DE102004019424A1

DE102004019424A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Montage einer Schrumpfscheibe

Info

Publication number: DE102004019424A1
Application number: DE102004019424A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Borgmann; Paul Dipl.-Ing. Bollwerk; Peter Dr. Gödde
Original assignee: A Friedrich Flender AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: DE102004019424B4

Abstract

Eine Schrumpfscheibe (3) zur reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen miteinander besteht aus einem Außenring (5) und einem Innenring (4), die sich entlang einer Kegelfläche (6) berühren. Der Außenring (5) ist mit Gewindebohrungen (7) mit Innengewinde (8) zur Aufnahme von Halteschrauben versehen. Zur Montage sind mehrere Zylindereinheiten (9) an die Schrumpfscheibe (3) amschließbar, die jeweils aus einem Zylinder (10) und einer Kolbenstange (11) bestehen, die aus dem Zylinder (10) herausragt und mit einem dem Innengewinde (8) der Gewindebohrung (7) des Außenringes (5) entsprechenden Außengewinde (20) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Montage einer Schrumpfscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1 und 4.
Derartige Schrumpfscheiben werden eingesetzt, um zwei Maschinenwellen oder eine Maschinenwelle mit einem Nabenkörper reibschlüssig miteinander zu verbinden. Die Verbindung kann durch Demontage der Schrumpfscheibe vergleichsweise einfach wieder gelöst werden.
Bei einer bekannten Schrumpfverbindung erfolgt die Montage der Schrumpfscheibe dadurch, dass mit Hilfe der Halteschrauben der Außenring entlang der Kegelfläche auf den Innenring gezogen wird. Dabei weitet sich der Außenring, und der Innenring wird auf einen kleineren Durchmesser gezwungen. In Folge wird ein definierter Fugendruck zwischen den zu verbindenden Wellen erzeugt, der eine reibschlüssige Verbindung der miteinander zu verbindenden Wellen sicherstellt. Die Schraubenkraft, die notwendig ist um den Außenring auf den Innenring zu schieben, ist vergleichsweise groß, so dass eine Vielzahl von Schrauben eingesetzt werden muss. Die Montage ist relativ aufwendig, da jede Schraube mehrmals bis auf das spezifizierte Schraubenanziehdrehmoment angezogen werden muss, um das komplette Aufschieben des Außenringes auf den Innenring zu ermöglichen. Für einen typischer Einsatzfall in Windkraftanlagenantrieben, bei denen die Rotorwelle und die Getriebehohlwelle mit Hilfe der Schrumpfscheibe zuverlässig verbunden werden, ergeben sich Montagezeiten von mehreren Stunden.
Bekannt sind hydraulisch spannbare Schrumpfscheiben ( DE 43 20 844 C2 ), bei denen die Montagekraft ölhydraulisch aufgebracht wird. Diese Ausführungen haben den Varteil, dass die Montage in relativ kurzer Zeit abgeschlossen werden kann. Nachteilig ist, dass die Vorrichtung zur ölhydraulischen Montage Bestandteil der Schrumpfscheibe ist und nach der Montage nicht abgenommen und für andere Schrumpfscheiben weiterverwendet werden kann. Dadurch werden die bekannten ölhydraulisch spannbaren Schrumpfscheiben relativ teuer. Zudem sind diese Ausführungen langbauend, was bei ungünstigen Bauraumverhältnissen negativ zu werten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Montagevorrichtung zu entwickeln, die eine deutlich schnellere und einfachere Montage der Schrumpfscheibe im Vergleich zur herkömmlichen Montage mittels Schraubkräften ermöglicht und die nach der Montage einer Schrumpfscheibe für weitere Montagevorgänge nutzbar zu machen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Wirkungsweise und die Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
