DE60204814T2 - Befestigungmittel zum Verbinden von einem Maschinenteil mit einer Welle - Google Patents

Befestigungmittel zum Verbinden von einem Maschinenteil mit einer Welle Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Maschinenelement mit einer dieses verriegelnden Befestigungsvorrichtung im Einklang mit dem Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1, wie z. B. einer Rolle, einer Scheibe, einem Stirnrad oder dergleichen auf einer Welle.
  • Die Montage von Riemenscheiben oder Stirnrädern auf eine zylindrische Welle in einer solchen Weise, daß die Scheibe oder dergleichen gegen Bewegungen relativ zu der Welle in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung arretiert ist, kann auf unterschiedliche Art und Weise bewirkt werden. Entsprechend ist es üblich, eine Keilnut in der Welle und/oder im Hals oder der Nabe des Maschinenelements einzusetzen, wobei zum Verhindern einer relativen Bewegung in Umfangsrichtung ein Keil in die Keilnut eingefügt wird. Ein solches Arretieren erfordert jedoch eine teurere Bearbeitung der Keilnut in der Welle, reduziert die Stärke der Welle und kann im Zusammenhang mit leichten und kostengünstigen Hohlwellen kaum eingesetzt werden.
  • Ähnliche Einschränkungen sind bei der Verwendung von Gewindeverbindungen zu sehen, da diese ein Gewindeschneiden auf der Welle und der Innenfläche der Bohrung in dem Maschinenelement erfordern.
  • Zylindrische Wellen und Nabenverbindungen können selbstverständlich auch durch Preßsitz erreicht werden, der mit oder ohne die Verwendung einer Druckölanordnung erreicht wird, aber auch in diesem Fall ist es schwierig, Hohlwellen einzu setzen, wegen der großen radial nach innen gerichteten Kräfte.
  • In der EP 1 052 420 ist eine Befestigungsvorrichtung beschrieben, die zum Arretieren eines Maschinenelements mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung auf einer zylindrischen Welle gedacht ist, wobei die Bohrung einen Innendurchmesser besitzt, der größer als der Außendurchmesser der Welle ist, was zu einem ringförmigen Raum zwischen dem Maschinenelement und der Welle führt, in welchen ein Paar Elemente eingefügt ist, die zueinander passende, zusammenwirkende Schrägflächen haben, die einander zugewandt sind und bei Verlagerung zueinander dazu gedacht sind, ihre radiale Gesamthöhe zu verändern und dadurch eine Klemmkraft zwischen dem Maschinenelement und der Welle zu erhöhen oder zu reduzieren, wobei die Elemente ein erstes dünnwandiges Hülsenelement mit einer glatten Innenfläche, die zum Umschließen eines Teils der Welle angeordnet ist, und ein zweites, dünnwandiges Hülsenelement mit einer glatten Außenfläche sind, die zum Anliegen an der Bohrung des Maschinenelements gedacht ist, wobei das zweite Hülsenelement das erste Hülsenelement umschließt und das erste und zweite Hülsenelement an ihren jeweils einander zugewandten Flächen eine Mehrzahl sägezahnförmiger, axial aufeinanderfolgender Schrägbereiche besitzt, das zweite Hülsenelement mit einer seiner Stirnkanten an einem Anschlag anliegt, der an dem Maschinenelement ausgebildet ist, und das erste Hülsenelement über die gegenüberliegende Stirnkante des zweiten Hülsenelements hinausragt, so daß es für eine äußere Druckkraft leicht zugänglich ist, die eine solche gegenseitige Verlagerung zwischen dem ersten und zweiten Hülsenelement bewirkt.
