DE4230941A1 - Spannvorrichtung zur Befestigung eines Teiles, vorzugsweise einer Hohlwelle, auf einer Antriebswelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Befe­ stigung eines Teiles, vorzugsweise einer Hohlwelle, auf einer Antriebswelle nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Bei dieser bekannten Spannvorrichtung wird auf der An­ triebswelle eine Nabe radial verspannt. Das Spannelement ist eine Spannmutter, die zwei gegenläufige Innengewinde aufweist, mit denen sie in entsprechende Außengewinde der Spannkegel eingreift. Durch Drehen der Spannmutter werden die Spannkegel relativ zueinander verschoben und dadurch die Nabe auf der Antriebswelle radial verspannt. Die bei dem Spannvorgang auftretenden radial wirkenden Kräfte werden durch die Nabe selbst aufgenommen. Sie muß darum verhältnismäßig dick ausgebildet sein, um ein un­ zulässiges radiales Aufweiten der Nabe zu vermeiden. Mit einer solchen Spannvorrichtung lassen sich dünnwandige Teile nicht auf der Antriebswelle radial verspannen, weil die radialen Spannkräfte das dünnwandige Teil ra­ dial unzulässig aufweiten würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Spannvorrichtung so auszubilden, daß auch dünn­ wandige zu verspannende Teile zuverlässig radial mit der Antriebswelle verspannt werden können.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Spannvorrich­ tung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die beim Spannvorgang auftretenden radialen Kräfte müs­ sen nicht von dem einen zu verspannenden Teil aufgenom­ men werden. Hierfür ist das Kraftaufnahmeteil vorgese­ hen, das im Bereich der Spannkegel auf diesem zu ver­ spannenden Teil sitzt. Es kann darum sehr dünnwandig ausgebildet sein und dennoch zuverlässig radial auf der Antriebswelle verspannt werden. Mit der erfindungsgemä­ ßen Spannvorrichtung ist es damit auch möglich, dünnwan­ dige Teile, wie beispielsweise dünnwandige Hohlwellen, mit grobtolerierten Antriebswellen und mit im Nenndurch­ messer unterschiedlichen Antriebswellen zuverlässig ra­ dial zu verspannen. Das Kraftaufnahmeteil verhindert, daß das dünnwandige Teil radial aufgeweitet wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung, mit der eine dünnwandige Hohlwelle auf einer Antriebs- bzw. Maschinenwelle verspannt wird.

Die Antriebswelle 1 ist durch ein Gehäuse 2 geführt, das in der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist. Auf der Antriebswelle 1 ist eine dünnwandige Hohlwelle 3 mit einer Spannvorrichtung 4 verspannt. Die Hohlwelle 3 wird an beiden Enden mit jeweils einer Spannvorrichtung 4 auf der Antriebswelle 1 verspannt. In der Zeichnung ist nur die eine Spannvorrichtung dargestellt. Die ande­ re (nicht dargestellte) Spannvorrichtung ist gleich aus­ gebildet, jedoch spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Hohlwelle 3 trägt innerhalb des Gehäuses 1 beispielhaft ein Zahnrad 5. Es liegt an einer Schulter 6 der Hohlwel­ le 3 an und ist in der anderen Achsrichtung durch eine Distanzbuchse 7 axial gesichert. Die Schulter 6 ist die eine Stirnseite eines Bundes 8, der vorteilhaft einstüc­ kig mit der Hohlwelle 3 ausgebildet ist. Er dient gleichzeitig als Axialsicherung für ein Lager 9, mit dem die Hohlwelle 3 im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Das Lager 9 ist außerdem durch einen Sicherungsring 10 axial gesichert, der in der Innenwandung eines Nabenteiles 11 des Gehäuses 2 untergebracht ist. Das Gehäuse 2 hat ei­ nen weiteren Nabenteil 12, in dem ebenfalls ein Siche­ rungsring 13 gelagert ist, der zur Axialsicherung eines weiteren Lagers 14 dient, mit dem die Hohlwelle 3 im Ge­ häuse 2 ebenfalls drehbar gelagert wird. In der anderen Achsrichtung ist dieses Lager 14 durch die Distanzbuchse 7 sowie durch eine Schulter 15 in der äußeren Mantelflä­ che der Hohlwelle 3 gesichert. Die beiden Lager 9, 14, die vorteilhaft Wälzlager sind, sind in den Nabenteilen 11 und 12 des Gehäuses 2 untergebracht.

