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S p a n n a n 0 r d n u n g
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannanordnung der dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
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Eine derartige Spannanordnung ist aus der DE-OS 29 30 245 bekannt.
Hierbei erstreckt sich jedoch die formschlüssige Verbindung in Gestalt eines in
den inneren Konusring und in die Welle eingreifenden Keils über den gesamten Spannbereich
der Konusflächen, d.h.
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praktisch über die gesamte Länge des zu der bekannten Spannanordnung
gehörenden Spannsatzes.
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Das von einem normalen Spannsatz ohne Keil auf das innere Bauteil
bzw. die Welle übertragene Drehmoment steigt in dem Spannbereich einer Konusspannanordnung
von Null bis zu einem Höchstwert an dem im Angriffsbereich des Gegenmoments zugewandten
Ende des Spannbereichs an. Durch die Welle wird das von dem äußere Bauteil ausgeübte
Drehmoment in Achsrichtung fortgeleitet und es greift seitlich außerhalb des äußeren
Bauteils das Gegenmoment an, welches das Gleichgewicht herstellt. Im allgemeinen
geschieht dies nur auf einer Seite, und das
höchste Drehmamemt 1iogt
dann in der Welle auf dieser Seite vor, beginnend mit dem dortigen Ende der Spannanordnung.
Wenn bei einer solchen Konstellation in der Welle über die ganze Länge-der Spannanordnung
durchgehende Keilnuten angebracht werden, so befinden sich diese Keilnuten auch
im ric-hdes höchsten Drehmoments. Die 5elle ist durch die Keilnuten geschwächt,
die durch ihre Kanten und Ecken Kerbspannungen erzeugen, d.h. lokale Spannungskonzentrationen,
die schon bei relativ geringen äußeren Gesamtkräften lokal die zulässigen Werte
überschreiten können bzw. eine stärkere Dimensionierung der Welle erfordern, die
bei glatter Ausbildung derselben nicht erforderlich wäre. Dasselbe gilt, wenn die
bekannte Ausführungsform nach der DE-OS 29 30 245 am Ende des dortigen Spannsatzes
bzw. Keils betrachtet wird, wo ein starker Anstieg des Drehmoments in der Welle
bis auf den Maximalwert zu finden ist. Gerade in dieser hochbeanspruchten Zone findet
die Schwächung durch den Keil statt. Für viele Anwendungsfälle spielt dies keine
Rolle. Bei hochbelasteten Spannanordnungen jedoch führt dies dazu, daß das innere
Bauteil bzw. die Welle in ihrem Durchmesser vergrößert werden müssen.
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Aus der FR-PS 678 406 ist eine Konusspannanordnung bekannt, bei der
eine formschlüssige Verbindung mittels Keil neben einer kraftschlüssigen Verbindung
mittels Konus vorgesehen ist. Die Keilnute erstreckt sich nicht bis in den Spannbereich
des Konus hinein.
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Der Nachteil bei dieser Ausführung ist aber, daß der Platzbedarf der
Gesamtanordnung in Achsrichtung sich vergrößert, was in vielen Fällen, zum Beispiel
beim Aufspannen von relativ flachen Zahnrädern, konstruktiv nicht unterbringbar
ist.
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Bei Konusspannanordnungen mit reinem Kraftschluß, bei welchen~das
Drehmoment also nur durch die Reibungskräfte übertragen wird, bestehen natürlich
weder die Probleme mit Kerbspannungen noch die Raumprobleme mit der Nebeneinanderanordnung
unterschiedlicher Spannelemente. Dabei ist aber das übertragbare Drehmoment beschränkt,
und-=wa-r-durch die auf der zylindrischen Außenfläche des inneren Bauteils erzeugbaren
Reibungshaltekräfte. Bei einem bestimmten übertragenen -Drehmomeni sind die durch
die Reibung abzufangenden Umfangskräfte an dem kleineren Radius, nämlich an dem
inneren Bauteil, größer als in der zylindrischen Ausnehmung des äußeren Bauteils,
so daß die Spannanordnung bei Überschreitung eines bestimmten Grenzdrehmoments zuerst
an dem inneren Bauteil durchrutschen wird bzw. die Spannanordnung nicht das Gesamtarehmoment
übertragen kann, welches sich aus den Verhältnissen an der äußeren Zylinderfläche
ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannanordnung der
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art dahingehend auszugestalten, daß
sie in der Lage ist, ein nur durch die Verhältnisse an der äußeren Zylinderfläche
begrenztes Drehmoment zu übertrag ohne daß Probleme mit Kerbspannungen und zu breiter
Bauweise auftreten.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen -des Anspruchs 1 wiedergegebenen
Merkmale gelöst.
