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Bei Konusspannanordnungen der hier in Rede stehenden Art sind zwei
grundsätzliche Ausführungsformen bekannt. Die äußere Bauteilanordnung kann selbst
eine Konusfläche aufweisen, die mit der äußeren Konusfläche des Flanschkonusrings
zusammenwirkt. Es fällt also eine Ausführungsform unter die Erfindung, bei welcher
auf der äußeren Konusfläche des Flanschkonusrings zwei Bauteile sitzen, die eine
unmittelbar auf der
Konusfläche des Flanschkonusrings aufliegende
Innenkonusfläche aufweisen. Das »Konusteil« und das »äußere Bauteil« sind hierbei
also eins.
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Da aber in der Praxis überwiegend die Teile der eigentlichen Spannanordnung
bei einem anderen Hersteller gefertigt werden als dem Hersteller der zu verspannenden
Bauteile und dieser die Teile der Spannanordnung als fertiges Bauteil einzukaufen
pflegt und da es ferner nur mit erheblichem Aufwand möglich ist, bei getrennter
Herstellung die Konusflächen mit der erforderlichen Genauigkeit in Neigungswinkel
und Oberflächenbeschaffenheit aufeinander abzustimmen, werden Spannanordnungen der
in Rede stehenden Art häufig als sogenannte Spannsätze ausgebildet, die mit dem
Flanschkonusring zusammenwirkende eigene Konusringe mit einer zylindrischen Umfangsfläche
umfassen.
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Das äußere Bauteil wirkt hierbei also nicht mehr unmittelbar mit der
Konusfläche des Flanschkonusrings zusammen, sondern weist lediglich eine zylindrische
Bohrung auf, in die der »Spannsatz« eingesetzt wird Eine zylindrische Bohrung bereitet
hinsichtlich der Anpassung keine Schwierigkeiten.
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Diese Ausführungsform ist auch bei der Erfindung gemäß Anspruch 2
zu bevorzugen.
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Der Ausdruck »Bauteilanordnung« umfaßt sowohl den Fall, daß es sich
um ein einstückiges Bauteil mit einer zylindrischen Ausnehmung handelt, mit welcher
zwei auf einem Flanschkonusring angeordnete Konusringe zusammenwirken, als auch
den Fall, daß es sich z. B. um zwei in Achsrichtung hintereinander angeordnete getrennte
Bauteile umfaßt, von denen mindestens eines auf einem Konusring angeordnet ist (Anspruch
3).
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Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannanordnung ergibt
sich ein wichtiger Zusatzvorteil, der in vielen Fällen von wesentlicher Bedeutung
sein kann. Wenn beispielsweise bei der Ausführungsform nach der DE-OS 20 17 149,
F i g. 1, gleiche Gleitpaarungen auf der Welle und in der Nabenbohrung vorausgesetzt
(ganz überwiegend Stahl auf Stahl), das übertragene Drehmoment ansteigt, wird ein
Durchrutschen stets zuerst auf der Welle stattfinden, weil dort eben der Radius
kleiner und dementsprechend für ein bestimmtes Drehmoment die Umfangskräfte, die
durch Reibung gehalten werden müssen, größer sind. Ein Durchrutschen auf der Welle
indessen ist in vielen Fällen äußerst unerwünscht, weil die Welle dabei durch Riefen
beschädigt und die Demontage der Spannanordnung erschwert werden.
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Die oben genannte Ausführungsform bietet nun die Möglichkeit der
Schaffung einer Überlastsicherung, ohne daß es zu einem Durchrutschen auf der Welle
kommt. Vielmehr rutscht das auf dem Konusring sitzende äußere Bauteil auf dessen
Zylinderfläche durch. Dies wird dadurch erreicht, daß der Flanschkonusring auf der
Welle nicht nur ausschließlich durch die an dem betreffenden Bauteil wirkenden radialen
Kräfte festgehalten ist, sondern zusätzlich auch noch die zwischen dem Flanschkonusring
und dem benachbarten Bauteil wirkenden radialen Kräfte. Der Flanschkonusring wird
also gewissermaßen auf der Welle künstlich zusätzlich festgehalten, so daß er unter
der Wirkung des an dem einen Bauteil ausgeübten Drehmoments nicht durchrutscht,
sondern daß das Durchrutschen zuerst an der Zylinderfläche des dem betreffenden
Bauteil zugeordneten Konusrings stattfindet, d. h. also außerhalb der Welle.
