DE3926938A1 - Welle-nabe-verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung mit wenigstens einem ringscheibenförmig die Welle umgebenden Klemmkörper, der durch mindestens ein an der Nabe angreifendes sowie den Klemmkörper gegen die Nabe verlagerndes Spannelement mit seinem Innenumfang kraftschlüssig gegen die Welle verspann­ bar ist.

Eine derartige Welle-Nabe-Verbindung ist bereits aus der DE-OS 28 11 754 bekannt.

Die dort beschriebene Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Scheibe, die auf die Welle aufgeschoben ist und mindestens drei radial ausgerichtete, zur Achsbohrung der Scheibe hin offene Schlitze aufweist. Die Scheibe ist im geschlitzten, der Welle zugewandten Abschnitt vollkreisförmig eingesenkt. Etwa mittig zwischen den von der Welle wegweisen­ den Endabschnitten der Schlitze durchdringen Schrauben als Spannelemente die Scheibe und greifen in entsprechende Gewinde­ bohrungen der Nabe ein. Durch gleichmäßiges Anziehen mehrerer auf den Umfang der Scheibe verteilter Schrauben werden die Innenumfangsabschnitte der Scheibensegmente gegen die Wellen­ oberfläche gepreßt und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Scheibe als Klemmkörper mit der Welle erzielt, wohingegen die Schrauben den Klemmkörper formschlüssig an der Nabe halten.

Für diese bekannte Vorrichtung wird eine relativ auf­ wendig herzustellende Scheibe als Klemmkörper benötigt, die eine größere Anzahl von Schlitzen und Bohrungen aufweist, und deren der Welle zugewandte Abschnitt mit einer vollkreisförmi­ gen Einsenkung versehen ist. Hinzu kommt, daß zur Herstel­ lung der kraftschlüssigen Verbindung eine Mehrzahl von Schrau­ ben gleichmäßig angezogen werden muß und somit die bekannte Welle-Nabe-Verbindung aufwendig zu bedienen ist.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen, bei der die kraftschlüssige Verbindung über ein einfach herzustellendes Bauteil erfolgt, das darüber hinaus leicht zu bedienen ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß mittels des Spannelements der Klemmkörper insgesamt durch Verkippung im wesentlichen um die Wellenquerschnittsebene zwischen Löse­ stellung und Klemmstellung verlagerbar ist.

Nach der Erfindung wird also die Klemmstellung der Welle- Nabe-Verbindung dadurch erzielt, daß ein ebener, ringscheiben­ förmiger Klemmkörper durch ein Spannelement, das in die Nabe eingreift oder sich an der Nabe abstützt als Ganzes aus der Wellenquerschnittsebene gekippt wird. Dabei wird die Innen­ umfangsfläche des Klemmkörpers gegen die Oberfläche der Welle gepreßt und so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Welle und Klemmkörper/Nabe erreicht.

Wie oben beschrieben, kann die erfindungsgemäße Welle- Nabe-Verbindung mittels eines sehr einfach aufgebauten, leicht herstellbaren Klemmkörpers geschaffen werden, der darüber hinaus noch auf vorteilhaft einfache Weise nur durch Verkip­ pung um die Wellenquerschnittsebene zwischen Lösestellung und Klemmstellung verlagert werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Welle-Nabe-Verbindung durchgreift mindestens ein Halteorgan eine zugeordnete Ausnehmung des Klemmkörpers mit Radialspiel und ist anderenends an der Nabe befestigt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch definiertes Kippen des Klemmkörpers die Festigkeit der Verbindung in axialer Richtung gesteuert werden kann.

Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der Spannelement und Halteorgan als Schraube ausgebildet sind, die jeweils in eine Gewindebohrung der Nabe eingreifen. Dadurch kann die Welle-Nabe-Verbindung sehr einfach verstellt werden.

Grundsätzlich ist es möglich, daß eine Verkippung des Klemmkörpers und damit eine kraftschlüssige Verbindung von Welle und Nabe entweder dadurch erreicht wird, daß das Spann­ element den Klemmkörper gegen die Nabe zieht oder daß das Spannelement den Klemmkörper von der Nabe wegdrückt. So wird bei einer Ausführungsform der Erfindung das Spannelement in einem Gewinde des Klemmkörpers verstellbar aufgenommen und stützt sich gleichzeitig druckschlüssig an der Nabe ab.

