DE3833350C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konusspannan­ ordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechen­ den Art.

Eine solche Konusspannanordnung ist aus der PCT-Veröffentlichung WO 84/04 367 bekannt.

Bei der bekannten Ausführungsform hat der innere Ring eine zylindrische Außenumfangsfläche und ist die Konusfläche am Innenumfang des äußeren Bauteils vor­ gesehen, welches seinerseits einen Konusring bildet, also zum Einsetzen in eine zylindrische Ausnehmung eines äußeren Baugliedes vorgesehen sein kann. Es ist nur ein Spannkonusring vorgesehen, der, je nach dem, ob das Druckmedium in den Raum vor der einen oder anderen Stirnfläche des Spannkonusrings geleitet wird, ver­ spannt oder gelöst werden kann.

Nachteilig ist bei dieser Ausführungsform zweierlei. Einerseits wirken die beim Verspannen der Konusspannan­ ordnung erzeugten axialen Kräfte auf eine axiale Ver­ lagerung des inneren Rings und des äußeren Bauteils gegeneinander, der durch die Verbindung beider an den radialen Bunden entgegengewirkt werden muß. Diese Ver­ bindungen müssen also die gesamten Spannkräfte auf­ zunehmen in der Lage sein. Andererseits ist die Spann­ länge der bekannten Konusspannanordnung auf die Länge des Spannkonusrings beschränkt. Daraus ergeben sich konstruktive Beschränkungen, wenn die Konusspannan­ ordnung auf einer längeren Strecke spannen soll, bei­ spielsweise bei einer Verwendung als Wellenkupplung. Um hier zu einer Verspannung auf einer hinreichend großen Länge zu kommen, müssen sehr flache Konuswinkel eingesetzt werden, die wiederum zur Überbrückung des vorhandenen radialen Spiels große axiale Verschiebungs­ wege bedingen. Wenn steilere Konuswinkel erwünscht sind, ergeben sich bei der bekannten Ausführungsform unzu­ träglich große radiale Ausdehnungen der Spannanordnung, bei der große Anteile der Spannkraft durch die allein zur Überwindung des Spiels erforderlichen Kräfte auf­ gezehrt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konusspannanordung der gattungsgemäßen Art dahin aus­ zugestalten, daß mit ihr größere Spannlängen und ge­ wünschtenfalls etwas steilere Konuswinkel realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wieder­ gegebene Erfindung gelöst.

Durch die Anordnung von zwei Spannkonusringen in der Kammer heben sich die beim Verspannen auftretenden, auf den inneren Ring und das äußere Bauteil wirkenden Kräfte im wesentlichen auf, gleichgültig, ob das Druckmedium zur Verspannung in die Kammer zwischen die beiden Spannkonusringe oder vor deren beide einander abgewandte Stirnseiten geleitet wird. Die Verbindungen an den Bunden müssen also nur noch dicht sein, brauchen aber keine erheblichen axialen Kräfte mehr zu übertragen.

Zum anderen können die Abschnitte, in denen die beiden Spannkonusringe wirken, eine gewisse axiale Entfernung voneinander haben, was die Verwendung der Konusspannan­ ordnung als Wellenkupplung od.dgl. begünstigt. Dadurch daß sich die Steigung der Konusflächen auf zwei Spann­ konusringe verteilt, wird die Gesamtsteigung in radialer Richtung entsprechend verringert, so daß bei einer vorgegebenen Gesamtlänge der Konusspannanordnung steilere Konuswinkel eingesetzt werden können. Dadurch, daß der innere Ring bzw. das äußere Bauteil mit einem zylindrischen Abschnitt versehen ist, wird die Verteilung der radialen Kräfte über die Länge der Spannkonusringe vergleichmäßigt.

Es sind zwar aus der DE-PS 10 46 416 und dem DE-GM 87 14 927 Konusspannanordnungen mit zwei Spannkonusringen bekannt, doch handelt es sich hierbei nicht um Anordnungen, bei denen durch das äußere Bauteil und den inneren Ring eine geschlossene Kammer gebildet ist, in der die Spannkonusringe angeordnet sind. Das bedeutet, daß keine Möglichkeit vorgesehen ist, die Konusspannanordnungen nach dem Spannen auch wieder zu lösen. Bei selbsthemmenden Konuswinkeln ist dies unerläßlich. Die bekannten Anordnungen sind also auf nicht-selbsthemmende Konuswinkel beschränkt. Außerdem besteht das dem "inneren Ring" vergleichbare Element bei beiden Ausführungsformen aus zwei einzelnen, den Spannkonusringen jeweils zugeordneten Konusringen, die beim Verspannen in Achsrichtung auseinandergetrieben würden, wenn nicht an dem inneren Bauteil besondere Gestaltungen in Form von Absätzen und Anschlagringen vorgesehen wären, die die Konusringe in Achsrichtung blockieren. Solche Gestaltungen des inneren Bauteils entfallen bei der Erfindung.

