DE4223100C2 - Spannsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannsatz der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Spannsätze sind in mehreren Versionen be­ kannt. Bei einer ersten Version ist eine zylindrische Nabe vorgesehen, die mit ihrem Innenumfang unmittelbar auf einer Welle sitzt. An einem Ende der Nabe kann ein Zahn­ rad, eine Riemenscheibe oder dergleichen vorgesehen sein. Auf dem Außenumfang der Nabe ist ein gattungsgemäßer Spannsatz angeordnet, bei dem die Querschnitte der beiden einzelnen äußeren Konusringe in radialer Richtung vergrö­ ßert sind, so daß die Konusringe erhebliche Ringzugspan­ nungen aufbringen und den darunterliegenden Doppelkonus­ ring, der mit seiner zylindrischen Innenumfangsfläche auf dem Außenumfang der Nabe sitzt, zusammen mit dieser so stauchen können, daß die Nabe auf der Welle festgeklemmt wird. Verschiedene Ausführungsformen dieser Version sind beispielsweise durch die DE-AS 12 94 751 und die DD-PS 90 660 bekannt.

Eine andere Version ist aus der DE-OS 23 29 940 be­ kannt. Hierbei sitzt die Nabe mit ihrem Innenumfang nicht unmittelbar auf der Welle, sondern läßt einen radialen Abstand zu dieser. Der Spannsatz wird in diesen Abstands­ raum eingesetzt. Beim Anziehen der Spannschrauben wird er in radialer Richtung gespreizt und verbindet Welle und Nabe auf diese Weise durch Klemmwirkung.

Eine Weiterentwicklung der DE-OS 23 29 940 stellt der Spannsatz gemäß der DE-OS 24 58 229 dar. Zusätzlich zu einem auf der Welle ruhenden Doppelkonusring umfaßt dieser Spannsatz zwei weitere, außen zylindrische, innen entge­ gengesetzt zur jeweiligen Konusfläche des Doppelkonusrings einfache konische Spannringe, die sich an einem in der Mitte angeordneten, radialen Umfangssteg des Doppelkonus­ rings abstützen. Mittels gegeneinander verspannbarer, doppelkonischer Druckstücke, die mit den Konusflächen des Doppelkonusrings und der Spannringe zusammenwirken, sind die Spannringe gegen die Nabe eines festzulegenden Bau­ teils spannbar, ohne daß es zu einer Relativbewegung zwi­ schen der inneren und der äußeren zylindrischen Oberfläche des Spannsatzes kommt.

Ein Problem liegt bei Spannsätzen dieser Ausbildung darin, daß der Doppelkonusring über seine Länge eine sehr unterschiedliche radiale Wandstärke aufweist. Diese ist in der Mitte am größten. Hier setzt der Doppelkonusring der Stauchung durch die äußeren Konusringe auch den größten Widerstand entgegen. Dies hat zur Folge, daß die aufge­ brachte Radialspannung in Achsrichtung gesehen über die Länge des Doppelkonusrings sehr unterschiedlich ausfällt und es zu starken Spannungsüberhöhungen an den Enden des Doppelkonusrings kommt. Wenn auch die durch die Klemmung erzeugte Spannung vom Material der Welle im Normalfall noch ertragen werden mag, kann es in Fällen von Biegeum­ laufspannungen, die sich der normalen Radialspannung über­ lagern, zu Gesamtspannungszuständen kommen, bei denen die aus den verschiedenen Spannungsarten errechnete für das Einsetzen plastischen Fließens maßgebliche Vergleichsspan­ nung überschritten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Span­ nungsverteilung längs der Achse bei Spannsätzen der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden Art zu ver­ gleichmäßigen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge­ gebene Erfindung gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine deutliche Verringerung der schädlichen Span­ nungsüberhöhung an den äußeren Enden des Doppelkonusrings erzielbar ist.

Die stufenartige Verringerung der radialen Wandstärke kommt an den äußeren Enden des Doppelkonusrings in Be­ tracht. Die zylindrische Innenumfangsfläche geht bis zu diesem Ende durch. An den radial äußeren Konusflächen befindet sich jedoch ein Durchmesserabsatz, der eine Schwächung darstellt, die die Randüberhöhung der ausge­ übten Radialspannung abbaut.

Die axiale Erstreckung des Durchmesserabsatzes sollte gemäß Anspruch 3 so gewählt werden, daß bei verspanntem Spannsatz das äußere axiale Ende des benachbarten Konus­ rings über dem Durchmesserabsatz gelegen ist, so daß der Konusring also über die axiale Begrenzung des Durch­ messerabsatzes vorsteht. An dieser axialen Begrenzung übt der Konusring also noch eine erhebliche radiale Spann­ kraft aus, die sich aber durch das Vorhandensein des Durchmesserabsatzes nicht punktuell auf der Welle aus­ wirkt, sondern über die Länge des Durchmesserabsatzes verteilt wird.

