Waldes Kohinoor, Inc. in Long Island City (USA)
Sicherungsring
Die Erfindung bezieht sich auf einen offenendigen Sicherungs
ring für die Montage in einer Ringnut eines Trägerteils, wie zum Beispiel Welle oder Gehäusebohrung, zwecks Bildung
einer künstlichen Schulter zum Festhalten und/oder Stützen eines anderen Maschinenteils, wobei der Ringkörper sich aus
einer Mehrzahl von in Reihe miteinander verbundenen trapezförmigen
Abschnitten zusammensetzt, die abwechselnd radial nach außen und radial nach innen offen ausgebildet sind und
von denen jeder Abschnitt aus einem in Umfangsrichtung des
Ringkörpers sich erstreckenden und entsprechend der Kreisform des Sicherungsringes gekrümmt ausgebildeten Biegebalken,
welcher bei einem nach innen offenen Abschnitt den Außenrand und bei einem nach außen offenen Abschnitt den
Innenrand des Ringkörpers darstellt, sowie aus zwei von den Enden des Biegebalkens ausgehenden Armen besteht, welche bei
jedem Abschnitt von dessen Biegebalken ausgehend divergierend verlaufen und gleichzeitig je einen Arm der beiden
benachbarten umgekehrt liegenden trapezförmigen Abschnitte bilden, und wobei die Biegebalken eine vom Ringscheitel zu
den Ringenden hin fortschreitend kleiner werdende radiale Querschnittshöhe aufweisen, nach Patent (Patentanmeldung P 24 23 898.0).
93ao.75/Ga 7098U/0 198
Dieser Sicherungsring besitzt die charakteristische Eigenschaft der bisher bekannten verjüngten Sicherungsringe, daß
er sich beim Auseinanderspreizen als Außenring oder beim Zusammendrücken als Innenring einheitlich kreisförmig verformt
und daher die wichtige Anforderung erfüllt, daß er ; ringsum gleichmäßig auf dem Boden der Ringnut aufsitzt. ;
Gegenüber allen bekannten verjüngten Sicherungsringformen hat der eingangs genannte Sicherungsring die für die Praxis '
außerordentlich wichtigen und vorteilhaften Eigenschaften,
daß er ohne die Gefahr einer bleibenden Verformung in . wesentlich größerem Ausmaß als Außenring auseinanderspreizbar
oder als Innenring zusammendrückbar ist und daß er, was ; bisher der Technik der Sicherungsringe ganz unbekannt war
und wozu bisher keine bekannte Ringkörperform konzipiert war, in beträchtlichem Ausmaß seine Umfangslänge bein Auseinanderspreizen
vergrößert beziehungsweise beim Zusammendrücken verkleinert. Bezeichnend für den eingangs genannten
Sicherungsring ist, daß sein Ringkörper sich nicht lediglich aus zusammenhängenden Umfangsabschnitten zusammensetzt, die
die jeweils in ihnen auftretenden Biegemomente unmittelbar in die benachbarten Umfangsabschnitte weiterleiten, sondern
daß die Außenrand-Biegebalken und Innenrand-Biegebalken an den Enden durch regelrechte Verbindungsarme miteinander verbunden
sind, die eine solche Länge sowie im Verhältnis zu ; den von ihnen verbundenen Biegebalken eine solche Winkellage \
aufweisen, daß die bei Spreizung oder Zusammendrückung des !