Das Merkmal, daß Spannkonusringe mit zylindrischen Bereichen außen benachbarter Ringe zusammenwirken, ist für sich genommen, allerdings an einem mittels Schrauben betätigten Spannsatz, aus der DE-OS 36 23 024 bekannt. An einer Reibungskupplung oder -bremse nach der DD-PS 16 445 sind zwei in Achsrichtung hintereinander angeordnete Spannkonusringe, die hydraulisch auseinandergedrückt werden, zu entnehmen. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine geschlossene Baueinheit, sondern es sitzen die Spannkonusringe unmittelbar auf der Welle.

Es kann das äußere Bauteil selbst ein funktionelles Bauteil sein, z.B. ein Zahnrad, eine Riemenscheibe, ein Teil einer Bandantriebstrommel für Förderbänder od.dgl.

Es ist jedoch gemäß Anspruch 2 auch möglich, daß die erfindungsgemäße Konusspannanordnung ein in sich ge­ schlossenes Bauteil bildet, welches dazu dient, ein äußeres Bauglied, welches ganz von der Konusspannan­ ordnung getrennt ist und in dessen zylindrische Aus­ nehmung die Konusspannanordnung eingesetzt wird, auf einer Welle festzulegen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung in Gestalt durch die Achse gehender Längsschnitte verschiedener Konusspannanordnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen vollständigen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform;

Fig. 1A zeigt einen Teilschnitt an einer in Umfangs­ richtung gegenüber Fig. 1 versetzten Stelle;

Fig. 2 bis 5 zeigen Teillängsschnitte weiterer Aus­ führungsformen, wobei jeweils nur die auf einer Seite der Achse gelegene Schnittfläche wiedergegeben ist.

Die Konusspannanordnung 100 der Fig. 1 und 1A ist ein Spannsatz, d.h. ein in sich geschlossenes Bauelement, welches zum Festlegen eines äußeren Baugliedes 2, welches z.B. ein Zahnrad, eine Riemenscheibe, ein Kurbeltrieb, die eine Seite einer Bandantriebstrommel od.dgl. sein kann, auf einer Welle 1 dient. Die Welle 1 hat einen zylindrischen Außenumfang 3, auf welchem ein innerer Ring 4 der Konusspannan­ ordnung 100 mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche 5 unter Anlage angeordnet ist. Der innere Ring 4 ist als Konus­ ring ausgebildet und weist an dem in Fig. 1 linken Ende einen Abschnitt 6 mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche 7 und daran nach rechts anschließend einen konischen Abschnitt 8 mit einer konischen Außenumfangsfläche 9 auf, dessen größte Wandstärke dem zylindrischen Abschnitt 6 abgelegen ist.

An dem dickwandigen, d.h. in Fig. 1 rechts gelegene Ende des konischen Abschnittes 8 ist ein radial nach außen vor­ springender Bund 10 vorgesehen, der eine zylindrische Außenumfangsfläche 11 aufweist.

Über dem inneren Ring 4 ist ein als Konusring ausge­ bildetes äußeres Bauteil 12 angeordnet, welches ähnlich ausgebildet ist wie der innere Ring 4. Es besitzt einen zylindrischen Innenabschnitt 16, dessen Innenumfangs­ fläche 17 und Außenumfangsfläche 15 zylindrisch sind. Die Innenumfangsfläche 17 hat den gleichen Durchmesser wie die zylindrische Außenumfangsfläche des radialen Bundes 10 und ist auf dieser angeordnet. An den zylin­ drischen Längenabschnitt 16 schließt ein konischer Längenabschnitt 18 an, dessen konische Innenumfangsfläche 19 in der Wanddicke gemäß Fig. 1 von links nach rechts zu­ nimmt. An das dickwandige, d.h. in Fig. 1 links gelegene Ende schließt sich ein radial nach innen vorspringender Bund 20 mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche 21 an, die auf der zylindrischen Innenumfangsfläche 7 des inneren Rings 4 anliegt. Der Bund 10 ist mit dem Innenumfang 17 durch eine umlaufende Schweißnaht 13 dicht verbunden, der Bund 20 mit dem Außenumfang 7 durch eine dichte Schweiß­ naht 14. Die beiden Ringe 4 und 12 sind also in Achsrich­ tung unverrückbar aneinander festgelegt und belassen zwischen sich im Inneren eine druckdichte Kammer 30, deren mittlerer Bereich durch einen von der Stirnseite des Bundes 20 bzw. des Ringes 12 aus­ gehenden Kanal 22 mit einer Quelle eines fluiden Druck­ mediums verbindbar ist.

