DE4342348C1 - Zahnscheibe mit Spannelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnscheibe, insbesondere für Zahnriemen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Zahnscheiben werden im allgemeinen in Antriebs­ strängen verwendet, in denen zwei zu koppelnde Wellen in einem größeren Abstand voneinander angeordnet sind, so daß eine unmittelbare Verbindung über eine Ritzel/Zahnradpaarung nicht möglich ist. Zur Überwindung der Distanz werden des­ halb häufig Zahnriemen eingesetzt, die eine schlupffreie Übertragung der Drehbewegung ermöglichen. Das Beispiel eines derartigen Antriebs ist aus der DE 88 06 099 U1 bekannt, in der ein sog. Servo-Antrieb als parallel gekoppelter Linear­ antrieb verwendet wird. Dort besteht das Problem, daß am Abtriebszapfen des dem Antriebsmotor nachgeschalteten Unter­ setzungsgetriebe eine Zahnscheibe verdrehfest anzubringen ist.

Bislang wurde hierfür eine Paßfederverbindung zur Kopplung der Abtriebswelle mit der Nabe der Zahnscheibe verwendet. Hierzu ist eine Paßfeder in einer Nut der Abtriebswelle eingelegt und greift in eine korrespondierende Aussparung der Nabe ein. Die Kraftübertragung erfolgt über die Flanke der Paßfeder. Nachteilig bei einer derartigen Paßfederver­ bindung ist, daß insbesondere bei häufig wechselnder Bela­ stung, beispielsweise infolge eines Betriebs mit variabler Drehzahl und/oder Drehrichtungsumkehr, der verschleiß sehr hoch ist. Das hierdurch sich ergebende Spiel in der Paßfe­ derverbindung ist prinzipiell unerwünscht, da hierunter die Genauigkeit der Positionierung leidet. Auch wird der gesamte Antriebsstrang im kaufe der Zeit in Mitleidenschaft gezogen, da insbesondere im Falle einer Drehrichtungsumkehr zunächst die lose innerhalb der Verbindung durchlaufen werden und danach die Kraftübertragung schlagartig einsetzt. Diese dynamischen Lastspitzen können zu einem vorzeitigen Schaden des Antriebsstrangs führen bzw. erfordern eine stärkere Dimensionierung der an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile.

Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, die Verbin­ dung zwischen der Abtriebswelle und der Nabe kraftschlüssig in Form einer Konusverbindung auszuführen. Hierbei wird ein handelsübliches Spannelement in der Nabe der Zahnscheibe integriert und erlaubt damit eine spielfreie Kopplung von Abtriebswelle und Zahnscheibe. Nachteilig bei einer derarti­ gen Lösung ist, daß sie einen hohen Platzbedarf besitzt. Insbesondere muß die Zahnscheibe mit einem sehr großen Durchmesser ausgeführt sein, damit in die Nabe das Spannele­ ment eingesetzt werden kann. Dies steht häufig im Wider­ spruch zu dem Erfordernis, aus Gründen eines vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses eine Zahnscheibe mit geringer Zähnezahl zu realisieren. Weiterhin bedeutet ein großer Durchmesser der Zahnscheibe ein hohes Massenträgheitsmoment, so daß der Antrieb sehr stark dimensioniert sein muß, um die gewünschte Dynamik zu realisieren. Hieraus resultiert un­ mittelbar, daß eine derartige Lösung sehr kostenintensiv ist.

Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten ist deshalb auch schon in der DE 82 23 493 U1, von der die Erfindung ausgeht, vorgeschlagen worden, die Zahnscheibe mit einem die eigent­ liche Verzahnung tragenden Scheibenkörper auszuführen, an den stirnseitig ein Konusring angeformt ist. Scheibenkörper und Konusring sind somit axial aneinanderliegend angeordnet und weisen eine gemeinsame, axial durchgehende Aufnahmeboh­ rung für die Welle auf. Auf dem vom Scheibenkörper abstehen­ den Konusring ist ein Spannring aufgesetzt, der in bezug auf den Scheibenkörper koaxial verschiebbar ist, wobei infolge der Axialverschiebung der Konusring betätigt wird, so daß das Spannelement klemmend an der Welle verdrehfest, d. h. kraft­ schlüssig anbringbar ist.

