DE69102308T2 - Flanschbefestigungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flanschbefestigungsvorrichtung für die drehfeste Befestigung eines Flansches auf einer Welle. Sie bezieht sich weiterhin auf eine Überlastkupplung mit einer solchen Vorrichtung und auf kraftgetriebene Werkzeuge mit solchen Vorrichtungen.
• In der Vergangenheit wurden Flansche drehfest auf Wellen nach einer Vielzahl von Methoden befestigt mit entweder Vorsprüngen auf der Montagefläche der Welle oder mit Nuten, die sich von einem Ende der Welle bis zur Flanschposition erstrecken.
• Eine Überlastkupplung, die zwischen einer Welle und einem rotierenden Bauelement wirkt, ist in den US-Patent 4 222 246 gezeigt. Bei dieser Kupplung erfolgt die Rutschbewegung bei Überlast zwischen einer Umfangsfläche der Welle und einer inneren Umfangsfläche des rotierenden Bauelementes und somit ist das rotierende Bauelement selbst nicht dagegen gesichert, mit der Welle zu rotieren.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine drehfeste Befestigung für einen Flansch auf einer Welle zu schaffen, die gestattet, daß der Flansch montiert wird, ohne daß auf die Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten beeinträchtigt wird.
• Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung eine Flanschbefestigungsvorrichtung für die drehfeste Befestigung eines Flansches auf einer Welle vorgesehen, bestehend aus einer Welle mit einer Vertiefung in ihrer Oberfläche zwischen den Lagerflächenabschnitten, einem unterbrochenen Ring, angeordnet auf der Welle mit seinen gegenüberliegenden Enden neben den gegenüberliegenden Seiten der Vertiefung, einem Ringflansch mit den Maßen, daß er um diesen Ring paßt, und mit einem radial nach innen gerichteten Vorsprung oder Zahn, der in diese Vertiefung durch den Spalt zwischen den Enden des Ringes eingreift, wobei das nach innen gerichtete Maß des Vorsprunges größer ist als die radiale Dicke des Ringes, jedoch kleiner als die doppelte Dicke des Ringes, und die Vertiefung sich axial um mindestens die axiale Dicke des Flansches an mindestens einer Seite des Ringes hinaus erstreckt.
• Mit einer solchen Vorrichtung kann der Flansch auf der Welle durch außermittiges Verschieben entlang der Welle, bis er sich dicht neben dem Ring befindet und der Vorsprung in die Vertiefung eingreifen kann, befestigt werden, worauf der Flansch konzentrisch zur Welle angeordnet und über dem Ring positioniert wird. Der Flansch wird, an die Welle anstoßend, gegen Drehung durch den in die Vertiefung eingreifenden Vorsprung gesichert.
• Flansch, Ring und Welle können ausreichend fest eingepaßt werden, so daß der Flansch gegen eine axiale Bewegung durch Reibung gesichert ist. Es wird jedoch vorgezogen, daß der Flansch in geeigneter Weise gegen axiale Bewegung z.B. durch Anschläge, die in die Vertiefungen an den entgegengesetzten Seiten des Flansches eingreifen, gesichert ist. Das können zum Beispiel Sprengringe sein, die in Umfangsnuten an jeder Seite des Flansches eingreifen.
• Eine erfindungsgemäße Einrichtung gestattet, daß die Welle mit Lagerflächenabschnitten hergestellt werden kann, die einen größeren Durchmesser aufweisen, als die einer anderen Welle, ohne jegliche Vorsprünge und ohne einen anderen Abschnitt der Welle. Die Herstellung wird dadurch vereinfacht und die Kosten werden verringert. Insbesondere können die Lagerflächenabschnitte der Welle durch ein relativ schnelles und billiges, axial verlaufendes Schleif- und Polierverfahren geschliffen und poliert werden. Darüberhinaus kann der Flansch zwischen zwei Lagerflächen auf der Welle montiert werden, ohne die Lagerflächen zu unterbrechen oder sie in anderer Weise zu beeinträchtigen. Somit wird dadurch, daß gesichert ist, daß sich im Bereich der Lagerflächen keine Vertiefungen in der Welle befinden, der Betrieb und die Lebensdauer der Lager verbessert. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Einrichtung eine Schwächung einer Welle in Form eines dünnwandigen Rohres, wie das bei früheren Einrichtungen auftreten konnte, reduzieren.