In der Kammer 30 sind zwei Spannkonusringe 24, 26 an­ geordnet, die an den begrenzenden Umfangsflächen 7, 19 bzw. 9, 17 der Ringe 4, 12 anliegen und mit ihren dickwandigen Enden einander zugewandt sind. Der Kanal 22 mündet zwischen den einander zugewandten Stirnseiten 24′, 26′ in die Kammer 30.

Vor den Stirnseiten der Spannkonusringe an ihren dünn­ wandigen Enden sind in der Kammer 30 Räume 23, 25 belassen, die über Kanäle 27, 28 ebenfalls, jedoch nur abwechselnd mit der Kammer 30, mit einer Quelle eines fluiden Druckmittels verbindbar sind.

Wenn der Kammer 30 Druckmittel zugeleitet wird, rutschen die Spannkonusringe 24, 26 voneinander weg und üben dabei durch Keilwirkung an den Konusflächen 9, 19 erhebliche radiale Kräfte aus, die dazu führen, daß die Konusspann­ anordnung sich radial ausdehnt und das äußere Bauglied 2, in dessen zylindrischer Ausnehmung 29 die Konusspannan­ ordnung 100 angeordnet ist, auf der Welle 1 festgeklemmt wird.

Um möglichst große radiale Kräfte zu erzielen, empfiehlt es sich, daß die Konuswinkel der Konusflächen 9, 19 im Selbst­ hemmungsbereich liegen, d.h. bei Stahl auf Stahl unterhalb etwa 7°. Das bedeutet, daß bei der Wegnahme des Drucks in der Kammer 30 die Spannkonusringe 24, 26 ihre Spannstellung beibehalten. Um die Konusspannanordnung 100 wieder lösen zu können, muß dann Druck auf die Räume 23, 25 gegeben werden, wodurch die Spannkonusringe 24, 26 mit der nötigen Kraft gegen die Mitte hin verlagert werden und die Verspannung aufgehoben wird.

Es empfiehlt sich zwar auch aus Gründen der Verein­ fachung der Fertigung, daß die Abschnitte 6, 16 zylindrisch sind, doch wäre es auch möglich, die Abschnitte 6, 16 zu­ mindest auf der Länge der Spannkonusringe 24, 26 mit einem geringen Winkel zu versehen, der so bemessen sein muß, daß eine angemessene Keilwirkung erhalten bleibt.

Wenn in der Kammer 30 Absätze 31, 32 vorhanden sind, an denen die Spannkonusringe 24, 26 in der Lösestellung zur Anlage kommen, kann es ausreichen, die Kanäle 27, 28 an einem gemeinsamen Anschluß münden zu lassen. Sonst müssen die Räume 23, 25 separat beaufschlagbar sein.

Die Ringe 4, 12 müssen über den Umfang geschlossen sein. Dies gilt grundsätzlich auch für die Spannkonusringe 24, 26, weil sonst die Kammer 30 nicht druckdicht ist. Gewünschten­ falls können aber zum Zwecke der Verminderung von Kraftver­ lusten die Ringe 24, 26 geschlitzt und geeignete Dichtungen vorgesehen sein, die für die Abdichtung der Kammer 30 sorgen.

Soweit in den weiteren Figuren ensprechende Teile vor­ kommen, sind diese mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Bei der Spannanordnung 200 der Fig. 2 geht es nicht um die Festlegung eines äußeren Baugliedes auf einer Welle 1, sondern bei dem ausgezogen wiedergegebenen Ausführungsbei­ spiel um die Kupplung zweier Wellenenden 1′, 1′′. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Konusspannanordnung 200 ein Spannsatz, d.h. ein in sich geschlossenes Bauelement. Die Wellenenden sind in die zylindrische Bohrung 5 des inneren Rings 4 eingesteckt und werden durch die Spannkonusringe 24, 26, die jeweils über dem Ende einer Wellen 1′, 1′′ angeordnet sind, miteinander verbunden. Die radialen Aufweitkräfte, die bei der Druckgabe auf die Kammer 30 durch die axiale Verlagerung der Spannkonusringe 24, 26 entstehen, werden dadurch abgefangen, daß der das äußere Bauteil bildende Ring 12 so dickwandig aus­ gebildet ist, daß er ohne wesentliche Dehnung die erzeugten erheblichen Ringzuspannungen aufnehmen kann. Während die Kanäle 22, 27, 28 bei der Konusspannanordnung 100 von der linken Stirnseite des Ringes 12 her angeschlossen sind, können bei der Konusspannanordnung 200 die Kanäle 22, 27, 28 radial erreicht werden und entsprechend kurz bleiben. Sie münden auf dem Außenumfang des Ringes 12.