Ringkörpers auf ihn einwirkenden Kräfte derartige über die
Biegebalken auf die Verbindungsarme sich auswirkende Biege- ,
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momente hervorrufen, daß aufgrund dieser Biegemomente eine
beträchtliche Verdrehbewegung der Verbindungsarme und infolgedessen
bei Spreizung eine Vergrößerung beziehungsweise bei ; Zusammendrückung eine Verkleinerung der Umfangslänge des gesamten
Ringkörpers eintritt. Dank dieser wesentlich größeren elastischen Verformbarkeit und der Umfangslängenveränderung
kann der eingangs genannte Sicherungsring in noch tiefere Ringnuten als es bisher möglich war montiert werden und außer4
dem mit einer bis zum Fünffachen höheren Ringschulterhöhe ausgebildet werden. Ferner wird bei abgeschrägter Ringform
eine wesentlich größere Endspielaufnahme ermöglicht und ist
vor allem auch eine bestimmte Ringgröße für einen erheblich größeren Bereich von Welljiendurchmessern respektive Bohrungs-:
durchmessern passend und anwendbar. Mit entsprechend weit bemessener Ringöffnung zwischen den Ringenden ist der eingangs
genannte Sicherungsring auch als radial montierbarer Sicherungsring anwendbar, wobei aufgrund der erwähnten Eigenschaften
der außerordentliche Vorteil zu erreichen ist, daß die Öffnungsbreite erheblich Heiner bemessen werden kann als bei
allen bekannten radial montierbaren Sicherungsringen, so
daß ein bedeutend größerer Umschlingungswinkel möglich ist und der eingangs genannte Sicherungsring sogar so ausgebildet
werden kann, daß er sowohl als radial montierbarer Sicherungsring als auch als axial montierbarer Sicherungsring
angewendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den
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im Hauptpatent beschriebenen Sicherungsring der eingangs
genannten Art weiterzuentwickeln und zu verbessern, um die Biegsamkeit des Ringes und die Fähigkeit, in noch tieferen
Nuten montiert werden zu können, sowie die Fähigkeit zur Aufnahme von axialem Montagespiel noch weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung dadurch gelöst, daß die Außenkanten der Außenrand-Biegebalken
und die Innenkanten der Innenrand-Biegebalken von Kreisen mit gemeinsamem Ringmittelpunkt gebildet sind und
daß die Innenkanten der Außenrand-Biegebalken und die Außenkanten der Innenrand-Biegebalken von Kreisen gebildet ■
sind, deren Mittelpunkte auf der durch den Ringkörperscheitel und den Ringmittelpunkt gelegten Linie exzentrisch auf
gegenüberliegenden Seiten des Ringmittelpunktes liegen. Auf diese Weise wird ein Sicherungsring der eingangs genann- ■
ten Art geschaffen, der, trotzdem sich die radiale Quer- ; schnittshöhe der Biegebalken vom Ringscheitel zu den Ring- ;
enden hin verkleinert und dadurch der Sicherungsring das : Prinzip und die Vorteile des verjüngten Sicherungsringes
besitzt, eine Gesamtringform mit einer ringsum einheitlichen;
Schulterhöhe aufweist, d.h. die Gesamtquerschnittshöhe von
der Außenkante der Außenrand-Biegebalken bis zur Innenkante :
der Innenrand-Biegebalken ist überall die gleiche. Dieser Sicherungsring hat gegenüber den bisher bekannten Ringen mit ;
einheitlicher Schulterhöhe die großen Vorteile, daß eine :
wesentlich größere Schulterhöhe geschaffen werden kann und ; eine wesentlich größere Ringabbiegung und daher auch die An-
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wendung von wesentlich tieferen Ringnuten möglich ist. Während sich bei dem im Hauptpatent beschriebenen Sicherungsrring
die effektive Gesamtringhöhe im Ausmaß der kleiner
werdenden radialen Querschnittshöhe vom Ringscheitel zu den Ringenden hin verjüngt, erhöht sich beim erfindungsgemäßen
Ring entsprechend der Verkleinerung der radialen Querschnitts höhe der Biegebalken die Länge der Verbindungsarme auf das
Maß der einheitlichen Schulterhöhe. Der erfindungsgemäße Sicherungsring mit einheitlicher Schulterhöhe ist daher noch
mehr elastisch biegsam als der im Hauptpatent beschriebene verjüngte Sicherungsring und zeigt außerdem eine noch stärkere
Fähigkeit zur Veränderung seiner Umfangslänge bei Spreizung respektive Zusammendrückung. Gegenüber dem im
Hauptpatent beschriebenen Sicherungsring ermöglicht der erfindungsgemäße
Sicherungsring mit einheitlicher Schulterhöhe die Verwendung von noch tieferen Ringnuten, und bei Anwendung
einer abgeschrägten Ringkante zwecks Aufnahme von Endspiel bei Montage in einer abgeschrägten Ringnut ist seine Endspielaufnahmefähigkeit
noch höher. Die Möglichkeit der Verwendung eines einzigen Ringes für eine größere Anzahl verschiedener
Wellengrößen oder auch Bohrungsgrößen ist mit dem erfindungsgemäßen Sicherungsring mit einheitlicher
Schulterhöhe noch größer als bei dem im Hauptpatent beschriebenen verjüngten Sicherungsring. Andererseits kann im
Vergleich zu dem im Hauptpatent beschriebenen verjüngten Sicherungsring bei gleicher Abbiegefähigkeit die radiale
Querschnittshöhe der Biegebalken und auch die axiale Ringdicke größer bemessen werden, wenn ein dickerer Ring im
Interesse der Festigkeit unter sehr hohen Belastungsum-
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ständen erwünscht ist.
