DE4104217C2 - Anordnung zum kraftschlüssigen Verspannen eines äußeren Bauteils auf einem inneren Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine solche Anordnung ist aus der GB-PS 2 93 122 bekannt.

Sie umfaßt zwei übereinander angeordnete Ringe, von denen einer mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche auf einer Welle sitzt, der andere mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche in einer entsprechenden Bohrung eines äußeren Bauteils anliegt. Die einander zugewandten Umfangs­ flächen der beiden Ringe sind in einem zur Achse der Welle senkrechten Querschnitt spiralig. Bei einer Verdrehung des äußeren Bauteils gegenüber der Welle werden durch die Reibungsverhältnisse auch die beiden spiraligen Ringe auf ihrer Spiralfläche gegeneinander verdreht, wodurch die Verklemmung des äußeren Bauteils auf der Welle zustan­ dekommt.

Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen mit separaten Ringen beschränkt, die wie bei der GB-PS 2 93 122 eine Art Spannsatz bilden. Es kommen vielmehr auch Ausfüh­ rungsformen in Betracht, bei denen die Spiralfläche an mindestens einem der Bauteile unmittelbar ausgebildet ist, beispielsweise indem der äußere Ring eine Art Mutter bildet, die mittels eines entsprechenden Drehwerkzeugs gegenüber dem inneren Ring bzw. der Welle verdreht werden kann, um die Klemmung zu erzielen (GB 2123927; DE 23 54 902 B2).

Bei allen Ausführungsformen steigt der Radius der Spiralfläche, auf die Achse der Welle bezogen, in Umfangs­ richtung winkelproportional an, um dann an einer Stelle auf den ursprünglichen Radius zurückzuspringen. Im allge­ meinen wird dies nach etwa 360° der Fall sein (GB-PS 293 122, Fig. 1 u. 2; GB 21 23 927 A), doch sind Ausführungsformen nicht ausgeschlossen, bei denen der Rücksprung, über den Umfang gesehen, mehrfach vorkommt, beispielsweise schon nach 180° (GB-PS 293 122, Fig. 3 u. 4), oder nach 90° (DE 23 54 902 B2).

Bei verspannter Spannanordnung sind die Stellen des Rücksprungs an der Innenumfangsfläche des äußeren Bauteils und der Außenumfangsfläche des inneren Bauteils einander nicht mehr benachbart, sondern um den Drehwinkel, den die Anordnung von der Gleitpassung auf der Welle bis zum Festsitz benötigt, voneinander in Umfangsrichtung entfernt.

Zwischen den Übergangsflächen der Innenumfangsfläche des äußeren Bauteils und der Außenumfangsfläche des inneren Bauteils klafft eine offene Stelle, in die Feuchtigkeit und Luft eindringen können, so daß sich an den Umfangs­ flächen in diesem Bereich Korrosion bilden kann, insbe­ sondere wenn die Spannanordnung in aggressiver Umgebung eingesetzt ist.

Wenn dann die Spannanordnung gelöst werden soll, werden die beiden durch die Spiralfläche gebildeten Umfangs­ flächen gegeneinander zurückgedreht, wobei die Kanten der Übergangsflächen auf den korrodierten Bereich der Umfangsflächen gelangen. Dadurch wird das Lösen der Spann­ anordnung erschwert oder gar unmöglich gemacht. Es kann zu einem Fressen des der Kante benachbarten Bereichs jeder Umfangsfläche auf dem korrodierten Teil der Gegenfläche kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spann­ anordnung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß das Lösen nicht mehr in der vorstehend beschriebenen Weise behindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergege­ bene Erfindung gelöst.

Es wird also die Spiralfläche in einem gewissen Winkel­ bereich nach innen bzw. außen verlassen, damit die Kante der Übergangsfläche von dem kleineren Radius der Spiral­ fläche auf den größeren nicht mehr an der Gegenfläche anliegt, sondern gewissermaßen in der Luft hängt. Beim Zurückdrehen der Bauteile gegeneinander kann die Kante dann nicht mehr auf korrodierte Bereiche der Gegenfläche geraten und durch dort etwa vorhandene Störungen der Ober­ fläche gebremst werden.