In Fig. 2 ist noch eine alternative Ausführungsform strichpunktiert angedeutet, bei der der äußere Ring 12 nicht Teil eines von dem zu verbindenden Elementen ge­ trennten Bauelements ist, sondern selbst das Bauglied dar­ stellt, indem er beispielsweise durch die Nabe eines Zahn­ rades 33 gebildet ist. In einem solchen Fall wird im all­ gemeinen nicht gleichzeitig ein Wellenpaar 1′, 1′′ gekuppelt werden, sondern nur eine durchgehende Welle 1 vorhanden sein. Auch müssen die Kanäle 22, 27 hierbei im allgemeinen verlegt werden.

Die Konusspannanordnung 300 der Fig. 3 dient zum Ver­ binden eines Wellenendes 1 mit einem äußeren Bauglied 2 in Gestalt einer Hohlwelle oder eines Rohrendes, dessen Innen­ durchmesser erheblich größer als der Außendurchmesser der Welle 1 ist. Auch in diesem Fall ist die Konusspann­ anordnung wieder ein von dem zu verbindenden Bauelementen 1, 2 getrennter Spannsatz, dessen innerer Ring 34 eine über das Wellenende 1 gestülpte Kappe bildet. Der zylindrische Abschnitt 6 des inneren Ringes 34 umgibt das Wellenende 1, der Spannkonusring 26 sitzt ebenfalls in Höhe des Wellen­ endes 1 und drückt den zylindrischen Abschnitt 6 von außen gegen den Außenumfang 3 der Welle 1. Der zylindrische Ab­ schnitt 16 des äußeren Ringes 52 hingegen sitzt im Innern des Endes der Hohlwelle, die das äußere Bauglied 2 bildet. Die Hohl­ welle ist also außerhalb des Endes der Welle 1 angeordnet. Die radialen Spreizkräfte des Spannkonusrings 26 werden durch eine ent­ sprechend große radiale Wandstärke des außerhalb des zylindrischen Teils 6 gelegenen Abschnittes 18 des Ringes 52 abgefangen, die radial nach innen wirkenden Spreizkräfte des Spannkonusringes 24 durch den "Boden" des kappenförmigen Ringes 34. Auf diese Weise wird die Konusspannanordnung bei einer Druckgabe in der Kammer 30 von außen auf dem Wellenende 1 und von innen in der Hohl­ welle 2 verspannt.

Bei der Konusspannanordnung 400 der Fig. 4 geht es wieder um die Festlegung eines eine zylindrische Aus­ nehmung 29 aufweisenden äußeren Baugliedes 2 in Gestalt eines Zahnrads, einer Radscheibe oder dergleichen mit einer Welle 1. Die Spannanordnung 400 ist an sich ein separates Bauelement, welches aber in dem Ausführungs­ beispiel durch Schrauben 35, die über dem Umfang der Ausnehmung 29 verteilt sind, zusätzlich mit dem äußeren Bauglied 2 verbunden ist. Der äußere Ring 52 der Spann­ anordnung 400 entspricht dem Ring 52 der Spannanordnung 300.

Mit dem zylindrischen Teil 16 sitzt der Ring 52 in der Ausnehmung 29 des Baugliedes 2. Der dickwandige konische Abschnitt 18 des Ringes 52 bringt die Ringzugspannung auf, um den Ring 44 bei entsprechender Verlagerung des Spann­ konusrings 26 auf der Welle 1 festzuklemmen. Auch im Bereich des Spannkonusrings 24 wird der innere Ring 44 auf der Welle 1 festgeklemmt, und zwar wird hier die entstehende Ringzugspannung von dem äußeren Bauglied 2 aufgebracht, welches auf dem zylindrischen relativ dünn­ wandigen Teil 16 sitzt. Das Bauglied 2 wird also zu­ gleich formschlüssig durch die Schrauben 35 und kraft­ schlüssig durch die bei der Verspannung des Spannkonus­ rings 24 an der Ausnehmung 29 und beim Anziehen der Schrauben 35 an der Stirnseite 36 des Ringes 52 auf­ tretenden Reibungskräfte mit der Konusspannanordung 400 verbunden.

