgenden in der
Beschreibung angegeben.
-
Die voranstehenden Verfahren werden spezieller in der Weise vorteilhaft
ausgeübt, daß die Drehachse des Werkzeugs zu der Vorschubrichtung um einen Winkel
zwischen 20 - 700 geneigt geführt wird. - Dadurch erhalten die Querschnitte der
Verbindungselemente und Aussparungen eine bevorzugte Form des ellipsenförmigen Querschnitts.
Bevorzugt ist der Winkel bei der Herstellung des Verbindungselements gleich dem
Winkel bei der Herstellung der zugehörigen Aussparungen Damit wird eine überall
gleichmäßige Anlage des Verbindungselements in den Aussparungen erzielt. Abweichungen
dieser Winkel untereinander werden in der nachfolgenden Beschreibung besprochen.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung mit sechs
Figuren erläutert, die darstellen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Nabe eines
Zahnrads, in der sich ein Bearbeitungswerkzeug befindet, Figur 2 einen Längs schnitt
durch ein Wellenende an dem ebenfalls ein Bearbeitungswerkzeug angreift, Figur 3
ein Verbindungselement mit zugehörigem Bearbeitungswerkzeug, das im Längsschnitt
dargestellt ist, Figur 4 einen Querschnitt durch die Verbindung zweier Maschinenelemente
mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement in einer ersten Passung, Figur 5 die
Verbindung mit dem Verbindungselement in einer zweiten Passung und Figur 6 die Verbindung
mit Verbindungselement in einer dritten Passung.
-
In Figur 1 ist mit 1 die Nabe eines Zahnrads bezeichnet, aus dem eine
Aussparung mit ellipsenförmigem Querschnitt 2, vergleiche auch Figuren 4 - 6, ausgefräst
wird.
-
In der hierzu vorgesehenen Vorrichtung ist ein Fräskopf 3 in einem
Träger 4 so gelagert, daß die Drehachse 5,um die der Fräskopf rotiert, um einen
Winkel 6 zu der Vorschubrichtung 6 des Trägers geneigt ist. Die Vorschubrichtung
6 verläuft dabei parallel zur Mittelachse 7 der Nabe. In dem Träger sind mit unterbrochenen
Linien noch zwei Kegelräder 8 dargestellt, mit denen der Antrieb des Fräskopfes
angedeutet werden soll.
-
Durch die Neigung der Drehachse 5 um den Winkel a zur Vorschubrichtung
6 wird also die Aussparung trotz des kreisförmig rotierenden Fräskopfes mit einem
Querschnitt ausgeformt, welche den Teil einer Ellipse bildet.
-
In Figur 2 ist das Aus fräsen einer Aussparung 9 aus einem Wellenende
10 dargestellt. Hierzu kann, was durch die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1
angedeutet ist, der gleiche Träger 4 mit dem Fräskopf 3 verwendet werden, der in
der Vorschubrichtung 6 parallel zu der Längsachse 11 der Welle vorgeschoben wird.
-
Bei der Herstellung der Aussparungen 2 und 9 in den Figuren 1 und
2 ist der Fräser auf eine solche Frästiefe eingestellt, daß die beiden Aussparungen
2 und 9, wenn sie übereinandergedreht sind, einen elliptischen vollen Querschnitt
bilden, vergleiche auch Figuren 4 - 6.
-
In Figur 2 ist ferner gezeigt, daß die Aussparung 9 an dem Ende an
dem sie in die Welle übergeht um einen Radius R ausgerundet ist. Die Ausrundung
kann dabei durch Steuerung der Eindringtiefe des Fräskopfes in Abhängigkeit von
Vorschub erfolgen, wobei die Mittel zur Führung und Zurichtung aus der Zeichnung
nicht ersichtlich sind.
-
In Figur 3 ist die Herstellung eines Verbindungselements 13 mit elliptischem
Querschnitt dargestellt. Das Verbindungselement
wird zwischen
einem festen Halter 14 und einem einstellbaren Halter 15 drehfest eingespannt, so
daß ein spanabhebendes Werkzeug 16 außen um das Verbindungselement drehen kann.
Die Drehachse 17 des Werkzeugs ißt zur Vorschubrichtung des Werkzeugs 18, die mit
der Längsachse des Verbindungselements zusammenfällt um einen Winkel p geneigt.
-
Im einzelnen dient als Vorrichtun zur Bearbeitung des Verbindungselements
ein rotierender Ring 19, welcher innen das Werkzeug 16 festhält. Der Ring 19 ist
mittels eines Kugellagers 20 in einem Träger 21 gelagert. Das Kugellager wird dabei
mit einem Sicherungsring 22 in dem Träger gehalten und mit einer Mutter 23 auf dem
Ring fixiert. Zum Antrieb des Rings ist ein Keilriemen 24 vorgesehen.
-
In den Figuren 4 - 6, in denen Querschnitte durch die erfindungsgemäßen
Verbindungen im Vergleich zu den Figuren 1 - 3 vergrößert dargestellt sind, ist
ersichtlich, wie sich unterschiedliche Neigungswinkel der Bearbeitungswerkzeuge
zur Herstellung der Aussparungen 2, 9 einerseits und des Verbindungselements 13
andererseits auswirken.
-
Gemäß Figur 3 sind die Neigungswinkel spund ß zur Herstellung der
Aussparungen und des Verbindungselements exakt gleich eingestellt, so daß die in
dieser Weise erzeugten Aussparungen und daß Verbindungselement längs ihres Umfangs
überall gleichmäßig zur Anlage gelangen.
-
Bei der Herstellung der Aussparungen gemäß Figur 5 des Fräskopfes
3 kleiner eingestellt als der Neigungswinkel P des spanabhebenden Werkzeugs 16.
Dadurch sind die Aussparungen zusammengenommen kreisähnlicher als der Querschnitt
des Verbindungselements, welches somit in Richtung der großen Achse der Ellipse
des ellipsenförmigen Querschnitts an den Wänden der Aussparungen anliegt.
-
) ist der Neigungswinkel CC
Bei der Herstellung
der Aussparungen gemäß Figur 6 ist hingegen der Neigungswinkel d größer als der
Neigungswinkel B, der zur Bearbeitung des Verbindungselements eingestellt wurde.
Demzufolge liegt hier das Verbindungselement mit den Seiten an den Wänden der Aussparungen
an, welche annähernd senkrecht zur großen Achse der Ellipse des ellipsenförmigen
Querschnitts gerichtet sind.
-
In den Figuren 4 - 6 ist die Richtung der Hauptachse durch die unterbrochene
Linie 24 angedeutet, die in tangentialer Richtung der Nabe an der Verbindungsstelle
und somit parallel zur Richtung der Umfangskraft verläuft.
-
Zusätzlich zu den bereits angegebenen Vorteilen wird abschließend
bemerkt, daß bei der Herstellung der Aussparungen Teile der hierzu erforderlichen
Werkzeugmaschineneinrichtung an den zu bearbeitenden Maschinenelementen angebracht
sein können.
-
Leerseite