DE3223683C2

DE3223683C2 - Reibschlüssige Wellen/Flansch-Verbindung

Info

Publication number: DE3223683C2
Application number: DE19823223683
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl.-Ing. 4322 Sprockhövel Stüwe
Original assignee: Stüwe GmbH & Co KG, 4320 Hattingen
Current assignee: STUEWE, HARTWIG, DIPL.-ING., 4322 SPROCKHOEVEL, DE
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3223683A1

Abstract

Um bei reibschlüssigen Wellen/Flansch-Verbindungen mit einem eine konische Druckfläche aufweisenden Spannring ohne eine an dem Flansch befestigte Nabe auszukommen, schlägt die Erfindung vor, einen mit einer konischen Auflauffläche (19) versehenen Druckring (16) vorzusehen, wobei der Spannring (17) mit seiner Druckfläche (18) auf die Auflauffläche (19) des Druckrings (16) gespannt und gleichzeitig über eine Stirnfläche (20) reibschlüssig mit dem Flansch (13) verbunden ist. Die Kraftübertragung erfolgt von der Welle (1) über den Druckring (16) mit seiner Auflauffläche (19) und dem Spannring (17) mit seiner Druckfläche (18) und seiner dem Flansch (13) zugewandten Stirnfläche (20) auf den Flansch (13) mit seiner Fläche (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine reibschlüssige Wellen/ Flansch-Verbindung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die US-PS 38 99 257 ist eine Spannvorrichtung zum Festlegen einer Luftschraube an einer Kurbelwelle bekannt, die nur an einem Wellenende vorgesehen werden kann. Dies ist durch einen radialen Innenkragen am geschlitzten Druckring bedingt, der an der Stirnseite der Kurbelwelle anliegt und als Widerlager beim Anziehen der axialen Befestigungsschraube dient. Ein Drehmoment kann ausschließlich über einen Kraftfluß übertragen werden, der über die äußere Stirnfläche des Spannrings, die innere Stirnfläche des Luftschraubenflansches sowie die Keilflächen zwischen dem Spannring und dem Druckring verläuft. Hierbei ist es wichtig, daß der Druckring mit seiner äußeren Stirnfläche nicht am Luftschraubenflansch anliegen darf. Er kann insofern auch kein Drehmoment übertragen. Es erfolgt keine direkte Übertragung des Drehmoments zwischen dem Luftschraubenflansch und dem Druckring.
Dadurch können Betriebszustände eintreten, bei welchen bedingt durch Drehmomentübertragung, Biegemomente usw. der Spannring auf den Druckring geschoben wird, ohne daß dies durch die Befestigungsschraube egalisiert werden kann. Das bedeutet aber, daß dann die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Spannring und dem Luftschraubenflansch zumindest teilweise aufgehoben wird. Folglich ist die reibschlüssige Übertragung von Drehmomenten nicht mit der erforderlichen Sicherheit gewährleistet. Auch Schwingungen können diesen vorstehend erwähnten Effekt bewirken. Hierbei verkantet der Spannring gegenüber dem Druckring derart, daß sich der Spannring stufenweise oder schraubenlinienförmig auf den Druckring schiebt.
Das Reibmoment zwischen dem Luftschraubenflansch und der Kurbelwelle wird zudem ausschließlich mit Hilfe eines einzigen zentralen Schraubbolzens erzeugt. Folglich kann nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment übertragen werden.
Unter Anwendung des Vorschlags der DE-OS 28 09 765 können lediglich Bauteile auf einer oder in einer Welle axial fixiert werden. Das Spannen bzw. das Festlegen von Bauteilen auf einer Welle zum Zwecke der Übertragung von erheblichen Drehmomenten wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen. Es ist im Rahmen dieses Vorschlags auch nicht zu definieren, wie groß die Reibkraft zwischen dem Maschinenteil und den Druckringen ist. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Spannringe mit dem Maschinenteil nicht in Berührung kommen.