• In einer Ausführung der Erfindung kann der Flansch das Ableitungselement einer Überlastkupplung mit einem Einleitungselement sein, das aus einem Flansch besteht, der drehbar auf der Welle befestigt ist, wobei die Bauelemente im Antriebseingriff durch Federkraft zusammen gedrückt werden, wodurch die Bauelemente bei einem vorher festgelegten Drehmoment außer Eingriff kommen.
• Somit sieht die Erfindung, nach einem anderen Aspekt, eine Überlastkupplung vor, bestehend aus einer Flanschbefestigungsvorrichtung, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, jedoch vierfach, wobei der Ringflansch ein Ableitungsbauelement ist und aus einem Einleitungsbauelement mit einem zweiten Ringflansch besteht, der drehbar entlang dem ersten Ringflansch auf der Welle montiert ist und aus einer Feder, die so angeordnet ist, daß sie im Antriebseingriff die Bauelemente zusammendrückt, wodurch die Bauelemente bei einem vorher festgelegten Drehmoment außer Eingriff geraten.
• Eine solche erfindungsgemäße Überlastkupplung schließt vorzugsweise geneigte Eingriffsmittel an den Stirnflächen der Ringflansche ein, wobei die Flansche durch eine dicht am Einleitungselement angebrachte Tellerfeder zusammengedrückt werden und der zweite Ringflansch kann ein Zahnrad darstellen. Die Kupplungselemente werden durch die Anschläge an jeder Seite von ihnen, wie zum Beispiel Sprengringe, die in die Umfangsnuten in der Welle eingreifen und die Tellerfeder bzw. den ersten Ringflansch belasten, in geeigneter Weise in Position gehalten.
• Unter einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung auch ein kraftgetriebenes Werkzeug, wie zum Beispiel einen Bohrhammer, das eine Überlastkupplung, wie sie vorher beschrieben wurde, einschließt.
• Um die Erfindung besser zu verstehen, wird nachfolgend Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die bedeuten:
• Fig. 1 ist ein axialer Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführung der Flanschbefestigungsvorrichtung, in der der Flansch ein Element einer Überlastkupplung bildet;
• Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II - II von Fig. 1;
• Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Einrichtung;
• Fig. 4A bzw. 4b sind Querschnitte durch die hinteren und vorderen Sektionen eines Bohrhammers mit einer Überlastkupplung, wie sie in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Der in Fig 4B gezeigte Schnitt weist einen größeren Maßstab auf und ist von der entgegengesetzten Seite der Ansicht von Fig. 4A gesehen.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen ist dort eine Ausführung einer Überlastkupplung dargestellt mit einer Flanschbefestigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Aus Erläuterungszwecken wird die Flanschbefestigungsvorrichtung zuerst beschrieben.
• Die dargestellte Flanschbefestigungsvorrichtung besteht aus einer Welle 1 mit einem Flansch 2, der zwischen den Lagerflächen 3, 4 der Welle auf der Welle befestigt ist. Die Welle 1 weist eine sich axial erstreckende Vertiefung 5 in ihrer Oberfläche zwischen den Lagerflächen 3, 4 auf. Ein unterbrochener Ring 6 ist auf der Welle mit seinen entgegengesetzten Enden 6a, 6b neben den entgegengesetzten Seiten der Vertiefung 5, wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet. Der Ringflansch 2 ist so dimensioniert, daß er rund um den Ring 6 paßt und er weist einen radial nach innen gerichteten Vorsprung oder Zahn 7 auf, der mit der Vertiefung 5 durch den Spalt zwischen den Enden 6a, 6b des Ringes 6 im Eingriff ist. Damit der Vorsprung in die Vertiefung eingreift, ist sein Maß radial nach innen größer als die radiale Dicke des Ringes 6, so daß der Flansch 2 zum Zwecke seiner Montage entlang der Welle 1 gleiten kann, wie es nachfolgend beschrieben wird, wobei das Maß radial nach innen des Vorsprunges 7 kleiner sein muß als die doppelte Dicke des Ringes. Die Vertiefung 5 weist im wesentlichen die gleiche Breite wie der Vorsprung 7 auf, so daß der Flansch 2 gegen eine Drehbewegung in Bezug auf die Welle 1 gesichert ist. Das radiale Maß der Vertiefung 5 ist mindestens doppelt so groß wie die axiale Dicke des Flansches, so daß der Flansch zur Befestigung auf dem Ring so aufgepaßt werden kann, wie es nachfolgend beschrieben wird, der Ring jedoch nicht mehr gebraucht wird.