  • Eine solche Befestigungsvorrichtung würde sehr gut funktionieren, hat aber den Nachteil, daß sie es erfordert, dem Größenverhältnis zwischen der Welle und der Bohrung der Scheibe große Bedeutung zuzumessen, um den Erhalt einer geeigneten Befestigung zu ermöglichen. Dies macht es notwendig, eine erhebliche Vielzahl unterschiedlicher Größen der Hülsenelemente vorzusehen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Befestigungsvorrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, die zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile verbessert worden ist und für eine breite Vielzahl an Bohrungsdurchmessern der Scheibe mit nur wenigen verschiedenen Größen einsetzbar ist, und dies ist dadurch erreicht worden, daß die Vorrichtung mit den in den beigefügten Ansprüchen ausgeführten Merkmalen versehen worden ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt eines Maschinenelements, das mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik an einer Welle arretiert ist;
  • 2 eine entsprechende Ansicht, die einen Teil Scheibe zeigt die mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung an einer Welle arretiert ist;
  • 3 eine Darstellung ähnlich 2, die aber eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung zeigt und
  • 4 eine 3 entsprechende Darstellung, die eine Befestigungsvorrichtung in einer etwas kompakteren Ausführung zeigt.
  • 1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung aus dem Stand der Technik entsprechend der zuvor erwähnten EP 1 052 420 . Bei dieser Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik ist im Querschnitt ein Bereich einer Hohlwelle 10 gezeigt, an welcher ein Maschinenelement 11 befestigt ist, das nur teilweise gezeigt ist und beispielsweise eine Scheibe sein kann. Wie gezeigt, besitzt die Hohlwelle 10 eine zylindrische äußere Hüllfläche und das Maschinenelement 11 besitzt eine Bohrung von zylindrischer Form und einen Durchmesser, der den Außendurchmesser der Welle übersteigt. An einer Stirnseite der Bohrung in dem Maschinenelement 11 ist jedoch ein Absatz 12 vorgesehen, der nur einen etwas größeren Durchmesser als die Welle besitzt, wodurch lediglich solch ein Spiel verbleibt, daß das Maschinenelement leicht bis zu einer gewünschten Arretierstellung auf die Welle gedrückt werden kann. Der zwischen der Innenfläche der Bohrung in dem Maschinenelement 11 und der äußeren Hüllfläche der Welle 10 ausgebildete ringförmige Raum 13 besitzt eine gewisse Radialabmessung x. In diesem Raum wird der primäre Teil der Befestigungsvorrichtung eingefügt, d. h. die zweiteilige Hülse 15.
  • Diese zweiteilige Hülse besitzt eine erste oder innere Hülse 15a mit einer zylindrischen Innenfläche und einer Außenflä che, die mit einer durchgängigen axialen Reihe an schrägen, im wesentlichen sägezahnförmigen Oberflächenelementen versehen ist, wobei ein erstes Oberflächenelement b von einem größeren Durchmesser zu einem kleineren Durchmesser geneigt ist, gefolgt von einem nachfolgenden Oberflächenelement c, das mit dem ersten Element b über ein im wesentlichen radiales Wandelement d verbunden ist, so daß das Ende des Elements c nahe dem engeren Ende des Abschnittes b im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie das Element b an seinem größten Ende, d. h. dem von dem zweiten Abschnitt c entfernt liegenden Ende, besitzt. Der zweite Abschnitt c ist mit dem nachfolgenden Abschnitt e verbunden und verhält sich zu diesem in gleicher Weise wie das Verhältnis zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt b bzw. c, usw. Der zweite oder äußere Teil 15' der zweiteiligen Hülse ist als ein umgekehrtes Abbild des ersten, inneren Hülsenteils 15a ausgestaltet und besitzt eine zylindrische äußere Hüllfläche, während seine Innenfläche mit sägezahnförmigen Oberflächenelementen versehen ist, die komplementär zu denjenigen des ersten Hülsenteils 15a sind. Das äußere Hülsenelement 15' ist so angeordnet, daß es die innere Hülse 15a umschließt, wobei ein kurzer Abschnitt f der inneren Hülse 15a axial aus dem Innenraum der zweiten, äußeren Hülse 15' herausragt.
