DE3704924A1 - Vorrichtung und verfahren zum reibschluessigen verbinden von bauteilen mit wellen oder achsen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum reibschluessigen verbinden von bauteilen mit wellen oder achsen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen mit Wellen oder Achsen mit einer Innenhülse, die eine einen Konuswinkel aufweisende Außenkonusfläche besitzt, sowie einer Spannscheibe mit einer der Außenkonusfläche der Innenhülse zugeordneten Innenkonusfläche und einer Mehrzahl von über den Umfang der Spannscheibe verteilten, in axialen Spannschraubenbohrungen geführte Spannschrauben, wobei die Innenhülse auf die Welle bzw. Achse aufgeschoben sowie die Spannscheibe auf die Innenhülse aufgesetzt und durch die Spannschrauben axial gegen das Bauteil und radial gegen die Innenhülse spannbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen und Wellen oder Achsen mit Hilfe einer obengenannten Vorrichtung.
Zum Verbinden von Bauteilen sind sogenannte Schrumpfscheibenverbindungen bekannt. Mit Hilfe dieser elastischen Preßverbindung wird eine Nabe reibschlüssig mit einer glatten Welle verbunden. Die sogenannte Schrumpfscheibe, bestehend aus einer Spannscheibe, einem ungeschlitzten konischen Innenring und den Spannschrauben, sitzt außen auf der Nabe. Die Gleitflächen zwischen Spannscheibe und konischem Innenring werden mit einem Feststoffschmiermittel geschmiert. Im Bereich der Preßverbindung werden Welle und Nabenbohrung entfettet. Die Spannscheibe wird mittels Spannschrauben zum Bauteil gezogen, bis auf der Welle die Pressung, die zur Drehmomentübertragung erforderlich ist, hergestellt ist.
Für diese Verbindungsart sind gehärtete und somit notwendigerweise geschliffene konische Innenringe erforderlich. Da die Spannscheibe über die Keilfläche gegen das Bauteil rutschen soll, ist die Drehmomentübertragung auf der mit einem Feststoffschmiermittel beschichteten Fläche nicht sichergestellt. Insofern kann eine definierte Drehmomentübertragung eigentlich nur an der Anlagefläche des Bauteils zum konischen Innenring erfolgen. Dort wirkt jedoch nicht die Schraubenspannkraft, sondern die Kraft, die nötig ist, um das Bauteil "aufzuwölben". Um eine Verformungsbehinderung zu erreichen, muß das Bauteil daher sehr stabil ausgeführt werden. Das wiederum bedeutet einen Mehraufwand. Das Bauteil muß Wölbkräfte und eine hohe Flächenpressung aufnehmen. Außerdem ist wegen des einschnittigen Reibschlusses nur die Übertragung des halben Drehmoments möglich.
Die Sicherheit der Funktion muß bei beidseitiger Montage von konischen Innenringen und Spannscheiben ausgeschlossen werden, da wegen der Selbsthemmung keine Annäherung der konischen Innenhülsen zum Bauteil möglich ist.
Neben den zuvorgenannten Preß- und Schrumpfverbänden, bei denen die Übertragung des Drehmomentes lediglich durch Reibungsschluß zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen erfolgt, ist der sogenannte Druckölverband bekannt. Beim Druckölverband bildet das unter Druck in die Preßfuge des Verbandes gepreßte Öls einen Trennfilm zwischen den Preßflächen und macht die Verschiebung der Teile des Verbandes mit geringen Kräften möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen mit Wellen oder Achsen zu schaffen, bei der die aufgrund des bekannten Preßverbandes mit Schrumpfscheiben auftretenden Belastungen der zu verbindenden Bauteile herabgemindert werden durch Kombination einer Schrumpfscheibenverbindung mit der beim Druckölverband angewendeten Technik.