Gleichermaßen vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Weiterbildung
auch für den eingangs genannten Sicherungsring bei Ausbildung und Anwendung als radial montierbarer Sicherungsring.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sicherungsringes
mit einheitlicher Schulterhöhe besteht gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung darin, daß diejenigen
trapezförmigen Abschnitte des Ringkörpers, die aus den nicht in eine Ringnut eingreifenden Biegebalken und den mit diesen
Biegebalken verbundenen Enden der Verbindungsarme bestehenden,
aus der Ebene der umgekehrt liegenden trapezförmigen Abschnitte abgebogen sind. Diese Ringausbildung ermöglicht
im Gegensatz zu Sicherungsringen mit abgeschrägter Ringkante in einer abgeschrägten Ringnut, die nur eine starre Endspielaufnahme
ermöglichen, eine federnde Endspielaufnahme. Gegenüber bekannten Sicherungsringen für eine federnde Endspielauf-r
nähme, deren Ringkörper mit an einem Ringkörperrand angeordneten Lappen als Teil eines Kegelmantels konisch durchgebogen
ist, hat der erfindungsgemäße Sicherungsring die Vorteile, daß
einerseits die Ringbiegsamkeit in peripherer Richtung wesentlich größer ist, so daß der erfindungsgemäße Ring in wesentlich
tieferen Nuten verwendet werden kann und in einer bestimm· ten Ringgröße für einen bedeutend größeren Bereich von Wellen-j
größen geeignet ist, und daß andererseits die radiale Ringhöhe! bedeutend größer sein kann, so daß dadurch eine erhöhte
federnde Endspielaufnahme zu erzielen ist. Der erfindungsgemäße Ring macht erstmals eine wesentlich
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höhere federnde Endspielaufnahme möglich, ohne gleichzeitig
die Fähigkeit des Ringes zur federelastischen Spreizung oder Zusammendrückung zu opfern und ohne die Gefahr, daß der Ring
bei axialer Belastung aus seiner Nut herausgezwungen werden könnte.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sicherungsringes dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen axial montierbaren verjüngten Außenring mit
einheitlicher Schulterhöhe in Draufsicht; Fig. 2 eine abgewandelte Ausführung des Sicherungsringes
zum Zwecke einer Endspielaufnahme in einem vergrößerten
Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 eine andere Ausgestaltung des Sicherungsringes zum
Zwecke einer Endspielaufnahme in einem vergrößerten Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.
Der Ringkörper des Sicherungsringes der Fig. 1 besteht aus aneinandergereihten trapezförmigen Abschnitten, die abwechselnd
radial nach außen und radial nach innen offen sind Jeder trapezförmige Abschnitt besteht aus einem in Umfangsrichtung
des Ringkörpers sich erstreckenden und entsprechend der Kreisform des Sicherungsringes gekrümmt ausgebildeten
Biegebalken 12 bzw. 16 und zwei von den Enden des Biegebalkens
ausgehenden Verbindungsarmen 20. Die Biegebalken der nach innen offenen trapezförmigen Abschnitte bilden den
Außenrand des Ringkörpers und die Biegebalken 16 der nach außen offenen trapezförmigen Abschnitte bilden den Innenrand
des Ringkörpers. Die beiden Verbindungsarme 20 eines
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trapezförmigen Abschnittes bilden gleichzeitig je einen ■
Verbindungsarm der beiden benachbarten, umgekehrt liegenden
trapezförmigen Abschnitte. Die Außenkanten 1 der der Außen- : rand-Biegebalken 12 und die Innenkanten 2 der Innenrand- ;
Biegebalken 16 liegen auf konzentrischen Kreisen mit dem gemeinsamen Mittelpunkt M, der der Ringmittelpunkt ist. Der
Ringmittelpunkt M liegt auf der Linie L, die durch die Öffnung zwischen den Ringenden 3 und dem dieser Öffnung
diametral gegenüberliegenden Ringscheitel verläuft. Die Innenkante 4 der Außenrand-Biegebalken 12 wird von einem
Kreis gebildet, dessen Mittelpunkt P1 auf der Linie L von
dem Ringmittelpunkt M zu den Ringenden 3 hin exzentrisch versetzt ist. Die Außenkante 5 der Inenrand-Biegebalken
werden von einem Kreis gebildet, dessen Mittelpunkt P2 auf
der Linie L in entgegengesetzter Richtung, d.h. von dem Ringmittelpunkt M zu dem Ringscheitel hin exzentrisch versetzt
ist. Auf diese Weise wird einerseits ein Ringkörper gebildet, bei dem die radiale Querschnittshöhe h.- der
Außenrand-Biegebalken 12 und die radiale Querschnittshöhe h,
der Innenrand-Biegebalken 16 von einem Maximum beim Ringscheitel fortschreitend zu den Ringenden 3 hin auf ein
Minimum abnimmt, so daß der Sicherungsring die prinzipielle Form und Wirkung eines verjüngten Sicherungsringes mit
kleiner werdender tatsächlicher Querschnittshöhe hat, aufgrund der der Sicherungsring beim Auseinanderspreizen,
respektive beim Zusammendrücken im Falle des Innenringes, die Kreisform beibehält. Andererseits wird aber auch ein
Ringkörper geschaffen, dessen wirksame, effektive Höhe H
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ringsum überall gleich groß ist, so daß der Sicherungsring
auch noch die Form und Eigenschafteneines Ringes mit einheitlicher
Schulterhöhe aufweist.