Im Hinblick auf die in der DE-OS 29 32 879 offenbarte Bauart eines Spannsatzes ist erkennbar, daß durch das Aufschieben des Spannrings auf den Druckring mit Hilfe der umfangsseitig des Druckrings angeordneten Schrauben sowohl eine axiale Anpreßkraft des Druckrings am Flansch als auch eine radiale Klemmkraft zwischen dem Spannring, dem Druckring und der Welle erzeugt werden kann. Indessen entnimmt der Fachmann dieser Druckschrift ebenso zweifelsfrei, daß, und dies wird in der Literaturstelle auch betont, zwischen der Stirnfläche des Spannrings und dem Flansch ein Spalt verbleiben muß, weil der Spannring nicht zur Drehmomentübertragung herangezogen werden soll. Um mithin ein ungewolltes Aufschieben des Spannrings auf den Druckring zu verhindern, wird in dem bekannten Fall vorgeschlagen, den Keilwinkel zwischen dem Spannring und dem Druckring so zu wählen, daß dieses Aufschieben mit Sicherheit unterbleibt.
Der Erfindung liegt, ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, unter Verbesserung sowohl des Dreh- und Biegemoments als auch der Axialkraftübertragung statische und dynamische Belastungen einwandfrei zwischen einem Flansch und einer Welle übertragen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Im ungespannten Zustand liegen der Flansch und der Druckring locker gegeneinander. Zwischen dem Spannring und dem Flansch ist ein exakt definierter Spalt vorhanden. Flansch und Spannring sind durch umfangsseitig des Druckrings angeordnete Schrauben miteinander verbunden. Beim Verspannen wird der Flansch zunächst gegen den Druckring gezogen. Hierbei gleitet der Spannring über den Druckring. Während des Spannvorgangs verringert sich der Spalt zwischen Flansch und dem Spannring bis auf Null.
Bei diesem Verspannvorgang wird ein Teil der durch die Spannschrauben aufbringbaren Spannkraft, und zwar etwa 40 bis 60%, dazu genutzt, um den in seiner Bereite vorab fixierten Spalt zwischen dem Flansch und dem Spannring zu überbrücken. Liegt dann der Spannring am Flansch an, hat sich noch keine Pressung zwischen dem Flansch und dem Spannring aufgebaut. Nunmehr wird die dann noch verfügbare Spannkraft der Spannschrauben in einer Höhe von etwa 60 bis 40% gezielt dazu verwendet, um den Spannring fest gegen den Flansch zwecks reibschlüssiger Anlage zu ziehen. Nach dem Verspannen bilden der Flansch und der Spannring mit Hilfe der Spannschrauben eine feste Einheit. Diese Einheit kann man weitgehend mit einem Zustand vergleichen, bei welchem Flansch und Spannring miteinander verschweißt wären. Die Spannschrauben sind lediglich dazu da, diesen Zustand herzustellen. An der Drehmomentübertragung sind sie nicht mehr beteiligt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung liegt darin, daß sehr hohe Drehmomente übertragen werden können. Auch wird vermieden, daß sich der Spannring durch gegenläufiges Verkanten auf den Druckring schieben kann. Die Spannschrauben können sich nicht mehr lockern. Darüber hinaus kann ein flacher Kegelwinkel gewählt werden, welcher demzufolge eine relativ gleichmäßige Pressungsverteilung auf der Welle gestattet. Schließlich ist auch nicht mehr zu befürchten, daß die Welle zerstört wird, wenn eine Überlastung auftritt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß die am Flansch zur Anlage gelangende Stirnfläche des Druckrings Bestandteil einer umlaufenden Ausnehmung bildet. Bei einer solchen Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Flansches signifikant größer als der Wellendurchmesser. Beim Festziehen des Spannrings mit den Schrauben ist auch der Druckring aufgrund seiner besonderen Ausgestaltung gegen Verschiebungen auf der Welle gesichert. Gleichzeitig wird der Flansch durch diese Ausnehmung zentriert.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer auf einer Welle reibschlüssig befestigten Gurttrommel;
Fig. 2 eine Schnittansicht der zum Kuppeln der in Fig. 1 dargestellten Gurttrommel und Welle verwendeten reibschlüssigen Wellen/Flansch- Verbindung im nichtgespannten Zustand, und
Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Wellen/Flansch-Verbindung im gespannten Zustand.
Fig. 1 zeigt eine auf einer Welle 1 befestigte Gurttrommel 2 mit Trommelböden 3 und 4 (im folgenden Flansche genannt), wobei jeder Flansch 3 mittels einer reibschlüssigen Wellen/Flansch-Verbindung 5 auf der Welle 1 befestigt ist.