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Durch den Formschluß wird die Gesamtheit der Konusringe auch bei
Überschreiten des durch die Reibung verhältnisse gegebenen Grenzdrehmoments gegen
Durchrutsc) auf dem inneren Bauteil gehalten. Das übertragbare Grenz drehmoment
ist also das etwas höhere Grenzdrehmoment an der äußeren Zylinderfläche zwischen
dem äußeren Konusrin und der Ausnehmung des äußeren Bauteils. Dabei erstreckei sich
aber die für die Herbeiführung des Formschlusses
erforderlichen7-vom-Kreisquerschnitt
abweichenden, Vertiefungen bzw. Erhöhungen umfassenden Gestaltungen des inneren
Bauteils nicht bis zum Ende des Spannbereichs, wo das höchste-Drehmoment im inneren
Bauteil vorliegt. In diesem Bereich gibt es also keine Kerbspannungen, di-e 4 ie--Belástbarkeit
des gesamten Wellenquerschnitts herabsetzen. Schließlich findet die formschlüssige
Verbindung innerhalb des Spannbereichs statt und nicht daneben, so daß sich die
Baulänge der Spannanordnung durch den zusätzlichen Formschluß nicht erhöht.
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Es empfiehlt sich gemäß Anspruch 2, daß die formschlüssige Verbindung
höchstens die Hälfte der Länge des Spannbereichs einnimmt.
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Eine in der Praxis häufig vorkommende Ausführungsform einer Konusspannanordnung
ist diejenige mit einem Doppelkonusring entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
3. Hierbei kann die Erfindung in der im Kennzeichen des Anspruchs 3 wiedergeaebenenWeise
verwirklicht werden, indem also nur der im Angriffsbereich des Gegendrehmoments
abgelegene Konusring formschlüssig auf dem inneren Bauteil festgehalten ist. Dieser
Formschluß setzt sich über die Spannschrauben bis in den Doppelkonusring fort.
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Wenn der Doppelkonusring dazu noch einen inneren Umfangssteg aufweist,
was für sich genommen ebenfalls aus der DE-OS 29 30 245 bekannt ist, so kann bei
der Ausführungsform nach Anspruch 4 der Umfangssteg an seiner inneren Umfangsfläche
formschlüssig mit dem inneren Bauteil verbunden sein. Hierbei ist der Formschluß
vom inneren Bauteil zu dem äußeren,-dem Doppelkonusring also unmittelbar gegeben.
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Für die Erzeugung des Formschlusses kommen die in der Technik dafür
üblicherweise vorgesehenen Gestaltungen in Betracht, zum Beispiel eine Keilverzahnung
nach Anspruch 5 oder ein einzelner separater Keil nach Anspruch 6.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung-im-Längsschnitt
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein Wellenende mit Keilverzahnur auf welchem mittels
einer erfindungsgemäßen Doppelkonus-Spannanordnung eine Nabe--festgesetzt ist; Fig.
2 zeigt eine abgewandelte derartige Ausführungsform, wobei nur die obere Hälfte
der Welle dargestellt ist; Fig. 3 zeigt eine Fig. 1 entsprechende Ausführungsform
mit einem separaten Keil; Fig. 4 zeigt eine Fig. 2 entsprechende Ausführungsform
mit einer einfachen Konusanordnung.
