DE9403482U1 - Spannanordnung zur Festlegung einer Hohlwelle auf einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannanordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden Art.

Derartige Spannanordnungen sind aus der DE 28 32 917 Al, der DE-PS 14 25 359, dem DE-GM 81 19 722 und der DE-AS 12 94 751 (als Nabenbefestigung) bekannt. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch die radiale Klemmung der Konusspannanordnung, d.h. durch reinen Kraftschluß. Die übertragbaren Drehmomente sind durch die aufbringbare Spannkraft der Spannschrauben, den Reibungsbeiwert an den Fügeflächen und auch durch die radiale Festigkeit der Hohlwelle begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das mit Spannanordnungen der in Rede stehenden Art übertragbare Grenzdrehmoment zu erhöhen.

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

Die Übertragung des Drehmoments erfolgt hierbei durch einen kombinierten Form- und Kraftschluß, der so gestaltet werden kann, daß die Fügefläche auf der Welle, an der bei gleichem Drehmoment wegen des geringeren radialen Abstandes die höchsten Umfangskräfte auftreten und somit am ehesten

D-40239 DÜSSELDORF · ^JJIMSJJYSfTRAJ Sf 2 JTCtIl¹OJI 49J 21.1·/ SS 145-0 · TELEFAX 49 / 211 /88 145-20

ein Durchrutschen bei Überschreiten des für die Reibungsübertragung bestehenden Grenzdrehmomentes eintritt, nicht durch Keilnuten oder ähnliche Ausnehmungen, an denen Spannungskonzentrationen auftreten und Brüche ihren Ausgang nehmen können, unterbrochen und die Torsionsfestigkeit der Welle entsprechend geschwächt werden.

Bei einer ersten Ausführungsform ist gemäß Fig. 2 die quer zur Achse verlaufende Fläche der Welle die Stirnseite des Wellenendes. Hierbei wird also die Hohlwelle im Bereich des Wellenendes festgelegt.

Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Erfindung kann gleichermaßen an einer Wellenschulter, also im Innern der Längenerstreckung der Welle, realisiert werden (Anspruch 3). Eine erste in Betracht kommende Ausführungsform der formschlüssigen Festlegung ist ein Querkeil (Anspruch 4), der in einer Quernut des Wellenendes sitzt und in einen Querschlitz des sich vor die quer zur Achse verlaufende Fläche der Welle erstreckenden Elements der Konusspannanordnung eingreift.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jedoch gemäß Anspruch 5 achsparallele Bolzen vorgesehen, die in das Element und die quer zur Achse verlaufende Fläche des Elements der Konusspannanordnung eingreifen.

Eine besonders beim Auftreten von Drehmomenten in beiden Richtungen wirksame Ausführungsform der Bolzen ist in Anspruch 6 angegeben.

Die Konusspannbolzen sitzen unter radialer Spannung an den fluchtenden Bohrungen der Welle und des Elements der Konusspannanordnung, so daß eine absolut spielfreie Verbindung gegeben und ein Ausschlagen auch bei einer Beanspruchung durch Drehmomente in wechselnden Richtungen nicht zu befürchten ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Verbindung einer Welle mit einer Hohlwelle, teilweise in einem durch die Achse gehenden Schnitt;

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Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 3 und 3a zeigen entsprechende Ansichten einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Achse eines für die Erfindung in Betracht kommenden Konusspannbolzens im Zustand des Verspannens;

Fig. 5 zeigt den linken Teil von Fig. 4 in dem Zustand beim Lösen;

Fig. 6 und 7 zeigen entsprechende Ansichten eines weiteren Konusspannbolzens;

Fig. 8 zeigt eine Fig. 1 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Konusspannbolzens.

Bei der Spannanordnung nach Fig. 1 geht es um die Verspannung einer Hohlwelle 51 auf dem Ende einer Welle 1, die einen zylindrischen Außenumfang 53 mit einer Achse X aufweist. Die Welle 1 besitzt am Ende eine zu der Achse X senkrecht stehende ebene Stirnfläche 54.