Sehr vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Klemmkörper zwischen einer in einer Mulde der Nabe angeordneten, sphärisch geform­ ten Scheibe und einer sich am Kopf des Halteorgans abstützen­ den Tellerfeder kippbeweglich gelagert ist. Die sphärisch geformte Scheibe wirkt beim Spannen des Klemmkörpers ähnlich günstig wie ein Kugelgelenk und verbessert die Kraftvertei­ lung. Dagegen dient die sich am Kopf des Halteorgans abstüt­ zende Tellerfeder der orthogonalen Positionierung des Klemm­ körpers während der Montage, um beim Aufschieben auf die Welle Verkantungen zu verhindern.

Aus demselben Grund wie beim Halteorgan kann auch der Kopf des Spannelements schaftseitig eine Lagerpfanne auf­ weisen, in die eine sphärisch geformte, sich am Klemmkörper abstützende Scheibe eingreift.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist einen Klemmkörper auf, dessen innere Ausnehmung eine elliptische Form hat und dessen kürzere Achse im wesentlichen mit der Kippachse des Klemmkörpers zusammenfällt. Beim Anziehen der Welle-Nabe-Verbindung schwenkt der Klemmkörper um die kurze, in Schiebepassung ausgeführte Ellipsenachse, die quer durch den Mittelpunkt der Welle führt, bis die gesamte Umfangsfläche der inneren Ausnehmung optimal an die Wellenoberfläche ange­ preßt wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den sonstigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand mehre­ rer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 eine ungespannte Welle-Nabe-Verbindung im Längs­ schnitt,

Fig. 2 die Welle-Nabe-Verbindung nach Fig. 1 in gespann­ tem Zustand,

Fig. 3 einen Klemmkörper in Ansicht,

Fig. 4 eine ungespannte Welle-Nabe-Verbindung, bei der ein Klemmkörperpaket jeweils zwischen Distanzscheiben an Halteorgan und Spannelement gehalten ist,

Fig. 5 die Welle-Nabe-Verbindung nach Fig. 4 in gespann­ tem Zustand,

Fig. 6 einen Klemmkörper mit umrißmäßig an das Lochbild angepaßter Kontur in Ansicht und

Fig. 7 eine dritte, besonders einfache Ausführungsform in Längsschnitt.

Eine Welle-Nabe-Verbindung 10 besteht im wesentlichen aus einer Welle 11, einer Nabe 12 sowie mindestens einem Klemmkörper 13.

In Fig. 1 erkennt man drei, ein Klemmkörperpaket 14 bildende Klemmkörper 13, die mit ihren Innenausnehmungen 15 auf die Welle 11 in Richtung zur Nabe 12 aufgeschoben sind. Das Klemmkörperpaket 14 ist mittels eines Spannelementes 16 und eines Halteorgans 17 an der Nabe 12 befestigt. Das Spann­ element 16 und das Halteorgan 17 bestehen dabei jeweils aus einer Schraube 18, 19, die in langförmigen Ausnehmungen 20 der Klemmkörper 13 gehalten sind und jeweils in eine Gewinde­ bohrung 21 der Nabe 12 eingreifen.

Das Klemmkörperpaket 14 wird am Halteorgan 17 zwischen einer in einer Mulde 22 der Nabe 12 angeordneten, sphärisch geformten Scheibe 23 und einer sich am Kopf 24 der Schraube 18 abstützenden Tellerfeder 25 kippbeweglich gelagert.

Auf der dem Halteorgan 17 gegenüberliegenden Seite des Klemmkörperpaketes 14 ist das Spannelement 16 angeordnet. Dort durchgreift die Schraube 19 mit Spiel das Klemmkörperpa­ ket 14 und ist drehbar in der Nabe 12 verankert. Der Kopf 26 der Schraube 19 stützt sich dabei über eine in einer Lager­ pfanne 27 angeordneten, sphärisch geformten Scheibe 28 am Klemmkörperpaket 14 bewegungseinheitlich ab. Beim Anziehen der Schraube 19, also dem Spannelement 16, wird das Klemmkörper­ paket 14 aus der in Fig. 1 dargestellten Lösestellung in die in Fig. 2 dargestellte Klemmstellung um einen Winkel β gekippt. Dabei werden die Umfangsflächen der inneren Ausnehmun­ gen 15 der Klemmkörper 13 auf die Mantelfläche der Welle 11 aufgepreßt, und es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Klemmkörperpaket 14 und der Welle 11.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß das Klemmkörperpaket 14 beim Übergang von der Lösestellung in die Klemmstellung um die kurze Ellipsenachse x gekippt wird. Während die kurze Ellipsen­ achse x in Schiebepassung ausgeführt wird, errechnet sich die lange Ellipsenachse y nach der Formel

