DE29822338U1

DE29822338U1 - Spannsatz

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Publication number: DE29822338U1
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Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2008-12-16
Also published as: AU5744299A; WO2000036315A1

Description

PALGEN, SCHUMACHER

DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTE

UNSERZEiCHEN: 98 826 P/at Düsseldorf_:den 11. Dezember 1998

- AKTEN-NR. 27

Herrn

Ralph Müllenberg
Im Wiesengrund 6

41516 Grevenbroich

Spannsatz

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannsatz der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Spannsätze sind in einer Vielzahl von Varianten bekannt. Die Konuselemente werden mittels der Spannschrauben gegeneinander gezogen, wodurch eine radiale Aufweitung oder Stauchung des Doppelkonusringelements eintritt und die radiale Verkleminung der miteinander zu verbindenden Bauteile bewirkt wird.

Ein erstes Beispiel eines solchen Spannsatzes ist in der EP 808 428 Bl, Fig. 2 dargestellt. Hierbei geht es um die kraftschlüssige Festsetzung eines äußeren Bauteils auf einer Hohlwelle, innerhalb derer der Spannsatz vorgesehen ist, der bei Verspannung die Hohlwelle radial etwas auseinanderdrückt und dadurch unter Reibungsschluß an der Ausnehmung des äußeren Bauteils eine Verklemmung herbeiführt.

D-40239 DUSSELbckf^MULVANtKI&A^SE 2 _#T*BLBiON 4?V Jlty Ji*'l45 - CJ TJELE^AX 49 / 211 / 96 145 - 20

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POSTBANK KÖLN (BLZ 370 100 50) 115 211 - 504

Der Spannsatz dieser bekannten Ausführungsform umfaßt zwei Konuselemente in Gestalt von Konusscheiben, die am äußeren Umfang Konusflächen aufweisen, die einen unterhalb des Selbsthemmungwinkels (ca. 7° bei Stahl auf Stahl ohne Schmierung) liegenden Konuswinkel aufweisen. Auf den Konusflächen sitzen Zwischenringe, die mit ihrem Innenumfang flächig auf den Konusflächen der Konuselemente anliegen und deren äußere Umfangsflachen ebenfalls Konusflächen, jedoch mit einem über dem Selbsthemmungswinkel liegenden Konuswinkel bilden. Diese Konusflächen liegen wiederum gegen die konischen Innenumfangsflächen eines Doppelkonusrings an, der seine größte Wandstärke in der Mitte hat und mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche gegen die Innenumfangsflache der Hohlwelle anliegt.

Es wurde beobachtet, daß beim Lösen der Spannschrauben sich ein Konuselement mit dem zugehörigen Zwischenring an den Konusflächen mit dem größeren Konuswinkel löst, während das andere Konuselement verspannt bleibt. Es kann dann, wenn alle Spannschrauben herausgedreht sind zu einem nachfolgenden plötzlichen Lösen des zweiten Konuselements kommen, welches zusammen mit dem Zwischenring über die Konusfläche mit dem größeren Konuswinkel abrupt abgleitet, zum Beispiel ausgelöst durch einen Stoß. Die verbleibende Spannkraft ist in der Lage das betreffende Konuselement axial aus dem Spannbereich herauszuschleudern und Unfälle zu verursachen.

Es ist zwar Gegenstand der für die Handhabung derartiger Spannsätze erlassener Betriebsvorschriften, daß nicht alle Spannschrauben gleichzeitig herausgeschraubt werden dürfen, doch kann in der Praxis eine Gewähr für die Einhaltung dieser Vorschrift nicht gegeben werden und der geschilderte Fall des Herausschleuderns eintreten.
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Das anfängliche "Hängenbleiben" des eine Konuselements nach dem Lösen sämtlicher Spannschrauben kann zum Beispiel durch die in der EP 808 428 Bl gezeigten radialen Ausnehmungen der Zwischenringe bedingt sein, die einen Zweck nur während der Verspannung ausüben sollen, nämlich verhindern sollen, daß die Zwischenringe bei hoher Spannkraft zwischen den Konuselementen und dem Doppelkonusring herausgequetscht werden. Wenn diese Funktion bei dem hängenbleibenden Konuselement weiterhin ausgeübt wird, führt dies natürlich zu einer gewissen Erschwernis des Lösens und unter Umständen zu dem erwähnten Hängenbleiben, was durch äußere Einflüsse dann plötzlich aufgehoben wird. Es können aber auch Effekte wie Rostbildung auf den Konusflächen zu einer vergleichbaren Situation Anlaß sein, und zwar auch, wenn die besagten Ausnehmungen in den Zwischenringen nicht vorhanden sind.