Die vorrichtungsmäßige Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sowie das Verfahren zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den Unteransprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verbindungsverfahren weisen eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf:
  • - das anzuschließende Bauteil wird von den Belastungen eines Preßverbandes entlastet,
  • - konische Innenhülsen und Spannscheiben können aus preisgünstigen Stahlsorten hergestellt sein,
  • - Wellen werden preisgünstiger da z. B. zum Befestigen von Treibscheiben von Bergbau-Fördermaschinen der bisher notwendige, an die Welle angeschmiedete Flansch entfällt und insofern auch keine axialen Toleranzen eingehalten werden müssen,
  • - Spannschrauben für den Reibschluß sind gleichzeitig Montageschrauben,
  • - Spannschrauben werden wegen Selbsthemmung der Spannscheiben nach Entfernen des für die Montage vorgesehenen Öldruckes entlastet und können sich am Reibschluß zum anschließenden Bauteil voll beteiligen,
  • - leichte Demontage der Erfindung nach Aufbringen des Öldruckes,
  • - nach Abbau des Öldruckes sind keine Kräfte mehr notwendig, um die Spannscheiben festzuhalten,
  • - leichte Montage, da die Spannscheiben infolge des Öldruckes aufgeweitet werden und insofern schonend auf die konischen Innenhülsen aufgebracht werden können,
  • - die erfindungsgemäße Verbindung erlaubt eine genau vorherberechenbare Pressung, da die Überstände der konischen Innenhülsen über die Spannscheiben exakt im spannungslosen Zustand angepaßt werden,
  • - die Anzahl der Spannschrauben ist nur so groß, wie sie für die reibschlüssige Übertragung des Drehmomentes über die Trennfuge zum Bauteil erforderlich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Verbindung des Seitenschildes einer Treibscheibe mit einer Welle,
Fig. 2 einen weiteren Längsschnitt zu Fig. 1 im Montagezustand,
Fig. 3 einen Längsschnitt der Verlagerung einer Achse auf einem Fundament,
Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3.
Nach den Fig. 1 und 2 wird ein Anschlußblech (2) für ein Bauteil zur Aufnahme von Drehmoment, Axial- und Radialkräften sowie Biegemomenten mit einer Welle (1) verbunden.
Die konischen Innenhülsen (4) weisen am Außendurchmesser eine Steigung von ca. 5° auf. Nach Versuchen mit dem bekannten Druckölverband besitzt dieser nach Druckentlastung einen Reibwert von µ=0,14. Dies entspricht einer Steigung von arc tg 0,14=8 ° . Das bedeutet, daß bei 5° Steigung Selbsthemmung besteht.
Der Innendurchmesser der konischen Innenhülsen (4) entspricht dem Durchmesser der Welle (1). Der konische Außendurchmesser der Innenhülsen (4) paßt genau in die Bohrung der Spannscheiben (3). Je nach Höhe des zu übertragenden Drehmomentes und zulässiger Materialbeanspruchung für die Bauteile ist für die Spannscheiben (3) ein bestimmtes Schrumpfmaß erforderlich. Über die Steigung am Außendurchmesser der konischen Innenhülsen (4) läßt sich für dieses Schrumpfmaß bei lose in die Spannscheiben (3) eingelegten Innenhülsen (4) ein Überstand (12) errechnen, der dann für jede Innenhülse (4) mit der dazugehörigen Spannscheibe (3) hergestellt wird.
Die Spannscheiben (3) haben an ihren Anlageflächen zu den Innenhülsen (4) eine umlaufende Ringnut (8). Am Umfang der Spannscheiben (3) ist mindestens eine Bohrung (Kanal 7) zum Beaufschlagen des Raumes (Trennfuge 10) zwischen den Konusflächen der Innenhülse (4) und der Spannscheibe (3) mit einem hydraulischen Druckmittel vorgesehen.
Außerdem erhalten die Spannscheiben (3) auf einem oder mehreren Lochkreisen Durchgangsbohrungen (13) zur Aufnahme der Schrauben (5), die mit ihrer Vorspannkraft eine Reibschlüssigkeit an den Trennfugen (11) erzeugen.