Das Klemmkörperpaket 14 muß nur um wenige Winkelgrade, meist reichen zwei bis vier Grad, gekippt werden, damit eine kraftschlüssige Verbindung zustande kommt. Je größer der Kippwinkel β wird, umso größer ist die Festigkeit der Welle- Nabe-Verbindung 10 in axialer Richtung, während die Festigkeit in Umfangsrichtung über einen größeren Kippwinkelbereich nahezu gleichbleibend ist. Die größten Übertragungskräfte sind in axialer Richtung möglich, da hier ein Selbstverstärkungs­ effekt eintritt. Die Verbindungsfestigkeit in tangentialer Richtung (bei Drehkräften) kann dadurch variiert werden, daß der Innenumfang der inneren Ausnehmungen 15 der Klemmkör­ per 13 gezahnt ausgeführt ist, wobei die Zahnung optimal an die Materialeigenschaften der Klemmkörper 13 und der Welle 11 angepaßt werden kann.

Das Eintauchen der nicht dargestellten Verzahnung in das elastische oder duktile Wellenmaterial kann durch Festlegung des Kippwinkels β so begrenzt werden, daß eine dauernde Verfor­ mung der Oberfläche der Welle 11 vermieden wird. Der Eingriff der Verzahnung der Umfangsfläche der inneren Ausnehmung 15 des Klemmkörpers 13 bewirkt neben der kraftschlüssigen auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Welle 11 und Klemmkörper 13 sowie Nabe 12.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen eine Ausführung der erfindungs­ gemäßen Welle-Nabe-Verbindung 10, die besonders bei häufig reversierenden Drehrichtungen den höheren Festigkeitsanfor­ derungen an die starre Verbindung zwischen dem Klemmkörper­ paket 14 und der Nabe 12 genügt.

Als Voraussetzung für diese Ausführung der erfindungs­ gemäßen Verbindung sind die Klemmscheiben 13 aus dünnem, hochfestem, federelastischem Material gefertigt. Im Gegensatz zu der vorher geschilderten Ausführungsform stützt sich das Klemmkörperpaket 14 über jeweils zwei Distanzscheiben an einer Nabenstirnfläche 29 und an den Köpfen 24 und 26 der Gewinde­ schrauben 18 und 19 ab. Wichtig für die Funktionsweise der Welle-Nabe-Verbindung 10 ist es, daß die am Spannelement 16 zwischen dem Klemmkörperpaket 14 und der Nabenstirnfläche 29 angeordnete Distanzscheibe 30 dünner ist als die anderen drei Distanzscheiben 30. Beim Anziehen des Spannelements 16 ergeben sich die Verbindungskräfte zwischen dem Klemmkörperpaket 14 und der Welle 11 in der bereits schon beschriebenen Weise. Die Verbindung zwischen dem Klemmkörperpaket 14 und der Nabe 11 wird jedoch zusätzlich durch den Anpreßdruck der fest ange­ zogenen Gewindeschrauben 18 und 19 kraftschlüssig verstärkt.

Um die elastischen Eigenschaften des einzelnen Klemmkör­ pers 13 sowie des Klemmkörperpakets 14 zu verstärken, kann die äußere Kontur jeder einzelnen Klemmscheibe 13 gemäß Fig. 6 an das Lochbild angepaßt werden. Dementsprechend weist der Klemmkörper 13 im wesentlichen an jeder Stelle gleiche Werk­ stoffquerschnitte auf.

Wie anhand der bisherigen Ausführungsbeispiele dar­ gestellt, kann die Festigkeit der Welle-Nabe-Verbindung 10 durch das Bilden eines Klemmkörperpakets 14 aus mehreren Klemmscheiben 13 vervielfacht werden.

