DE3626257A1

DE3626257A1 - Schrumpfnabe

Info

Publication number: DE3626257A1
Application number: DE19863626257
Authority: DE
Inventors: Otto Feller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-02
Filing date: 1986-08-02
Publication date: 1988-02-11
Also published as: DE3626257C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur reibschlüssigen lösbaren Klemmverbindung zweier Maschinenelemente, insbesondere Wellen und Naben, bei welcher zwischen Welle und Nabe ein diese miteinander verspannender, aufgetrennter zylindrischer Ring formschlüssig angeordnet ist, der mindestens von einem, durch eine Schraube betätigtem kegeligen Spreizelement radial gepresst wird.

Verbindungen von Maschinenelementen werden als reibschlüssig bezeichnet, wenn der Widerstand gegen Verdrehen oder Verschieben durch die Haftkraft an der Berührungsfläche der Maschinenelemente erzeugt wird.

Die Vorteile von Klemmverbindungen sind hinreichend bekannt, sodass inzwischen viele verschiedene Arten von Vorrichtungen entwickelt worden sind, meistens aus konischen Ringen bestehend, die gegeneinander verschoben werden.

Durch die DE-PS 8 83 986 ist eine solche sehr verbreitete Nabenbefestigung bekannt, die aus einer innen zylindrischen, aussen konischen geschlitzten Spannhülse besteht, auf die eine mit konischer Bohrung versehene Nabe durch im wesentlichen parallel zur Nabenachse verlaufende Schrauben aufgepresst ist.

Bei dieser Ausführung ist eine genaue Vorzentrierung und axiale Fixierung der zu klemmenden Teile sehr schwierig, weil die konischen Hülsen erst einmal gegeneinander verschoben werden müssen, bevor ein Presssitz hergestellt wird.

Die DE-PS 28 08 696 hat eine reibschlüssige, lösbare Klemmverbindung zwischen Welle und Nabe zum Gegenstand mittels eines, in wenigstens einer achsparallel verlaufenden und exzentrisch liegenden, in die Nabe eingebrachte Ausnehmung einschiebbaren Spreizelementes, wobei der zwischen der aus sich schneidenden Bohrungen gebildeten Ausnehmung und der zwischen Welle und Nabe gebildeten Trennungsebene verbleibende, relativ dünne radiale Steg in axialer Richtung im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweist.

Bei dieser Klemmverbindung ist die Klemmkraft zwischen Welle und Nabe, somit auch die Möglichkeit zur Überbrückung grösserer Passungstoleranzen begrenzt, da wegen der anzustrebenden guten Lösbarkeit der Klemmverbindung für die Spreizelemente nur solche Kegelwinkel Verwendung finden konnten, die deutlich oberhalb der Selbsthemmung liegen.

Durch das DE-GM 76 28 208 ist ein zweiteiliger, zylindrischer, nicht aufgetrennter Spannring bekannt, der beiderseits abgeflachte, jedoch vorwiegend konische Ausnehmungen besitzt, die zur Aufnahme von entsprechend geformten Kegelstumpfmuttern dienen und mittels Rechta- Linksgewinde-Spannschrauben die einzelnen Bauelemente reibschlüssig miteinander verspannt.

Bei dieser Ausführung, die in der Herstellung sehr aufwendig ist, lassen sich infolge des nichtaufgetrennten, unelastischen Spannringes nur geringe Passungstoleranzen überbrücken, wie auch die Klemmkräfte, zusätzlich vermindert durch den schlechten Wirkungsgrad der Rechts-Linksgewinde Spannschrauben, nur gering sind.

Die DE-PS 29 38 272 hat eine Vorrichtung zum reibschlüssigen Befestigen einer Nabe auf einer Welle zum Gegenstand, bei welcher zwischen Welle und Nabe eine diese miteinander verspannende, zweiteilige, spreizfähige Hülse angeordnet ist mit einer zylindrischen Innenhülse und einer diese umgebenden zylindrischen Aussenhülse und einer diese umgebenden zylindrischen Aussenhülse, zwischen denen mindestens ein durch eine Gewindemutter betätigter Spannstift zum Spreizen von Innen- und Aussenhülse vorgesehen ist.

Bei dieser Vorrichtung ist infolge Unelastizität innerhalb der zylindrischen Innen- und Aussenhülse sowohl die Überbrückung von grösseren Passungstoleranzen, wie auch die Erzeugung hoher Klemmkräfte sehr eingeschränkt, wie auch das Lösen der Klemmverbindung Probleme bereitet, da beim Zurücktreiben des Spannstiftes das Gewinde sehr leicht beschädigt wird.