Auf der vom Lager 9 abgewandten Seite des Sicherungsrin­ ges 10 sind zwei Dichtungsringe 16 und 17 im Nabenteil 11 angeordnet, welche das Gehäuse 2 gegenüber der Hohl­ welle 3 abdichten. Im anderen Nabenteil 12 des Gehäuses 2 sind ebenfalls derartige Dichtungsringe vorgesehen, die in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt sind.

Die Hohlwelle 3 ragt an beiden Enden axial über das Ge­ häuse 2. Da in der Zeichnung nur das eine Hohlwellenende dargestellt ist, wird im folgenden auch nur die an die­ sem Ende vorgesehene Spannvorrichtung 4 im einzelnen be­ schrieben. Auf dem über das Gehäuse 2 axial ragendem Wellenende 18 sitzt ein Gegenhaltering 19, der über sei­ nen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Gewindeboh­ rungen 20 für Spannschrauben 21 aufweist. Die Gewinde­ bohrungen 20 sind vorteilhaft Durchgangsbohrungen, wel­ che den Gegenhaltering 19 durchsetzen. Die Gewindeboh­ rungen 20 können aber auch als Sacklochbohrungen ausge­ bildet sein. Der Gegenhaltering 19 liegt mit seiner vom Gehäuse 2 abgewandten Seite an einem Sicherungsring 22 an, der nahe dem freien Ende auf dem Wellenende 18 befe­ stigt ist. In der in der Zeichnung dargestellten Spann­ stellung hat der Gegenhaltering 19 Abstand vom Nabenteil 11 des Gehäuses 2.

Im Bereich des Gegenhalteringes 19 ist das Wellenende 18 innenseitig mit einer ringförmigen Vertiefung 23 verse­ hen, die sich bis zum freien Ende der Hohlwelle 3 er­ streckt. Die Vertiefung 23 dient als Aufnahmeraum für zwei Spannkegel 24 und 25, die Bestandteil der Spannvor­ richtung 4 sind. Der eine Spannkegel 24 stützt sich am radialen Boden 26 der Vertiefung 23 ab. Die Spannkegel­ fläche 27 des Spannkegels 24 öffnet sich vom Boden 26 der Vertiefung 23 aus in Richtung auf das freie Ende der Hohlwelle 3. Wie die Zeichnung zeigt, hat dieser Spann­ kegel 24 etwa gleiche axiale Länge wie der Gegenhalte­ ring 19. Der radial verlaufende Boden 26 der Vertiefung 23 liegt in Höhe der Schulter 28, an der der Gegenhalte­ ring 19 anliegt.

Der andere Spannkegel 25 ragt axial aus der Vertiefung 23 und ist an seinem außerhalb des Wellenendes 18 lie­ genden Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 29 versehen. Der Spannkegel 25 liegt mit einer zylindrischen Innenfläche 30 auf der Antriebswelle 1 auf. Mit Abstand vom Flansch 29 weist der Spannkegel 25 auf seiner Außenseite eine Spannkegelfläche 31 auf, mit der er in der Spannstellung an der Spannkegelfläche 27 des anderen Spannkegels 24 anliegt. Im Bereich zwischen der Spannkegelfläche 31 und dem Flansch 29 hat der Spannkegel 25 an der Außenseite eine Zylinderfläche 32.

