DE3627103C1 - Device for the releasable positive connection of a part in shaft form to a hub part - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur lösbaren, formschlüssigen Verbindung eines wellenförmigen Teils mit einem Nabenteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Einrichtung kann grundsätzlich als Wel­ lenkupplung angesehen werden, wobei für das wellenför­ mige Teil nicht nur Kreisquerschnitte, sondern beispiels­ weise auch ovale, allgemein polygonförmige Querschnitte in Frage kommen. Die nachfolgende Schilderung nimmt jedoch zur Konkretisierung auf die Einspannung eines Meßtasters in der Tasteraufnahme einer Meßmaschine oder eines Meßgeräts, beispielsweise eines Zahnradmeßgerätes, Bezug, ohne daß dadurch eine Einschränkung gegeben sein soll.

Bei einer solchen Einspannung eines Meßtasters, des­ sen Schaft grundsätzlich Kreisquerschnitt hat, kommt es darauf an und stellt ein Problem dar, die Ein­ spannung mit großer Klemmkraft bei hoher Formstei­ figkeit der beteiligten Bauteile vornehmen zu kön­ nen, um die Meßgenauigkeit durch die Tastereinklem­ mung nicht zu beeinträchtigen. Dies erlangt insbeson­ dere Bedeutung im Zusammenhang damit, daß gerade bei Zahnradmeßgeräten im Verlauf der Meßarbeiten häufig ein Tasterwechsel in Anpassung an unterschiedliche Meßarbeiten durchzuführen ist, für den es darauf an­ kommt, die Achse des Tasterschaftes wiederholbar exakt zu positionieren, damit die Justierung des Meß­ gerätes bzw. des den Taster tragenden Meßkopfes nicht verlorengeht.

Dies läßt sich erfahrungsgemäß nicht erreichen, wenn man den Tasterschaft gegen eine seiner Außenkontur entsprechende, kreisbogenförmige gewölbte Fläche spannt, da dabei Berührung entlang einer achsparallelen Linie zustande kommt, deren Lage bezüglich ihrer theoretisch genau der Klemmkrafteinleitung gegenüberliegenden Po­ sition in der Praxis beidseits in Grenzen unbestimmt ist.

Man gestaltet daher die Auflage des Tasterschaftes im Trägerteil als Prisma, in das der Tasterschaft ein­ gespannt wird und eine definierte Positionierung da­ durch erfährt, daß er in bekannter Weise entlang zwei­ er Linien mit dem Prisma in Berührung kommt. Nachtei­ lig ist hierbei jedoch eine verhältnismäßig geringe Formsteifigkeit der Spannverbindung, die man nur da­ durch kompensieren kann, daß man das Prisma sehr mas­ siv und damit voluminös und schwer ausbildet, womit sich nicht nur ein entsprechender Kostenaufwand ver­ bindet, sondern was auch gerade im Zusammenhang mit Meßgeräten störend ist und zu weiteren Problemen, ins­ besondere Platzproblemen und Beeinträchtigungen der Ansprechempfindlichkeit führt.

Aus dem Drehautomatenbau ist nach der DE-OS 20 44 238 eine mit der Gattung des Anmeldungsgegenstandes ver­ gleichbare Einrichtung bekannt. Bei dieser Einrichtung werden Kurvenzylinder, -trommeln und -scheiben über eine Wellen - Naben-Verbindung auf einem Kurvenschei­ benträger befestigt. Dabei ist der Kurvenscheibenträ­ ger eine glatte runde Welle. Die Nabenteile, in die­ sem Fall Kurvenzylinder, sind gegenüber der Klemmkraft­ aufbringung mit einer nicht sehr tiefen Ausnehmung ver­ sehen, so daß die Mittel der Klemmkrafterzeugung den zylindrischen Kurvenscheibenträger gegen die beiden - die Ausnehmung begrenzenden - parallelen Kanten der Ausnehmung drücken. Im Bereich der Kanten entsteht durch die geringe Auflagefläche eine hohe Flächenpres­ sung in beiden Teilen, wodurch dem Verschleiß und der plastischen Verformung Vorschub geleistet wird.