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Konstruktionen mit nebeneinander auf einer Welle angeordneten Bauteilen
sind ziemlich häufig, z B. bei nebeneinander angeordneten Zahnrädern, Kettenzahn-
rädern
und Kurbeltrieben mit den kurbelbenachtem Antriebsrad.
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Das Anziehen der Spannanordnung geschieht mittels über den Umfang
verteilter, den Flansch des Flanschkonusrings durchgreifender axialer Spannschrauben.
Es müssen dementsprechend beim Anziehen von zwei auf dem gleichen Flanschkonusring
sitzenden Konusteilen bzw. Konusringen zwei Sätze derartiger Spannschrauben vorhanden
sein. Da die Zahl der auf dem Umfang des Flansches unterbringbaren Spannschrauben
beschränkt ist, beschränkt sich auch die Zahl der an jedem einzelnen Konusteil bzw.
Konusring angreifenden Spannschrauben auf etwa die Hälfte der Maximalzahl.
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Dadurch sind auch die maximale axiale Zugkraft und dementsprechend
die radiale Klemmkraft und das übertragbare Drehmoment beschränkt.
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Anspruch 4 gibt eine Ausgestaltung der Erfindung wieder, mittels
deren jedem einzelnen Konusteil bzw.
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Konusring eine größere Anzahl von Spannschrauben zugute kommt.
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Das dem Flansch benachbarte Konusteil wird zunächst mittels der Spannschrauben
größeren Durchmessers, die über den Umfang ohne wesentliche Zwischenräume (bis auf
eventuelle Abdrückgewinde) verteilt sind, bis zu der gewünschten Verspannung angezogen.
Diese Spannschrauben werden sodann entfernt, wobei die Verspannung wegen der Selbsthemmung
des Konuswinkels aufrechterhalten bleibt. Es werden sodann der Hilfsring vor den
Flansch gesetzt und die Spannschrauben mit dem geringeren Durchmesser durch die
Durchgangsbohrungen des Flansches und die Gewindebohrungen des flanschnahen Konusteils
hindurch in die fluchtenden Gewindebohrungen des nächsten Konusteils eingeschraubt
und angezogen. Auf diese Weise kann jeder Konusring mit einem den Umfang des Flanschkonusrings
ausfüllenden vollen Satz von Spannschrauben angezogen werden.
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Um den geringeren Durchmesser des zweiten Spannschraubensatzes auszugleichen,
können der flanschferne Teil des Flanschkonusrings und der damit zusammenwirkende
Konusteil einen verringerten Konusneigungswinkel aufweisen. Es ist dann die bei
einer bestimmten Axialkraft erzielbare Radialkraft entsprechend höher.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Spannanordnung schematisch dargestellt F i g. 1 bis 6 zeigen Längsschnitte durch
die Spannanordnungen, wobei die das innere Bauteil bildende Welle in jedem Fall
weggelassen und die äußeren Bauteile nur angedeutet sind.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten, als Ganzes mit 100 bezeichneten
Spannanordnung ist ein Flanschkonusring 1 vorhanden, der mit seiner zylindrischen
Innenumfangsfläche 2 auf einer nicht dargestellten Welle anliegt.
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Auf der gegenüberliegenden Seite besitzt der Flanschkonusring 1 eine
äußere Konusfläche 3, deren Scheitel gemäß Fig. 1 rechts liegt, so daß das dickwandigere
Ende des Flanschkonusrings 1 links auf der Seite des zur Seite der Konusfläche 3,
d. h. nach außen vorstehenden Radialflansches 4 gelegen ist. Der Radialflansch 4
weist über den Umfang verteilte Durchgangsbohrungen 5 auf, die von Spannschrauben
6, 6' und gegebenenfalls von nicht dargestellten Abdrückschrauben durchgriffen werden.
Der Flanschkonusring 1 ist an einer Stelle mit einem Längsschlitz 7 versehen, damit
er in radialer Richtung leicht verformbar ist und nicht Spannkraft der Schrauben
6, 6' für die bloße Verformung des Flanschkonusrings
1 verlorengeht.