Bei der Konusspannanordnung 500 der Fig. 5 geht es wieder um die Verbindung eines äußeren Baugliedes 2 in Gestalt einer Hohlwelle mit der Welle 1. Die Konusspann­ anordnung 500 unterscheidet sich dadurch von der Konus­ spannanordnung 300, daß der innere Ring 44 keine Kappe bildet und somit kein Boden 38 vorhanden ist, der sich vor der Stirnseite der Welle 1 erstreckt, sondern daß die Hohlwelle 2 bis über die Welle 1 greift und die radial nach innen wirkenden Kräfte des Spannkonusrings 24 durch die Welle 1 selbst abgefangen werden. Während ferner bei der Konusspannanordnung 300 die radial nach außen wirkenden Kräfte des Konusspannrings 24 von der Hohl­ welle 2 ertragen werden mußten, hat der dickwandige Konusabschnitt des äußeren Rings 62 in diesem Fall einen äußeren axialen Ansatz 37, der die Außenseite der Hohl­ welle 2 unter Anlage umgibt und einer radialen Aufwei­ tung des Endes der Hohlwelle 2 entgegenwirkt. Der innere Ring 44 entspricht im übrigen dem inneren Ring 44 der Spannanordnung 400.

Claims (2)

1. Konusspannanordnung zur Verbindung eines äußeren Bauteils (12, 52, 62) mit einem inneren Bauteil mit zylin­ drischer Außenumfangsfläche (3), insbesondere einer Welle (1),
mit einem inneren Ring (4, 34, 44), der mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche (5) auf dem inneren Bauteil anliegend angeordnet ist und eine Außenumfangs­ fläche sowie einen an einem Ende derselben radial nach außen vorspringenden Bund (10) aufweist,
mit einem radial über dem inneren Ring (4, 34, 44) angeordneten äußeren Bauteil (12, 52, 62) mit einer Innenumfangsfläche, die an dem Bund (10) gegenüberliegenden Ende einen radial nach innen vorspringenden weiteren Bund (20) auf­ weist,
wobei mindestens eine der einander zugewandten Umfangsflächen eine zur Achse des inneren Bauteils koaxiale Konusfläche ist und das äußere Bauteil (12, 52, 62) und der innere Ring (4, 34, 44) an den Bunden (10, 20) dicht und in Achsrichtung unverlagerbar unter Bildung einer inneren Kammer (30) verbunden sind,
mit mindestens einem in der Kammer (30) angeordneten Spannkonusring, dessen Innenumfangsflächen an der Außen­ umfangsfläche des inneren Rings (4, 34, 44) bzw. der Innen­ umfangsfläche des äußeren Bauteils (12, 52, 62) anliegen,
und mit mindestens zwei in dem inneren Ring (4, 34, 44) oder dem äußeren Bauteil (12, 52, 62) angeordneten, abwechselnd mit einer Quelle eines fluiden Druckmittels verbindbaren Kanälen, die außerhalb der Stirnseiten des Spannkonusrings in die Kammer (30) münden und mittels deren wahlweise der Raum vor der einen oder vor der anderen Stirnseite des Spannkonusrings unter Druck setzbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der innere Ring (4, 34, 44) und das äußere Bauteil (12, 52, 62) gegen den jeweiligen Bund (10, 20) hin aufeinanderfolgend zuunächst einen zylindrischen Teil (6, 16) und daran anschließend mit steigender Wandstärke einen konischen Teil (8, 18) der Außen- bzw. Innenumfangsflächen aufweisen,
daß zwei Spannkonusringe (24, 26) in Achsrichtung hintereinander jeweils zwischen dem zylindrischen Teil (6, 16) und dem gegenüberliegenden konischen Teil (18, 8) in der Kammer (30) angeordnet sind
und daß in dem inneren Ring (4, 34, 44) oder dem äußeren Bauteil (12, 52, 62) ein dritter, abwechselnd mit den beiden anderen Kanälen mit einer Quelle eines fluiden Druckmittels verbindbarer Kanal (22) vorgesehen ist, mittels dessen die Kammer (30) zwischen den Spannkonusringen (24, 26) unter Druck setzbar und dadurch beide Spannkonusringe (24, 26) verspannbar sind.

2. Konusspannanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Bauteil (12, 52) eine zylindrische Außenumfangsfläche (15, 45) aufweist und seinerseits in der zylindrischen Ausnehmung (29) eines mit dem inneren Bauteil zu verbindenden äußeren Baugliedes (2) angeordnet ist.