Aus dem Gebrauchsmuster 80 19 916.2 ist eine ver­ gleichbare Einrichtung bekannt. Allerdings befinden sich hier beidseits der Auflageflächen Ausnehmungen, wodurch die Auflageflächen separat stehen. Des wei­ teren wird vorgeschlagen, die linienförmigen Kontakt­ flächen ggf. auch punktförmig auszuführen. Damit ver­ stärken sich jedoch die Nachteile des in der zuvor er­ wähnten DE-OS 20 44 238 beschriebenen Gegenstandes.

In der US-PS 33 23 817 wird die Flächenpressung an den Kontaktlinien dadurch verringert, daß die Über­ gänge von den Kontaktstellung zu den Ausnehmungen flie­ ßend ausgebildet werden. Dadurch sind zwar die Flächen­ pressung und die Gefahr der plastischen Verformung in den Kontaktstellen geringer, dafür ist aber die Lage­ genauigkeit in Richtung der erzeugten Klemmkraft sehr unbestimmt, zumal die Kontaktlinien in einem Winkel von 150 bis 160° zueinander stehen.

Aus der DE-AS 25 18 774 ist eine Wellennabenverbindung bekannt, bei der eine Einrichtung zur Klemmkrafter­ zeugung die Klemmkraft über ein elastisches Element von der Nabe auf die Welle überträgt. Dabei liegt die Welle in der Nabe nach Aufbringung der Klemmkraft nur in einer Linie auf, wodurch ein genaues Positionieren unmöglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art in einfacher Weise so aus­ zubilden, daß unter Berücksichtigung einer hohen Form­ steifigkeit und der kurzen Wege zur Erzeugung des not­ wendigen Kraftschlusses durch geringe Flächenpressung in der Wellenauflagezone und dem damit verbundenen niedrigen Verschleiß die reproduzierbare Positionierge­ nauigkeit gegenüber dem Nabenteil sehr groß ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Nabenteil eine im wesentlichen hohlzylindrische Hülse zur Aufnahme des Wellenteils in ihrer dessen Au­ ßenkontur angepaßten Bohrung aufweist und daß die Hül­ senwandung auf der der Spannkrafteinleitung gegenüber­ liegenden Seite mit einem sich in geringem Radialab­ stand im wesentlichen äquidistant über einen symme­ trisch zur Spannkraftrichtung angeordneten Umfangsan­ teil und wenigstens die Länge des Teiles erstrecken­ den Hohlraum versehen ist.

Dadurch, daß das Wellenteil bzw. der Schaft eines Ta­ sters unmittelbar in einer Hülse und damit in einen in sich geschlossenen Bauteil stattfindet, ist im Ver­ gleich zu einem Prisma, dessen Flanken beim Spannen leicht auseinandergedrückt werden können, wenn man das Prisma nicht äußerst massiv ausführt, nach der Erfin­ dung eine Aufnahme für den Tasterschaft gegeben, die auch bei verhältnismäßig dünnwandiger Ausbildung eine sehr hohe Formsteifigkeit hat. Andererseits ist durch die erfindungsgemäße Hohlraumbildung erreicht, daß sich unter der Spannkraft die Innenwand der Hülse flächenhaft an den Tasterschaft anschmiegt, wodurch eine exakte wiederholbare Positionierung der Achse des Tasterschaftes gewährleistet ist und sich anderer­ seits der erforderliche Kraftschluß auf bzw. nach einem äußerst kurzen Spannweg herstellen läßt. Dabei trägt die flächenhafte Anschmiegung zwischen Tasterschaft und Hülse zur Entstehung vergleichsweise erheblich er­ höhter Reibkräfte bei, die den Tasterschaft zusätzlich gegen Herausziehen bzw. eine Änderung der Position sichern.