Auf der vom Gehäuse 2 abgewandten Seite des Gegenhalte­ ringes 19 befindet sich ein Spannring 33, der über die Spannschrauben 21 mit dem Gegenhaltering 19 verbunden ist. Der Spannring 33 weist an seinem vom Gegenhaltering 19 abgewandten Ende einen radial nach innen gerichteten Flansch 34 auf, mit dem er den radial nach außen gerich­ teten Flansch 29 des Spannkegels 25 übergreift. Der In­ nendurchmesser des Flansches 34 des Spannringes 33 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der An­ triebswelle 1, so daß der Spannring 33 beim noch zu be­ schreibenden Verspannvorgang leicht in Richtung auf den Gegenhaltering 19 verschoben werden kann. Innenseitig ist der Spannring 33 mit einem Sicherungsring 35 verse­ hen, mit dem der Flansch 29 des Spannkegels 25 auf der vom Flansch 34 abgewandten Seite axial gesichert ist. Der Sicherungsring 35 liegt an einer radial verlaufenden Schulterfläche 36 des Spannringes 33 an. In dieser Lage ist der Sicherungsring 35 durch einen weiteren Siche­ rungsring 37 axial gesichert, der in einer Ringnut in einer an die radiale Schulterfläche 36 anschließenden Zylinderfläche 38 des Spannringes 33 angeordnet ist. Der Durchmesser der Zylinderfläche 38 ist größer als der Au­ ßendurchmesser des Wellenendes 18 der Hohlwelle 3. Die Zylinderfläche 38 geht über eine radial nach außen ver­ laufende Schulterfläche 39 in eine weitere Zylinderflä­ che 40 über, die sich bis zu der dem Gegenhaltering 19 zugewandten Stirnseite des Spannringes 33 erstreckt. Der Durchmesser der Zylinderfläche 40 ist größer als der Au­ ßendurchmesser des Sicherungsringes 22, mit dem der Ge­ genhaltering 19 auf dem Wellenende 18 axial gesichert ist. Dadurch kann der Spannring 33 ausreichend weit in Richtung auf den Gegenhaltering 19 axial verschoben wer­ den, da er mit seiner Zylinderfläche 40 über den Siche­ rungsring 22 verschoben werden kann.

Der Spannring 33 weist über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Durchtrittsöffnungen 41 für die Spannschrauben 21 auf. Vorteilhaft sind die Durchtritts­ öffnungen 41 Gewindebohrungen, die größeren Durchmesser haben als die Schraubenschäfte der Spannschrauben 21.

Die beiden Spannkegel 24, 25 sind über ihre axiale Länge geschlitzt ausgebildet, so daß sie für im Durchmesser unterschiedliche Antriebswellen 1 eingesetzt werden kön­ nen. Mit den Spannvorrichtungen ist es möglich, die Hohlwelle 3 mit einem vorgegebenen Innendurchmesser mit Antriebswellen 1 zu verbinden, die größere Toleranzen haben. Je nach Toleranz der Antriebswelle 1 werden die Spannkegel 24, 25 im Spannzustand unterschiedlich weit radial aufgeweitet.