Die Ausnehmungen, mittels deren die Kanten der Über­ gangsflächen gewissermaßen freigesetzt werden, können nach der Ausgestaltung des Anspruchs 2 zur Achse koaxiale Zylinderflächen sein, die durch Fräsen unter Drehung des Bauteils um die betreffende Achse relativ leicht herstell­ bar sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen durch die Achse gehenden Längs­ schnitt durch eine Spannanordnung;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Die in den Fig. 1 und 2 als Ganzes mit 10 bezeichnete Spannanordnung dient zum Festspannen eines Zahnrades oder Kettenrades 100 auf einer strichpunktiert nur angedeuteten Welle 1. Das Zahnrad 100 ist scheibenförmig ausgebildet und umfaßt eine auf die Welle 1 passende Bohrung 12. Mit dem Zahnrad 100 ist auf einer Seite nach Art einer Nabe die Spannanordnung 10 einstückig verbunden, welche einen Büchsenteil 3 mit einem zylindrischen, mit der Bohrung 12 des Zahnrades 100 fluchtenden Innenumfang und einer als Spiralfläche 5 aus zur Achse 2 der Welle 1 parallelen Erzeugenden ausgebildeten Außenumfangsfläche 11 umfaßt, die an vier um 90° in Umfangsrichtung versetzten Stellen bis kurz vor das Zahnrad 100 reichende durchgehende Längs­ schlitze 6 aufweist. Auf der durch die Spiralfläche 5 gebildeten Außenumfangsfläche des Büchsenteils 3 ist mit einer als entsprechende Spiralfläche 7 ausgebildeten Innen­ umfangsfläche 13 ein in Umfangsrichtung geschlossener Spannring 8 angeordnet, der an seinem Außenumfang eine Sechskant-Schlüsselfläche 9 aufweist. Die Spiralfläche 5 ist der das innere Bauteil bildenden Welle 1 zugeordnet, die Spiralfläche 7 dem das äußere Bauteil bildenden Spann­ ring 8.

Der Büchsenteil 3 steht nach der dem Zahnrad 100 abgelegenen Seite über den Spannring 8 axial vor und be­ sitzt dort außen eine Umfangsnut 41 zur Aufnahme eines Sprengrings 42, mit welchem der in unverspanntem Zustand lose Spannring 8 auf dem Büchsenteil 3 festgehalten wird.

Die Ausbildung der Spannanordnung 10 im einzelnen wird anhand der Fig. 2 erläutert. In der Schnittdarstellung ist eine gedachte Zylinderfläche 15 mit einem Durchmesser 16 strichpunktiert angedeutet. Die die Innenumfangsfläche 13 des Spannrings 8 bildende Spiralfläche 7 liegt in den ersten beiden Quadranten des Querschnitts außerhalb der gedachten Zylinderfläche 15, in den beiden letzten Qua­ dranten innerhalb derselben. Der örtliche Radius der Spi­ ralfläche 5 nimmt von einer Stelle 17 des größten Radius gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn winkelproportional über fast 360° ab und springt an einer Stelle 18 geringsten Radius auf einer Übergangsfläche 19 wieder auf den größten Radius zurück. Die Übergangsfläche 19 geht an einer Stelle 20 in den Bereich großer Wandstärke der Spiralfläche 5 über.

Entsprechendes gilt für die Spiralfläche 7, die die Innenumfangsfläche 13 des Spannrings 8 bildet. Diese geht von einer Stelle 21 geringsten Radius über eine Übergangs­ fläche 19′ an einer Stelle 22 in den Bereich größten Radius über. An der Stelle 21 ist eine Kante 20′ gebildet.

In Fig. 2 ist die Spannanordnung 10 in verspanntem Zustand dargestellt. In unverspanntem Zustand sind die Übergangs­ flächen 19, 19′ durch eine andere Drehstellung der Teile 3 und 8 gegeneinander einander benachbart. Die Funktion der Verspannung kann veranschaulicht werden, indem die Stelle 17 des Büchsenteils 3 mit der größten Wandstärke bzw. mit dem größten Radius der Spiralfläche 5 betrachtet wird. Bei einer Bewegung dieser Stelle bei festgehaltenem Spannring 8 gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn liegt sie nach­ einander an Stellen der Spiralfläche 7 an, die einen immer kleineren Radius aufweisen. Dadurch wird die Stelle 17 radial nach innen gedrückt und auf der Welle 1 kraftschlüs­ sig festgeklemmt.

Der Radiusunterschied an den Stellen 17, 18 beträgt bei einem Durchmesser der Welle 1 von 100 mm beispielsweise 2 mm. Durch eine Verdrehung des Büchsenteils 3 bei festge­ haltenem Spannring 8 im Uhrzeigersinn um 36° kann also eine Radiustoleranz von 0,2 mm überbrückt werden, was in den meisten Fällen ausreichend ist. Die in Betracht kommenden Anzugs-Drehhübe werden keinesfalls 45° übersteigen müssen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist von der Ausgangsstellung, in der die Übergangsflächen 19, 19′ ein­ ander benachbart sind, bis zu der wiedergegebenen Klemm­ stellung ein Winkel 23 von etwa 35° zurückgelegt worden.