Durch die Erfindung sind also der Prismeneinspannung vergleichbare Verhältnisse geschaffen, ohne dabei die geschilderten Nachteile der Prismeneinspannung in Kauf nehmen zu müssen. Dabei versteht es sich von selbst, daß die Dicke des zwischen Hohlraum und Bohrung der Hülse gebildeten Steges sowie die Größe des vom Hohl­ raum eingenommenen Zentriwinkels je nach den Gegeben­ heiten des Einzelfalles den Erfordernissen entsprechend zu bemessen sind.

Die Herstellung des Hohlraumes kann beispielsweise auf funkenerosivem Wege erfolgen mit Hilfe eines Ero­ dierdrahtes, zu dessen Einfädelung an einer den spä­ teren Hohlraum bildenden Stelle zunächst eine Bohrung angebracht wird.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß der vom Hohl­ raum eingenommene Umfangswinkel sich über einen Zen­ triwinkel kleiner als 180° erstreckt, wobei ein Zen­ triwinkel im Bereich von 60° bis 120° besonders vor­ teilhaft ist.

Grundsätzlich kann die Hülse in der auch vorstehend unterstellten Weise ein einstückiges Bauteil sein. Ebenso besteht jedoch auch nach der Erfindung die Mög­ lichkeit, daß die Hülse zweiwandig durch konzentrisch fest ineinander angeordnete Mäntel über den Umfang gleichbleibender Wandstärke ausgebildet ist und daß der Hohlraum eine Erweiterung der Bohrung des Außen­ mantels ist. In diesem Falle entspricht also die Wand­ stärke des Innenmantels der Dicke des vorerwähnten Steges, wobei der Innenmantel beispielsweise in den Außenmantel eingeschrumpft sein kann. Andererseits besteht die Möglichkeit, vorher den Hohlraum beispiels­ weise durch Ausfräsen des Außenmantels vorzubereiten, dessen Herstellung also vergleichsweise einfacher zu gestalten. Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, für die beiden Mäntel das gleiche Material vorzusehen, um einer plastischen Verformung des Innenmantels an den Kanten der Bohrungserweiterung des Außenmantels entgegenzuwirken, was im übrigen aber auch dadurch ge­ schehen kann, daß die erwähnten Kanten abgerundet ausgebildet werden, so daß hinsichtlich der Material­ wahl für die beiden Mäntel ein gewisser Spielraum be­ steht.

Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit ergibt sich da­ rin, daß eine - einteilige - Hülse einen achsparal­ lelen, ihre Bohrung mit dem Hohlraum verbindenden Längsschlitz aufweist. Diese Gestaltung eignet sich besonders für kleine Schaftdurchmesser des Tasters und niedrige Spannkräfte, wobei aber selbstverständ­ ich die Stegdicke in der Regel entsprechend zu ver­ größern ist. Andererseits erleichtert eine solche Ausbildung die Herstellung des Hohlraumes, indem mit einem Erodierdraht aus der Hülsenbohrung unter Bildung des Längsschlitzes in das Material der Hül­ senwand gefahren werden kann.

Insbesondere im letztgenannten Fall kann es zweck­ mäßig sein, die Hülse fest in ein Stützteil einzu­ setzen, beispielsweise thermisch einzuschrumpfen, um so beispielsweise mit einem Stützteil aus Alu­ minium eine Gewichts- und Materialkostenersparnis zu erreichen, indem zudem die Hülse verhältnismäßig dünnwandig ausgebildet werden kann.