Insbesondere aber ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, daß die erfindungsgemäße stufenartige Verringerung der radialen Wandstärke axial gesehen in der Mitte des Doppel­ konusrings eine Umfangsnut umfaßt, die eine innere oder eine äußere Umfangsnut sein kann und gemäß Anspruch 5 sogar sowohl innen als auch außen vorhanden sein kann.

Es wird also in der Mitte, wo die Steifigkeit des Doppelkonusrings normalerweise am größten ist, bewußt eine Schwächung herbeigeführt, die sich, wie Finite-Ele­ mentenrechnungen gezeigt haben, bis an die äußeren Enden des Doppelkonusrings auswirkt.

Die Lage und Bemessung des zwischen den Umfangsnuten verbleibenden, die beiden Hälften des Doppelkonusrings in Verbindung haltenden Steges wird im Einzelfall ange­ paßt.

Es scheint so zu sein, daß die optimale Vergleichmäßi­ gung des Radialspannungsverlaufs axial gesehen über die Länge des Doppelkonusrings erzielt wird, wenn in einer die Achse enthaltenden Schnittebene die durch die Mitte des Steges verlaufende achsparallele Mittellinie durch den Flächenschwerpunkt der benachbarten Hälfte des Doppelkonusrings geht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Aus­ führungsform;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Wiedergabe des Doppel­ konusrings.

Die in Fig. 1 dargestellte Spannanordnung umfaßt eine Welle 1 mit zylindrischer Außenumfangsfläche 2, auf der eine äußeres Bauteil in Gestalt eines Zahnrades 3 mit einer axial von dem Zahnrad 3 vorstehenden hohlzy­ lindrischen Nabe 4 angeordnet ist, die mit ihrer zylin­ drischen Innenumfangsfläche 5 unmittelbar auf der Außen­ umfangsfläche 2 der Welle sitzt.

Auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 6 der Nabe 4 ist ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Spannsatz ange­ ordnet, der einen inneren Doppelkonusring 7 sowie zwei äußere Konusringe 8 und 9 umfaßt.

Der Doppelkonusring 7 hat eine zylindrische Innen­ umfangsfläche 11, die unmittelbar auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 6 der Nabe 4 sitzt. Die Außenumfangs­ fläche des Doppelkonusrings 7 umfaßt zwei einander ent­ gegengesetzt geneigte Konusflächen 12, 13, die so ange­ ordnet sind, daß sie in der Mitte ohne die Umfangsnuten 30, 40 aneinanderstoßen würden und die größte radiale Wandstärke des Doppelkonusrings 7 dort gelegen ist.

Die Konusringe 8, 9 weisen innere Konusflächen 14, 15 auf, die gleich angeordnet sind wie die Konusflächen 12, 13 und den gleichen Konuswinkel aufweisen, so daß die Konusringe 8, 9 mit ihren Konusflächen 14, 15 flächig auf den Konusflächen 12, 13 anliegen. Der Konusring 8 weist Durchgangsbohrungen für über den Umfang gleich­ mäßig verteilte Spannschrauben auf, die mit ihren Köpfen 17 an der linken äußeren Stirnfläche 18 des Konusrings 8 anliegen. Der Konusring 9 besitzt an entsprechenden Stellen axiale Gewindebohrungen, in die die Spannschrau­ ben 16 eingeschraubt sind. Durch Anziehen der Spann­ schrauben 16 werden die Konusringe 8, 9 gegeneinanderge­ zogen und gleiten dabei über die Konusflächen 12, 14 bzw. 13, 15 ab. Dabei wird der Doppelkonusring 7 zusammenge­ staucht und nimmt dabei die Nabe 4 mit, die ihrerseits auf der Welle 1 festgeklemmt wird. Um die erforderliche Ringzugspannung aufbringen zu können, sind die Konusringe 8, 9 ungeschlitzt und weisen einen ausreichend bemessenen Querschnitt auf, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der Doppelkonusring 7 kann an einer Stelle längsgeschlitzt sein, damit nicht zu viel Spannkraft durch die Verformung des Doppelkonusrings 7 verlorengeht.

An den axial äußeren Enden des Doppelkonusrings 7 sind in den Konusflächen 12, 13 Durchmesserabsätze 20 ange­ bracht, die axial gesehen eine solche Ausdehnung aufweisen, daß die äußeren Stirnflächen 18 bzw. 19 der Konusringe 8 bzw. 9 bei verspanntem Spannsatz 10 im Bereich der Durch­ messerabsätze 20 liegen, d. h. es stehen die Konusringe 8, 9 über die axiale Begrenzung 21 der Durchmesserabsätze 20 nach außen vor.

In der Mitte des Doppelkonusrings 7, axial gesehen, sind eine umlaufende äußere Umfangsnut 30 und dieser in gleicher Höhe gegenüberliegend eine innere Umfangsnut 40 vorgesehen. Radial zwischen beiden verbleibt ein Steg 22, der die beiden Hälften des Doppelkonusrings 7 zusam­ menhält.