  • Die Befestigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik umfaßt auch ein Ringelement 16, das um die Welle 10 auf der Seite des Maschinenelements 11 angeordnet ist, die von dessen Absatz 12 wegweist. Das Ringelement 16 ist mit einer Anzahl axialer Durchgangsbohrungen 16a versehen, die jeweils einen Bolzen 17 aufnehmen, die sich durch die Durchgangsbohrungen 16a erstrecken und in entsprechende Gewindebohrungen 18 in dem Maschinenelement 11 eingeschraubt sind. Dieses Ringele ment 16 liegt an dem vorspringenden Hülsenbereich f der inneren Hülse 15a an, und durch Anziehen der Bolzen 17 ist es möglich, die innere Hülse 15 dazu zu bringen, sich axial relativ zu der äußeren Hülse 15' zu bewegen, wodurch die zusammenwirkenden Schrägflächen der Innenhülse 15a und der Außenhülse 15' dazu gebracht werden, aufeinander zu gleiten und dadurch zunächst die Radialabmessung x des Raumes 13 zu erreichen und daraufhin bei fortgesetztem Anziehen der Bolzen den Halt zwischen der Befestigungsvorrichtung und der Welle 10 und zwischen der Befestigungsvorrichtung und dem Innenraum des Maschinenelements 11 zu erhöhen, bis man einen festen Halt in der Umfangsrichtung und auch in axialer Richtung erhält.
  • Durch den Umstand, daß die aufeinanderfolgenden, sägezahnförmigen Schrägabschnitte als einstückige Einheit ausgebildet sind, erreicht man auch, daß die Befestigungsvorrichtung in ihrem Sitz ohne Risiken für eine Fehlausrichtung zentriert wird, und außerdem wird die Handhabung und Lagerhaltung der Befestigungsvorrichtung vereinfacht.
  • Die Befestigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie sie beschrieben und in 1 dargestellt worden ist, ergibt ein sehr gutes und zuverlässiges Befestigungsresultat, aber das Arretieren der Scheiben oder dergleichen mit einer Vielzahl verschiedener Bohrungsdurchmesser erfordert die Lagerhaltung einer großen Vielzahl an Größen der Befestigungsvorrichtung oder eine getrennte Herstellung für verschiedene Verhältnisse zwischen Bohrungs- und Wellendurchmesser.
  • In 2 ist eine der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik nach 1 entsprechende Ansicht einer ersten Aus führungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gezeigt. Wie man bei dieser Ausführungsform sehen kann, umfaßt das System hier auch eine Welle 20, ein Maschinenelement oder eine Scheibe 21 (von der nur ein Teil gezeigt ist), ein Ringelement 26, das um die Welle 20 angeordnet ist, und eine Anzahl an Bolzen 27, die sich durch Bohrungen in dem Ringelement erstrecken und in Gewindebohrungen 28 in der Scheibe 21 eingeschraubt sind. Um die Welle 20 ist auch eine zweiteilige Hülse 25 von gleicher Form und Funktion wie die zweiteilige Hülse 15 bei der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik nach 1 vorgesehen.
  • Jedoch weicht das erfindungsgemäße Maschinenelement mit einer Befestigungsvorrichtung von der Ausführungsform nach dem Stand der Technik dadurch ab, daß die Bohrung 24 der Scheibe 21 schräg zuläuft und nicht zylindrisch ist wie die Bohrung bei der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik. Ein zweiter Zwischenring 29 mit einer schrägen äußeren Hüllfläche 30 ist mit einer zylindrischen Innenfläche 21a versehen, die gemeinsam mit der Hüllfläche der Welle 20 einen Raum definiert, in welchem das zweiteilige Hülsenelement 25 angeordnet ist. An einem seiner Stirnenden besitzt der Zwischenring 29 einen nach innen weisenden Flansch 22, der einen Durchmesser besitzt, der im wesentlichen demjenigen der Welle 20 entspricht, um es dem Zwischenring 29 zu ermöglichen, einfach auf der Welle 20 positioniert zu werden. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist der Zwischenring 29 an einem Stirnende mit einem radial nach außen weisenden Flanschelement 31 versehen, das mit sich axial erstreckenden Bohrungen 32 versehen ist, die entsprechend den Positionen der Bohrungen in dem ersten Ringelement 26 und den Bohrungen 28 in der Scheibe 21 angeordnet sind, und leicht drehbar ist, um diese zueinander fluchtend auszurichten.