Was schließlich die Spannmittel betrifft, so können diese an sich bekannte hydraulisch, pneumatisch, elek­ tromechanisch oder von Hand betätigbare Mittel sein, durch die der Tasterschaft von der den Hohlraum ge­ genüberliegenden Seite durch die Spannkraft beauf­ schlagbar ist. Für den Normalfall zweckmäßig und ge­ eignet kann hier sein, daß die Spannmittel durch ein im Bereich der Längsmitte der Paarung von Wellenteil und Nabenteil im Nabenteil quer zur Längserstreckung des Teils drehbar gelagerten, wenigstens mittelbar radial auf das Teil wirksamen Exzenter gebildet sind.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen anhand von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht der Einspannung eines Meßtasters im Schnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einspannung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 die Vorderansicht der Einspannung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1, um 180° gedreht;

Fig. 5 eine konstruktive Abwandlung in der Dar­ stellung gemäß Fig. 4 und

Fig. 6 eine weitere konstruktive Abwandlung in der Darstellung gemäß Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen angedeutet ein Meßgerät 1 oder dergleichen mit einem Tastkopf 2, in den mittels einer Schraube 3 ein Nabenteil 4 eingesetzt ist, das in seiner Bohrung den Schaft 5 eines Tasters 6 mittels eines Exzenters 7 eingespannt aufnimmt.

Wie in Verbindung mit Fig. 4 deutlich wird, ist das Nabenteil 4 (auch Hülse genannt) als hohlzylindrische Hülse ausgebildet, die gegenüber der durch den Pfeil 8 angedeuteten Spannkrafteinleitung mittels des Ex­ zenters 7 innerhalb ihrer Wandung einen sichelförmi­ gen Hohlraum 9 aufweist, der sich zu gleichen Teilen beidseits der Spannkraftrichtung und im übrigen zu­ mindest über die gesamte Länge des Schaftes 5 in der Wandung der Hülse 4 erstreckt.

Durch den Hohlraum 9 besteht gegenüber der Bohrung 10 der Hülse 4 ein Steg 11, gegen den der Schaft 5 un­ ter der Wirkung der Spannkraft 8 gedrückt wird, wo­ durch der Steg 11 geringfügig nach radial außen ver­ formt wird derart, daß sich seine Innenwandung flä­ chenhaft an die Außenkontur des Schaftes 5 anschmiegt, so daß der Schaft 5 bei geringer Stellgröße des Ex­ zenters 7 zur Erzeugung der Spannkraft 8 eine si­ chere Fixierung innerhalb der Hülse 4 erfährt, bei der seine Achse bzw. Mitte in wiederholbarer Form in Richtung der Kraft 8 gegenüber der Achse der Hül­ se 4 versetzt justiert ist.

Nach dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Beispiel ist der Exzenter 7 in einer Verstärkung 12 der Hülse 4 im Bereich der Längsmitte des Schaftes 5 derart drehbar gelagert, daß die Achse des Schaftes 5 kei­ ne Kippung gegenüber der Achse der Hülse 4 erfahren kann. Die Betätigung des Exzenters 7 erfolgt durch die Handhabe 13, die auf ein seitlich überstehendes Ende des Exzenters aufgeklemmt und durch eine Feder 14 in Öffnungsrichtung der beschriebenen Einspannung belastet ist. Es versteht sich von selbst, daß ein solcher Exzenter 7 oder auch andere, die Spannkraft 8 erzeugende Mittel hydraulisch pneumatisch oder elek­ trisch betätigbar sein können.

Fig. 5 zeigt in Abwandlung der insbesondere aus Fig. 4 hervorgehenden Ausführungsform eine aus einem Au­ ßenmantel 15 und einem dazu konzentrischen Innenman­ tel 16 bestehende Hülse, wobei die beiden Mäntel beispielsweise durch thermisches Schrumpfen fest ineinander gefügt sein können. Vor dieser Zusammen­ fügung wurde der Außenmantel 15 auf der der Einlei­ tung der Spannkraft 8 gegenüberliegenden Seite be­ züglich der Spannkraft mittensymmetrisch mit einer Erweiterung 17 beispielsweise durch Ausfräsen ver­ sehen, die sich ebenso wie der Hohlraum 7 zumindest über die Länge des Schaftes 5 erstreckt. Bei die­ ser Ausführungsform tritt die Wandung des Innenman­ tel 16 bzw. dessen Wandstärke an die Stelle des Ste­ ges 11 gemäß Fig. 4. Die Mäntel 15 und 16 bestehen zweckmäßig aus gleichem Material. Insbesondere zur eventuell vorteilhaften unterschiedlichen Material­ wahl für die Mäntel 15 und 16 kann es empfehlens­ wert sein, die achsparallelen Seitenkanten der Er­ weiterung 17 abgerundet auszubilden.