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Auf dem Flanschkonusring 1 ist, dem Flansch 4 benachbart, ein erster
Konusring 8 mit einer inneren, mit der Konusfläche 3 zusammenwirkenden Konusfläche
9 und einer darüber angeordneten äußeren zylindrischen Umfangsfläche 10 angeordnet,
der an über den Umfang verteilten Stellen Durchgangsbohrungen 11 für die Spannschrauben
6 und Gewindebohrungen 11' für die Spannschrauben 6' aufweist. Die Spannschrauben
6' ziehen den Konusring 8 gemäß F i g. 1 nach links, wobei die Konusflächen 9, 3
aufeinander abgleiten und der Konusring 8 radial aufgeweitet wird. Um diese Verformung
zu erleichtern, weist auch der Konusring 8 einen nicht dargestellten Längsschlitz
auf.
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In Achsrichtung neben dem Konusring 8 ist auf dem Flanschkonusring
1 ein zweiter geschlitzter Konusring 12 mit einer inneren Konusfläche 13 und einer
zylindrischen Außenumfangsfläche 14 angeordnet, welcher Gewindebohrungen 15 für
die Spannschrauben 6 aufweist.
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Diese durchgreifen den Konusring 8 und greifen in den Konusring 12
ein, um diesen mit einer unabhängig von den Spannschrauben 6' einstellbaren Kraft
gemäß F i g. 1 nach links zu ziehen.
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Die beiden zylindrischen Außenumfangsflächen 10, 14 der Konusringe
8, 12 liegen in der zylindrischen, mit gleichem Durchmesser durchgehenden Innenumfangsfläche
21 der Ausnehmung eines äußeren Bauteils an, welches in dem in F i g. 1 oben dargestellten
Beispiel ein einstückiges Bauteil ist. Beim Anziehen der Spannschrauben 6, 6' wird
die nicht dargestellte Welle in der Ausnehmung 21 durch Reibschluß drehfest fixiert.
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Der flanschnahe Konusring 8 kann mittels der Spannschrauben 6' mit
beliebiger Kraft angezogen werden.
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Die Anzugskraft des Konusrings 12 kann unabhängig davon mittels der
Spannschrauben 6 so dosiert werden, daß die sonst am in F i g. 1 rechten Ende des
Flanschkonusrings 1 leicht eintretende unzuträgliche Spannungsspitze vermieden wirt
In der unteren Hälfte der F i g. 1 ist angedeutet, daß die Durchmesser der Zylinderflächen
10, 14 auch verschieden sein können, wie durch die gestrichelte Linie 14' angedeutet,
so daß die Bohrung 21 eine Stufenbohrung ist. Insbesondere aber kann die äußere
Bauteilanordnung, die in der oberen Hälfte der F i g. 1 durch das einstückige Bauteil
20 gegeben war, auch aus zwei in Achsrichtung nebeneinanderliegenden Bauteilen 20',
20" bestehen, die längs einer Radialebene 22 zusammenstoßen oder aber auch einen
axialen Abstand voneinander aufweisen, wie gestrichelt angedeutet. Jedem Bauteil
20', 20" ist ein Konusring 8 bzw. 12 zugeordnet.
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Die beiden Bauteile 20', 20" sitzen aber auf einem gemeinsamen Flanschkonusring
1.
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Diese Konfiguration ermöglicht die Schaffung einer Überlastsicherung,
bei der beim Vorliegen einer Überlast ein Durchrutschen stattfindet, jedoch nicht
auf der Welle. Wenn auf eines der Bauteile 20', 20" ein Drehmoment wirkt, welches
bei einem gegebenen Verspannungszustand durch Reibschluß nicht mehr übertragen werden
kann, beispielsweise bei dem Bauteil 20", so rutscht dieses an der zylindrischen
Umfangsfläche 14 und nicht etwa auf der Welle durch, weil der Flanschkonusring 1
außer durch die durch den Konusring 12 hindurch übertragenen Radialkräfte zusätzlich
auch noch durch die durch den Konusring 8 hindurch übertragenen Radialkräfte auf
der Welle festgeklemmt wird und seine Durchrutschgrenze daher entsprechend erhöht
ist.
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Soweit in den folgenden Ausführungsformen gleiche Teile vorliegen,
sind gleiche Bezugszahlen verwendet Der Hauptunterschied der Spannanordnung 200
der F i g. 2 gegenüber der Spannanordnung 100 der F i g. 1 besteht darin, daß an
dem flanschnahen Bauteil 30 die konische innere Umfangsfläche 31 unmittelbar angebracht
ist, daß also kein separater Konusring vorhanden ist, der in einer zylindrischen
Ausnehmung des Bauteils 30 angeordnet wäre. Das führt dazu, daß sich die Bauteilanordnung
nicht mehr von den Spannteilen trennen läßt und daß die Spannanordnung 200 nicht
mehr einen separaten, eine in sich geschlossene Einheit bildenden Spannsatz 16 umfaßt
wie in F i g. 1. Im übrigen weist auch die Spannanordnung 200 bei in Achsrichtung
nebeneinander angeordnete voneinander getrennte Bauteile 20", 30 auf, bei denen
für das Bauteil 20" in gleicher Weise unter Durchrutschen an der zylindrischen Umfangsfläche
14 des Konusrings 12 eine Überlastsicherung gegeben ist wie in F i g. 1.
