DE3626257C2 - - Google Patents

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DE3626257C2
DE3626257C2 DE19863626257 DE3626257A DE3626257C2 DE 3626257 C2 DE3626257 C2 DE 3626257C2 DE 19863626257 DE19863626257 DE 19863626257 DE 3626257 A DE3626257 A DE 3626257A DE 3626257 C2 DE3626257 C2 DE 3626257C2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/0852Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • F16D1/087Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to other loading elements in the hub or shaft

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum reibschlüssigen Verbinden einer Nabe mit einer Welle, wobei zwischen Nabe und Welle eine diese miteinander verspannende Hülse mit einem in dieser formschlüssig angeordneten, aufgetrennten zylindrischen Klemmring vorgesehen ist, in deren gemeinsamen Trennfuge mindestens eine durch eine Zugschraube betätigte Kegelhülse zum Spreizen von Hülse und Klemmring angeordnet ist.
Die Vorteile kraftschlüssiger Nabe-Welle-Verbindungen sind hinreichend bekannt, so daß inzwischen viele verschiedenen Ausführungen von Spannvorrichtungen entwickelt worden sind, die in der Mehrzahl aus zwischen Nabe und Welle angeordneten, aufgetrennten konischen Ringen bestehen, die zur Herstellung von Kraftschluß mittels Schrauben gegeneinander verspannt werden.
Das DE-GM 78 15 808 zeigt eine solche Spannvorrichtung, bestehend aus einer außen konischen, aufgeschnittenen Spannhülse mit zylindrischer Bohrung, die zur reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung von mit konischer Bohrung versehenen Maschinenteilen dient. Hierbei werden Nabe und Hülse mittels axial gerichteter Schrauben gegeneinander verspannt.
Aus diesem Spannvorgang resultiert eine Verkleinerung der Hülsenbohrung und damit die Entstehung eines Normaldrucks an den Kontaktflächen von Welle und Hülse.
Die bei diesem Vorgang in der Spannhülse vorwiegend auftretenden hohen Biegespannungen bewirken unerwünschte Formänderungsarbeit und somit erhebliche Normaldruckverluste.
Um diese Verluste zu verringern und die Reibschlußbildung zu verbessern, wird die Spannhülse mit am Umfang placierten axialen Einschnitten versehen, wie auch bei konischen Werkzeug-Spannzangen seit vielen Jahren üblich.
Durch diese axialen Schlitze wird die radiale Verformbarkeit der Spannhülse verbessert und die Normaldrücke an den Kontaktflächen zwischen Welle und Spannhülse zur besseren Reibschlußbildung bei gleichzeitiger Verringerung der tragenden Flächen und somit unerwünschten Erhöhung der spezifischen Flächenpressungen erhöht.
Ähnlich verhält es sich bei der Vorrichtung nach der DE-OS 23 28 063, bei welcher die beiden Hülsen zwischen ihrer Konusfläche und der Bodenfläche anstelle der Schlitze Axialnuten mit in ihrer Längsrichtung annähernd gleichmäßiger Wandstärke aufweisen und eine unerwünschte Erhöhung der spezifischen Flächenpressung hervorrufen.
Eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 22 11 790 bekannt.
Diese besteht aus einem äußeren Federring, einem inneren Federring und zwei mit Keilflächen an den Federringen wechselnden, im Radialschnitt konischen Spannringen, die durch Spannschraubenbolzen verbunden sind. Beide Ringe weisen, bis auf einen kurzen Gewindeteil in dem einen, Durchgangsbohrungen auf, in denen die Spannschraubenbolzen mit Spiel geführt sind und beide Federringe unter Berücksichtigung des Werkstoffs von Welle und Nabe materialmäßig so ausgelegt sind, daß sie sich im Bereich der beiden Spannringe in die Welle und in die Nabe mit Polygonecken unter elastischer Druckverformung von Welle und Nabe formschlüssig eindrücken.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sich neben der Zonen der höchsten zulässigen spezifischen Flächenpressung solche mit nur sehr geringer oder keiner Flächenpressung befinden, wodurch die Bildung von Passungsrost begünstigt und die Lösbarkeit der Vorrichtung sehr erschwert wird.
Ähnlich verhält es sich bei der DE-PS 22 04 038, bei welcher ein die Welle umschließender, ungeteilter zylindrischer Nabensatz, auf dem ein doppelkonischer Stauchring und zwei entsprechend konische Spannringe angeordnet sind, die durch mehrere, gleichmäßig längs eines Kreises mit Schraubenlöchern verteilt angeordnete und axial gerichtete Spannschrauben spannbar sind.