In diesem Fall ist also das Spannelement nicht mehr voll­ ständig innerhalb der Nabe angebracht, vielmehr sind Teile der Zahnscheibe selbst als Spannelement gestaltet und es gelingt, den Durchmesser der Zahnscheibe insgesamt gering zu halten. Das Betätigungselement für den Konus, nämlich der Spannring, ist außerhalb des Verzahnungsbereichs angeordnet.

Beim Einsatz einer derartigen Zahnscheibe in Riemengetrieben stellt sich jedoch das Problem, daß der Zahnriemen in axi­ aler Richtung wandern kann und somit die Gefahr besteht, daß dieser von der Zahnscheibe abspringt. Es ist deshalb allge­ mein üblich, an den Stirnseiten des Scheibenkörpers Deck- bzw. Bordscheiben anzubringen, so daß ein Ablaufen des Zahnriemens von der Verzahnung verhindert wird. Aus der DE 42 12 312 A1 ist es bekannt, an einer Riemenscheibe Deck­ scheiben in Form von Ringen auszubilden, die auf den Schei­ benkörper aufgesetzt sind. Über die Art der Befestigung findet sich jedoch in diesem Dokument kein Hinweis.

Dem Grunde nach ist eine Übertragung dieser Deck- bzw. Bordscheiben auf eine Zahnscheibe der eingangs genannten Art möglich, doch ist der hierfür erforderliche Aufwand relativ hoch. So muß einerseits die Zahnscheibe in axialer Richtung breit ausgeführt sein, um zu beiden Seiten der Verzahnung hin Absätze zur Aufnahme der Bordscheiben vorzusehen. Hier­ durch erhöht sich nicht nur der Aufwand für die Fertigung der Zahnscheibe als solcher, sondern es ergibt sich ein zusätzlicher Montageaufwand für das Aufbringen der Bord­ scheiben.

Der Erfindung lag deshalb das Problem zugrunde eine Zahn­ scheibe der eingangs genannten Art derart weiterzuent­ wickeln, daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte die Zahnscheibe besonders zum Einsatz in Riemengetrieben geeignet und kostengünstig her­ stellbar sein.

Gelöst wird dieses Problem mit einer Zahnscheibe, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestal­ tungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unter­ ansprüche angegeben.

Die Erfindung basiert auf der Idee, den für die Betätigung des Konusrings erforderlichen Spannring so zu gestalten, daß er gleichzeitig die Funktion einer Bordscheibe übernehmen kann. Konkret gelingt dies dadurch, daß der Außendurchmesser des Spannrings zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Scheibenkörpers bzw. der Kopfkreis der Verzahnung, so daß eine axiale Führung für den Zahnriemen gegeben ist. Damit entfällt nicht nur ein ansonsten zusätz­ liches Bauteil in Form einer Bord- bzw. Deckscheibe, auch entfällt die Notwendigkeit, an der Zahnscheibe eine Aufnahme für die Deckscheibe vorzusehen. Schließlich ist der Montage­ aufwand erheblich reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann stirnseitig, dem Konusring gegenüberliegend, eine Deckscheibe angebracht sein, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurch­ messer des Scheibenkörpers, so daß sich hierdurch eine weitere, leicht anzubringende Bordscheibe als Führungsele­ ment für den Zahnriemen realisieren läßt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Scheibenkörper mehrere axiale Durchgangsbohrungen auf, die von Spannschrauben durchsetzt sind, welche in korrespondie­ rende Gewindebohrungen des Spannrings eingreifen und somit die Axialverschiebung ermöglichen. Die Durchgangsbohrungen können hierbei radial dicht unterhalb der Verzahnung ange­ bracht sein, so daß gemäß einem ersten Aspekt eine äußerst kompakte Bauweise realisierbar ist. Ein zweiter Aspekt dieses Merkmals ist darauf gerichtet, eine Serie von Zahn­ scheiben bereitzuhalten, die sich lediglich hinsichtlich des Durchmessers der Aufnahmebohrung für die Abtriebswelle unterscheiden, im übrigen aber übereinstimmend gestaltet sind. Dies erlaubt es, für eine Reihe unterschiedlicher Durchmesser Zahnscheiben zu konzipieren, die durch einfachen Austausch des Scheibenkörpers, aber unter Beibehaltung aller übrigen Elemente, wie Spannscheiben, Spannschrauben, etc. auf unterschiedliche Durchmesser von Abtriebswellen abge­ stimmt sein können.