Die Hohlwelle 51 besitzt einen zylindrischen Innenumfang 52 von einem größeren Radius als die Umfangsflache 53 der Welle 1. Sie steht mit ihrer Stirnfläche 55 am Ende über die Stirnfläche 54 axial über.

In dem radialen Zwischenraum zwischen den Umfangsflächen 52,53 ist eine Konusspannanordnung in Gestalt eines als Ganzes mit 50 bezeichneten Doppelkonusspannsatzes angeordnet. Der Doppelkonusspannsatz 50 umfaßt einen Doppelkonusring 56 mit zylindrischer, an der inneren Umfangsflache 52 anliegender Außenumfangsfläche 57 und zwei nach außen im Durchmesser zunehmenden Konusflächen 58 und 59 mit im Selbsthemmungsbereich liegenden Konuswinkel. In der Mitte zwischen den Konusflächen 58 und 59 ist ein innerer zentrierender Umfangssteg 6 0 vorgesehen, der auf der Umfangsflache 53 anliegt.

Mit der Konusfläche 58 wirkt eine sich vor der Stirnfläche 54 axial innerhalb der Stirnfläche 55 und radial innerhalb der Konusfläche 58 erstreckende Konusscheibe 2 zusammen, die am Umfang eine Konus fläche 61 von gleichem

Konuswinkel wie die Konusfläche 58 aufweist und an dieser anliegt. Mit der in Fig. 1 rechten Konusfläche 59 wirkt ein Konusring 62 zusammen, dessen zylindrische Innenumfangsfläche 63 auf der Umfangs fläche 53 der Welle 1 aufliegt und dessen äußere konische Umfangsflache 65 auf der Konusfläche 59 anliegt.

Die Spannschrauben 65 liegen mit ihren Köpfen von außen, d.h. von der der Welle 1 abgelegenen Seite her und entsprechend zugänglich an der Konusscheibe 2 an, durchgreifen diese und den Umfangs steg 60 in Durchgangsbohrungen 67 bzw. 68 und greifen in Gewindebohrungen 69 des Konusrings 62 ein. Beim Anziehen der Spannschrauben 65 werden die Konusscheibe 2 und der Konusring 62 einander angenähert und weitet sich der Doppelkonusspannsatz 50 unter Abgleiten der Teile an den Konusflächen 58,61 bzw. 59,64 radial auf, wodurch eine radiale Verspannung bzw. Verklemmung an den Umfangsf lachen 52,53 unter Kraftschluß erfolgt.

Damit bei einem Überschreiten des durch die Spannkraft der Spannschrauben 65, den Reibwert an den Fügeflächen 52,53 und die radiale Festigkeit der Hohlwelle 51 gegebenen Grenzdrehmoments kein Durchrutschen des Doppelkonusspannsatzes 50 auf der Welle 1 erfolgt, sitzen außerhalb der Achse X in fluchtenden Bohrungen 5,6 der Welle 1 bzw. der Konusscheibe 2 zylindrische spielfreie Bolzen 70, die die Konusscheibe 2 an der Stirnfläche 54 drehfest verriegeln. Dadurch kann ein Durchrutschen höchstens an den Flächen 52,57, d.h. radial weiter außen und bei entsprechend vergrößertem Drehmoment erfolgen.

In die Gewindebohrungen 71 der Konusscheibe 2 können Löseschrauben eingeschraubt werden, die sich gegen bohrungsfreie Stelle 72 des Umfangssteges 60 setzen und die Konusscheibe 2 axial von dem Doppelkonusring 56 abdrücken. In entsprechender Weise können in die Gewindebohrungen 7 3 des Umfangssteges 60 Löseschrauben eingeschraubt werden, die Durchgangsbohrungen 74 der Konusscheibe 2 durchgreifen und sich gegen bohrungsfreie Stellen 75 des Konusrings 62 setzen und diesen von dem Doppelkonusring 56 abdrücken.

