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Konus spannanordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Konusspannanordnung der dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
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Eine derartige Konusspannanordnung ist aus der DE-OS 23 49 940 bekannt.
Das weitere Konusringelement ist hierbei ebenfalls als separater Konusring ausgebildet,
dessen zweite Umfangsfläche zylindrisch ist und in der zylindrischen Ausnehmung
des äußeren Bauteils anliegt. Beim Spannen der Konusspannanordnung werden die beiden
Konusringe auf den Doppelkonusring in Achsrichtung gegeneinander gezogen, wodurch
sich die radiale Aufweitung und die Verspannung des inneren und äußeren Bauteils
aneinander ergibt.
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Die Verspannung erfolgt durch die Verlagerung der Konusringe gegeneinander.
Bei der bekannten Ausführungsform erfolgt die Verlagerung unter Abgleiten der beiden
Konusringe sowohl an ihren Konusflächen als auch deren zylindrischen Umfangsflächen,
insgesamt also an vier Gleitflächen. Die zu überwindenden Reibungskräfte müssen
von den Spannschrauben aufgebracht werden. Sie gehen für die Umsetzung in radiale
Klemmkräfte verloren, was eine konstruktionsbedingte Eigenschaft
aller
derartigen Spannverbindungen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konusspannanordnung
der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art so auszugestalten, daß der
in radiale Klemmkraft umsetzbare Anteil der Spannkraft der Spannschrauben größer
wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Kennzeichen des Anspruchs
1 wiedergegebene Ausbildung der Konusspannanordnung gelöst.
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Dadurch, daß das Konusringelement gegenüber einem der Bauteile in
der Spannrichtung unbeweglich ist, entfällt die diesbezügliche Reibung, die sonst
an der zylindrischen Umfangsfläche des zweiten Konusrings auftritt. Es verlagert
sich also nur noch der Doppelkonusring gegenüber dem Konusringelement und der Konusring
gegenüber dem Doppelkonusring und der zylindrischen Ausnehmung des äußeren Bauteils.
Insgesamt gibt es also nur noch drei Gleitflächen, deren Reibungskräfte durch die
Spannschrauben aufgebracht werden müssen. Der für die Erzeugung übertragbaren Drehmoments
zur Verfügung stehende Anteil der Spannkraft der Spannschrauben wird dadurch größer.
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Das Konusringelement kann mit dem äußeren oder inneren Bauteil einstückig
(Anspruch 2) oder aber durch einen separaten Konusring gebildet sein, der in der
zylindrischen Ausnehmung des äußeren Bauteils bzw.
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an der zylindrischen Außenfläche des inneren Bauteils zumindest in
der Spannrichtung festgelegt ist.
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Die letztere Ausführungsform ist bevorzugt, weil sie herstellungsmäßige
Vorteile bietet. Die zylindrische Ausnehmung des äußeren Bauteils kann dadurch als
im wesentlichen glatt durchgehende zylindrische Bohrung ausgeführt sein. Auch die
zusätzliche Herstellung eines Konusrings ist'immer noch einfcher als die Ausführunc
einer Bohrung, die teils zylindrisch, teils konisch ist.
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Das als separater Ring ausgebildete Konusringelement kann gegenüber
dem äußeren oder inneren Bauteil in der üblichen Weise durch Schweißen, Löten, Kleben
an zylindrischen Fügeflächen festgelegt sein.
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Die bevorzugte Ausführungsform für die Festlegung ist jedoch ein
entsprechender Anschlag (Anspruch 4).
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Ein Anschlag zur Festlegung eines Konusspannsatzes in axialer Richtung
an einem äußeren Bauteil ist für sich genommen aus dem DE-GM 77 27 308 bekannt.
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Der Anschlag kann durch einen Durchmesserabsatz des inneren oder
äußeren Bauteils gebildet sein (Anspruch 5).
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Wenn es sich um einen Durchmesserabsatz auf dem inneren Bauteil,
d.h. im allgemeinen einer Welle, handelt, empfiehlt sich die Vorsehung eines Abstandsrings
gemäß Anspruch 6, damit der Konusring nicht bis an die Schulter des Durchmesserabsatzes
reicht und die dort vorliegende Spannungskonzentration nicht noch durch den radialen
Druck des Konusrings überlagert wird.