in dem Maße, wie sich die radialen Querschnittshöhen h^ und
h„ der Biegebalken 12 und 16 vom Ringscheitel zu den Ringenden hin verkleinern, vergrößert sich der Längenabschnitt der
Verbindungsarme 20 zwischen den Biegebalken, so daß beim erfindungsgemäßen Sicherungsring mit einheitlicher Schulterhöht
sämtliche Verb indungs arme die gleiche Gesamtlänge im wesentlichen vom BetrageH haben. Gegenüber einem aus trapezförmigen
Abschnitten bestehenden Sicherungsring, dessen wirksame, effektive Höhe verjüngt ist und also der radiale Abstand
zwischen dem Außenrand 1 der Balken 12 und dem Innenrand 2
der Balken 16 kleiner wird, hat der erfindungsgemäße Sicherungsring daher die Vorteile, daß die elastische Verformbarkeit
beim Auseinanderspreizen, beziehungsweise beim Zusammen-r drücken im Falle der Innenringform,wesentlich erhöht ist und
daß außerdem die zusätzliche Fähigkeit gesteigert ist, daß der Sicherungsring beim Auseinanderspreizen seine Umfangslänge
vergrößert beziehungsweise als Innenring beim Zusammen-··
drücken seine Umfangslänge verkleinert. Diese Veränderung der Umfangslänge beruht darauf, daß aufgrund der Zusammensetzung
des Ringkörpers aus den trapezförmigen Abschnitten die bei einer Verformung des Ringkörpers einwirkenden Kräfte
Biegemomente hervorrufen, die sich über die Biegebalken derartig auf die Verb indungs arme 20 auswirken, daß diese Verbin-ί
dungsarme 20 unter der Einwirkung der Biegemomente beträchtliche Verdrehbewegungen in der Ringkörperebene ausführen und
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dadurch sich die Umfangslänge der einzelnen trapezförmigen
Abschnitte und damit die Umfangslänge des gesamten Ringkörpers bei einer Spreizung der Außenringform verlängert und bei
einer Zusammendrückung der Innenringform verkürzt. Aufgrund dieser gesteigerten Veränderung der umfangslänge zusammen mit
der gesteigerten elastischen Verformbarkeit kann der erfindungsgemäße Sicherungsring mit einheitlicher Schulterhöhe bei;
einer bestimmten Größe für einen noch größeren Bereich von Wellendurchmessern respektive Bohrungsdurchmessern angewendet
werden. Aufgrund der außerordentlich hohen elastischen Verformbarkeit ist es auch möglich, den Sicherungsring als
radial montierbaren Ring anzuwenden mit einer bedeutend enge-; ren Öffnung zwischen den Ringenden 3 als es bislang bei den
bekannten radial montierbaren Sicherungsringen möglich war. Es ist sogar möglich, einen erfindungsgemäßen Sicherungsring
mit einheitlicher Schulterhöhe sowohl als axial montierbaren Ring wie auch als radial montierbaren Ring anzuwenden.
Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des Sicherungsringes, bei der der von den Biegebalken 16 gebildete Innenrand des
) Ringkörpers mit einer Abschrägung 6 versehen ist. Diese Ringausführung ist aufgrund der hohen elastischen Auseinanderspreizbarkeit
des Ringkörpers in der Lage, beim Einsetzen des Sicherungsringes in eine tiefe Ringnut, die
gleichfalls eine Abschrägung aufweist, ein sehr hohes axiales Endspiel des zu sichernden beziehungsweise abzustützenden
Maschinenteils aufzunehmen. In analoger Weise
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kann der Sicherungsring bei Ausbildung als Innenring an
seinem Außenrand mit einer Abschrägung versehen sein. Wenn der Ring in der abgeschrägten Ringnut des Trägerteils fertig
montiert ist, ist die Mondtage allerdings starr und werden auftretende Axialkräfte mit dem vollen Flächenkontakt der
abgeschrägten Ringkante mit der abgeschrägten Ringnut aufgenommen.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Sicherungsringes
für eine Endspielaufnahme. Bei dieser Ausführungsform
sind die mit dem abzustützenden Maschinenteil zusammenwirkenden trapezförmigen Abschnitte des Ringkörpers, beim dargestellten
Ausführungsbeispiel die Außenrand-Biegebalken 12 und die mit diesen Biegebalken verbundenen Enden der Verbindungsarme
20, aus der Ebene der mit der Ringnut des Trägerteils
zusammenwirkenden, umgekehrt liegenden trapezförmigen Abschnitte um einen vorbestimmten Winkel abgebogen . In analoger
Weise können bei der Innenringform die aus den Innenrand-Biegebalken 16 und den mit diesen Biegebalken verbundenen
Enden der Verbindungsarme 20 bestehenden trapezförmigen Abschnitte
des Ringkörpers abgebogen sein. Mit dieser Ausführungsform des Sicherungsringes ist eine außerordentlich hohe
federnde Endspielaufnähme möglich, die dadurch bewirkt wird, daß der Sicherungsring, ohne an elastischer Spreizbarkeit
beziehungsweise Zusammendrückbarkeit zu verlieren, mit sehr großer radialer Schulterhöhe ausgebildet werden kann und daß
daher die eine große radiale Höhe aufweisenden, aus der Ringkörperebene abgebogenen trapezförmigen Abschnitte um hohe
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Beträge in axialer Richtung elastisch biegbar sind und
daher ein sehr großes axiales Endspiel federelastisch aufnehmen können. Da der Sicherungsring auch in sehr tiefe
Nuten eingesetzt werden kann danlc seiner sehr hohen elastischen
Spreizbarkeit und effektiven Ringhöhe^ besteht auch
nicht die Gefahr, daß der Sicherungsring bei axialer Belastung1
und bei der hohen federnden Endspielaufnahme aus der Ringnut herausgezwungen wird.
In besonders bevorzugter Weise wird der erfindungsgemäße Sicherungsring, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, derart
ausgebildet, daß die radiale Längenausdehnung der Verbindungsarme 20, die an allen Umfangsstellen des Ringkörpers
der einheitlichen Ringschulterhöhe H des Ringkörpers gemessen von der Außenkante 1 der Außenrand-Biegebalken 12 bis zur
Innenkante 2 der Innenrand-Biegebalken 16 entspricht, wenigstens gleich der Summe der maximalen radialen Querschnittshöhen h. und h ist, die die Außenrand-Biegebalken 12 bzw.
die Innenrand-Biegebalken 16 am Ringscheitel aufweisen. Die maximale radiale Querschnittshöhe des der Öffnung zwischen
den Ring/enden 3 genau gegenüberliegenden oder wenigstens nahezu gegenüberliegenden Biegebalken, der beim dargestellten
Ausführungsbeispiel der Außenrand-Biegebalken 12 ist, beträgt vorzugsweise das 1-fache bis 3,5-fache der Ringdicke,
d.h. der Materialdicke des Ringkörpers. Die Materialdicke soll im allgemeinen nicht größer sein als die minimale radiale tatsächliche Querschnittshöhe des Ringkörpers im Be- '
reich der Ringenden 3. Vorzugsweise sind die Verbindungsarme 2Φ
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gegenüber einem Radius, der durch den Ringmittelpunkt M und einem Punkt in der Mitte der Umfangslänge des jeweils mit
den Verbindungsarmen verbundenen Außenrand-Biegebalkens 12 gelegt ist, um einen Winkel zwischen 7 und 20 Grad geneigt.
Die Breite der Verbindungsarme 20 beträgt vorzugsweise das 1-fache bis 3-fache der Materialdicke des Ringkörpers.
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