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Ein weiterer Unterschied der Spannanordnung 20 besteht darin, daß
das Bauteil 30 nicht an dem Flansch 4 anliegt, wie es an der Stelle 17 bei dem Bauteil
20' der Fall ist. Das wiederum hat zur Folge, daß sich bei einem Anziehen der Spannschrauben
6, 6' die Bauteile 30 und 20" gegenüber der nicht dargelegten Welle um eine geringe
Strecke nach links verlagern. In manchen Fällen spielt dies keine Rolle. Der Vorteil
ist, daß ein Gleiten nur entlang der Konusfläche 3 stattfindet und nur hier die
Reibung überwunden werden muß. Bei der Ausführungsform nach F i g. l findet beim
Anziehen der Schrauben 6,6' ein Gleiten sowohl auf Konusfläche 3 als auch auf der
inneren Umfangsfläche 21 des äußeren Bauteils 20 statt. Durch die Anlage an der
Stelle 17 bleibt das äußere Bauteil 20 zwar exakt an seiner Stelle stehen, doch
geht ein größerer Anteil der Schraubenspannkraft für die Überwindung von Reibung
verloren.
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Bei der Spannanordnung 300 der F i g. 3 sitzt auf dem Konusring 8
wieder das Bauteil 20'. Die Spannschrauben 6 greifen unmittelbar in das Bauteil
32 ein, so daß dieses schon hierdurch an einem Durchdrehen gehindert ist. Es klemmt
jedoch die Flanschkonusbüchse 1 zusätzlich auf der nicht dargestellten Welle fest,
so daß ein Durchrutschen nur an der Zylinderfläche 10 stattfinden kann. Die innere
Konusfläche des Bauteils 32 ist durch einen relativ dünnwandigen konischen geschlitzten
Einsatz 33 gebildet, der in eine zylindrische Bohrung 34 des Bauteils 32 eingesetzt
und durch einen Bund 35 gegen ein Verrutschen unter der Wirkung der Spannschrauben
6 gesichert ist.
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Während der Konusring 1 in den Fig. 1 bis 3 mit seiner zylindrischen
Innenumfangsfläche 2 auf der nicht dargestellten Welle sitzt, besitzt der Konusring
41 eine zylindrische Außenumfangsfläche 42, die an dem Innenumfang 21 des äußeren
Bauteils 20 anliegt. Die Konusfläche 39 des Flanschkonusrings ist Innenkonusfläche
und wirkt mit den äußeren Konusflächen 43, 44 der Konusringe 45,46 zusammen, die
mit ihrer zylindrischen Innenumfangsfläche 47, 49 auf der nicht dargestellten Welle
aufsitzen. Der Radialflansch 40 weist nach innen.
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Die Spannanordnung 400 kommt nur für einstückige äußere Bauteile
20 in Betracht und kann nur dazu dienen, in der bei F i g. 1 geschilderten Weise
die Spannungsüberhöhung am in F i g. 4 rechten Rand des Flanschkonusrings 41 zu
verringern, nicht jedoch als Überlastsicherung. Da aber das Problem der Randspannungsüberhöhung
nabenseitig, d. h. wenn der relativ dünnwandige Flanschkonusring nicht unmittelbar
auf der Welle sitzt, ohnehin nicht so groß ist, ist die Spannanordnung 400 nicht
als eine wichtige Ausführungsform anzusehen, obwohl sie den Gedanken der Erfindung
verwirklicht.
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Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Spannanordnungen werden in
die Gewindebohrungen 11' der kurzen Spannschrauben 6' längere Abdrückschrauben eingeschraubt,
die gegen gewindefreie Stellen der rechten Konusringe drücken. Auf diese Weise kann
der rechte Konusring abgedrückt werden. Zum Abdrücken der linken Konusringe sind
in dem Flansch 4, 40 nicht dargestellte Abdrückgewinde vorgesehen, in die Abdrückschrauben
einschraubbar sind, die gegen gewindefreie Stellen der linken Konusringe drücken
und diese von dem Flanschkonusring abdrücken.