  • Die Wirkweise der zweiteiligen Hülse 25 ist die gleiche wie bei dem Hülsenelement 15 der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik, d. h. wenn der Zwischenring 29 einer erheblichen Axialkraft nach links im Sinne der Zeichnung ausgesetzt ist, wird das äußere Hülsenelement der zweiteiligen Hülse 25 nach rechts gedrückt, indem es durch den durch den sich nach innen erstreckenden Flansch 22 an dem Zwischenring 29 gebildeten, benachbarten Absatz berührt wird. Das innere Hülsenelement der zweiteiligen Hülse 25 wird jedoch an dem ersten Ringelement 26 anliegen und das äußere Hülsenelement wird daher über das innere Hülsenelement hochwandern und dadurch die radiale Gesamthöhe des Paares an Hülsenelementen erhöhen und dadurch auch den Halt der zweiteiligen Hülse 25 gegen die Welle und gegen den Zwischenring 29 vergrößern und dadurch die Kraft steigern, die den Zwischenring 29 an der Welle 20 arretiert.
  • 3 und 4 zeigen in 2 entsprechenden Darstellungen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Maschinenelements mit Befestigungsvorrichtung, die geringfügig von derjenigen entsprechend 2 abweichen. Identische oder ähnliche Bauteile sind in den unterschiedlichen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden, während Bauelemente unterschiedlicher Ausführung mit neuen Bezugszeichen versehen worden sind.
  • In 3 ist daher eine Welle 20 gezeigt, an welcher ein ringförmiges Maschinenelement, wie z. B. eine Scheibe 21 angebracht ist. Eine zweiteilige Hülse 25 und ein erstes Ringelement 26 sind um die Welle 20 angeordnet. Eine Anzahl Bol zen 27 sind durch Bohrungen in dem ersten Ringelement eingefügt und befinden sich mit entsprechenden Gewindebohrungen 28 in der Scheibe 21 in Gewindeverbindung. Die Scheibe 21 besitzt eine kegelige Bohrung 24 und zwischen der zweiteiligen Hülse 25 und der Bohrung 24 der Scheibe ist ein Zwischenring 39 angeordnet, der eine kegelförmige äußere Hüllfläche 40 entsprechend der kegeligen Bohrung 24 der Scheibe besitzt. Dieser Zwischenring 39 besitzt einen nach innen ragenden Flansch 42, der den Umfang der Welle eng umschließt und dadurch auch einen Ringabsatz bildet, der auf die äußere Hälfte der zweiteiligen Hülse 25 wirkt, wenn er einer Axialkraft ausgesetzt ist, in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik entsprechend 1 beschrieben. Der Hauptunterschied im Vergleich zu dem Zwischenring 29 der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach 2 besteht darin, daß der Zwischenring 39 keinen sich nach außen erstreckenden Flansch ähnlich dem Flansch 31 der Ausführungsform nach 2 aufweist. Die Bolzen 27 erstrecken sich in diesem Fall direkt von den Bohrungen in dem ersten Ringelement 26 aus und treten in die Gewindebohrungen 28 in der Scheibe 21 ein. Die Funktion und Wirkweise der Befestigungsvorrichtung sind, wie in dieser Abbildung dargestellt ist, die gleiche wie bei den Ausführungsformen gemäß 2.
  • In 4 ist schließlich eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die ähnlich der Ausführungsform gemäß 3 ist, aber eine zweiteilige Hülse 25' mit wesentlich kürzerer Axialgröße als die entsprechende Einzelheit in 3 besitzt. Es ist daher auch möglich, einen Zwischenring 39' von wesentlich kürzerer Axiallänge einzusetzen. Eine solche kürzere Gestaltung der Befestigungsvorrichtung kann vorzugsweise dann eingesetzt werden, wenn die zwischen der Welle und der Scheibe zu übertragenden Kräfte relativ klein sind.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß 3 und 4 haben die Bolzen 27 keine zwischenliegende Führung über Bohrungen in einem sich von dem Zwischenring 39, 39' nach außen erstreckenden Flansch, aber bei den meisten Anwendungen ist eine solche zwischenliegende Führung nicht notwendig.