Soweit in den weiteren Ausführungsformen funktionell gleiche Teile vorhanden sind, sind gleiche Bezugszahlen verwendet·

Bei der Spannanordnung der Fig. 2 sitzt die Hohlwelle 51 mit ihrer Innenumfangsfläche 52 unmittelbar auf der Außenumfangs fläche 53 der Welle 1. Sie wird durch eine auf der Außenumfangsfläche 76 der Hohlwelle 1 wirkende Konusspannanordnung in Gestalt eines Konusspannsatzes 80 zusammengedrückt und auf der Welle 1 kraftschlüssig verklemmt. Um die Zusammendrückung zu erleichtern und nicht zuviel von der Spannkraft des Konusspannsatzes 80 für die Verformung des Endes der Hohlwelle 51 zu verlieren, weist diese an einigen über den Umfang verteilten Stellen sich in der Länge über den Spannbereich erstreckende achsparallele Verformungsbohrungen 77 auf.

Der Konusspannsatz 80 umfaßt einen inneren Konusring 78, der mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche 7 9 auf der äußeren Umfangsfläche 7 6 der Hohlwelle 51 aufliegt und eine im Selbsthemmungsbereich liegende äußere konische Umfangsfläche 81 besitzt, auf der ein äußerer Konusring 82 mit einer entsprechenden inneren Konusfläche 83 angeordnet ist. Der äußere Konusring 82 ist in Umfangsrichtung ungeteilt und weist einen erheblichen Querschnitt zur Aufnahme der zum Zusammendrücken des Endes der Hohlwelle 51 auf der Welle 1 erforderlichen Ringzugspannungen auf.

Der innere Konusring 7 8 übergreift mit einem einstückig mit ihm verbundenen Deckelteil 2 die Stirnseite 54 der Welle 1. In der Stirnfläche 54 der Welle 1 ist mittig eine Quernut 84 vorgesehen, in der ein Keil 85 angeordnet ist, der nicht langer ist, als es dem Durchmesser der Welle 1 entspricht und in einen entsprechend langen Querschlitz 86 in dem Dekkelteil 2 eingreift, um den Deckelteil 2 an der Welle 1 drehfest zu verriegeln.

Der Deckelteil 2 setzt sich radial nach außen bis über die Konusfläche 81 hinaus fort und trägt dort auf einen Teilkreis die Spannschrauben 87, die in den äußeren Konusring 82 eingreifen und diesen gegen den Deckelteil 2 anzie-

hen, um unter Abgleiten über die Konusflächen 81,83 die verspannung herbeizuführen. Das Abgleiten an den Konusflächen 81,83 kann durch an den Anschlüssen 88 eingepreßtes Schmiermittel unterstützt werden. Die zwischen den Spannschrauben 87 angebrachten Gewindebohrungen 89 dienen dem Einsetzen von Löseschrauben, die den Konusring 82 abdrücken. Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht weitgehend der nach Fig. 2, mit Ausnahme der drehfesten Festlegung des Deckelteils 2 an dem Ende der Welle 1. Statt des Keils 85 sind hier radial außerhalb der Achse X angeordnete Bolzen 100,200,300 vorgesehen, die fluchtende Bohrungen 5,6 in der Welle 1 bzw. dem Deckelteil 2 durchgreifen und im Sinne der Pfeile 90 radial aufweitbar sind, so daß sie spielfrei in den Bohrungen 5,6 sitzen. Die Bolzen 100,200,300 werden anhand der Fig. 4 bis 8 noch im einzelnen beschrieben. Es können einige derartiger Bolzen 100,200,300 über den Umfang verteilt vorgesehen sein.

Außerdem ist in Fig. 3 noch gestrichelt noch angedeutet, daß die Welle 1 einen Fortsatz 1' aufweisen kann, der eine zentrale Öffnung des Deckelteils 2 durchgreift. In diesem Fall ist die Stirnfläche 54' also eine Schulter der Welle 1.

