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Spannring,
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Die Erfindung bezicht sich auf einen Spannring der dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zugrundeliegenden Art.
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Derartige Spannringe sind in der Technik seit langer Zeit üblich.
Weist handelt es sich um Ringe, die durch Schlitzen längs einer Ebene in zwei halbkreisförmige
Segmente geteilt sind. Die Spannschrauben greifen, wenn die Spannringeauten zylindrisch
sind, zwischen Außen-und Innenumgang von einem Segment ins and@@@ über.
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Es sind aber auch Ausführungsformen üblich, bei denen an den Teilungsstellen
an beiden Segmenten radial nach außen vorspringende Ansätze vorgesehen sind, zwischen
denen die Spannschrauben wirken.
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Spannringe dieser Art wurden bisher vorwiegend zu Zwecken der Armetirung,
weniger jedoch zur Übertragung von Drehmomenten verwendet. Dies hängt damit zusammen,
daß die Spannkraft der Spannschrauben zu einer über den Innenumfang des Spannrings
sehr ungleichmäßigen Flächenpressung führt, die in der Nähe der Teilungsebenen stark
überhöht ist. Die Spannringe tragen also im vesentlichen nur an diesen stellen.
Dies begrenzt naturgemäß der übertragbare Drehmoment, zumal die Spannkräfte
wegen
der zulässigen Flächenpressungen an den Stellen der vorwiegenden Anlage nicht über
die Maßen erhöht werden können.
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Die ungleichmäßige Anlage bei den bekannten Spannringen rührt daher,
daß durch die Spannschrauben keine exakt in Umfangsrichtung verlauf ende Ringspannung
erzeugt werden kann, sondern die Zugkraft der Spannschrauben an den Enden der Segmente
eine gegen den Innenumfang des Spannringes weisende Komponente umfaßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Spannring der
dem Oberbegriff entsprechenden Art die Anlage des Innenumfangs an dem zylindrischen
Bauteil zu vergleichmäßigen, um ohne stellenweise unzuträgliche Überhöhung der Flächenpressungen
höhere Ringspannkräfte aufbringen und damit höhere Drehmomente übertragen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal des Kennzeichens
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die am Außenumfang des Spannrings vorhandenen Stege ergeben eine
zusätzliche Gegenkraft beim Anziehen der Spannschrauben, die der gegen den Innenumfang
gerichteten Komponente der Spannkraft entgegengesetzt ist und diese zum Teil ausgleicht,
so daß die Resultierende der zwischen den benachbarten Enden der Segmente wirkenden
Kräfte in besserer Annäherung in Umfangsrichtung verläuft und die sonst vorhandene
Überhöhung der Flächenpressung an den Teilungsstellen vermindert oder vermieden
wird.
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Die Bemessung der Stege hängt vom Einzelfall, insbesondere von der
Passung zwischen Innenumfang des Spannrings und Außenumfang des zylindrischen Bauteils
ab.
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Der Steg soll sich unter der Spannkraft der Schrauben gegebenenfalls
auch plastisch verformen, ohne zuviel an Spannkraft aufzubrauchen, jedoch um gleichzeitig
noch eine ausreichende Hintanhaltung der bevorzugten Anpressung an den Rändern des
Teilungsschlitzes zu bewirken.
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Der Umstand, daß die Stege am äußeren Umfang vorhanden sind, verleiht
dem Spannring trotz der Schlitze beim Spannen eine gute Stabilität, so daß der Spannring
an seinen Stirnflächen einwandfreien Plan lauf und einwandfreie Ebenheit behält.
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In einer ersten Ausführungsform können gemäß Anspruch 2 die Teile
des Spannrings über den Steg einstückig miteinander verbunden sein.
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Der Teilungsschlitz geht dabei im übrigen bis zum Innenumfang des
Spannringes durch. Der Spannring wird also durch einen einstückigen Ring gebildet,
in den die Teilungsschlitze von innen her beispielsweise durch Räumen eingebracht
werden.