Ausgehend von der Vielfalt des Standes der Technik, welcher Verbindungen von Maschinenelementen der verschiedesten Arten bietet, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch Verbesserung der Eingangs näher bezeichneten Arten eine universel anwendbare, kostengünstige Schrumpfnabe zur reibschlüssigen Klemmverbindung zweier Maschinenelemente zu finden, welche die oben aufgeführten Nachteile nicht aufweist und mehrfach wiederverwendbar ist.

Sie soll die Gewähr bieten für grösstmögliche Klemmkraft, für einfache Montage und gute Lösbarkeit, einer guten Vorzentrierung und genauen Fixierung der durch Klemmung zu verbindenden Teile, sowie zur Überbrückung grosser Fertigungstolerazen zwischen Wellen und Naben.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss mittels einer Schrumpfnabe gelöst, bei welcher zwischen Welle und Nabe ein diese miteinander verspannender aufgetrennter, zylindrischer Klemmring formschlüssig angeordnet ist und mindestens von einem, durch von einer Schraube beaufschlagten, aus kegeliger Hülse gebildetem Spreizelement radial auf die Welle gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass Nabe und Klemmring in ihrer gemeinsamen Berührungsfuge axiale konische Bohrungen aufweisen, die beiderseits mit je einer achsparallelen, mit der Bohrung für die Spreizelemente etwa durchmessergleichen, diese jedoch nicht schneidenden, Elastizitätsbohrungen versehen sind.

Durch diese Elastizitätsbohrungen wird erreicht, dass beim Einziehen der Spreizelemente Klemmkraftverluste in den Klemmringen durch unerwünschte Formänderungsarbeit quer zur gewünschten radialen Pressrichtung vermieden werden.

Ferner besteht die Erfindung darin, dass diese Elastizitätsbohrungen gleichzeitig als Abdrückbohrungen beim Lösen der Klemmverbindungen dienen und zu diesem Zweck mit Durchgangs-Halbgewinde und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche zum Ansetzen einer Abdrückschraube versehen sind.

Weiterhin besteht die Erfindung darin, dass zur Verdoppelung der Klemmkraft jeweils zwei gleiche Schrumpfnaben mit ihren Klemmringen auf der Welle spiegelbildlich nebeneinander angeordnet sind und je Spreizelementenpaar durch eine gemeinsame Zugschraube betätigt werden.

Letztlich besteht die Erfindung darin, dass die Betätigungsschrauben der Spreizelemente kostensparend gleichzeitig als Befestigungsschrauben für durch Reibschluss anzuflanschende Maschinenelemente dienen, ohne dass hierdurch die Klemmkraft der Schrumpfnabe beeinträchtigt wird.

Mit der erfindungsgemäss ausgeführten Schrumpfnabe lassen sich bei Verwendung sehr flacher Kegel von z. B. 1 : 5 und unter Benutzung von hochfesten Normschrauben z. B. der Güteklasse 12 .9 Klemmverbindungen mit sehr grossen Klemmkräften erzeugen, die sich mittels vorgesehenen Abdrückgewinde auch nach längerer Klemmdauer wieder mühelos lösen lassen.

Die erfindungsgemässe Schrumpfnabe ist sowohl bei glatten Wellen mit und ohne Passfedern, wie auch bei Vielkeil- und Evolventenprofilen und dergleichen anwendbar.

Im Sinne der Erfindung ist es, in die Bohrung eines jeglichen dickwandigen Hohlzylinders einen aufgetrennten zylindrischen Klemmring formschlüssig einzufügen und in der gemeinsamen Berührungsfuge mit konischen Bohrungen für die Aufnahme von Spreizelementen und hierzu achsparallel verlaufenden Elastizitätsbohrungen zu versehen, wobei metallische und nichtmetallische Werkstoffe zur Anwendung kommen können.

Ebenso ist es im Sinne der Erfindung, in die Bohrung eines jeglichen dickwandigen Zylinders einen aufgetrennten zylindrischen Klemmring formschlüssig einzufügen, in welchen seinerseits eine Scheibe gleicher Breite formschlüssig angeordnet ist, in deren mit dem Zylinder gemeinsamen Berührungsfuge konische Bohrungen für die Aufnahme von Spreizelementen und zu diesen achsparallele Elastizitätsbohrungen eingebracht sind.