Probleme mit einem unvermittelten Lösen von Spannsätzen bei gelösten Spannschrauben kann es aber auch bei Spannsätzen ohne Zwischenringe geben, z.B. bei sogenannten Schrumpf scheiben etwa nach der DE-AS 1 294 751. Die genannten Probleme und ihre erfindungsgemäße Lösung sind also nicht an das Vorhandensein von Zwischenringen gebunden. Eine der beiden Schrumpfscheiben bei der bekannten Ausführungsform kann trotz eines außerhalb des Selbsthemmungswinkels liegenden Konuswinkels zunächst verspannt bleiben, zum Beispiel durch Passungsrost, und sich dann bei gelösten Spannschrauben plötzlich lösen, wobei Abschleuderungen eine Unfallgefahr heraufbeschwören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Unfallgefahr zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Die Sicherheitselementanordnung hält also die Konuselemente axial derart zusammen, daß sie sich nicht über eine gewisse Entfernung hinaus voneinander hinwegbewegen, insbesondere beim plötzlichen Lösen nicht wegfliegen können. Bei der Verspannung und dem Lösen des Spannsatzes ist die Sicherheitselementanordnung nicht beteiligt, d.h. funktionslos. Es handelt sich um eine zusätzliche Anordnung, die außer den üblicherweise vorhandenen Spann- bzw. Abdrückschrauben vorgesehen ist.

Ein zusätzlicher Aspekt besteht darin, daß die Hauptteile des Spannsatzes auch unabhängig von den Spannschrauben zu einer als Ganzes handhabbaren Baugruppe zusammengehalten werden.

Die Erfindung kann insbesondere in der in Anspruch 2 wiedergegebenen Weise verwirklicht werden. Der Sicherheitskopfbolzen läßt eine gegenseitige axiale Verlagerung der Konuselemente zu, ohne in Aktion zu treten. Der zugelassene Verlagerungsweg entspricht dem Löseweg, den die beiden Konuselemente voneinander hinweg cius der Spannstellung in die Stellung der vollständigen Lösung zurücklegen.

Zweckmäßig ist der Sicherheitskopfbolzen gemäß Anspruch 3 als Sicherheitskopfschraube ausgebildet, die stramm in das erste Konuselement eingeschraubt ist. Der Ausdruck "stramm" soll bedeuten, daß die Sicherheitskopfschraube sich nicht leicht wieder herausdrehen lassen soll, damit sie nicht ohne weiteres zusammen mit den Spannschrauben entfernt werden kann. Dies kann zum Beispiel geschehen, indem die Sicherheitskopfschraube mit einem größeren Drehmoment gegen einen Anschlag geschraubt wird, indem die Toleranz der Gewindebohrung in dem ersten Konuselement entsprechend gewählt wird oder indem beim Einschrauben eine aushärtende Sicherungsmasse aus Kunststoff zugegeben wird.

Eine die Sicherheit weiter erhöhende Maßnahme ist Gegenstand des Anspruchs 4. Die Sicherheitskopfschraube wird bei der Herstellung des Spannsatzes angebracht, ist aber bei eingebautem Spannsatz von der Betätigungsseite der Spannschrauben her nicht zugänglich, so daß die Versuchung, die Sicherheitskopfschraube zusammen mit den Spannschrauben herauszudrehen, verringert ist.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 und 2 zeigen durch die Achse gehende Längsschnitte durch zwei Spannanordnungen mit dem erfindungsgemäßen Spannsatz.