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Aus Fertigungsgründen kann es jedoch einfacher sein, die Teilungsschlitze
ganz durchgehend auszuführen, d.h. einen Ring in Segmente zu zersägen und den Steg
als separates Teil vorzusehen, welches an den dafür vorgesehenen Stellen am äußeren
Umfang eingesetzt wird. Dabei sind geeignete Maßnahmen getroffen, um den Steg in
seiner Position festzuhalten, d.h. den Spannring als in sich geschlossenes Element
handhaben zu können, ohne das der Steg herausfällt. Beispielsweise könnte ein als
separates Teil ausgebildetes ausgebildeter Steg ein in seine nachsparallele Bohrung
in Höhe des Teilungsschlitzes äu3eren Umfang eingesetzter Zylinderstift sein.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist gemäß Anspruch 4 der Spannring
in drei gleich große Segmente geteilt.
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Hierbei lassen sich die Spannschrauben noch gut unterbringen, ergibt
sich eine gute Gleichmäßigkeit der Druckübertragung und lassen sich auch Befestigungsmittel
noch unterbringen, beispielsweise gemäß Anspruch 5
achsparallele
Bohrungen.
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Die bevorzugte Aufgabe des Spannringes besteht darin, als eine Art
Nabenersatz oder Mitnehmerring zu dienen.
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Es können an ihm Teile angebracht werden, bei denen die Vorsehung
einer eigenen Nabe aus Platzgründen, aus Gründen des fertigungstechnischen Aufwandes
oder überhaupt der Herstellbarkeit Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere ist wesentlich,
daß das Material des Spannrings und das des mit zunehmenden Bauteils verschieden
sein können. So ist es z. B. möglich, B teile aus weichem Material, z. B. Riemenscheiben
aus einer Aluminiumlegierung so auf einer Welle festzulegen, daß relativ große Drehmomente
übertragen werden können.
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Wenn gleich große Drehmomente mit anderen selbstspannenden Spannverbindungen,
z. B. Konusspannverbindungen aufgebracht werden sollten, bedürfte es zur Aufnahme
der erheblichen Ringspannungen entsprechend stark dimensionierter Naben. Auch der
umgekehrte Fall ist möglich, nämlich z. B. gehärtete Zahnräder mit dem Spannring
auf einer Welle festzulegen, die ansonsten nur schwer ohne eigene Nabe auf einer
Welle zu befestigen wären. Ein weiterer beispielsweiser Anwendungsfall ist die Verbindung
fluchtenden Wellenenden, sei es mit einem einzigen beide Wellenenden erfassender
Spannring, sei es mit zwei Spannringen, die ihrerseits miteinander verbunden sind.
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Die Ansprüche 6 bis 8 geben Ausgestaltungen der Erfindung im Hinblick
auf die Befestigung von Bauteilen an dem Spannring wieder, wobei ein wesentlicher
Vorteil darin liegt, daß die Bohrungen für diese Befestigung in Umfangsrichtung
den Bohrungen für die Spannschrauben keinen Platz wegnehmen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Spannanordnung unter Verwendung
des Spannrings (Anspruch 9).
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 10 kann der Spannring auch
nicht unmittelbar auf eine Welle, sondern auf einen auf der Welle angeordneten Zentrierring
wirken, auf dem sich das Bauteil radial zentrieren kann. Die Zentrierung ist auf
diese Weise von radialen Verformungen des Spannringes unabhängig.
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In dei Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Spannrings, teilweise
im Schnitt; Fig. 2 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 1 von oben, teilweise im Schnitt
nach der Linie II-II in Fig. 1, wobei die Verbindung des Spannrings mit verschiedenartigen
Bauteilen dargestellt ist.
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Fig. 3 zeigt eine entsprechende Ansicht nach der Linie III-III in
Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform.
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Fig. 4 zeigt eine Ansicht nach einer weiteren Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Spannrings, teilweise im Schnitt; Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt
durch eine Zahnradbefestigung mit Hilfe eines Spannrings nach Fig. 4, wobei der
Spannring nach der Linie V-V geschnitten ist.