Gemäß Fig. 2 besteht die reibschlüssige Wellen/ Flansch-Verbindung 5 zum Befestigen des Flansches 3 auf der Welle 1 aus einem Druckring 6 mit einer konischen Auflauffläche 9 und einem Spannring 7 mit einer konischen Druckfläche 8. Der Spannring 7 weist weiterhin eine dem Flansch 3 zugewandte Stirnfläche 10 auf, die beim Spannen der in Fig. 2 im ungespannten Zustand dargestellten Reibschlußverbindung in Anlage kommt mit der Fläche 11 des Flansches 3. Der Druckring 6 weist in dem dem Flansch 3 zugewandten Bereich eine Ausnehmung 12 mit einer der Fläche 11 des Flansches 3 zugewandten Wandung und einer der Innenfläche des Flansches 3 zugewandten Wandung auf. Der Flansch 3 sitzt also in der Ausnehmung 12.
Zum Befestigen des Flansches 3 auf der Welle 1 werden der Flansch 3 und der Spannring 7 mittels nicht dargestellter Schrauben gegeneinander gezogen, so daß sich der Spannring 7 mit seiner Druckfläche 8 auf der Auflauffläche 9 des Druckrings in Fig. 2 nach rechts verschiebt. Der Druckring 6 selbst bleibt fest auf der Welle 1 liegen, weil er sich beim Festziehen des Spannrings 7 an den Flansch 3 anlegt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung im gespannten Zustand. Diese Ausführungsform weicht von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 insoweit ab, als der Druckring 16 keine Ausnehmung 12 aufweist, sondern dessen dem Flansch 13 zugewandte Stirnfläche glatt an der Fläche 21 des Flansches 13 anliegt. Der Flansch 13 sitzt mit geringem Spiel auf der Welle 1. Der Spannring 17 mit seiner Druckfläche 18 ist mit der Kraft F (siehe Pfeile in Fig. 3) auf die Auflauffläche 19 des Druckrings 16 gezogen, wobei die dem Flansch 13 zugewandte Stirnfläche 20 des Spannrings 17 in Reibschlußverbindung steht mit der Fläche 21 des Flansches 13. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, fluchten die dem Flansch 13 zugewandten Stirnflächen 20 des Spannrings 17 bzw. 22 des Druckrings 16 miteinander.
Die Bemessung des Spannrings 17 und des Druckrings 16 ist derart gewählt, daß das Fluchten der Stirnseiten 20 und 22 beim Anziehen des Spannrings 17 dann erfolgt, wenn die nötige radiale Anpreßkraft zum Anpressen des Druckrings 16 auf der Wellenoberfläche erreicht ist. Durch Aufbringen weiterer Kraft (beispielsweise durch zusätzliche Schrauben zwischen Flansch und Spannring) wird dann die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Flansch 13 und dem Spannring 17 hergestellt.
Wie man aus den Fig. 2 und 3 leicht ersieht, braucht die Anpreßkraft zwischen den Flächen 11 und 10 bzw. 21 und 20 nicht so hoch zu sein wie zwischen den Flächen 8 und 9 bzw. 18 und 19, weil aufgrund der größeren Entfernung des Spannrings von der Wellenachse ein günstigeres Drehmoment gegeben ist.
Die Erfindung ist einsetzbar nicht nur bei Trommelböden gemäß obiger Beschreibung, sondern grundsätzlich bei sämtlichen mit einer Welle zu verbindenden Teilen, soweit sich ihre Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Wellenachse erstreckt. Als weitere Anwendungsbeispiele seien Kettenräder, Walzenkörper und dergleichen genannt.

Claims

1. Reibschlüssige Wellen/Flansch-Verbindung mit einem eine konische Auflauffläche aufweisenden Druckring, der im Verspannungszustand der Verbindung mit einer Stirnfläche am Flansch anliegt, sowie mit einem Spannring, der durch umfangsseitig des Druckrings sich erstreckende Schrauben mit einer konischen Druckfläche auf die Auflauffläche des Druckrings gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im gespannten Zustand der Verbindung (5) der Spannring (7, 17) mit seiner dem Flansch (3, 13) zugewandten Stirnfläche (10, 20) an der Seitenfläche (11, 21) des Flanschs (3, 13) anliegt, wobei die Abmessungen von Druckring (6, 16) und Spannring (7, 17) derart gewählt sind, daß ihre an der Flanschfläche (11, 21) reibschlüssig anliegenden Stirnflächen (22; 10, 20) miteinander fluchten.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Flansch (3) zur Anlage gelangende Stirnfläche des Druckrings (6) Bestandteil einer umlaufenden Ausnehmung (12) bildet.