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Gemäß Fig. 1 wird auf einem Wellenende 1, welches das "innere Bauteil"
bildet, ein "äußeres Bautei] in Gestalt einer Nabe 2 festgesetzt, die zum Beispiel
zu einem Zahnrad oder einer Riemenscheibe gehören kann. Die Festsetzung erfolgt
mittels eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Spannsatzes, dessen in dem Ausführungsbeispiel
seiner Länge entsprechender Spannbereich mit 3 bezeichnet ist und der in dem Zwischenraum
zwischen der zylindrische Außenumfangsfläche 4 des Wellenendes 1 und der zylindrischen
Ausnehmung 5 der Nabe 2 angeordnet ist. Im vorderer d.h. gemäß Fig. 1 rechten Endbereich
weist das Wellenende 1 eine Keilverzahnung 6 auf, welche sich nur über einen Teil
7 des Spannbereichs 3 erstreckt, nämlich auf dem gemäß Fig. 1 rechts gelegenen Bereich
des Wellenendes der von dem Bereich der Einleitung des für das Gleichgewicht benötigten
Gegenmoments entfernt ist, der gemäß Fig. 1 links vorzustellen ist und etwa durch
ein Getriebe oder einen Antriebsmotor gegeben sein kann. Links von de Gerenzlinie
7'der Keilverzahnung 6 ist der Querschnitt des Wellenendes 1 geschlossen zylindrisch
und voll zur Übertragung des Drehmoments erhalten.
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Der Spannsatz 10 umfaßt einen Doppelkonusring 11 mit einer zylindrischen
Außenumfangsfläche 12, die in der Ausnehmung 5 anliegt, sowie zwei entgegengesetzt
geneigten Konusflächen 13,14, mit denen die Konusflächen 15,16 von zwei Konusringen
17,18 zusammenwirken, die mit ihrer zylindrischen Innenumfangsfläche auf der zylindrischen
Außenumfangsfläche 4 des Wellenendes 1 anliegen. Die größte Wandstärke des Doppelkonusrings
11 liegt in der Mitte, und es ist dort ein nach innen weisender Umfangssteg 19 vorgesehen,
der mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche 20 zentrierend auf der Außenumfangsfläche
4 sitzt. Zur Verspannung des Spannsatzes 10 dienen axiale, über den Umfang gleichmäßig
verteilte Spannschrauben 22, die mit ihren Köpfen gegen die Stirnseiten des Konusrings
18 anliegen, diesen und den Umfangssteg 19 in Durchgangsbohrungen durchgreifen und
in Gewindebohrungen des Konusrings 17 eingeschraubt sind, wie es aus Fig. 1 ersichtlich
ist. Beim Anziehen der Spannschrauben 22 werden die Konusringe 17,18 gegeneinandergezogen
und erzeugen eine radiale Klemmkraft, die eine formschlüssige Verbindung zwischen
dem Wellenende 1 und der Nabe 2 herstellt.
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Der Konusring 18 weist Abdrückgewinde 8 auf, die erforderlich sind,
weil die Konusflächen 13,14 sich im Selbsthemmungsbereich befinden und der Spannsatz
10 also beim Lösen der Spannschrauben 22 verspannt bleibt. In die Abdrückgewindebohrungen
8 werden gemäß Fig. 1 von rechts Abdrückschrauben eingeschraubt, die sich gegen
eine bohrungsfreie Stelle des Umfangssteges 19 setzen. Auf diese Weise kann der
vordere Konusring 18 entfernt werden. Zum Abdrücken des hinteren Konusringes 17
sind an bestimmten Stellen in dem Umfangssteg 19 Gewindebohrungen an Stellen vorgesehen,
an denen der hintere Konusring 17 keine Bohrung aufweist.
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Alle Konusringe 11,17,18 sind an einer Stelle geschlitzt, wie es
bei der unteren Schnittfläche des Konusrings 17 angedeutet ist.
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Zusätzlich besitzt der Konusring 18 eine innere Keilverzahlung 23,
die in die Keilverzahnung 6 dec Wellenendes 1 eingreift. Der Konusring 18 kann also
auf der Umfangsfleche-4 nicht durchrutschen. Der dadurch erzeugte Formschluß teilt
sich über die Spannschrauben 22 auch dem Doppelkonusring 11 mit. Ein Durchrutschen
kann also allenfalls an der---Ausnehmung 5 stattfinden, so daß das übertragbare
Grenzdrehmoment.durch die hier vorliegen den Verhältnisse-bestimmt und entsprechend
höher ist,\als wenn die Keilverzahnungen 6,23 fehlten.