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Der Anschlag kann aber auch durch einen radialen Bund gebildet sein
(Anspruch 7), der, damit nicht der ganze Winkel an dem Bund zerspant werden muß,
zweckmäßig auch durch eine separate Scheibe gebildet sein kann (Anspruch 8).
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 und 2 zeigen Längsschnitte durch-auf einem Wellenende verspannte
Bauteile, wobei die obere und die untere Hälfte jeder Fig. jeweils verschiedene
Ausführungsbeispiele wiedergeben.
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Soweit bei den einzelnen Ausführungsbeispielen einander entsprechende
Teile vorhanden sind, sind gleiche Bezugszahlen verwendet.
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Bei der Konusspannanordnung 10 der oberen Hälfte der Fig. 1 ist das
äußere Bauteil durch einen als
Ganzes mit 1 bezeichneten Kupplungsflansch
gegeben, welcher eine Nabe 2 aufweist, die auf dem Teil 3 ihrer Länge eine zylindrische
Ausnehmung 4 aufweist.
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In der Nabe 2 ist eine das innere Bauteil bildende Welle 5 mit zylindrischer
Außenfläche angeordnet die mittels der Konusspannanordnung 10 mit dem Kupplungsflansch
1 verbunden werden soll.
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Die Konusspannanordnung 10 umfaßt einen Doppelkonusring 6, der mit
seiner zylindrischen Innenumfangsfläche 7 auf dem Außenumfang der Welle 5 anliegt
sowie zwei einander entgegengesetzt geneigte Konusflächen 8, 9 aufweist. Die größte
Wandstärke des Doppelkonusrings 6 liegt axial gesehen in einer Mitte, d.h. die Scheitel
der Konusflächen 8, 9 liegen auf einander entgegengesetzten Seiten des Doppelkonusrings
6. Die Konuswinkel der Konusflächen 8, 9 liegen vorzugsweise im Selbsthemmungsbereich.
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Mit der Konusfläche 8 des Doppelkonusrings 6 wirkt die innere Konusfläche
11 des Konusrings 12 zusammen, der mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche 13
an der zylindrischen AuSnehmung 4 anliegt.
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Mit der Konusfläche 9 des Doppelkonusrings 6 wirkt die Konusfläche
14 eines Konusringelements 15 zusammen, welches mit dem Kupplungsflansch 1 einstückig
ist und einen aus der Ausnehmung 4 radial nach innen vorstehenden Bund bildet, der
mit dem Konusring 12 etwa auf gleicher Höhe liegt. In dem Konusringelement 15 sind
axiale Durchgangsbohrungen 16 vorgesehen, die über den Umfang verteilt angeordnet
sind. Der Doppelkonusring 6 weist zwischen den Konusflächen 8, 9 einen Umfangssteg
17 auf, der mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche in der Ausnehmung 4 anliegt
und den Doppelkonusring 6 bzw. die Welle 5 in der Ausnehmung 4 zentriert. Der Umfangssteg
17 besitzt mit den Durchgangsbohrungen 16 fluchtende Durchgangsbohrungen 18. In
dem Konusring 12 sind an den entsprechenden Stellen Gewindebohrungen 19
vorgesehen,
so daß axiale Spannschrauben 20 von der in Fig. 1 rechten Seite her durch das Konusringelement
15 und den Umfangssteg 18 hindurch in den Konusring 12 eingeschraubt werden können.
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Beim Anziehen der Spann schrauben 20 wird der Konusring 12 gegen
das Konusringelement 15 gezogen, wobei die zylindrischen Flächen 4, 13 und die Konusflächen
8, 11 und 9, 14 aufeinander abgleiten.Das Konusringelement 15 erfährt eine Kraft
in der Spannrichtung 20', d.h. gemäß der Zeichnung von rechts nach links, de es
durch die Einstückigkeit nicht folgen kann. Durch die Keilwirkung der Konusflächen
erfolgt eine radiale Verklemmung des Kupplungsflansches 1 auf der Welle 5.
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Es stellt sich eine kraftschlüssige Verbindung ein, wobei das bis
zum Durchrutschen übertragbare Drehmoment von der Spannkraft der Spannschrauben
20 und den Oberflächenverhältnissen abhängt.
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Wenn die Konusflächen 8, 11 bzw. 9, 14 selbsthemmend sind, sind in
Umfangsrichtung zwischen den axialen Spannschrauben 20 Abdrückschrauben anbringbar,
die gegen den Umfangssteg 18 bzw. von- diesen gegen den Konusring 12 wirken und
eine Trennung der Teile besorgen.