Hierbei ergibt sich, daß die Anpressung längs des Umfangs von Nabensatz und Welle periodisch mit der Verteilung der Spannschrauben variiert und zu einem kombinierten Reibungs- und Formschluß führt.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sich neben den Zonen der höchsten zulässigen spezifischen Flächenpressung solche mit nur sehr geringer oder keiner Flächenpressung befinden, wodurch die Bildung von Passungsrost begünstigt und die Lösbarkeit erschwert wird.
Die DE-PS 29 38 272 zeigt eine Spannvorrichtung zur reibschlüssigen Befestigung einer Nabe auf einer Welle, bei welcher zwischen Nabe und Welle formschlüssig eine diese miteinander verspannende, aufgeschlitzte, zweiteilige spreizfähige Hülse angeordnet ist, mit einer zylindrischen Innenhülse und einer diese formschlüssig umgebenden zylindrischen Außenhülse, in deren gemeinsamen Trennfuge eine oder mehrere axiale konische Bohrungen zur Aufnahme der durch Gewindemuttern betätigte Spannstifte zum Spreizen von Innen- und Außenhülse vorgesehen sind.
Bei dieser angesprochenen Spannvorrichtung fehlen die einer unerwünschten Formänderungsarbeit entgegenwirkenden Maßnahmen, wie auch solche zur Umformung der bei der Spreizung der Hülse entstehenden Querkräfte in radial gerichtete Normaldrücke.
Dieses Fehlen führt zu einem schlechten Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Schraubenkräfte in Klemmkräfte und somit zu einer Einengung der bei eindwandfreiem Kraftschluß zu überbrückenden Herstelltoleranzen zwischen Nabe und Welle. Dieses wird auch indirekt durch die Tatsache bestätigt, daß im Patentanspruch 3 vorgeschlagen wird, die speizfähige Hülse mit einer Kerbverzahnung zu versehen.
Auch das Lösen dieser Spannvorrichtung durch Zurücktreiben der Spannstifte erscheint sehr problematisch, da hierbei die Gewinde sehr leicht beschädigt werden.
Die GB-PS 10 95 754 zeigt eine Spannvorrichtung zur Nabe-Welle-Verbindung, bei welcher zwischen Nabe und Welle ein aufgetrennter zylindrischer Klemmring angeordnet ist, wobei in der gemeinsamen Trennfuge von Klemmring und Nabe zur Verdoppelung der Klemmkraft beiderseitig spiegelbildliche konische Bohrungen zur Aufnahme kegeliger Spreizelemente mit vorwiegend selbsthemmenden Kegelwinkeln eingebracht sind.
Während die einen kegeligen Spreizelemente ein Mutterngewinde aufweisen, haben die gegenüberliegenden glatte Durchgangsbohrungen.
Um ein Herausfallen der mit Mutterngewinde versehenen Spreizelemente beim Zusammenbau der Vorrichtung zu verhindern, erhält die Nabe an dieser Seite einen Abschlußdeckel, der auch als Anschlag beim Lösen der Vorrichtung dient.
Zur Herstellung von Kraftschluß zwischen Nabe und Welle werden die Spreizelemente paarweise von einer gemeinsamen Zugschraube beaufschlagt, deren Kopf sich auf dem mit glatter Durchgangsbohrung versehenen Spreizelement abstützt.
Zum Lösen der Vorrichtung werden Schrauben, auf deren Schaft ein Bund aufgeschoben und befestigt ist, um einige Umdrehungen zurückgedreht. Hierbei stützt sich der Bund an dem mit glatter Durchgangsbohrung versehenen Spreizelement ab, drückt das mit Mutterngewinde versehene Spreizelement aus seiner konischen Bohrung heraus und preßt es nach weiteren Schraubenumdrehungen gegen den Abschlußdeckel, wodurch das mit Durchgangsbohrung versehene Spreizelement von dem Schraubenbund aus seiner konischen Bohrung gelöst wird.