Mit Vorteil können die Spannschrauben gleichzeitig dazu verwendet werden, um stirnseitig, der Spannscheibe gegen­ überliegend, die Deckscheibe anzubringen.

Schließlich kann der Scheibenkörper eine axial durchgehende Gewindebohrung aufweisen, so daß die Konusverbindung durch Eindrehen einer entsprechenden Schraube, die axial auf den Spannring drückt, leicht lösbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Zahnscheibe im Längsschnitt,

Fig. 2 Zahnscheibe gemäß Fig. 1 in Explosions­ darstellung (Montagestellung) und

Fig. 3 Bauteile der Zahnscheibe in Demontage­ stellung.

Eine Zahnscheibe besteht aus einem Scheibenkörper 20, einem Spannring 10, einer Deckscheibe 30, sowie mehreren Spann­ schrauben 40.

Der Scheibenkörper 20 trägt am Umfang eine Verzahnung 21. Sie dient dazu, mit einer Verzahnung eines Zahnriemens zu kämmen. Stirnseitig am Scheibenkörper 20 ist ein Konusring 25 angeformt. Der Scheibenkörper 20 einschließlich des daran angeformten Konusrings 25 werden von einer axial durchgehen­ den Aufnahmebohrung 22 durchsetzt. Der Durchmesser der Aufnahmebohrung 22 ist exakt auf den Durchmesser der Ab­ triebswelle abgestimmt.

Auf den Konusring 25 ist der Spannring 10 aufsetzbar. Die gewünschte Klemmwirkung wird dadurch erzeugt, daß der Spann­ ring 10 axial auf den Scheibenkörper 20 zubewegt wird. Diese Betätigung erfolgt durch die Spannschrauben 40, die in Durchgangsbohrungen 23 des Scheibenkörpers 20 eingeschoben sind und in korrespondierende Gewindebohrungen 13 dem Spann­ rings 10 eingreifen. Die Spannschrauben 40 liegen hierbei axial unter Zwischenlage der Deckscheibe 30 am Scheibenkör­ per 20 an und stützen sich hierüber ab. Sie durchdringen die Deckscheibe 30 an entsprechend angeordneten Befestigungsboh­ rungen 33.

Die Deckscheibe 30 besitzt eine Aufnahmebohrung 32, die zumindest geringfügig größer ist als die Aufnahmebohrung 22, damit das Einschieben der Abtriebswelle nicht behindert wird. In der Regel ist der Durchmesser der Aufnahmebohrung 32 so groß ausgeführt, daß lediglich ein relativ kleiner Steg zu den Befestigungsbohrungen 33 hin stehenbleibt. Damit kann die Deckscheibe 30 für eine Vielzahl von austauschbaren Scheibenkörpern 20 mit unterschiedlichen Durchmessern der Aufnahmebohrung 22 verwendet werden.

Zur Erhöhung der Klemmkraft ist der Konusring 25 mit mehre­ ren, gleichmäßig am Umfang verteilten Axialschlitzen 26 versehen, die die gewünschte elastische Deformation zur Erzeugung der Klemmkraft erleichtern.