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Die Konusspannanordnung 30 in der unteren Hälfte der Fig. 1 unterscheidet
sich dadurch von der in der oberen Hälfte, daß der an einer Stelle geschlitzte (und
deshalb nicht schraffierte) Konusring 12 ' nicht unmittelbar auf der entsprechenden
Konusfläche des Doppelkonusrings 6' aufliegt, sondern über einen Zwischenkonusring
21, welcher als Bestandteil des Doppelkonusrings anzusehen und dies von einer Phase
des Anziehens an auch tatsächlich ist und eine im Selbsthernungsbereich liegende
Konusfläche 22 und eine um mindestens den gleichen Winkelabstand vom Selbsthemmungswinkel
auQ ha des Selbsthemmungsbereiches liegende Konusfläche 23 aufweist. Die Konusflächen
22, 23 wirken mit entspreche: den Konusflächen des Konusrings 12' bzw. des Doppelkonusrings
6' zusammen. Die Scheitel der Konusflächen
22, 23 liegen auf der
gleichen Seite des Zwischenkonusrings 21, so daß dieser in einer durch die Achse
gehenden Ebene eine keilförmige Quer schnittsgestalt aufweist.
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Beim Anziehen des Konusrings 12' mittels der Spannschrauben 20 verlagert
sich dieser nach rechts und nimmt über die Konusfläche 22 den Zwischenkonusring
21 nach rechts mit, bis er an dem Anschlag 24 an der Seitenfläche des Umfangssteges
18 zur Anlage kommt Die Konusfläche 23 ist in ihrem Durchmesser so bemessen, daß
sie dann unter einer gewissen Vorspannung auf der entsprechenden Konusfläche des
Doppelkonusrings 6' aufliegt. Beim weiteren Anziehen erfolgt die Verlagerung des
Konusrings 12' nur unter Abgleiten an der Konusfläche 22 mit dem innerhalb des Selbsthemmungsbereichs
liegenden Konuswinkels und der zylindrischen Ausnehmung 4. Dadurch wird ein Verspannen
unter Einsatz der im Selbsthemmungsbereich liegenden Konusfläche, d.h. mit hoher
Kiemmkraftübersetzung in radialer Richtung ermöglicht. Beim Lösen hingegen wird
die außerhalb des Selbsthemmungsbereichs liegende Konusfläche 23 aktiv, die so bemessen
werden kann, daß beim Lockern der Spannschrauben 20 die Konusringe 12', 21 ebenfalls
locker werden ohne daß es dazu Abdrückschrauben bedarf.
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Das Konusringelement ist bei der unteren Ausführungsform der Fig.
1 nicht mit dem Flansch 1 einstückig, sondern als separater Konusring 25 ausgebildet,
der in die Ausnehmung 4 eingesetzt und in dieser gegen eine Bewegung geea&Fig.
1 nach links durch einen radial-nach außen vorstehenden Bund 26 festgelegt ist.
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Der Bund 26 greift in dem Ausführungsbeispiel an einer Ausdrehung
27 des Kupplungsflansches 1 an, kann aber
natürlich ebenso gut
an der Stirnfläche 28 desselben anliegen, falls die konstruktiven Verhältnisse ein
Überstehen des Konusrings 25 über die Stirnfläche 28 erlauben.
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Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die Ausnehmung
4 glatt zylindrisch ausgebohrt werden kann. Auch die Herstellung des Konusrings
25 ist relativ einfach, verglichen mit der bei der Konusspannanordnung 10 notwendigen
Stufenbohrung.
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Die erstellung des Konusrings 25 mit dem Bund 26 kann noch weiter
vereinfacht werden, in dem der Bund 26 durch eine separate Ringscheibe gebildet
wird, die vor die Stirnseite des Konusrings 25 gesetzt ist, wie es durch die Trennlinie
29 angedeutet ist.
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Der Schnitt bei der in Fig. 1 unteren Ausführungsform ist durch eine
Stelle gelegt, an der sich keine Spannschraube 20 befindet, sondern an der in dem
Konusring 25, der hier ein Gewinde 31 trägt, eine Schraube eingeschraubt wird, die
sich gegen eine bohrungsfreie Stelle 32 des Umfangssteges 18 setzt und so den Konusring
25 nach rechts von dem Umfangssteg 32 abdrückt.