Bei der Spannanordnung 100 der Fig. 1 ist das äußere Bauteil mit 1 bezeichnet. 1 kann ein Zahnrad, eine Seilscheibe, ein Trommelboden, eine Kurbelwange oder dergleichen sein. Das äußere Bauteil 1 soll auf einer Hohlwelle 2 befestigt werden, die mit ihrem Außenumfang 4 gerade in eine zylindrische Ausnehmung 3 des äußeren Bauteils 1 hineinpaßt.

In dem axialen Bereich des äußeren Bauteils 1 sitzt ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Spannsatz, der mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche 11 gegen den Innenumfang 5 der Hohlwelle 2 anliegt. Beim Verspannen des Spannsatzes 10 wird dieser radial aufgeweitet und drückt mit seiner zylindrischen Außenumfangsflache 11 gegen die Innenumfangs fläche 5, um die Hohlwelle 2 etwas aufzuweiten und auf diese Weise einen Reibschluß zwischen der Ausnehmung 3 und dem Außenumfang 4 der Hohlwelle 2 zu erzeugen und das äußere Bauteil 1 auf der Hohlwelle 2 festzuklemmen.

Der Spannsatz 10 umfaßt zwei Konuselemente 12,13 in Gestalt von massiven, außen kreisförmig begrenzten Scheiben,

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die am Außenumfang Konusflächen 14,15 aufweisen, deren Konuswinkel &agr; unterhalb des Selbsthemmungswinkels liegt und etwa 5° beträgt. Die Konuselemente 12,13, sind koaxial zu der Achse A der Hohlwelle 2 angeordnet. Die Konusflächen 14,15 sind so gerichtet, daß die Außendurchmesser der Konusflächen 14,15 auf den einander zugewandten Seiten der Konuselemente 12,13 am geringsten sind.

Auf den Konusflächen 14,15 sind Zwischenringe 16,17 an-Ji? geordnet, deren Innenumfangs flächen 18,39 den gleichen Konuswinkel &agr; wie die Konusflächen 14,15 aufweisen und auf diesen flächig anliegen. Auch die Außenumfangsflächen 19,20 der Zwischenringe 16,17 sind konisch, weisen jedoch einen oberhalb des Selbsthemmungswinkels liegenden Konuswinkel &bgr; auf, der in dem Ausführungsbeispiel 12° beträgt. Die Außenumfangsflachen 19,20 der Zwischenringe 16,17 liegen flächig auf den Konusflächen 21,22 eines Doppelkonusrings 25, dessen Konusflächen 21,22 so angeordnet sind, daß die größte radiale Wandstärke des Doppelkonusrings 25 in der Mitte liegt.

Die Verspannung des Spannsatzes 10 erfolgt durch Anziehen von Spannschrauben 23, die auf einem Teilkreis 24 zu mehreren über den Umfang verteilt vorgesehen sind und Durchgangsbohrungen 26 in dem Konuselement 12 durchgreifen und in Gewindebohrungen 27 des Konuselements 13 eingreifen. Die Spannschrauben 2 3 sind über den Teilkreis 24 dicht bei dicht verteilt, so daß durch Anziehen der Spannschrauben 23 die Konuselemente 12,13 mit großer Kraft axial gegeneinandergezogen werden und dabei die Zwischenringe 16,17 und den Doppelkonusring 25 radial auseinanderdrücken, um die Klemmkraft an der Ausnehmung 3 des äußeren Bauteils 1 zu erzeugen. Die Zwischenringe 16,17 und der Doppelkonusring 25 bilden also gemeinsam ein mit den Konuselementen 12,13 zusammenwirkendes Doppelkonusringelement.

Damit nicht zu viel von der Kraft der Spannschrauben 2 3 durch die bloße Verformung des Spannsatzes 10 verlorengeht, kann der Doppelkonusring 25 an einer Stelle in Umfangsrichtung geschlitzt sein, wie es durch die fehlende Schraffur in dem oberen Querschnitt angedeutet ist. 28 und 29 sind radiale durchgehende Ausnehmungen in den Zwischenringen 16,17, die verhindern sollen, daß bei einem starken Anziehen der Spannschrauben 23 die Zwischenringe 16,17 zwischen den benachbarten Konusflächen herausgedrückt werden.