• Bei einer einfachen Form der erfindungsgemäßen Flanschbefestigung kann der Flansch durch geeignete Anschläge, wie zum Beispiel Sprengringe, die in Umfangsvertiefungen an jeder Seite des Flansches eingreifen, gegen eine axiale Bewegung auf der Welle gesichert werden. In der gezeigten Ausführung ist der Flansch 2 Bestandteil einer Überlastkupplung 10 und die Sprengringe 11, 12, die in die Vertiefungen 13 bzw. 14 auf der Welle 1 eingreifen, befinden sich beide nicht direkt im Eingriff mit dem Flansch.
• Bei einer solchen Vorrichtung kann der Flansch 2 in einer einfachen Weise wie folgt auf der Welle 1 montiert werden. Zuerst wird der Ring 6 über das Ende der Welle geschoben und dort positioniert, wo der Flansch zu montieren ist, mit seinen Enden 6A, 6B an den gegenüberliegenden Seiten der Vertiefung oder Nut 5. Als nächstes wird der Flansch 2 außermittig entlang der Welle bis an den Ring 6 geschoben und der Vorsprung 7 kann in die Nut 5 eingreifen, worauf der Flansch 2 konzentrisch zur Welle angeordnet und über dem Ring 6 positioniert werden kann. Der Flansch 2 ist gegen eine Drehung um die Welle durch den in die Vertiefung eingreifenden Vorsprung 7 gesichert. Es ist selbstverständlich, daß die Abmessungen für den Vorsprung so festgelegt sind, daß der Flansch über die Welle geschoben werden kann, während in seiner Befestigungsposition der Vorsprung in die Vertiefung eingreift. Es ist auch selbstverständlich, daß die Vertiefung 5 sich über die Position hinaus erstrecken muß, in der der Flansch zu montieren ist, um den Flansch konzentrisch zur Welle anordnen zu können, bevor er über den Ring 6 geschoben wird.
• Es ist zu erkennen, daß in der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die Flanschbefestigungsvorrichtung einen Bestandteil einer Überlastkupplung 10 bildet, über die die Welle 1 durch ein Antriebszahnrad (nicht gezeigt) über ein Einleitungs-Antriebszahnrad 15 angetrieben werden kann. Das Einleitungs-Antriebszahnrad 15 besitzt die Form eines Ringflansches, der drehbar auf der Welle 1 montiert und durch eine Feder 16 in Antriebseingriff mit dem Flansch 2 gedrückt wird, wobei bei dieser Ausführung die Feder die Form einer ringförmigen Blattfeder auf der Welle 1 dicht am Zahnrad 15 hat. Die gegenüberliegenden Stirnflächen 2A, 15A des Flansches 2 und des Zahnrades 15 weisen geneigte Vorsprünge 2B bzw. 15A auf, die miteinander im Eingriff sind, um die Antriebskraft zu übertragen. Der Druck der Feder 16 ist so gewählt, daß der Flansch 2 und das Zahnrad 15 außer Eingriff kommen, so daß der Antrieb unterbrochen wird, wenn ein vorher festgelegtes Drehmoment, zum Beispiel 16 Nm, erreicht ist.
• Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, sind die Elemente 10 der Kupplungsbaugruppe axial durch die Sprengringe 11, 12 gesichert, auf die vorher Bezug genommen wurde. Der Sprengring 11 ist mit der äußeren Stirnfläche des Flansches 2 im Eingriff, während der Sprengring 12 sich mit der Feder 16 im Eingriff befindet.
• Fig. 4A und 4B zeigen eine Ausführung eines kraftgetriebenen Werkzeuges, insbesondere einen Bohrhammer, mit einer Überlastkupplung, das die Flanschbefestigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt. Der Hammer hat ein Gehäuse mit den beiden Teilen 20a und 20b, wobei jeder Teil Schalengehäuseform in konventioneller Weise aufweist. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, weist der Hammer einen Motor 21 auf, der eine Antriebswelle 22 mit einem Zahnrad 23 auf ihrem vorderen Ende antreibt, und er hat weiterhin einen Trigger-Schalter 24 der durch ein Stellelement 25 auf Vorwärts- oder Rückwärtsantrieb eingestellt werden kann.