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Das bei angezogenem Spannsatz 10 und von der Nabe 2 her eingeleitete
Drehmoment nimmt gemäß Fig. 1 vo rechts nach links zu. In dem Bereich des höchsten
in dem Wellenende 1 herrschenden Drehmoments und.der höchsten Spannungen, nämlich
unter dem Konusring 17, ist der Querschnitt des Wellenendes 1 jedoch unversehrt
und nicht durch die Keilverzahnung 6 geschwächt. Die Keilverzahnung 6 tut also ihre
Wirkung, indem sie das Durchrutschen des Spannsatzes 10 auf der inneren Zylinderfläche
4 verhindert, ohne daß bei hoher Belastung auf eventuelle Kerbwirkungen durch die
Keilverzahnung 6 im gemäß Fig. 1 linken Bereich des Spannsatzes 10 Rücksicht genommen
werden müßte.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich dadurch von der
nach Fig. 1, daß der Spannsatz 10' einen Konusring 18' mit glatt geschlossen zylindrischer
Innenumfangsfläche aufweist, die auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 4 des
Wellenendes 1, d.h. auf den Kop flächen der dort vorhandenen Keilverzahnung 6, anliegt.
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Der Formschluß wird bei der Ausführungsform nach Fig. 2 durch eine
innere Keilverzahnung 24 des inneren Umfangssteges 19' des Doppelkonusrings 11'
hergestellt, die in die Keilverzahnung 6 des Wellenendes 1 eingreift. Der Doppelkonusring
11' wird also hierbei unmittelbar auf dem Wellenende 1 drehfest festgehalten.
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Auch hierbei erstreckt sich jedoch die Keilverzahnung 6 nur über den
rechten Endbereich 7 des Wellenendes 1 und ist der gemäß Fig. 2 links daran anschließende
Teil unte dem Konusring 17 frei von Ausnehmungen der zylindrischen Oberfläche.
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In Fig. 3 ist ein Spannsatz 10" dargestellt, bei welchem der Formschluß
an dem rechten Konusring 18" durch-einen separaten einzelnen Keil 25 hergestellt
wird, der in eine Keilnut 26 des Wellenendes 1' sowie 27 am Innenumfang des Konusrings
18" eingreift. Im übrigen entspricht die Ausführungsform der Fig. 1, wobei lediglich
anzumerken ist, daß zum Abdrücken ein besonderer loser Abdrückring 28 vorgesehen
ist, der in Höhe der Abdrückgewindebohrung 8 des Konusrings 18" keine Bohrung aufweist
und gegen den sich die von rechts eingeschraubte Abdrückschraube beimAbdrücken des
Konusrings 18" setzen kann.
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Wenn der Konusring 18" entfernt ist, wird der lose Ring 28 herausgeholt
und die Abdrückschraube in die Abdrückgewindebohrung 9 des Umfangssteges 19" geschraubt,
die bohrungsfreien Stellen in dem Konusring 17 gegenüberliegen, so daß dann der
hintere Konusring 17 ebenfalls abgedrückt werden kann.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erstreckt sich die Keilnut
26 nur über den am rechten Ende des Wellenendes 1' gelegenen Längenbereich 7 und
nicht in den links gelegenen, durch das Drehmoment am höchsten belasteten Teil des
Wellenendes 1' hinein.
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Der bei der Ausführungsform nach Fig. 4 vorhandene Spannsatz 30 umfaßt
einen inneren Konusrina 31, der mit einem einfachen äußeren Konusring 32 zusammenwirkt.
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Der innere Konusring 31 besitzt am in Fig. 4 linken Ende einen Radialflansch
33, in den die eine Durchgangsbohrung des Konusrings 32 durchgreifende Spannschraube
22 eingreift.
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An dem gemäß Fig. 4 rechten Ende des inneren Konusrings 31 ist eine
nach innen vorspringende Keilverzahnung 34 vorgesehen, die in eine äußere Keilverzahnung
6 des Wellenendes 1" eingreift. Die Keilverzahnung 6 erstreckt sich nur über einen
relativ kurzen Bereich 7 des Wellenendes 1" und nimmt dementsprechend auch nur einen
Teil des
gesamten Spannbereichs 3 des Spannsatzes 30 ein, so daß
der linke Teil des Spannbereichs 3 frei von Einschnitten ist und seinen gesamten
unversehrten Kreisquerschnitt zu Übertragung des Drehmoments darbietet.
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