Zum Lösen einer verspannten Spannanordnung 100 werden die Spannschrauben 2 3 gelöst. Wegen des außerhalb des Selbsthemmungswinkels liegenden Winkels &bgr; sollten dabei grundsätzlich sich auch beide Konuselemente 12,13 lösen. In manchen Fällen tritt dies aber nicht von selbst ein, sei es wegen der Ausnehmungen 28,29, sei es, weil sich auf den Konusflächen 19,21 bzw. 20,22 Passungsrost gebildet hat. Das Lösen kann durch nicht dargestellte Abdrückschrauben unterstützt werden, die in Lösegewinde 31 des Konuselements 12 eingeschraubt werden und die gegen die linke Stirnfläche des Konuselements 13 drücken.

Wenn nun die Verspannung an dem einen oder anderen der Konuselemente 12,13 bestehen geblieben ist und gleichzeitig aus irgendwelchen Gründen die Spannschrauben 2 3 vorschriftswidrig sämtlich herausgeschraubt worden sind, kann das Lösen des betreffenden Konuselementes wegen der verbliebenden Spannung abrupt vor sich gehen, so daß in einzelnen Fällen sogar die Konuselemente 12 oder 13 mit den darauf sitzenden Zwischenringen 16 bzw. 17 axial herausgeschleudert werden.

Um der dadurch gebildeten Unfallgefahr zu begegnen, ist eine Sicherheitselementanordnung vorgesehen, die in dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel durch eine Sicher-

&Ggr;:-&Igr;".

heitskopfschraube 30 gebildet ist, die in eine Gewindebohrung 32 des Konuselements 12 eingeschraubt ist. In dem Ausführungsbeispiel sitzt die Sicherheitskopfschraube 30 in der Achse A. Es könnten aber auch mehrere Sicherheitskopfschrauben 30 auf einem Teilkreis verteilt sein. Die Sicherheitskopfschraube 30 ist mit ihrem Kopf 34 in einer Absatzbohrung 33 des Konuselements 13 angeordnet. Der engere Teil 35 der Absatzbohrung 33 besitzt einen Durchmesser, der geringer ist als der des Kopfes 34, so daß dieser auf dem Absatz 36 zur Anlage kommen kann, wenn sich die Konuselemente 12,13 über einen bestimmten Betrag hinaus voneinander entfernen. Zwischen der Unterseite des Kopfes 34 und dem Absatz 36 besteht bei dem dargestellten verspannten Zustand des Spannsatzes 10 ein axiales Spiel 37, welches so groß ist, daß es mindestens dem normalen Verlagerungsweg entspricht, den die Konuselemente 12,13 bei dem Lösen des Spannsatzes 10 voneinander hinweg zurücklegen. Auch wenn alle Spannschrauben 23 herausgeschraubt sind, können sich die Konuselemente 12,13 nur so weit voneinander entfernen, bis der Absatz 36 an der Unterseite des Kopfes 34 zur Anlage kommt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Spannanordnung 200 wird ein äußeres Bauteil 41 mit seiner zylindrischen Ausnehmung 43 auf dem Außenumfang einer Welle 42 festgesetzt. Das äußere Bauteil 41 kann ebenso ausgebildet sein wie das äußere Bauteil 1, besitzt jedoch eine Nabe 44, die die Welle 42 umschließt und auf deren zylindrischen Außenumfang 45 ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Spannsatz angebracht ist, der beim Spannen die Nabe 44 auf der Welle 4 2 zusammendrückt und dadurch das äußere Bauteil 41 und die Welle 42 kraftschlüssig miteinander verbindet. Der Spannsatz 50 umfaßt zwei Konuselemente 52,53 in Gestalt von Ringscheiben, sogenannten "Schrumpfscheiben", die konische Innenumfangsflachen 54,55 mit außerhalb des Selbsthemmungswinkel gelegenem Konuswinkel von etwa 12° aufweisen.

Außen sind die Konuselemente 52,53 zylindrisch begrenzt und von gleichem Durchmesser.

