DE3145521C2

DE3145521C2 - Konusspannanordnung

Info

Publication number: DE3145521C2
Application number: DE19813145521
Authority: DE
Inventors: Ralph 4048 Grevenbroich Müllenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3145521A1

Abstract

Eine Konusspannanordnung zum Verbinden einer Nabe mit einer Welle. Die Konusspannanordnung ist in dem radialen Zwischenraum zwischen Nabe und Welle vorgesehen und umfaßt einen Doppelkonusring, einen mit einer Seite desselben zusammenwirkenden Konusring und ein mit der anderen Seite des Doppelkonusrings zusammenwirkendes Konusring element. Dieses Konusringelement ist in der Spannrichtung der an ihm angreifenden, über den Umfang verteilten Spannschrauben entweder an der Nabe oder an der Welle unbeweglich festgelegt, sei es durch Einstückigkeit, sei es durch Löten, Schweißen oder Kleben, sei es durch einen Anschlag. Beim Anziehen der Spannschrauben sind auf diese Weise nur drei Gleitflächen vorhanden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konusspannanordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art

Eine derartige Konusspannanordnung ist aus der DE-OS 23 29 940 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

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

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebene Ausbildung der Konusspannanordnung gelöst

Dadurch, daß das Konusringelement gegenüber ei-

nem 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 größen

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. an der zylindrischen Außenfläche des inneren Bauteils zumindest in der Spannrichtung festgelegt ist

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 einfacher als die Ausführung einer Bohrung, die teils zylindrisch, teils konisch ist

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.

Die bevorzugte Ausführungsform für die Festlegung ist jedoch ein entsprechender Anschlag (Anspruch 4).

Ein Anschlag zur Festlegung eines Konusspannsatzes in axialer Richtung an einem äußeren Bauteil ist für sich genommen aus dem DE-GM 73 02 286 bekannt

Der Anschlag kann durch einen Durchmesserabsatz des inneren oder äußeren Bauteils gebildet sein (Anspruch 5).

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.

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).

Die Ansprüche 9 und 10 sind auf eine bestimmte Ausbildung der Konusringanordnung gerichtet die für sich genommen aus der DE-AS 27 34 784 bekannt ist

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt

F i g. 1 und 2 zeigen Längsschnitte durch auf einem Wellenende verspannte Bauteile, wobei die obere und die untere Hälfte jeder Figur jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele wiedergeben.

Soweit bei den einzelnen Ausführungsbeispielen einander entsprechende Teile vorhanden sind, sind gleiche Bezugszahlen verwendet

Bei der Konusspannanordnung 10 der oberen Hälfte der F i g. 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 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.

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.

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

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 £6 fluchtende Durchgangsbohrungen 18. In dem Konusring 12 sind an den entsprechenden Stellen Gewindebohrungen 19 vorgesehen, so daß axiale Spannschrauben 20 von der in Fi g. 1 rechten Seile her durch das Konusringelement 15 und den Umfangssteg 18 hindurch in den Konusring 12 eingeschraubt werden können.

Beim Anziehen der Spannschrauben 20 wird der Konusring 12 gegen das Konusringelement 15 gezogen, wobei die zylindrischen Flächen 4,13 und die Konusfiächen 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, der es durch die Einstückigkeit nicht folgen kann. Durch die Keilwirkung der iConusflächen erfolgt eine radiale Verklemmung des Kupplungsflansches 1 auf der Welle 5. Es stellt sich eine kraftschlüssige Verbindung ein, wobei das bis zum Durchrutschen übertragbare Drehmoment von der Spannkraft der Spannschrauben 20 und den Oberflächenverhältnissen abhängt.

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.

Die Konusspannanordnung 30 in der unteren Hälfte der F i g. 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 Doppelkonusrir.gs 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 Selbsthemmungsbereich liegende Konusfläche 22 und eine um mindestens den gleichen Winkelabütand vom Selbsthemmungswinkel außerhalb des Selbsthemmungsbereiches liegende Konusfläche 23 aufweist. Die Konusflächen 22, 23 wirken

mit entsprechenden 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 Querschnittsgestalt aufweist.

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 Klemmkraftübersetzung 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.

Das Konusringelement ist bei der unteren Ausführungsform der F i g. 1 nicht mit dem Flansch 1 einstükkig, sondern als separater Konusring 25 ausgebildet, der in die Ausnehmung 4 eingesetzt und in dieser gegen eine Bewegung gemäß F i g. 1 nach links durch einen radial nach außen vorstehenden Bund 26 festgelegt ist. 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.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die Ausnehmung 4 glattzylindrisch ausgebohrt werden kann. Auch die Herstellung des Konusrings 25 ist relativ einfach, verglichen mit der bei der Konusspannanordnung !0 notwendigen Stufenbohrung.

Die Herstellung des Konusrings 25 mit dem Bund 26 kann noch weiter vereinfacht werden, indem 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

Der Schnitt bei der in F i g. 1 unteren Ausführungs- so form 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 Der Schnitt geht ferner gerade durch die geschlitzte Stelle des Konusrings \2f.