• Unter Bezugnahme auf Fig 4B ist zu erkennen, daß das vordere Ende der Antriebswelle in ein Lager 26 und das Zahnrad 23 in ein Zahnrad 27 auf einer Zwischenwelle 28 eingreift. Die Zwischenwelle 28 trägt einen Taumelscheibenantrieb 29, der einen Hohlkolben 30 des Drehschlagmechanismus antreibt. Der Hohlkolben 30 ist zwecks gleitender Axialbewegung in einer hohlen Führungswelle 31 angeordnet, die ein Futter 32 des Hammers an ihrem vorderen Ende trägt. Das Futter 32 ist so konstruiert, daß es Bohrer vom sogenannten SDS-Typ aufnehmen kann, die sich im Futter hin und herbewegen. Im Hohlkolben 30 ist ein Schlagkörper 33 angeordnet, und wenn sich der Hohlkolben hin und herbewegt, wird der Schlagkörper nach rückwärts und nach vorn angetrieben, so daß er wiederholt auf einen Döpper 34 schlägt, der dadurch gehalten wird, auf das hintere Ende eines Bohrers zu schlagen, der im Futter 32 angeordnet ist, um die Schlagwirkung zu erzielen.
• Die Drehung des Bohrers wird durch Drehen der hohlen Führungswelle 31 über ein Zahnrad 15 erzielt, das durch ein Zahnrad 35 am vorderen Ende der Zwischenwelle 28 angetrieben wird. Es ist zu bemerken, daß in den Zeichnungen der Drehschlagwerkzeugsmechanismus in Längsrichtung geteilt ist, um die Positionen der verschiedenen sich hin- und herbewegenden Elemente sowohl in ihren vorderen (unterer Teil) als auch in ihren hinteren (oberer Teil) Stellungen zu zeigen.
• Das Zahnrad 15 bildet einen Bestandteil einer Schaltkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung, und diese schließt weiterhin einen Flansch 2 ein, der mittels eines Zwischenelementes, dem Ring 6, in der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Art und Weise auf der Führungswelle 31 montiert ist. Weiterhin schließt die Kupplung eine Tellerfeder 16 ein, wobei die Elemente der Kupplung durch die Sprengringe 11, 12 begrenzt sind. Zu diesem Zweck ist die Welle 31 mit einer Axialnut 5 für die Montage des Flansches 2 in der vorher beschriebenen Weise versehen.
• Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt. Wenn der Schalter 24 zum Starten des Motors betätigt ist, wird die Hauptantriebswelle 22 in Drehung versetzt, und dadurch wird die Drehung der Zwischenantriebswelle 28 bewirkt. Der Taumelscheibenantrieb bewirkt eine hin- und hergehende Bewegung des Hohlkolbens 30, der wiederholt einen Schlagkörper 33 nach vorn antreibt, um ihn auf einen Döpper 34 schlagen zu lassen und die Schlagwirkung auf einen Bohrer zu übertragen, der in einem Futter 32 angeordnet ist. Während dieses Arbeitsganges wird durch eine Luftausgleichsöffnung 36 in bekannter Weise Luft in den Hohlkolben 30 nachgefüllt.
• Gleichzeitig wird die Führungswelle 31 über das Zahnrad 35 auf der Zwischenwelle 28 und das Zahnrad 15 über die Überlastkupplung 10 gedreht. Die Überlastkupplung ist so eingestellt, daß der Antrieb bei einem vorher festgelegten Drehmoment, beispielsweise 16 Nm, außer Eingriff kommt, z.B. nachdem der sich der Bohrer im Werkstück infolge Festkleinmens nicht mehr dreht.
• Die Führungswelle 31 ist in den Lagern 37, 38 gelagert. Das vordere Lager 37 ist als Nadellager gezeigt, während das hintere Lager 38 als gesintertes Lager dargestellt ist, obwohl dieses Lager auch ein Nadellager sein kann.
• Die Abschnitte der äußeren Lagerfläche der Führungswelle 31 im Lagerbereich sind nicht unterbrochen, so daß eine maximale Lebensdauer der Lager gewährleistet ist, die nicht möglich wäre, wenn eine Unterbrechung, wie zum Beispiel eine Nut im Oberflächenbereich im Kontakt mit den Lagern wäre. Es ist zu erkennen, daß in der beschriebenen Konstruktion die beiden Lageroberflächenabschnitte der Welle den gleichen Durchmesser aufweisen und einen größeren Durchmesser als anderen Abschnitte der Welle besitzen. Das ermöglicht ein Polieren der Lageroberflächenabschnitte in einem axial durchlaufenden Verfahren, wodurch eine Vereinfachung erreicht und die Herstellungskosten verringert werden.
• Es ist klar, daß die vorher beschriebenen Ausführungen nur erläuternden Charakter aufweisen und daß zahlreiche Modifikationen und Veränderungen im spezifischen Detail ausgeführt werden dürfen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (12)