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Der in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Spannring besitzt eine
zylindrische Innenumfangsfläche 1, mit welcher er auf einer Welle 2 verspannt werden
kann, eine zylindrische Außenumfangfläche 5 sowie ebene, senkrecht zur Achse 4 verlaufende
Stirnflächen 5 und 6 (Fig. 2) . Der Spannring 10 weist in dem Ausführungsbeispiel
5 um jeweils 120 ° versetzte, vom Innenumfang 1 ausgehende, parallel zu durch die
Achse 4 verlaufenden Ebenen sich erstreckende Schlitze 7 auf, die Jedoch nicht bis
zum Außenumfang 5 durchgehen, sondern am Außenumfang 5 schmale Stege 8 belassen,
an denen die durch die Schlitze 7 entstandenen Segmente 10' des Spannrings 10 einstückig
zusammenhängen. Der Querschnitt der Stege 8 soll gering sein und beträgt in dem
Ausführungsbeispiel nur etwa ein Zehntel der radialen Erstreckung des Spannrings
1O.Die seitlichen Begrenzungsflächen der Schlitze 7 tragen die Bezugszahlen 7',
7''.
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Senkrecht zu den durch die Achse 4 gehenden Ebenen 9 sind Spannschrauben
11 angeordnet, die eine Durchgangsbohrung 12 in einem Segment 10' durchgreifen und
in eine Gewindebohrung 15 in dem an einem bestimmten Schlitz 7 benachbarten Segment
10' eingreifen. Beim Anziehen der Spannschrauben 11 legen sich die Segmente 10'
mit dem Innenumfang 1 unter gleichzeitiger Zusarnmendrückung der Stege 8 in Umfangsrichtung
fest auf die Welle und verspannen den Spannring 10 unter Reibungswirkung auf
der
Welle 2. Je nach Breite des Spannrings 10 können auch mehrere Spannschrauben 11
jeweils in Achsrichtung nebeneinander angeordnet sein.
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In Umfangsrichtung zwischen den Spannschrauben 11 sind achsparallel
verlaufende Durchgangsbohrungen 14 vorgesehen, deren Zweck aus Fig. 2 ersichtlich
ist, die zwei Anwendungsfälle des Spannrings 10 wiedergibt. In der in Fig. 2 rechten
Hälfte ist an die Stirnseite 5 des Spannrings 10 eine Riemenscheibe 15 aus einer
Aluminiumlegierung angesetzt, welche an den Durchgangsbohrungen 14 entsprechenden
Stellen Gewindebohrungen 16 aufweist, in die Verbindungsschrauben 17 eingreifen,
die die Riemenscheibe 15 gegen die Stirnseite 5 anziehen.
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Auf diese Weise kann die aus relativ weichem Material bestehende Riemenscheibe
15 ohne eine eigene Nabe zu benötigen bei relativ hohem übertragbaren Drehmoment
auf der Welle 2 festgesetzt werden. Der Spannring 10 besteht aus Stahl und ist somit
im erforderlichen Querschnitt sogar noch geringer, als es eine mit der Riemenscheibe
15 einstückige Nabe sein würde.
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Auf der in Fig. 2 linken Seite sind mit dem Spannring 10 zwei nebeneinander
angeordnete Zahnräder 18 verbunden, deren eines an Durchgangsbohrungen 19 und deren
anderes Gewindebohrungen 20 aufweist und die durch Verbindungsschrauben 17' gegen
einander gezogen werden. Auf den einander zugewandten Seiten besitzen die Zahnräder
18 Ausnehmungen 21, in die der Spannring 10 gerade hineinpaßt.
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In Fig. 2 besitzen die Bauteile 15, 18 keine eigene Zentrierung auf
der Welle 2.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein dem
Spannring 10 -entsprechender Spannring 50
mit seinem Innenumfang
31 nicht unmittelbar auf die Welle 2, sondern von außen auf eine mit ihrem Innenumfang
auf der Welle 2 sitzende Zentrierbüchse 32 wirkt.
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Der Spannring 30 kann dadurch in der gleichen Weise auf der Welle
2 festgesetzt werden wie der Spannring 10.
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Die Zentrierbüchse 52 erstreckt sich bis axial außerhalb des Spannringes
50 und weist dort eine äußere Zentrier-Umfangsfläche 33 auf, auf welcher die Innenumfangsfläche
54 eines äußeren Bauteils, beispielsweise eines Zahnrades 35 zentriert wird, welches
im übrigen durch achsparallele Verbindungsschrauben 17'' mit dem Spannring 50 verbunden
ist.