Ferner ist es im Sinne der Erfindung, die Klemmringe der Schrumpfnaben aus Gleitlagerwerkstoff herzustellen, sie z. B. mit drei Spreizelementen nebst Elastizitätsbohrungen zu versehen und vorteilhaft als ein- und nachstellbares Gleitlager mit Dreipunktabstützung zu verwenden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht der Schrumpfnabe mit Klemmring,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schrumpfnabe,

Fig. 3 die auftretenden Kräfte am ebenen Schrumpfnabenprofil,

Fig. 4 den Querschnitt einer Klemmverbindung zwischen Welle und Schrumpfnabe mit angeflanschter Schwingungstilger-Riemenscheiben-Kombination,

Fig. 5 den Querschnitt einer Klemmverbindung zwischen einer Welle, zweier spiegelbildlich auf dieser nebeneinander angeordneter Schrumpfnaben nebst zwischen diesen reibschlüssig verspannter Scheibe und mit dieser reibschlüssig verbundenen dickwandigen Trommel,

Fig. 6 die Ansicht einer Doppel-Schrumpfnabe mit radialen Befestigungsbohrungen für weitere Maschinenelemente,

Fig. 7 einen Querschnitt durch diese Doppel-Schrumpfnabe.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schrumpfnabe besteht aus dem Nabenkörper 2, in welchem innen formschlüssig ein zylindrischer, aufgeschnittener Klemmring 5 angeordnet ist.

In die Trennfuge zwischen Nabenkörper 2 und Klemmring 5 sind achsparallel konische Bohrungen 6 eingebracht, die beiderseits achsparallel je eine, im Durchmesser mit 6 etwa gleichgrosse Elastizitätsbohrung 7 aufweisen.

Diese Elastizitätsbohrungen 7 sind mit Durchgangs- Halbgewinde 8 und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche 9 versehen, wodurch sie beim Lösen der Klemmverbindung als Abdrückbohrungen dienen können.

In die konischen Bohrungen 6 sind Kegelhülsen 10 als Spreizelemente eingesetzt, die ein Muttergewinde besitzen.

Zur Betätigung der Spreizelemente werden in die Muttergewinde von 10 Zugschrauben 12 eingeschraubt, deren Köpfe sich beim Anziehen über Scheibe 13 stirnseitig an Nabenkörper 2 und Klemmring 5 abstützen.

Beim Anziehen der Schraube 12 entsteht im Klemmring 5 eine zentral-radial gerichtete Presskraft, durch welche z. B. ein Reibschluss mit einer Welle herbeigeführt wird, während zwischen Klemmring 5 und Nabenkörper 2 über die Spreizelente 10 ein Formschluss hergestellt wird.

Die Elastizitätsbohrungen 7 bewirken, dass keine Presskraftverluste durch unerwünschte Formänderungsarbeit quer zur gewünschten zentralen radialen Pressrichtung entstehen.

In der Fig. 3 sind die am ebenen Schrumpfnabenprofil auftretenden Kräfte dargestellt.

Hierin bedeuten:
F _N = Presskraft
F _V = Schraubenvorspannkraft
β = Kegelwinkel des Spreizelementes
ρ = Reibungswinkel (werkstoffabhängig)
W _{1 - 4} = Resultierende aus W und W _N
W = Reibkraft
W _N = Stützkraft

Die in Fig. 4 in einem Querschnitt dargestellte Klemmverbindung besteht aus der Welle 1, dem Schrumpfnabenkörper 2 mit seinem Klemmring 5, den zwischen Nabenkörper 2 und Klemmring 5 eingebrachten konischen Bohrungen 6, in welchen sich als Spreizelemente die mit Muttergewinde versehenen Kegelhülsen 10 befinden, die von den Zugschrauben 12, welche sich über Scheibe 13, Drehschwingungstilger 14 und Riemenscheibe 17 auf der Stirnseite von Nabenkörper 2 und Klemmring 5 abstützen, betätigt werden.

Hierbei erfüllen die Zugschrauben 12 die kostensparende Doppelfunktion, sowohl Reibschluss zwischen Klemmring 5 und Welle 1, wie auch zwischen Schrumpfnabe 2 und den Flanschen des Schwingungstilgers 14 und der Riemenscheibe 17 herzustellen.

Die in Fig. 5 in einem Querschnitt dargestellte Klemmverbindung zwischen Welle 1 und Trommel 16 besteht aus zwei gleichen, auf der Welle spiegelbildlich nebeneinander angeordneten Schrumpfnaben 2 mit Klemmringen 5, zwischen denen sich eine Scheibe 3 befindet, die an ihrem Umfang einen Klemmring 4 trägt, welcher innerhalb der Trommel 16 formschlüssig angeordnet ist.