Die Konusflächen 54,55 liegen auf den Konusflächen 61,62 eines Doppelkonusrings 65 an, der mit seiner zylindrischen Innenumfangsflache 51 auf der zylindrischen Außenumfangsflache 45 der Nabe 44 sitzt. Die Konusflächen 61,62 des Doppelkonusrings 65 sind so angeordnet, daß dessen größte radiale Wandstärke in der Mitte liegt. Die Verspannung des Spannsatzes 50 erfolgt mittels auf einem Teilkreis um die Achse A dicht bei dicht angeordneten Spannschrauben 63, die ähnlich wie bei dem Spannsatz 10 Durchgangsbohrungen in dem Konuselement 52 durchgreifen und in Gewindebohrungen des Konuselements 53 eingreifen.

Um Risiken beim Lösen des Spannsatzes 50 zu vermeiden, sind auch hier achsparallele Sicherheitskopfschrauben 30 vorgesehen, von denen zum Beispiel zwei oder drei gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen sein können.

Ausbildung und Funktion der Sicherheitskopfschrauben 30 entsprechen denen der Fig. 1. Auch bei der Spannanordnung 200 können nicht dargestellte Abdrückschrauben eingesetzt werden, wenn die Konuselemente trotz des über dem Selbsthemmungswinkel liegenden Konuswinkels beim Lösen der Spannschrauben 63 "hängenbleiben" sollten.

Claims

1. Spannsatz (100,200) zum Verbinden eines eine zylindrische Ausnehmung (3, 43) aufweisenden äußeren Bauteils (1, 42) mit einem konzentrisch in der Ausnehmung (3, 43) angeordneten, eine zylindrische Außenfläche aufweisenden inneren Bauteil, insbesondere einer Welle (2, 42),
mit zwei kreisförmig begrenzten, einander in Achsrichtung benachbarten, koaxialen Konuselementen (12, 13; 52, 53) mit je einer als Konusfläche (14, 15; 54, 55) ausgebildeten Umfangsfläche
mit einem Doppelkonusringelement (16, 17, 25; 65) mit einer durch zwei entgegensetzt geneigte Konusflächen (18, 19; 61, 62) gebildeten Umfangsfläche, wobei die größte radiale Wandstärke des Doppelkonusringelements in der Mitte liegt und jede der Konusflächen (18, 19; 61, 62) den gleichen Konuswinkel hat wie die Konusfläche (14, 15; 54, 55) eines der Konuselemente (12, 13; 52, 53) und auf dieser flächig anliegt,
und mit axialen Spannschrauben (23, 63), die die Konuselemente (12, 13; 52, 53) und den Doppelkonusring (25, 65) axial gegeneinander unter Abgleiten über die Konusflächenpaare (14, 18; 15, 19) bzw. (54, 61; 55, 62) verspannen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitselementanordnung vorgesehen ist, die beim Anziehen und Lösen der Spannschrauben (23, 63) funktionslos bleibt, eine über den Lösehub hinausgehende axiale Entfernung der Konuselemente (12, 13; 52, 53) voneinander jedoch blockiert.

2. Spannsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselementanordnung mindestens einen in eines (12, 52) der Konuselemente eingreifenden Sicherheitskopfbolzen (30) umfaßt, der mit dem Kopf (34) in einer Absatzbohrung (33) des anderen Konuselements (13, 53) angeordnet ist, deren engerer, dem ersten Konuselement (12, 52) zugewandter Teil (35) einen geringeren Durchmesser als der Kopf (34) aufweist und dessen Kopf (34) ein axiales Spiel (37) zu dem Absatz (36) einhält, welches mindestens der für das Lösen der Spannanordnung (100,200) benötigten Verlagerung der beiden Konuselemente (12, 13; 52, 53) voneinander hinweg entspricht.

3. Spannsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskopfbolzen durch eine Kopfschraube (30) gebildet ist, die stramm in das erste Konuselement (12, 52) eingeschraubt ist.

4. Spannsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskopfbolzen (30) mit dem Kopf (34) nur von der der Betätigungsseite der Spannschrauben (23, 63) bzw. Löseschrauben abgelegenen Seite her zugänglich ist.