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In Fig. 1 ist der Spannring lo oben und rechts mit mit den Segmenten
10t einstückigen Stegen 8 dargestellt. Ein solcher Spannring 10 bildet ein über
die Stege 8 zusammenhängendes Ganzes. Dies erfordert jedoch die Einbringung der
Schlitze 7 von innen her, was praktisch nur durch Räumen möglich ist. Einfacher
wäre es, wenn die Schlitze 7 durchgehend gesägt werden könnten. Bei einer solchen
Ausführungsform ist in Fig. 1 links unten eine andere Ausführungsform der Stege
dargestellt, bei der diese als in einer achsparallelen Bohrung 22 nahe dem äußeren
Umfang 3 des Spannringes 10 angeordnete Zylinderstifte 23 ausgebildet sind. Derartige
Stifte leisten das Gleiche wie die Stege 8. Da sie ebenso wie die Stege 8 mit Abstand
außerhalb der Spannschrauben 11 vorgesehen sind, ergibt sich beim Anziehen der Spannschrauben
11 ein Moment um die Stege 8 bzw. 23, welches der sonst vorhandenen, über den Innenumfang
1 des Spannringes 10 ungleichmäßigen Verteilung der Flächenpressung entgegenwirkt.
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In Fig. 4 ist ein Spannring 40 dargestellt, an dem drei verschiedene
Möglichkeiten der Befestigung angrenzender Bauteile wiedergegeben sind. Im oberen
Bereich der Fig. 4 ist eine innen und außen ewinde tragende Büchse 41 dargestellt,
die in ihrer Länge der Dicke des Spannrings 40 entspricht und mit Abstand radial
außerhalb der Spannschraube 11 angeordnet ist. Die Büchse 41 sitzt mit ihrem Außengewinde
in einer achsparallelen Gewindebohrung 42 des Spannrings 40. Die Achse der Gewindebohrung
42 liegt in der Mitte, d. h. symmetrisch zu dem Teilungsschlitz 7. Die Büchse 41
weist ferner ein zentrisches Innengewinde 43 auf, in welches eine achsparallele
Befestigungsschraube 44 für das Bauteil eingeschraubt ist. Durch das Vorhandensein
der Bohrung 42 an dieser Stelle können Bohrungen entsprechend der Durchgangsbohrung
14 in Fig. 1 bei dieser Ausführungsform entfallen.
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In dem in Fig. 4 oberen Beispiel sind die beiden benachbarten Segmente
des Spannrings 40 durch einen äußeren Steg 8' miteinander einstückig verbunden.
Der Steg, gegen den sich die Segmente beim Anziehen der Spannschraube 11 gegeneinander
abstützt, wird durch diesen äußeren Steg 8' und die Büchse 41 gemeinsam gebildet.
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In dem Beispiel rechts unten in Fig. 4 ist keine Büchse, sondern
lediglich eine Durchgangsbohrung 45 vorgesehen, durch die eine nicht dargestellte
Befestigungsschraube hindurchgeführt werden kann. Am Umfang des Spannrings 40 sind
die benachbarten Segmente dort wiederum durch einen äußeren Steg 8' verbunden, der
hier das alleinige Widerlager beim Anziehen der Spannschraube 11 bildet.
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In dem Beispiel links unten in Fig. 4 ist der Teilungsschlitz 7 radial
durchgehend ausgeführt und ist in demselben nahe dem äußeren Umfang des Spannrings
40 eine Bohrung 46 mit einer zylindrischen Büchse 47 angeordnet, die von einer nicht
dargestellten Befestigungsschraube durchgriffen werden kann. Die Büchse 47 bildet
in einer mit dem Zylinderstück 22 der Fig. 1 vergleichbaren Weise den Steg beim
Anziehen der Spannschraube 11. Natürlich kann die Büchse 47 ebenfalls mit einem
inneren und/oder äußeren Gewinde ausgerüstet sein.
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Es versteht sich, daß in einem konkreten Ausführungsbeispiel im allgemeinen
nur eine der drei angedeuteten Möglichkeiten verwirklicht sein wird.
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In Fig 5 ist die Anwendung des Spannrings 40 bei der Festlegung eines
Zahnrades 48 auf einer Welle 2 wiedergegeben. Im oberen Bereich greift die Befestigungsschraube
44 durch das Zahnrad hindurch in die Büchse 41 ein, im unteren Bereich durchgreift
eine Befestigungsschraube 49 die Durchgangsbohrung 45 und greift in eine Gewindebohrung
50 in dem Zahnrad 48 ein.