Zur Erleichterung der Demontage, d. h. des Lösens des Spann­ rings 10 vom Konusring 25, ist eine Gewindebohrung 24 im Scheibenkörper 20 angebracht. Sie ist auf einen axialen Bereich des Spannrings 10 gerichtet, der keine Bohrung aufweist. Somit drückt eine in die Gewindebohrung 24 einge­ drehte Schraube 41 den Spannring 10 axial vom Scheibenkörper 20 weg, so daß der Konusring 25 in seine Ausgangslage zu­ rückkehrt und die Klemmverbindung gelöst ist.

Die Außendurchmesser von Spannring 10 und Deckscheibe 30 sind größer ausgeführt als der Außendurchmesser des Schei­ benkörpers 20, und damit des Kopfkreises der Verzahnung 21, so daß ein aufgelegter, hier nicht dargestellter Zahnriemen axial zwischen dem Spannring 10 und der Deckscheibe 30 geführt ist. Der entsprechende Flankenbereich von Spannring 10 und Deckscheibe 30 kann leicht schräg, nach außen zurück­ weichend gestaltet sein, um ein Klemmen des Zahnriemens zu vermeiden.

Der modulare Aufbau der Zahnscheibe erlaubt unter Beibehal­ tung von Spannring 10, Deckscheibe 30, sowie der Spann­ schrauben 40, unterschiedliche Scheibenkörper 20 einzu­ setzen. So können Scheibenkörper 20 unterschiedlichen Durch­ messers der Aufnahmebohrung 22 vorrätig gehalten werden, um eine Bandbreite unterschiedlicher Durchmesser von Abtriebs­ wellen bedienen zu können. Die Zahl der unterschiedlichen Bauteile läßt sich hierdurch äußerst gering halten. Dies ist der Grund dafür, daß die Durchgangsbohrungen 23 für die Spannschrauben 40 möglichst dicht unterhalb der Verzahnung 21 angeordnet sind. Somit kann der Kernbereich des Scheiben­ körpers 20 weitgehend freigehalten werden. Dies gilt insbe­ sondere auch für die Konusöffnung 12 innerhalb des Spann­ rings 10, die dicht bis an die Gewindebohrungen 13 heran­ reicht.

Bezugszeichenliste

10 Spannring
12 Konusöffnung
13 Gewindebohrung
20 Scheibenkörper
21 Verzahnung
22 Aufnahmebohrung
23 Durchgangsbohrung
24 Gewindebohrung
25 Konusring
26 Axialschlitz
30 Deckscheibe
32 Aufnahmebohrung
33 Befestigungsbohrung
40 Spannschraube
41 Schraube

Claims (5)

1. Zahnscheibe, insbesondere für Zahnriemen, mit einem eine Verzahnung tragenden Scheibenkörper, an dem stirnseitig ein Konusring angeformt ist, wobei der Scheibenkörper und der Konusring eine gemeinsame, axial durchgehende Aufnahmebohrung für eine Welle, insbesondere für eine Antriebswelle eines Motors oder Getriebes, aufweisen, sowie einem in bezug auf den Scheibenkörper koaxial verschiebbaren Spannring, mit dem der Konusring betätig­ bar und damit das Spannelement an der Welle verdrehfest anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ durchmesser des Spannrings (10) zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Scheibenkörpers (20) [Kopfkreis der Verzahnung (21)].

2. Zahnscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig am Scheibenkörper (20), dem Konusring (25) gegenüberliegend, eine Deckscheibe (30) angebracht ist, deren Außendurchmesser zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Scheibenkörpers (20).

3. Zahnscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (20) mehrere axiale Durchgangsbohrungen (23) aufweist, die von Spannschrauben (40) durchsetzt sind, welche in korrespondierenden Gewindebohrungen (13) des Spannrings (10) im Eingriff sind.

4. Zahnscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (30) mehrere axiale Befestigungsbohrun­ gen (33) besitzt, die hinsichtlich Anzahl, Anordnung und Durchmesser auf die Durchgangsbohrungen (23) des Schei­ benkörpers (20) abgestimmt sind.

5. Zahnscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (20) eine axial durchgehende Gewindebohrung (24) besitzt.