Fig. 7 zeigt eine weitere besonders einfache Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 10, bei der eine Nabe 31 wiederum über ein Spannelement 32 und ein Halte­ organ 33 mit einem Klemmkörper 34 verbunden ist. Dabei durch­ greift das Halteorgan 33 parallel zur Wellenachse den Klemmkör­ per 34 mit Spiel und ist endseitig mit der Nabe 31 verbunden. Im Gegensatz dazu ist der Gewindeschaft 35 des Spannelements 32 in einem schräg angeordneten Gewindeloch 36 mit dem Klemm­ körper 34 verschraubt. Der Schrägansatz hat den Vorteil, daß der Rändelkopf 38 des Spannelements 32 einen größeren Abstand zur Welle 11 aufweist und somit besser zu bedienen ist. Das nabenseitig aus dem Klemmkörper 34 herausragende Ende des Gewindeschaftes 35 stützt sich nach Art einer Druckschraube in einer Sackbohrung 37 der Nabe 31 ab.

Beim Anziehen des Spannelements 32 wird also der Klemm­ körper 34 von der Nabe 31 weggedrückt und gleichzeitig der Innenumfang des Klemmkörpers 34 gegen die Wellenoberfläche gepreßt. Dadurch ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung von Welle 11 und der Nabe 31.

Konkret handelt es sich bei der Nabe 31 dieser Ausführung um einen Spannkonus zur Aufnahme der Kernhülsen von Papier- oder Folienrollen. Die einfache Klemmkörperanordnung ist hier besonders gut geeignet, weil hier nur relativ geringe Klemm­ kräfte von der Welle-Nabe-Verbindung verlangt werden.

Claims (15)

1. Welle-Nabe-Verbindung mit wenigstens einem ring­ scheibenförmig die Welle umgebenden Klemmkörper, der durch mindestens ein an der Nabe angreifendes sowie den Klemmkörper gegen die Nabe verlagerndes Spannelement mit seinem Innenum­ fang kraftschlüssig gegen die Welle verspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Spannelements (16; 32) der Klemmkörper (13; 34) durch Verkippung insgesamt im wesent­ lichen um die Wellenquerschnittsebene zwischen Lösestellung und Klemmstellung verlagerbar ist.

2. Welle-Nabe Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Spannelement (16; 32) und mindestens ein Halteorgan (17; 33) in zugeordneten Ausnehmungen (15) des Klemmkörpers (13; 34) mit Radialspiel gehalten sind und ande­ renends in die Nabe (12; 31) eingreifen.

3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Spannelement (16; 32) und Halteorgan (17; 33) als Schraube (18, 19) ausgebildet und jeweils in einer Gewinde­ bohrung (21) der Nabe (12; 31) befestigt sind.

4. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (16) den Klemmkörper (13) zum Erreichen der Klemmstellung gegen die Nabe (12) zieht.

5. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (32) den Klemmkörper (34) zum Erreichen der Klemmstellung von der Nabe (31) wegdrückt.

6. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Spannelement (32) in einem Gewindeloch (36) des Klemmkörpers (34) verstellbar aufgenommen ist und sich an der Nabe (31) druckschlüssig abstützt.

7. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Klemmkörper (13) zwischen einer in einer Mulde (22) der Nabe (12) angeordneten, sphärisch geformten Scheibe (23) und einer sich am Kopf (24) des Halteorgans (17) abstützenden Tellerfeder (25) kippbeweglich gelagert ist.

8. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kopf (26) des Spannelements (16) schaft­ seitig eine Lagerpfanne (27) aufweist, in die eine sphärisch geformte, sich am Klemmkörper (13) abstützende Scheibe (28) eingreift.

9. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Ausnehmung (15) des Klemmkörpers (13; 34) eine elliptische Form aufweist und deren kürzere Achse (x) im wesentlichen mit der Kippachse des Klemmkörpers (13; 34) zusammenfällt.

10. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Spannelement (16) und Halteorgan (17) den Klemmkörper (13) jeweils in einem Langloch (20) durchgreifen.

11. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Umfang des Klemmkörpers (13; 34) gezahnt ist.

12. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (13; 34) aus gehärtetem Material mit federelastischen Eigenschaften besteht.

13. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (13; 34) durch einen an jeder Stelle etwa gleich breiten, die innere Ausnehmung (15) sowie die Langlöcher (20) umfassenden Steg gebildet ist.

14. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige Klemmkörper (13; 34) zu einem Klemmkörperpaket (14) geschich­ tet sind.

15. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippwinkel (β) zwischen der Nabe (12; 31) und dem Klemmkörper (13; 34) 2-4° beträgt.