  • Die die Teile des erfindungsgemäßen Maschinenelements mit der Befestigungsvorrichtung bildenden Bauelemente können zeitweise miteinander verbunden und als Einheit nach der Montage zusammengehalten sein und können zur Einsatzstelle als eine Einheit geliefert werden, die dann, wenn sie eingebaut wird, auf die Welle in die gewünschte Position gedrückt wird, woraufhin die Bolzen angezogen werden, bis der Halt zwischen den verschiedenen zusammenwirkenden Flächen das gewünschte Maß erreicht. Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß Bolzen und Kegelabschnitte normaler Art eingesetzt werden können.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen gezeigte und im Zusammenhang damit beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind Abwandlungen und Varianten im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche möglich.

Claims (5)

  1. Maschinenelement mit einer dieses verriegelnden Befestigungsvorrichtung, das eine Bohrung (24) um eine zylindrische Welle (20) aufweist, wobei die Bohrung größer als der Wellendurchmesser ist, was zwischen dem Maschinenelement und der Welle zu einem ringförmigen Raum führt, der Mittel der Befestigungsvorrichtung zum Erzeugen einer Klemmkraft zwischen dem Maschinenelement und der Welle einschließt, die eine zweiteilige, dünnwandige Hülse (25) umfassen, die passende, zusammenwirkende Schrägflächen aufweist, die einander zugewandt sind und bei Verlagerung zueinander dazu gedacht sind, die radiale Gesamthöhe der Hülse zu verändern, wobei die zwei Teile der Hülse (25) Hülsenelemente sind, die sägezahnförmige, axial aufeinanderfolgende Schrägflächen an den Hüllflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und ein erstes Ringelement (26) der Befestigungsvorrichtung im Einsatz auf der Welle (20) sitzt, einen Anschlag für ein erstes der Hülsenelemente bildet und ferner Mittel (26) der Befestigungsvorrichtung zum Bewirken einer Bewegung des Maschinenelements (21) entlang der Welle abstützt, wodurch es die Verlagerung der Hülsenelemente der zweiteiligen Hülse (25) zueinander verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenring (29, 39, 39') der Befestigungsvorrichtung zwischen der zweiteiligen Hülse (25) und dem Maschinenelement (21) angeordnet ist, wobei die Bohrung des Maschinenelements eine Kegelbohrung (24) ist, der Zwischenring (29, 39, 39') eine äußere Hüllfläche mit entsprechender Kegelform besitzt und das Ringelement einen nach innen weisenden Flansch (22, 42) aufweist, der an der Stirnseite des Zwischenrings von dem ersten Ringelement abgewandt angeordnet ist, wobei der Flansch (22, 42) eine Anlage für das zweite der Hülsenelemente bildet und dadurch eine Axialverlagerung des Maschinenelements in die Verlagerung der Hülsenelemente der zweiteiligen Hülse (25) zueinander überträgt.
  2. Maschinenelement mit einer Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (27) zum Bewirken einer Bewegung des Maschinenelements (21) entlang der Welle (20) Bolzen sind, die in Durchgangsbohrungen in dem ersten Ringelement (26) eingefügt sind und zum Zusammenwirken mit Gewindebohrungen (28) in dem Maschinenelement vorgesehen sind.
  3. Maschinenelement mit einer Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (29) einen nach außen weisenden Flansch (31) aufweist, der Durchgangsbohrungen (32) zum Führen der Bolzen (27) zwischen dem ersten Ringelement (26) und den Gewindebohrungen (28) in dem Maschinenelement aufweist.
  4. Maschinenelement mit einer Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nach außen weisende Flansch (31) des Zwischenrings (29) an der Stirnseite des Zwischenrings liegt, die dem nach innen weisenden Flansch (22) entgegengesetzt liegt.
  5. Maschinenelement mit einer Befestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenelement eine Riemenscheibe, eine Rolle, ein Stirnrad (21) oder dergleichen ist.
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