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Der Schnitt geht ferner gerade durch die geschlitzte Stelle des Konusrings
12'.
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Bei der Ausführungsform der oberen Hälfte der Fig. 2 ist das äußere
Bauteil durch ein Schwungrad 41 gebildet, welches mit seiner Nabe 2 auf der Welle
5 durch die Konusspannanordnung 50 festgesetzt werden soll. Der Doppelkonusring
ist umgekehrt angeordnet als in Fig. 1 und liegt mit seiner zylindrischen AuBenumfangsfläche3win
der zylindrischen Ausnehmung 4 des äußeren Bauteils 41 an. Der Umfangssteg 38 weist
nach innen und liegt mit seiner Innenumfangsfläche zentrierend auf der Welle 5 an.
Die Festlegung auf der linken Seite entspricht der bei der Konusspannanordnung
30.
Auf der rechten Seite besteht das Konusringelement aus einem separaten Konusring
35, der im Gegensatz zu den Konusringelementen 15, 25 der Fig. 1 am inneren Bauteil,
d.h. am Ende der Welle 5 gegen eine Bewegung nach links festgelegt ist, in den ein
mit dem Konusring 35 verbundener radialer Innenbund 39 die Stirnseite in der Welle
5 von außen übergreift. Auch hier kann der Bund 39 durch eine separate Scheibe gebildet
sein, wie es bei dem Bund 26 in Fig. 1 angedeutet ist.
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Die in Fig. 2 untere Ausführungsform umfaßt als äußeres Bauteil ein
Zahnrad 51 und die dieses auf der Welle 5' festsetzende Konusspannanordnung 70 läßt
ebenfalls einen Konusring 45 erkennen, der an der Welle 5' in Spannrichtunggder
Spannschrauben 20 festgelegt ist. Die Festlegung erfolgt, indem das innere Bauteil,
nämlich die Welle 5' einen Durchmesserabsatz 46 aufweist und zumFic 2 rechts gelegenen
Ende hin einengeringereDurchmesser besitzt als in dem linken Teil. Der Konusring
45 liegt mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche 47 auf diesem Teil mit dem
geringeren Durchmesser an. Damit der Konusring 45 nicht bis in den Bereich des Durchmesserabsatzes
46 reicht und sich die durch den Durchmesserabsatz 46 bedingte Spannungskonzentration
durch Überlagerung mit den radialen Kräften des Konusrings 45 noch verschärft, ist
ein Abstandsring 48 vorgesehen, der die linke Stirnseite des Konusrings 45 auf Abstand
von dem Durchmesserabsatz 46 hält.
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Allen Spannanordnungen 10, 30, 50, 70 ist gemeinsam, daß das Konusringelement
15 bzw. die Konusringe 25, 35, 45 entweder gegenüber dem äußeren oder gegenüber
dem inneren Bauteil zumindest in der Spannrichtung 20' der Spannschrauben 20 festgelegt
sind, so daß beim Anziehen der Spannschrauben 20 ein Abgleiten
der
verschiedenen Konuselemente nur an drei Flächen erfolgt.
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Wie Fig. 1 und 2 erkennen lassen, können die Spannanordnungen 10,
30, 50, 70 überdies von nur einer Seite, nämlich der jeweils rechten Seite aus betätigt
werden, so daß sich ein Zugang von der anderen Seite erübrigt und platzsparende
Konstruktionen möglich sind. Wesentlich hierfür ist, daß sich die jeweils linke,
d.h. auf der Gewindeseite der Spannschrauben gelegene Konusringanordnung beim Lösen
der Spannschrauben selbsttätig löst. Hierdurch wird in Umfangsrichtung Platz für
Abdrückschrauben eingespart, der für die Anbringung von zusätzlichen Spannschrauben
genutzt werden kann. In den Ausführungsbeispielen sind Konusringe 25,35,45 zwar
als einfache Konusringe mit selbsthemmendem Winkel dargestellt, doch versteht es
sich, daß, um überhaupt keinen Platz für Spannschrauben durch Abdrückschrauben zu
verlieren, auch die rechte Seite jeweils selbsttätig lösend ausgeführt sein kann,
insbesondere durch eine Anordnung mit Zwischenkonusring 21, die trotz der Selbstlöseeigenschaft
ein Anziehen über den für die Klemmkraft günstigen selbsthemmenden Winkel erlaubt.
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