Wenn sich die Innenumfangsfläche 13 des Spannrings 8 im Sinne der Spiralfläche 7 zwischen den Übergangsflächen 19, 19′ fortsetzte, geschähe dies gemäß der gedachten Fläche 24. Die Fortsetzung der Spiralfläche 5 erfolgte nach der gedachten Fläche 25. Der Bereich 26 zwischen den Übergangs­ flächen 19 und 19′ ist bei angezogener Spannanordnung 10 offen, d. h. es kann von außen Feuchtigkeit und korrodie­ rende Atmosphäre eindringen. Eine entlang der gedachten Fläche 24 fortgeführte Innenumfangsfläche 13 wäre unter Umständen in dem Bereich 27 korrodiert, eine entlang der Fläche 25 fortgeführte Außenumfangsfläche 11 in dem Bereich 28. Wenn dann die Spannanordnung 10 gelöst werden sollte, was eine Rückdrehung des Büchsenteils 3 gegenüber dem festgehaltenen Spannring 8 im Sinne des Pfeiles 29 bedeutete, würden die Kanten 20, 20′ auf die korrodierten Zonen 27 und 28 treffen, was ein Freischaben dieser Stellen von den Korro­ sionsprodukten erforderte oder aber ein Hinaufrutschen der Kanten 20, 20′ auf die Korrosionsprodukte, was zu einem Verklemmen der Anordnung führte und das Lösen unmöglich machte.

Tatsächlich aber weist die Innenumfangsfläche 13 des Spannrings 8 von der Übergangsfläche 19′ ausgehend eine außerhalb der gedachten Fortsetzung 24 der Spiralfläche 7 gelegene Ausnehmung 30 auf. Die Ausnehmung 30 wird durch eine zur Achse 2 konzentrische Zylinderfläche gebildet, die sich mit Abstand außerhalb der gedachten Fläche 24 von der Übergangsfläche 19′ bzw. der Stelle 22 im Sinne der bei einem Lösen der Spannanordnung 10 erfolgenden Verlagerung 31 gegenüber dem Büchsenteil 3 anschließt und sich über einen Winkelbereich 32 erstreckt, der dem beim Verspannen maximal vorkommenden Verdrehwinkel der Teile 3 und 8 gegeneinander entspricht, also etwa 45°. Entsprechend schließt sich an die Übergangsfläche 19 bzw. die Stelle 18 eine radial innerhalb der gedachten Fort­ setzung 25 der Spiralfläche 5 eine Ausnehmung 34 an, die sich von der Stelle 18 ausgehend im Sinne der Richtung 35, in der der Büchsenteil 3 gegenüber dem festgehaltenen Spannring 8 beim Lösen zu verdrehen wäre, über einen Win­ kel 36 erstreckt, der dem maximal vorkommenden Festspann­ winkel entspricht.

Auf diese Weise sind die beiden Kanten 20, 20′ in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise freigesetzt und brauchen beim Lösen der Spannanordnung 10 keine Wider­ stände in Gestalt von korrodierter Materialoberfläche zu überwinden.

Die radiale Erstreckung der Ausnehmungen 30, 34 ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt. Ein Betrag von 0,5 bis 1 mm radialer Freisetzung ist in der Praxis aus­ reichend.

Claims (2)

1. Anordnung zum kraftschlüssigen Verspannen eines eine Ausnehmung aufweisenden äußeren Bauteils auf einem in die Ausnehmung eingreifenden inneren Bauteil,
bei welcher das äußere Bauteil und das innere Bauteil eine gemeinsame Achse aufweisen,
bei welcher dem einen Bauteil eine Innenumfangsfläche und dem anderen Bauteil eine Außenumfangsfläche in Gestalt einer gemeinsamen, durch zu der Achse parallele Erzeugende gebildeten Spiralfläche zugeordnet sind
und bei welcher die Umfangsflächen in Umfangsrichtung bei einer Verdrehung gegeneinander um die Achse unter Erzielung einer radialen Klemmwirkung aneinander abgleiten,
dadurch gekennzeichnet,
daß von den Stellen (18, 22) des Übergangs der Umfangs­ flächen (11, 13) von dem jeweils größeren Radius auf den be­ nachbarten kleineren Radius an in Löserichtung (31, 35) in einem dem maximalen Verdrehwinkel entsprechenden Winkelbe­ reich (32, 36) die Umfangsflächen (11 bzw. 13) radial inner­ halb bzw. außerhalb der gedachten Fortsetzungen (24, 25) der Spiralflächen (5, 7) gelegene Ausnehmungen (34, 30) aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (30, 34) Zylinderflächen mit der gemein­ samen Achse (2) entsprechender Achse, jedoch unterschied­ lichem Radius sind.