In Fig. 3a ist angedeutet, daß der Deckelteil 2 auch selbst noch als funktionelles Bauteil mit einer Funktion außerhalb des Konusspannsatzes 80 ausgebildet sein kann, nämlich als Flansch mit radial außerhalb des Konusspannsatzes 80 gelegenen, über den Umfang verteilten Flanschbohrungen 92.

In den Fig. 4. bis 8 sind Konusspannbolzen 10,20,30 wiedergegeben, die bei der Ausführungsform der Fig. 3 eingesetzt werden können.

Der Konusspannbolzen 10 der Konusspannanordnung 100 der Fig. 4 und 5 besitzt eine Achse A. Er greift in eine Sackbohrung 5 der Welle 1 ein und durchgreift eine Durchgangsbohrung 6 in dem Deckelteil 2. Die Bohrungen 5,6 haben gleichen Durchmesser. Im Grund 8 der Sackbohrung 5 ist eine zu der Achse A koaxiale Gewindebohrung 7 vorgesehen.

Der Konusspannbolzen 10 umfaßt einen inneren Konusteil 11 mit einer zur Achse A koaxialen Gewindebohrung 12 und einer konischen Umfangsflache 13 mit im Selbsthemmungsbereich liegendem Konuswinkel, beispielsweise 1 : 12, die sich in Fig. 4 in ihrem Durchmesser von rechts nach links verringert.

Der innere Bolzenteil 11 ist von einem büchsenartigen äußeren Bauteil 14 umgeben, der eine innere Konusfläche 15 mit gleichem Konuswinkel wie die Konusfläche 13 aufweist, mit'der er auf der Konusfläche 13 anliegt. Die äußere Umfangsf lache 16 ist zylindrisch und hat einen solchen Durchmesser, daß der Konusspannbolzen 10 in unverspanntem Zustand gerade in die Bohrungen 5,6 hineinpaßt.

Der äußere Bolzenteil 14 weist an seinem in Fig. 4 linken Ende einen radialen Umfangsvorsprung 17 auf, der in dem Ausführungsbeispiel als über dne Umfang geschlossen durchgehender Umfangsbund ausgebildet ist. Der Umfangsbund liegt mit seiner rechten Stirnseite an der in Fig. 4 linken, d.h. bezüglich der Sackbohrung 5 äußeren Begrenzungsfläche 18 des Deckelteils 2 an.

Über einen Zwischenring 19 stützt sich gegen die äußere Stirnfläche des Umfangsvorsprungs 17 der Kopf 21 einer als Ganzes mit 22 bezeichneten Spannschraube ab, die mit ihrem Gewindeteil in die Gewindebohrung 12 des inneren Bolzenteils 11 eingreift.

Der Umfangsvorsprung 17 kann an seinem Außenumfang eine Schlüsselfläche aufweisen, damit beim Anziehen der Spannschraube 22 eine Konterung erfolgen kann. Bei diesem Anziehen wird der innere Bolzenteil 11 von rechts nach links in den äußeren Bolzenteil 14 hineingezogen, wobei die Konusflächen 13,15 aufeinander abgleiten. Dabei weitet sich der äußere Konusteil 14 radial auf und verspannt sich spielfrei in den Bohrungen 5,6. Um die Aufweitung zu erleichtern und nicht soviel Spannkraft der Spannschraube 22 durch Verformung des äußeren Bolzenteils 14 zu verlieren, kann der äußere Bolzenteil 14 bis kurz vor den Umfangsvorspurng 17 längsgeschlitzt sein, wie es durch die fehlende Schraffierung

angedeutet ist.

Beim Anziehen der Spannschraube 22 bleiben die axialen Kräfte ganz innerhalb des Konusspannbolzens 10. Der Umfangsvorpsurng 17 hat hierbie nur die Funktion eines Anschlages beim Einschieben des Konusspannbolzens 10.