Fig. 6 zeigt eine Hülse 18 mit einem der Ausführung gemäß Fig. 4 vergleichbaren Hohlraum 19, dessen Steg jedoch durch einen radialen, in Richtung der Spann­ kraft 8 geführten Längsschlitz 20 in zwei Steghälf­ ten 21 unterteilt ist, die jedoch zur Erzielung ei­ ner mit der Ausführungsform gemäß Fig. 4 vergleich­ baren Wirkung in Radialrichtung starkwandig ausge­ führt sind. Um die sich hieraus ergebende Verlage­ rung des Hohlraumes 19 nach radial außen nicht durch eine entsprechend starkwandige Ausführung der Hülse 18 kompensieren zu müssen, ist diese in ein Stütz­ teil 22, beispielsweise aus Aluminium eingeschrumpft, die sich zur möglichsten Wandstärkenreduzierung glei­ chermaßen auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 anwenden läßt.

Die Ausbildung gemäß Fig. 6 erlaubt die funkenero­ sive Herstellung des Hohlraumes 19 ohne Vorbereitung, indem der Erodierdraht ausgehend von der Bohrung 23 der Hülse 18 unter Bildung des Schlitzes 20 nach ra­ dial außen und von dort unter Bildung des Hohlraumes 19 weitergeführt werden kann. Zum gleichen Zweck muß bei der Ausführung gemäß Fig. 4 an einer Stelle des späteren Hohlraumes 9 zunächst eine Bohrung zum Ein­ fädeln des Erodierdrahtes angebracht werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur lösbaren, formschlüssigen Ver­ bindung eines wellenförmigen Teils mit einem Naben­ teil, insbesondere zur Verbindung eines Meßtaster­ schaftes mit einer Meßtasteraufnahme, wobei am Na­ benteil stellbare Spannmittel zur quer zu seiner Längserstreckung erfolgenden Beaufschlagung des Wel­ lenteils mit einer gegen die Ausnehmung gerichteten Spannkraft vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Nabenteil eine im wesentliche hohlzylindrische Hülse (4, 15, 16, 18) zur Aufnahme des Wellenteils (5) in ihre dessen Außenkontur angepaßten Bohrung (10, 23) aufweist und daß die Hülsenwandung auf der der Spannkrafteinleitung (7, 8) gegenüberliegenden Seite mit einem sich in geringem Radialabstand zur Bohrungsumfangfläche im wesentlichen äquidistant über einen symmetrisch zur Spannkraftrichtung angeordne­ ten Umfangsteil und über wenigstens die axiale Länge des Teils erstreckenden Hohlraum (9, 17, 19) versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Umfangsanteil sich über einen Zentriwin­ kel kleiner als 180° erstreckt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Umfangsanteil sich über einen Zentri­ winkel im Bereich von 60 bis 120° erstreckt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülse zweiwandig durch konzentrisch fest ineinander angeordnete Mäntel (15, 16) über den Um­ fang gleichbleibender Wandstärke ausgebildet ist und daß der Hohlraum eine Erweiterung (17) der Bohrung des Außenmantels (15) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülse (18) einen achsparallelen, ihre Bohrung (23) mit einem Hohlraum (19) verbindenden Längsschlitz (20) aufweist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) fest in ein Stützteil (22) eingesetzt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannmittel durch einen im Bereich der Längsmitte der Paarung von dem Wellenteil (5) und dem Nabenteil (4) im Nabenteil quer zur Längser­ streckung des Nabenteils drehbar gelagerten, wenig­ stens mittelbar radial auf das Wellenteil wirksamen Exzenter (7) gebildet sind.