Auch wenn durch Anordnung einer Doppelreihe von Spreizelementen mit flachen Kegelwinkeln ein gutes Übersetzungsverhältnis bei der Umsetzung der Schraubenkräfte erreicht wird, so bleibt doch der Wirkungsgrad schlecht, weil jegliche Maßnahmen zur Vermeidung von unerwünschter Formänderungsarbeit und zur Umwandlung der Querkräfte in radial wirkende Normaldrücke fehlen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einfacher und sicherer Handhabung ein bestmöglicher Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Schraubenkräfte in am Umfang gleichmäßig verteilte Flächenpressung zwecks Optimierung des Kraftschlusses zwischen Nabe und Welle erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das beiderseits der Kegelhülse achsparallel je eine zylindrische oder konische, mit der Kegelhülse etwa durchmessergleiche, deren Bohrung aber nicht schneidende, Elastizitätsbohrungen angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung wird darin gesehen, daß die Elastizitätsbohrung mit Durchgangs- Halbgewinde und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche ausgeführt ist.
Weiter ist von Vorteil, daß auf einer Welle jeweils zwei gleiche Hülsen nebst ihren Klemmringen und Kegelhülsen spiegelbildlich axial nebeneinander angeordnet sind und jedes sich gegenüberliegendes Kegelhülsenpaar von einer gemeinsamen Schraube betätigt wird.
Mit der erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung lassen sich bei Verwendung sehr flacher Kegelwinkel von ≦ 5° und unter Benutzung hochfester Normschrauben Klemmverbindungen mit sehr hohen Normaldrücken erzeugen, die sich auch nach längerer Klemmdauer wieder mühelos lösen lassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl bei glatten Wellen, wie auch bei Vielkeil- und Evolventenprofilen u. dgl. anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist sowohl als Außen- Spannvorrichtung wie auch als Zwischen-Spannvorrichtung ausführbar. Sie wird in den Zeichnungen als Außen- Spannvorrichtung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die Ansicht der Außen-Spannvorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Vorrichtung,
Fig. 3 die auftretenden Kräfte am ebenen Vorrichtungsprofil,
Fig. 4 den Querschnitt einer Klemmverbindung zwischen einer Welle und einer Außenspann-Vorrichtung mit angeflanschter Schwingungstilger-Riemenscheiben- Kombination,
Fig. 5 den Querschnitt einer Klemmverbindung zwischen einer Welle, zweier spiegelbildlich auf dieser nebeneinander angeordneten Außen- Spannvorrichtungen nebst zwischen diesen reibschlüssig verspannter Scheibe und mit dieser reibschlüssig verbundener, starkwandiger Trommel,
Fig. 6 die Ansicht einer Doppel-Spannvorrichtung mit genutetem Klemmring,
Fig. 7 einen Querschnitt durch diese Doppel-Spannvorrichtung,
Fig. 8 die Rückansicht einer Außen-Spannvorrichtung als Darstellungs-Modell für Normaldrücke F N und Flächenpressung p.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus der Hülse 2, in welcher innen formschlüssig ein zylindrischer, aufgeschnittener Klemmring 5 angeordnet ist.
In die Trennfuge zwischen Hülse 2 und Klemmring 5 sind achsparallele konische Bohrungen 6 eingebracht, die beiderseits achsparallel je eine, im Durchmesser mit 6 etwa gleichgroße, Elastizitätsbohrung 7 aufweisen.
Diese Elastizitätsbohrungen 7 sind wahlweise mit Durchgangs-Halbgewinde 8 und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche 9 versehbar, wodurch diese zum Lösen der Klemmverbindung als Abdrückbohrungen dienen können.
In die konischen Bohrungen 6 sind Kegelhülsen 10 als Spreizelemente eingesetzt, die ein Mutterngewinde besitzen.
Zur Betätigung der Kegelhülsen werden in deren Mutterngewinde Zugschrauben 12 eingeschraubt, deren Köpfe sich beim Anziehen über Scheiben 13 stirnseitig an Hülse 2 und Klemmring 5 abstützen.
In der Fig. 3 sind die am ebenen Vorrichtungs- Profil auftretenden Kräfte dargestellt, während die Fig. 8 die am Innenumfang wirkenden Normaldrücke F N und die Flächenpressung p zeigen.
Es bedeuten
F N = Normaldruck F V = Schrauben-Vorspannkraft α = Teilungswinkel β = Kegelwinkel des Spreizelementes ρ = Reibungswinkel (werkstoffabhängig) W 1-4 = Resultierende aus W und W N W = Reibkraft W N = Stützkraft p = spezifische Flächenpressung
Beim Anziehen der Schrauben 12 entstehen um die Kegelhülsen 10 nach allen Seiten wirkende Kräfte, von denen die radial gerichteten in dem projezierten Bereich zwischen Klemmring 5 und Welle 1 direkt Normaldrücke F N erzeugen.