1. Flanschbefestigungsvorrichtung für die drehfeste Befestigung eines Flansches auf einer Welle, bestehend aus:

einer Welle (1) mit einer Vertiefung (5) in ihrer Oberfläche zwischen den Lagerflächenabschnitten (3,4),

einem unterbrochenen Ring (6), angeordnet auf der Welle mit seinen gegenüberliegenden Enden (6a, 6b) neben den gegenüberliegenden Seiten der Vertiefung,

einem Ringflansch (2) so dimensioniert, daß er um diesen Ring (6) paßt und mit einem radial nach innen gerichteten Vorsprung (7), der in die Vertiefung (5) durch den Spalt zwischen den Enden des Ringes (6) eingreift, wobei das nach innen gerichtete Maß des Vorsprunges (7) größer ist als die radiale Dicke des Ringes (6), jedoch kleiner als die doppelte Dicke des Ringes, und die Vertiefung sich axial um mindestens die axiale Dicke des Ringflansches (2) an mindestens einer Seite des Ringes (6) hinaus erstreckt.

2. Flanschbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der Flansch (2), der Ring (6) und die Welle (1) ausreichend fest eingepaßt sind, so daß der Flansch durch Reibung gegen eine axiale Bewegung gesichert ist.

3. Flanschbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der Flansch (2) gegen axiale Bewegung durch Anschläge (11, 12) gesichert ist, die in die Vertiefungen (13, 14) an den entgegengesetzten Seiten des Flansches eingreifen.

4. Flanschbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, in der die Anschläge (11, 12) Sprengringe sind, die in Umfangsnuten an den entgegengesetzten Seiten des Flansches eingreifen.

5. Flanschbefestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Lageroberflächenabschnitte (3, 4) der Welle an den entgegengesetzten Seiten des Flansches (2) den gleichen Durchmesser aufweisen, der größer ist, als der Durchmesser jedes anderen Abschnittes der Welle.

6. Flanschbefestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der der Flansch (2) das Ableitungselement einer Überlastkupplung darstellt, die ein Einleitungselement besitzt, das aus einem zweiten Flansch (15) besteht, der drehbar auf der Welle angebracht ist, wobei die Flansche durch die Kraft der Feder (16) in Antriebseingriff gedrückt werden, wodurch die Flansche bei einem vorher festgelegten Drehmoment außer Eingriff kommen.

7. Überlastkupplung, bestehend aus einer Flanschbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der Ringflansch (2) ein Ableitungselement darstellt

und bestehend aus einem Einleitungselement, gebildet von einem zweiten Ringflansch (15), der drehbar längsseits des Flansches (2) auf der Welle (1) montiert ist und

sowie aus einer Feder (16), die so ausgeführt ist, daß sie die Flansche in Antriebseingriff drückt, wodurch die Flansche bei einem vorher festgelegten Drehmoment außer Eingriff kommen.

8. Überlastkupplung nach Anspruch 7 mit geneigten Eingriffselementen (2B, 15A) an den Stirnflächen der Ringflansche, wobei die Flansche durch eine Tellerfeder (16), die dicht am Einleitungselement (15) auf der Welle angebracht ist, zusammengedrückt werden.

9. Überlastkupplung nach Anspruch 7 oder 8, in der der zweite Ringflansch (15) ein Zahnrad darstellt.

10. Überlastkupplung nach Anspruch 8 oder 9 mit Anschlägen (11, 12), die an den entgegengesetzten Seiten der Kupplung in die Vertiefungen (13, 14) eingreifen und die Feder (16) gegen den Anschlag (12) an einer Seite und der Ringflansch (2) gegen den Anschlag an der anderen anschlägt.

11. Überlastkupplung nach Anspruch 10, in der die Anschläge (11, 12) Sprengringe sind, die in Umfangsnuten (13, 14) in der Welle eingreifen.

12. Kraftgetriebenes Werkzeug mit einer Überlastkupplung nach einem der Ansprüche 7 bis 11.