Bei der Ausführungsform der oberen Hälfte der F i g. 2 ist das äußere Bauteil durch ein Schwungrad 41 ω gebildet, welches mit seiner Nabe 2 auf der Welle 5 durch die Konusspannanordnung 50 festgesetzt werden soll. Der Doppelkonusring ist umgekehrt angeordnet als in F i g. 1 und liegt mit seiner zylindrischen Außenum- fangsfläche 37 in der zylindrischen Ausnehmung 4 des es 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 F i g. 1 angedeutet ist

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 Spannrichtung 20' der Spannschrauben 20 festgelegt ist. Die Festlegung erfolgt, indem das innere Bauteil, nämlich die Welle 5' einen Duirchmesserabsatz 46 aufweist und zum in F i g. 2 rechts gelegenen Ende hin einen geringeren Durchmesser 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

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

Wie F i g. 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

31 45 52t Patentansprüche:

1. Konusspannanordnung zum Verbinden eines eine zumindest auf einem Teil ihrer Länge zylindrische Ausnehmung aufweisenden äußeren Bauteils, insbesondere einer Nabe, mit einem konzentrisch in der Ausnehmung angeordneten, eine zylindrische Außenfläche aufweisenden inneren Bauteil, insbesondere einer Welle, mit einem Doppelkonusring mit einer zylindrischen Umfangsfläche und einer mit zwei einander entgegengesetzt angeordneten Konusflächen versehenen Umfangsfläche, wobei die größte Wandstärke des Doppelkonusrings axial gesehen im Inneren des Doppelkonusrings liegt, mit einem Konusring, der eine zylindrische Umfangsfläche und eine als Konusfläche ausgebildete Umfangsflächj aufweist, die mit einer der Konusflächen des Doppelkonusrings zusammenwirkt, mit einem Konusringelement, wel- ches sich radial an dem äußeren Bauteil abstützt und eine als Konusfläche ausgebildete Umfangsfläche aufweist, die mit der anderen Konusfläche des Doppelkonusrings zusammenwirkt,

und mit über den Umfang verteilten, Durchgangsbohrungen des Konusrings bzw. des Konusringelements durchgreifenden und in Gewindebohrungen des Konusringelements bzw. des Konusrings eingreifenden Spannschrauben, mittels deren die Konusringe axial gegeneinander verspannbar sind, d a - durch gekennzeichnet, daß das Konusringelement (15,25,35,45) in der Spannrichtung (20') der an ihn angreifenden Spannschrauben (20) gegenüber dem äußeren (1, 41, 51) oder dem inneren (5, 5') Bauteil unbeweglich ist 3s

2. Konusspannanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konusringelement (15) mit dem äußeren (1) oder inneren Bauteil einstückig ist.

3. Konusspannanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konusringelement durch einen separaten Konusring (25, 35, 45) gebildet ist, der in der zylindrischen Ausnehmung (4) des äußeren Bauteils (1) bzw. an der zylindrischen Außenfläche des inneren Bauteils (5, 5') zumindest in der Spannrichtung (20') festgelegt ist.

4. Konusspannanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Konusringelement (25, 35, 45) gegenüber dem äußeren (1) oder inneren (5') Bauteil festlegender Anschlag vorgesehen ist.

5. Konusspannanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch einen Durchmesserabsatz (46) der zylindrischen Ausnehmung (4) des äußeren Bauteils (1) bzw. der zylindri- sehen Außenfläche des inneren Bauteils (5') gebildet ist

6. Konusspannanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesserabsatz (46) auf dem inneren Bauteil (5') zwischen dem Durchmesserabsatz (46) an der diesem zugewandten Stirnseite des Konusrings (45) ein Abstandsring (48) angeordnet ist

7. Konusspannanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch einen radialen, am inneren bzw. äußeren Bauteil angreifenden Bund (26, 39) des Konusringelements (25, 35) gebildet ist.

8. Konusspannanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund durch eine an der Stirnseite des Konusringelements (25) anliegende, von den Spannschrauben (20) durchgriffene Scheibe gebildet ist

9. Konusspannanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Doppelkonusring (6') ein Zwischenkonusring (21) mit als Konusflächen (22,23) ausgebildeten inneren und äußeren Umfangsflächen zugeordnet ist, die mit den äußeren und inneren Konusflächen des Doppelkonusrings (6') bzw. des Konusringes (12') zusammenwirken und bei denen der Konuswinkel der einen Konusfläche (22) mit einem Winkelabstand vom Selbsthemmungswinkel im Selbsthemmungsbereich, der Konuswinkel der anderen Konusfläche (23) mit mindestens dem gleichen Winkelabstand über dem Selbsthemmungswinkel liegt, und daß die Scheitel der Konusflächen (22, 23) des Zwischenkonusrings (21) axial gesehen auf derselben Seite des Konusrings (21) gelegen sind.

10. Konusspannanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Doppelkonusring (6') ein axialer Anschlag (24) für die die geringere Wandstärke aufweisende Stirnseite des Zwischenkonusrings (21) vorgesehen ist und die Radien der Konusfläche (23) mit dem größeren Konuswinkel so bemessen sind, daß in einem Punkt während des Anziehens der Spannschrauben (20) der Zwischenkonusring (21) mit der Konusfläche (23) auf der entsprechenden Konusfläche des Doppelkonusrings (6') und mit der Stirnseite an dem Anschlag (24) anliegt.