Um die Spannanaordnung 100 lösen zu können, wird die Spannschraube 22 herausgeschraubt. Die Bolzenteile 11,14 bleiben hierbei wegen des selbsthemmendne Winkels verspannt. Durch die Gewindebohrung 12 wird nun eine Löseschraube 2 4 entsprechend geringeren Durchmessers hindurchgeführt und mit ihrem Ende in die Gewindebohrung 7 am Grund der Sackbohrung 5 eingeschraubt. Zwischen dem Kopf 2 3 der Löseschraube 24 und der in Fig. 4 und 5 linken Stirnseite des inneren Bolzenteils 11 ist ein die Lösekräfte übertragender Hilfsring 25 vorgesehen, mittels dessen beim Anziehen der Löseschraube 2 4 der innere Bolzenteil 11 gemäß den Fig. 4 und 5 nach rechts, d.h. in die Sackbohrung 5 hineinverlagert wird. Es versteht sich, daß die Längen so bemessen sind, daß auf der in Fig. 4 rechten Seite des inneren Bolzenteils 11 genügend Platz für die Verlagerung bleibt.

Beim Lösen wird der innere Bolzenteil 11 nach rechts gezogen und der äußere Bolzenteil· 14 über den Umfangsvorsprung 17 festgehalten. Der Umfangsvorsprung 17 hat bei der Spannanordnung 100 also im Lösefall eine die Lösekräfte übertragende Funktion.

Soweit bei den weiteren Spannanordnungen entsprechende Teile vorhanden sind, sind gleiche Bezugszahlen verwendet.

Bei der Spannanordnung 200 der Fig. 6 und 7 umfaßt der Konusspannbolzen 20 einen inneren Bolzenteil 31 mit einer zu der Achse A koaxialen Durchgangsbohrung 32. Die konische Außenumfangsfläche 33 mit im Selbsthemmungsbereich liegendem Konuswinkel wirkt mit der konischen Innenumfangsfläche 35 eines büchsenartigen äußeren Bolzenteils 34 zusammen, der einen im wesentlichen zylindrischen Außenumfang 36, der in die Durchgangsbohrung 6 des Deckelteils 2 paßt sowie in dem in die Welle 1 eingreifenden Bereich ein Außengewinde 2 8 aufweist, welches in ein entsprechendes Innengewinde in der

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Sachbohrung 5 eingreift.

An dem in Fig. 6 und 7 linken Ende besitzt der äußere Bolzenteil 34 wieder einen Umfangsvorsprung 17, der in seiner Funktion dem Umfangsvorsprung 17 der Fig. 4 und 5 entspricht und am Außenumfang für den Angriff eines Hakenschlüssels gestaltet ist.

Der innere Bolzenteil 31 steht in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 6 und 7 axial nach links über den Umfangsvorsprung 17 etwas vor. Vor dem stirnseitigen Ende des inneren Bolzenteils 31 ist ein Zwischenring 29 vorgesehen, gegen den die Stirnseite des Innenbundes 37 eines Hilfsrings 3 8 anliegt. Gegen die gegenüberliegende Begrenzung des Innenbundes 37 wirkt eine Unterlegscheibe 39, die sich am Kopf 2 7 der Spannschraube 2 6 abstützt. Beim Anziehen der Spannschraube 26 wird der innere Bolzenteil 31 über die Teile 39,37,29 nach rechts in den äußeren Bolzenteil 34 hineingetrieben, wobei der äußere Bolzenteil 34 durch den Umfangsvorsprung 17 an der gemäß Fig. 6 linken Begrenzung des Bauteils 2 festgehalten wird.

Bei dieser Ausführungsform bildet also der Umfangsvorsprung 17 das Widerlager gegen die axialen Kräfte der Spannschraube 2 6 beim Spannen.