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Die Spannanordnung 500 der F i g. 5 entspricht im wesentlichen der
Spannanordnung 100 der Fig. 1. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, daß Spannschrauben
zweier verschiedener Durchmesser verwendet werden. Der Konusring 8' weist Gewindebohrungen
11" auf, die einen solchen Durchmesser besitzen, daß die verwendeten Gewindeschrauben
geringeren Durchmessers hindurchgesteckt werden können und sie also dafür als Durchgangsbohrungen
dienen können. Auch die Durchgangsbohrungen 5' in dem Flansch 4 des Flanschkonusrings
list auf den größeren Durchmesser abgestellt. Die Gewindebohrung 15 in dem Konusring
12 entsprechen dem geringeren Schraubendurchmesser.
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Beispielsweise kann der größere Schraubendurchmesser 4 mm, der geringere
10 mm betragen.
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Beim Verspannen der Spannanordnung 500, die wieder einen eine separate
Einheit bildenden Spannsatz 16 darstellt, wird zunächst der in F i g. 5 erkennbare,
gegen die äußere Stirnseite des Flansches 4 anliegende Hilfsring 50 weggelassen.
Der Konusring 8' wird mittels der Spannschrauben größeren Durchmessers gemäß Fig.
5 nach links auf den Flanschkonusring 1 bis zu einem gewünschten Verspannungsgrad
aufgezogen. Wenn die Spannschrauben größeren Durchmessers jetzt gelokkert werden,
bleibt der Konusring 8' unter Spannung stehen, weil der Neigungswinkel der Konusfläche
3 sich im Selbsthemmungsbereich befindet. Nunmehr wird der Hilfsring 50 vor den
Flansch 4 gesetzt und es werden durch die Durchgangsbohrungen 52 und 5' und die
Gewindebohrung 11" des Konusrings 8' hindurch die längeren Spannschrauben 6 in die
Gewindebohrungen 15 des in F i g. 5 rechten Konusrings 2 eingeschraubt und dieser
seinerseits verspannt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Teilkreis
für die Spannschrauben für beide Konusringe 8' und 12 voll genutzt werden kann,
während bei den Ausführungsformen der F i g. 1 bis 4 die Spannschrauben 6' zwischen
die Spannschrauben 6 gesetzt werden mußten und für jeden Konusring somit nur die
Hälfte der Spannschrauben zur Verfügung stand. Natürlich muß in beiden Fällen Platz
für einige Abdrückgewinde 51 gelassen werden.
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Die Spannanordnung 600 der F i g. 6 entspricht im wesentlichen der
Spannanordnung 500 mit dem einzigen Unterschied, daß die Konusfläche 3 des Flanschkonusrings
1 in zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte 3' und 3" unterteilt ist,
deren Neigungswinkel beide im Selbsthemmungsbereich liegen, wobei allerdings der
Neigungswinkel des unter dem rechten, also flanschfernen Konusring 12 gelegenen
Abschnitts 3" etwas kleiner ist als der des Abschnitts 3'. Natürlich sind die Neigungswinkel
der Konusflächen der Konusringe 8' und 12 entsprechend angepaßt. Durch den geringeren
Neigungswinkel des Abschnitts 3" lassen sich trotz des beim Anziehen des Konusrings
12 verwendeten geringeren Schraubendurchmessers dennoch erhöhte radiale Preßkräfte
erzielen.
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Im Hinblick auf die Ausbildung der in den F i g. 5 und 6 nicht dargestellten
äußeren Bauteileanordnung gilt das gleiche wie in F i g. 1. Wenn es sich um ein
einstückiges Bauteil handelt, an dem beide Konusringe angreifen, ist der Aspekt
der Beeinflussung der Spannungsverteilung bzw. der Erniedrigung der Randspannung
maßgeblich. Handelt es sich um zwei nebeneinander angeordnete Bauteile, so steht
die Überlastsicherung im Vordergrund. Ist nur ein Bauteil auf einem der Konusringe
vorhanden und liegt der andere, dann ungeschlitzte Konusring außerhalb des Bauteils,
so geht es nur um die Überlastsicherung und dient der andere Konusring nur zum zusätzlichen
Festklemmen des Flanschkonusrings auf der Welle.
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