Die quergerichteten Kräfte werden durch die sich nach Einbringen der Elastizitätsbohrungen 7 bildenden Segmente in radiale Normaldrücke
F N · · cos α
umgewandelt.
Durch diese Umwandlung wird unerwünschte Formänderungsarbeit vermieden und die Gesamtklemmkraft der Spannvorrichtung wesentlich erhöht.
Die in Fig. 4 in einem Querschnitt dargestellte Klemmverbindung besteht aus der Welle 1, der Hülse 2 mit Klemmring 5, den zwischen Hülse 2 und Klemmring 5 eingebrachten konischen Bohrungen 6, in welchen sich als Spreizelemente die mit Mutterngewinde 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 Hülse 2 nebst Klemmring 5 und den Flanschen von Tilger 14 und 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 1 spiegelbildlich nebeneinander angeordneten Hülsen 2 mit ihren 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 nebeneinanderliegenden, mit Mutterngewinde versehenen Kegelhülsen 10 und die mit glatter Durchgangsbohrung versehenen Kegelhülsen 11 werden von einer gemeinsamen Schraube 12 betätigt, was laut Darstellung in Fig. 3 zur Verdoppelung der Gesamtklemmkraft führt.
Die Schrauben 12 erfüllen zudem noch die kostensparende Doppelfunktion, Reibschluß zwischen den Hülsen 2 nebst ihren Klemmringen 5 und der Scheibe 3 herzustellen.
Am Außenumfang von Scheibe 3 ist ein zylindrischer, aufgetrennter Klemmring 4 formschlüssig angeordnet, auf den seinerseits die Trommel 16 formschlüssig aufgeschoben ist.
In die gemeinsame 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 dem Klemmring 4 abstützen, betätigt werden.
Beiderseits der konischen Bohrungen 6 sind achsparallele Elastizitätsbohrungen 7 angeordnet.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Doppel- Spannvorrichtung besteht aus der Hülse 2 mit dem in dieser formschlüssig angeordneten, aufgetrennten, mit einer Paßfedernut 19 versehenen Klemmring 5.
Zwischen deren gemeinsamen Trennfuge ist eine, mit einem für die Aufnahme des Kopfes der Schraube 12 vorgesehenen zylindrischen Teil versehene, beiderseits konische Bohrung 6 eingebracht, die beiderseits je eine achsparallele Elastizitätsbohrung 7 besitzt, welche mit Durchgangs-Halbgewinde 8 und Halbbohrung mit Anschlagfläche 9 für die Benutzung von Abdrückschrauben versehen ist.
In die konischen Bohrungen 6 sind als Spreizelemente mit Mutterngewinde versehene Kegelhülsen 10 und mit glatter Durchgangsbohrung versehene Kegelhülsen 11 eingesetzt, die von Zuschrauben 12, deren Köpfe sich auf den Stirnseiten der Kegelhülsen 10 und 11 abstützen, betätigt werden.
In die Hülse 2 sind zur Befestigung von weiteren Maschinenteilen Radialbohrungen 18 sowie Axialbohrungen 20 zum Gewichtsausgleich zu den Elastizitätsbohrungen 7 eingebracht.
Anstelle mit einer Paßfedernut versehen, kann der Klemmring 5 sowohl eine glatte Bohrung besitzen, wie auch Vielkeil- oder Evolventenprofil und dergleichen aufweisen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum reibschlüssigen Verbinden einer Nabe mit einer Welle, bei welcher zwischen Nabe und Welle eine diese miteinander verspannende Hülse mit einem in dieser formschlüssig angeordneten, aufgetrennten zylindrischen Klemmring vorgesehen ist, in deren gemeinsamen Trennfuge mindestens eine durch eine Zugschraube betätigte Kegelhülse zum Spreizen von Hülse und Klemmring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Kegelhülsen (10; 11) achsparallel je eine zylindrische oder konische, mit den Kegelhülsen (10; 11) etwa durchmessergleiche, deren konische Bohrung (6) aber nicht schneidende, Elastizitätsbohrung (7) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizitätsbohrung (7) mit Durchgangs- Halbgewinde (8) und glatter Halbbohrung mit Anschlagfläche (9) ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (1) jeweils zwei gleiche Hülsen (2) nebst ihren Klemmringen (5) sowie ihren Kegelhülsen (10; 11) spiegelbildlich axial nebeneinander angeordnet sind und jedes sich gegenüberliegendes Kegelhülsenpaar (10; 11) von einer gemeinsamen Schraube (12) betätigt wird.
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