Bei der Spannanordnung 200 der Fig. 2 sitzt der Doppel­ konusring 7 mit seiner Innenumfangsfläche 23 unmittelbar auf der Welle. Ein äußeres Bauteil 24 hat eine zylindrische Ausnehmung 25, die einen größeren Durchmesser als die Welle 1 hat. Der Spannsatz 10′ ist in dem Zwischenraum 34 angeordnet. Die Konusringe 8′, 9′ brauchen keine Ringzug­ spannungen zu übertragen und sind daher etwas schwächer dimensioniert. Sie liegen mit ihren zylindrischen Außen­ umfangsflächen in der Ausnehmung 25 des äußeren Bauteils 24 an.

Im übrigen entspricht der Spannsatz 10′ dem Spannsatz 10 der Fig. 1.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die an den äußeren Enden des Doppelkonusrings 7 vorgesehenen Durchmesser­ absätze 20 eine Länge 26 und eine verbleibende radiale Wandstärke 27, von der zylindrischen Innenumfangsfläche 23 aus gesehen, aufweisen.

Die Umfangsnuten 30, 40 im Bereich der größten radialen Wandstärke, d. h. axial gesehen, in der Mitte, haben in dem Ausführungsbeispiel gleiche Breite 28. Die innere Umfangsnut 40 hat eine Tiefe 29 und der stehenbleibende Steg 22 eine radiale Wandstärke 31. Die achsparallele Mittellinie 32 des Steges 22, d. h. die in der halben radialen Erstreckung des Steges 22 verlaufende achs­ parallele Linie, geht durch den Flächenmittelpunkt 33 des Querschnittes der benachbarten Hälfte des Doppel­ konusrings. In dem Ausführungsbeispiel sind die Quer­ schnitte der benachbarten Hälften des Doppelkonusrings 7 untereinander gleich.

Durch geeignete Abstimmung der Abmessungen 26, 27, 28, 29, 31 kann erreicht werden, daß der Verlauf der radialen Klemmspannung, über die Länge des Doppelkonusrings 7 gesehen, im wesentlichen konstant und jedenfalls frei von schädlichen Randspannungen ist.

Claims (6)

1. Spannsatz zur Festlegung eines eine zylindrische Ausnehmung aufweisenden äußeren Bauteils, insbesondere einer Nabe (4, 24) auf einem eine zylindrische Außenumfangs­ fläche (2) aufweisenden inneren Bauteil, insbesondere einer Welle (1),
mit einem Doppelkonusring (7) mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche und zwei dieser radial außen gegenüber­ liegenden, entgegengesetzt geneigten, aneinanderstoßenden Konusflächen (12, 13), wobei die größte radiale Wandstärke axial gesehen in der Mitte liegt,
mit zwei weiteren Konusringen (8, 9; 8′, 9′) mit je einer zylindrischen Außenumfangsfläche und einer konischen Innenumfangsfläche (14, 15), die auf einer der Konusflächen (12, 13) des Doppelkonusrings (7) angeordnet ist und glei­ chen Konuswinkel aufweist,
und mit über den Umfang gleichmäßig verteilten axialen Spannschrauben (16) mit Kopf (17), die axiale Durchgangs­ bohrungen des einen Konusrings (8, 8′) durchgreifen und in axiale Gewindebohrungen des anderen Konusrings (9, 9′) eingreifen und mittels deren die beiden Konusringe (8, 9; 8′, 9′) unter axialem Abgleiten über die Konusflächen (12, 14; 13, 15) gegeneinander anziehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelkonusring (7) zumindest am äußeren axi­ alen Ende mindestens einer seiner Konusflächen (12, 13) eine auf den Endbereich beschränkte stufenartige Verrin­ gerung der radialen Wandstärke aufweist.

2. Spannsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenartige Verringerung der Wandstärke an min­ destens einem äußeren axialen Ende des Doppelkonusrings (7) einen Durchmesserabsatz (20) auf der Seite der Konus­ fläche (12 bzw. 13) umfaßt.

3. Spannsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung (26) des Durchmesserabsatzes (20) so gewählt ist, daß bei verspannte Spannanordnung (100, 200) das äußere axiale Ende (18, 19) des Konusrings (8, 9; 8′, 9′) über dem Durchmesserabsatz (20) gelegen ist.

4. Spannsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die stufenartige Verringerung der Wandstärke axial gesehen in der Mitte des Doppelko­ nusrings (7) mindestens eine Umfangsnut umfaßt.

5. Spannsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte eine äußere und eine innere Umfangsnut (30, 40) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

6. Spannsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallele Mittellinie (32) des zwischen den Umfangsnuten (30, 40) verbleibenden Steges (22) durch den Flächenschwerpunkt (33) einer Hälfte eines die Achse enthaltenden Schnittes des Doppelkonusrings (7) verläuft.