Zum Lösen des Konusspannbolzens 20 der Spannanordnung 200 wird die Spannschraube 26 herausgedreht und statt dessen in ein Innengewinde 45 des inneren Bolzenteils 31, welches die Durchgangsbohrung 32 an Durchmesser übertrifft und an dem den größeren Durchmesser der konischen Umfangsfläche 33 aufweisenden Ende desselben angebracht ist, eine Löseschraube 44 eingeschraubt, die einen größeren Durchmesser hat als die Spannschraube 26. Der Hilfsring 3 8 wird gegenüber der Spannstellung, in der er lediglich bereitgehalten wird, aber keine eigentliche Funktion hat, herumgedreht und in die aus Fig. 7 ersichtliche Position gebracht. Der Kopf 43 der Löseschraube 44 wirkt über eine Unterlegscheibe 42 gegen das den Innenbund 37 aufweisende Ende des Hilfsrings 38. Beim Anziehen der Löseschraube 44 wird der innere Konusteil 31 gemäß Fig. 7 nach links aus dem äußeren Konusteil 34 herausgezogen

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und somit gelöst.

Zum Schutz der über den Umfangsvorsprung 17 gemäß Fig. 6 nach links herausstehenden Teile des Konusspannbolzens 20 ist eine topfförmige Kappe 40 aus einem geeigneten Kunststoff vorgesehen, die mit einer inneren Umfangsrippe 41 hinter die über die Unterlegscheibe 29 radial etwas vorstehende rechte äußere Umfangskante des Hilfsrings 38 greift.

Bei der Spannanordnung 300 der Fig. 8 ist die Funktion des Konusspannbolzens 30 die gleiche wie bei der Spannanordnung 200 mit dem Unterschied, daß der innere Bolzenteil 31 axial außerhalb des Umfangsvorsprungs 17 auf seinem Außenumfang ein Außengewinde 46 aufweist, auf welches eine Mutter 47 aufschraubbar ist, die sich unmittelbar gegen die in Fig. 8 linke Begrenzungsfläche des Umfangsvorsprungs 17 legt und beim Anziehen den inneren Bolzenteil 31 aus dem äußeren Bolzenteil 34 gemäß Fig. 8 nach links herauszieht. Die Kräfte verbleiben beim Lösen ganz innerhalb des Konusspannbolzens 30. Der Umfangsvorsprung 17 und die Gewindebohrung 7 wirken nur beim Spannen der Spannanordnung 300 zusammen.

Die innere Umfangsrippe 41 der topfförmigen Kappe 40 greift in diesem Ausführungsbeispiel hinter den rechten Rand der Mutter 47.

In Fig. 8 ist noch angedeutet, daß statt eines Kopfes 27 mit Innensechskant auch eine Schraube mit einem Kopf 27' mit Außensechskant verwendet werden kann.

Claims (6)

1. Spannanordnung zur drehmomentübertragenden Festlegung einer Hohlwelle (51) auf einer Welle (1) mit einer die Hohlwelle (51) und die Welle (1) radial gegeneinander kraftschlüssig verspannenden, durch axiale Spannschrauben (65,87) betätigbaren Konusspannanordnung (50,80), dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Element der Konusspannanordnung (50,80) vor eine quer zur Achse (X) verlaufende Fläche der Welle (1) erstreckt und an dieser formschlüssig drehfest festgelegt ist.

2. Spannanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Achse (X) verlaufende Fläche der Welle (1) die Stirnseite (54) des Wellenendes ist.

3. Spannanordnung anch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Achse verlaufende Fläche der Welle (1) eine Wellenschulter (54') ist.

4. Spannanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Festlegung mittels eines Querkeisl (85) verwirklicht ist.

5. Spannanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Element (2) und der Fläche (54,54') radial außerhalb der Achse (X) miteinander fluchtende Bohrungen (5,6) vorgesehen sind, in denen spiel-

0-40238 OUSSa.DORF»M{J»*JiY3JTWeSE 2 JTSiSON 48J 21 W 98 145-0 · TELEFAX 49 / 211 / 98 145 - 20

frei achsparallele Bolzen (70) angeordnet sind.

6 . Spannanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (10,20,30) durch Betätigung an nur einem Ende radial aufweitbare und lösbare Konusspannbolzen sind.