Zur Montage werden die konischen Innenhülsen (4) an das Bauteil (2), z. B. Anschlußblech für eine Treibscheibe, gebracht, die Spannscheiben (3) aufgesetzt und einige Schrauben (5) angezogen. Dann wird der Öldruck aufgebracht und gleichzeitig durch Anziehen der Schrauben (5) die Spannscheiben (3) bis zur Anlage an das Bauteil (2) verschoben. Hierbei müssen die Schrauben (5) nur die axialen Komponenten des Öldruckes überwinden. Anschließend kann der Öldruck wieder weggenommen werden und können die restlichen Schrauben montiert werden. Die Demontage der Verbindung erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.
Radialkräfte werden von dem Bauteil direkt in die Welle bzw. Achse eingeleitet. Das Drehmoment verläuft von der Welle bzw. Achse über Trennfugen in die Innenhülsen, über Trennfugen in die Spannscheiben und von diesen über Trennfugen in das Bauteil.
Die reibschlüssige Verlagerung einer Achse auf einem Fundament nach den Fig. 3 und 4 erfolgt in gleicher Weise wie es zu den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen mit Wellen oder Achsen mit einer Innenhülse, die eine einen Konuswinkel aufweisende Außenkonusfläche besitzt, sowie einer Spannscheibe mit einer der Außenkonusfläche der Innenhülse zugeordneten Innenkonusfläche und einer Mehrzahl von über den Umfang der Spannscheibe verteilten, in axialen Spannschraubenbohrungen geführte Spannschrauben, wobei die Innenhülse auf die Welle bzw. Achse aufgeschoben sowie die Spannscheibe auf die Innenhülse aufgesetzt und durch die Spannschrauben axial gegen das Bauteil und radial gegen die Innenhülse spannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des auf der Welle (1) bzw. Achse zu befestigenden Bauteils (2) eine Spannvorrichtung, bestehend aus Innenhülsen (4) und Spannscheiben (3) mit Spannschrauben (5), angeordnet ist, daß die Konusflächen von Innenhülsen (4) und Spannscheiben (3) eine Steigung von etwa 5° aufweisen, wobei die Bohrung der Spannscheiben (3) gegenüber Außenkonusfläche der Innenhülse (4) ein vom zu übertragenden Drehmoment und zulässiger Materialbeanspruchung abhängiges Schrumpfmaß besitzt, daß die Spannscheiben (3) an ihren Anlageflächen zu den Innenhülsen (4) eine umlaufende Ringnut (8) und am Umfang mindestens einen Kanal (7) zum Beaufschlagen des Raumes (10) zwischen den Konusflächen der Innenhülse (4) und der Spannscheibe (3) mit einem hydraulischen Druckmittel aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der konischen Innenhülsen (4) dem Außendurchmesser der Welle (1) bzw. Achse entspricht.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannscheiben (3) und das Bauteil (2) auf einem oder mehreren Lochkreisen Durchgangsbohrungen (12) zur Aufnahme von Spannschrauben (5) aufweisen, wobei die Schrauben (5) mit ihrer Vorspannkraft eine Reibschlüssigkeit an den Trennfugen (11) von den Spannscheiben (3) zum Bauteil (2) erzeugen.
4. Verfahren zum reibschlüssigen Verbinden von Bauteilen mit Wellen oder Achsen mit Hilfe einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage die konischen Innenhülsen (4) an das anzuschließende Bauteil (2) gebracht, die Spannscheiben (3) aufgesetzt und einige Spannschrauben (5) angezogen werden, anschließend der Druckmitteldruck aufgebracht und gleichzeitig durch weiteres Anziehen der Spannschrauben (5) die Spannscheiben (3) bis zur Anlage an das Bauteil (2) verschoben werden, worauf der Druckmitteldruck weggenommen wird und die restlichen Spannschrauben (5) montiert werden, und daß zur Demontage der Verbindung sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge verfahren wird.
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