Zur radialen Verspannung der dünnwandigen Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 werden die Spannschrauben 21 durch die Durchtrittsöffnungen 41 des Spannringes 33 ge­ steckt und in die Gewindebohrungen 20 des Gegenhalterin­ ges 19 geschraubt. Die Spannschrauben 21 stützen sich mit ihrem Kopf 42 an der vom Gegenhaltering 19 abgewand­ ten Stirnseite 43 des Spannringes 33 ab. Durch Anziehen der Spannschrauben 21 wird der Spannring 33 in Richtung auf den Gegenhaltering 19 verschoben. Hierbei wird der Spannkegel 25 über den radial nach innen gerichteten Flansch 34 des Spannringes 33 axial mitgenommen, wodurch die beiden Spannkegel 24 und 25 über ihre miteinander zusammenwirkenden Spannkegelflächen 27 und 32 eine ra­ dial wirkende Spannkraft auf die Hohlwelle 3 ausüben. Dadurch wird die Hohlwelle 3 radial auf der Antriebs­ welle 1 verspannt. Der Spannkegel 24 stützt sich hierbei mit seiner zylindrischen Außenmantelfläche 44 an der zy­ lindrischen Seitenwand 45 der Vertiefung 23 der Hohlwel­ le 3 ab. Der Gegenhaltering 19 ist so dick ausgebildet, daß er die radial wirkenden Spannkräfte aufnehmen kann. Durch ihn wird die dünnwandige Hohlwelle 3, die im Be­ reich der Vertiefung 23 noch weiter in der Wandstärke verringert ist, optimal abgestützt, so daß eine sichere Radialverspannung der Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 erreicht wird. Da der Gegenhaltering 19 in axialer Richtung etwa gleiche Länge wie der Spannkegel 24 hat, wird die beim Spannvorgang auftretende Radialkraft über die ganze Länge des Spannkegels aufgenommen. Der Spann­ kegel 24 selbst stützt sich am Boden 26 der Vertiefung 23 während des Spannvorganges ab, so daß beim Verschie­ ben des anderen Spannkegels 25 eine einwandfreie Ver­ spannung gewährleistet ist. Beim Anziehen der Spann­ schrauben 21 wird der Gegenhaltering 19 durch den Siche­ rungsring 22 gegen Axialverschieben zuverlässig abge­ stützt, so daß lediglich der Spannring 33 in Richtung auf den Gegenhaltering 19 axial verschoben wird. Die Ke­ gelwinkel der beiden Spannkegel 24, 25 liegen im selbst­ hemmenden Bereich.

Wird die Hohlwelle 3 auf infolge grober Toleranzen im Durchmesser unterschiedliche Antriebswellen 1 aufge­ setzt, dann können die Spannkegel 24, 25 infolge ihrer radialen Aufweitbarkeit für diese grob tolerierten An­ triebswellen eingesetzt werden. Bei unterschiedlichen Nenndurchmessern der Antriebswelle 1 können entsprechend dickere Spannkegel 25 eingesetzt werden. Da die beiden Spannkegel 24, 25 in axialer Richtung abgestützt sind, kann eine einwandfreie Verspannung der Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 erreicht werden.

Da die Durchtrittsöffnungen 41 des Spannringes 33 größe­ ren Durchmesser haben als die Schraubenschäfte, wirken die Spannschrauben 21 während des Spannvorganges nicht mit den Durchtrittsöffnungen 41 zusammen. Die vorteil­ haft als Gewindebohrungen ausgebildeten Durchtrittsöff­ nungen 41 werden aber dann herangezogen, wenn die Spann­ vorrichtung 4 gelöst werden soll. In diesem Falle werden zunächst die Spannschrauben 21 herausgeschraubt. Die Ra­ dialverspannung bleibt hierbei zunächst aufrechterhal­ ten, weil der Kegelwinkel der Spannkegel 24, 25 im selbsthemmenden Bereich liegt. Nunmehr werden in die Durchtrittsöffnungen 41 (nicht dargestellte) Abdrück­ schrauben so weit geschraubt, daß sie an der Stirnseite 46 des Gegenhalteringes 19 zur Anlage kommen. Vorteil­ haft wird der Spannring 33 geringfügig gegenüber dem Ge­ genhaltering 19 gedreht, so daß die Abdrückschrauben nicht in den Bereich der Gewindebohrungen 20 des Gegen­ halteringes 19 gelangen. Da der radial nach innen ge­ richtete Flansch 34 des Spannringes 33 geringen Abstand von der Antriebswelle 1 hat, läßt sich der Spannring 33 leicht verdrehen. Beim weiteren Einschrauben der Ab­ drückschrauben wird der Spannring 33 vom Gegenhaltering 19 abgedrückt. Hierbei wird durch den Sicherungsring 35 und den radial nach außen gerichteten Flansch 29 der Spannkegel 25 axial zurückgeschoben, wodurch die Spann­ wirkung aufgehoben wird. Da der Spannring 33 vor dem Ab­ drückvorgang gegenüber dem Gegenhaltering 19 gedreht worden ist, kommen die Abdrückschrauben im Bereich zwi­ schen den Gewindebohrungen 20 am Gegenhaltering 19 zur Anlage. Die Gewindebohrungen 20 des Gegenhalteringes 19 werden dadurch geschont, so daß der Eintrittsbereich dieser Gewindebohrungen 20 während des Abdrückvorganges nicht beschädigt wird. Auf die beschriebene Weise läßt sich die Spannvorrichtung 4 mühelos demontieren.

Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform sind zusätzlich zu den Durchtrittsöffnungen 41 wenig­ stens zwei Gewindebohrungen im Spannring 33 vorgesehen, die auf die Spannschrauben 21 abgestimmt sind. Dann kön­ nen zum Abdrücken des Spannringes 33 die Spannschrauben 21 herangezogen werden. Die Durchtrittsöffnungen 41 be­ nötigen in diesem Fall kein Gewinde.

Der eine Spannkegel 24 kann auch fest mit der Hohlwelle 3 verbunden, beispielsweise verschweißt, verklebt oder verstiftet sein. Auch kann der Spannkegel 24 einstückig mit der Hohlwelle 3 ausgebildet sein.

Claims (16)

1. Spannvorrichtung zur Befestigung eines Teiles, vor­ zugsweise einer Hohlwelle, auf einer Antriebswelle, mit zwei Spannkegeln, die mit Spannkegelflächen an­ einander liegen, zumindest teilweise im Bereich zwi­ schen dem zu spannenden Teil und der Antriebswelle angeordnet und durch mindestens ein ringförmiges Spannelement relativ zueinander verschiebbar sind, das mit dem einen Spannkegel axial fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem einen (3) der zu verspannenden Teile (1, 3) im Bereich der Spannkegel (24, 25) mindestens ein Kraftaufnahmeteil (19) ange­ ordnet ist, das die beim Spannvorgang auftretenden Radialkräfte aufnimmt und mit dem Spannelement (33) wirkverbunden ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (19) mit dem Spannelement (33) durch Spannschrauben (21) verbunden ist, die in das Kraftaufnahmeteil (19) schraubbar sind.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (21) das Spannelement (33) spielfrei durchsetzen und mit ihrem Kopf (42) an der vom Kraftaufnahmeteil (19) abgewandten Seite (43) des Spannelementes (33) an­ liegen.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (21) parallel zur Achse der Antriebswelle (1) liegen.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (19) ein Ring ist, der axial gesichert auf dem einen zu verspannenden Teil (3) sitzt.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (33) ein Ring ist, der mit axialem Abstand vom Kraftauf­ nahmeteil (19) angeordnet ist.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (25) mindestens einen Mitnehmer (29) aufweist, mit dem er mit dem Spannelement (33) axial fest verbunden ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (29) ein radial nach außen gerichteter Flansch des Spannke­ gels (25) ist.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (33) Gewindebohrungen (41) für den Durchtritt der Spann­ schrauben (21) aufweist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrungen (41) größeren Durchmesser haben als die Spannschrau­ ben (21).

11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (24) in einer innenseitigen Vertiefung (23) des einen zu verspannenden Teils (3) untergebracht ist.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vertiefung (23) der andere Spannkegel (25) ragt.

13. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des einen zu verspannenden Teiles (3) größer ist als der Nenndurchmesser der Antriebswelle (1).

14. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (33) gegenüber dem Kraftaufnahmeteil (19) drehbar ist.

15. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkegel (24, 25) radial elastisch aufweitbar sind.

16. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (24) mit dem einen zu verspannenden Teil (3) fest verbun­ den, vorzugsweise einstückig mit ihm ausgebildet ist.