Die spiegelbildlich nebeneinander liegenden, mit Muttergewinde versehenen Spreizelemente 10 und die mit glatter Durchgangsbohrung versehenen Spreizelemente 11 werden von einer gemeinsamen Schraube 12 betätgt, was laut Darstellung in Fig. 3 zur Verdoppelung der Presskräfte führt.

Zudem erfüllen die Schrauben 12 noch die kostensparende Doppelfunktion, Reibschluss zwischen den Schrumpfnaben 2 und der Scheibe 3 herzustellen.

Am Aussenumfang von Scheibe 3 ist ein zylindrischer, aufgetrennter Klemmring 4 formschlüssig angeordnet, auf den seinerseits die dickwandig Trommel 16 formschlüssig aufgeschoben ist.

In der gemeinsamen Berührungsfuge zwischen Scheibe 3 und Klemmring 4 sind konische Bohrungen 6 eingebracht, in denen sich als Spreizelemente Kegelhülsen 10 befinden, die von den Schrauben 12, welche sich über Scheiben 13 an der Scheibe 3 und Klemmring 4 abstützen, betätigt werden.

Beiderseits der konischen Bohrungen 6 sind achsparallele Elastizitätsbohrungen 7 angeordnet.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Doppel-Schrumpfnabe besteht aus dem Nabenkörper 2 und dem in diesem formschlüssig angeordneten aufgeschnittenen, mit einer Passfedernut 19 versehenen Klemmring 5.

Zwischen deren gemeinsamer Trennfuge ist eine, mit einem für die Aufnahme des Schraubenkopfes von 12 vorgesehenen zylindrischen Teil versehene, beidseitig konische Bohrung 6 eingebracht, die beiderseits je eine achsparallele Elastizitätsbohrung besitzt, welche mit Durchgangs Halbgewinde 8 und Durchgangs-Halbbohrung mit Anschlagfläche 9 für die Benutzung von Abdrückschrauben versehen sind.

In die konische Bohrung 6 sind als Spreizelemente mit Muttergewinde versehene Kegelhülsen 10 und mit glatter Durchgangsbohrung versehene Kegelhülsen 11 eingesetzt, die von Zugschraube 12, deren Kopf sich auf den Stirnseiten der Kegelhülsen 10 und 11 abstützt, betätigt werden.

In den Nabenkörper 2 sind für die Befestigung von weiteren Maschinenelementen Radialbohrungen 19 eingebracht, sowie Achsialbohrungen 20 zum Massenausgleich zu den Elastizitätsbohrungen 7.

Anstelle mit einer Passfedernut versehen kann der Klemmring 5 sowohl eine glatte Bohrung besitzen, wie auch Vielkeil- oder Evolventenprofil oder dergleichen aufweisen.

Claims

1. Schrumpfnabe zur reibschlüssigen, lösbaren Klemmverbindung zweier Maschinenelemente, insbesondere Welle und Nabe, bei welcher zwischen Welle und Nabe, bzw. zwischen Scheibe und Trommel, ein diese miteinander verspannender aufgetrennter zylindrischer Klemmring formschlüssig angeordnet ist und mindestens von einem, durch von einer Zugschraube beaufschlagtem, aus einer Kegelhülse gebildetem Spreizelement betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) und der Klemmring (5), bzw. die Scheibe (3) und der Klemmring (4), zur Aufnahme kegeliger Spreizelemente (10), (11) in ihrer gemeinsamen Berührungsfuge axiale konische Bohrungen (6) aufweisen, die beiderseits mit je einer zylindrischen oder konischen achsparallelen, mit der konischen Bohrung (6) etwa durchmessergleichen, diese nicht schneidenden, Elastizitätsbohrungen (7) versehen sind.

2. Schrumpfnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizitätsbohrungen (7) gleichzeitig als Abdrückbohrungen beim Lösen der Klemmverbindung dienen und zu diesem Zweck jeweils mit Durchgangs- Halbgewinde (8) und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche (9) versehen sind.

3. Schrumpfnabe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (1) jeweils zwei gleiche Schrumpfnaben (2) mit ihren Klemmringen (5) spiegelbildlich nebeneinander angeordnet sind und je Spreizelementenpaar (10), (11) durch eine gemeinsame Zugschraube (12) betätigt werden.

4. Schrumpfnabe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Betätigung der Spreizelemente (10), (11) dienenden Schrauben (12) gleichzeitig und verlustlos sowohl zur Reibschlussbildung zwischen Welle (1) und Klemmring (5), wie auch zur Reibschlussbildung zwischen der Schrumpfnabe (2) und den Flanschen der Maschinenelemente (3), (14) und (17) dienen.