1 den Längsschnitt durch eine Schrumpfverbindung mit einer Montagevorrichtung gemäß der Erfindung,
2 die Schrumpfverbindung gemäß 1 im Detail mit nicht angezogenem Außenring,
3 im Längsschnitt einen einzelnen Zylinder der Montagevorrichtung und
4 den hydraulischen Schaltplan für die Montagevorrichtung.
Eine als Steckwelle 1 ausgebildete erste Maschinenwelle ist über einen Schrumpfverband mit einer als Hohlwelle 2 ausgebildeten zweiten Maschinenwelle verbunden. Hier kann es sich um die Rotorwelle und die Getriebehohlwelle einer Windkraftanlage handeln. Der Schrumpfverband, der auch auf andere reibschlüssige Wellen-Naben-Verbindungen anwendbar ist überträgt die vorgesehenen Momente und Kräfte von der einen Maschinenwelle auf die andere Maschinenwelle.
Der Schrumpfverband wird durch eine Schrumpfscheibe 3 bewirkt, die aus einem Innenring 4 und einen Außenring 5 besteht. Der Innenring 4 ist mit einer zylindrischen Bohrung aufgeführt und am Außendurchmesser mit einer Kegelfläche 6 versehen. Der Außenring 5 ist am Innendurchmesser mit einer Kegelfläche 6 ausgeführt, die der Kegelfläche 6 des Innenringes 4 angepasst ist, jedoch einen geringeren Durchmesser besitzt. In dem Außenring 5 sind auf einem Kreisumfang mehrere Gewindebohrungen 7 mit einem Innengewinde 8 angebracht. Das Innengewinde 8 nimmt im fertig montierten Zustand des Schrumpfverbandes Halteschrauben auf, die den Innenring 4 durchdringen und ihn an dem Außenring 5 halten.
Die Schrumpfscheibe 3 wird auf die Hohlwelle 2 aufgesetzt. Danach werden die Steckwelle 1 und die Hohlwelle 2 gefügt. Zwischen dem Innenring 4 der Schrumpfscheibe 3 und der Hohlwelle 2 und zwischen der Hohlwelle 2 und der Steckwelle 1 ist ein Fügespiel vorhanden, um die Bauteile einfach zu fügen. Bei Montage der Schrumpfscheibe 3 wird ausgehend von der in 2 gezeigten Stellung der Schrumpfscheibe 3 der Außenring 5 auf den Innenring 4 entlang der Kegelfläche 6 gezogen und damit die Hohlwelle 2 auf die Steckwelle 1 gepresst, wie die 1 zeigt. Dadurch entsteht ein Fugendruck zwischen der Hohlwelle 2 und der Steckwelle 1. Über Reibung an der Kontaktfläche können Drehmomente, Biegemomente und Kräfte übertragen werden.
Für die Montage der Schrumpfscheibe 3 wird die nachfolgend beschriebene Mantagevorrichtung eingesetzt. Die Montagevorrichtung ist ein Hydraulikaggregat handelsüblicher Ausführung, mit dem ein ausreichendes Ölvolumen mit einem ausreichenden Druck zu Verfügung gestellt wird. Üblicherweise werden Drücke mit 1000 bar oder höher zur Anwendung kommen.
Im Einzelnen besteht die Montagevorrichtung aus mehreren Zylindereinheiten 9, von denen eine in 3 vergrößert gezeigt ist. Die Zylindereinheit 9 umfasst einen Zylinder 10 und eine Kolbenstange 11 mit einem Kolben 12. Die Kolbenstange 11 ragt aus den beiden Böden 13, 14 des Zylinders 10 heraus. Eine Rückholfeder 15 stützt sich auf dem einen Boden 14 und an dem Kolben 12 ab. Zwischen dem anderen Boden 13 und dem Kolben 12 ist in der Wand des Zylinders 10 ein Anschluss 16 für die Zufuhr des als Druckmittel verwendeten Öls.
Wie in 4 gezeigt ist, ist jeder Zylinder 10 über eine Zuleitung 17 mit einer Ölpumpe 18 verbunden. In den Zuleitungen 17 ist jeweils ein z. B. elektromagnetisch zu betätigendes Mehrwege-Absperrventil 19 angeordnet. Jedes dieser Absperrventile 19 ist einzeln ansteuerbar. Über diese ölhydraulische Schaltung werden die einzelnen Zylinder 10 angesprochen, die in Summe die zum Aufziehen der Schrumpfscheibe 3 erforderliche Montagekraft bereitstellen.
An dem einen Ende ist die Kolbenstange 11 mit einen Außengewinde 20 versehen, das hinsichtlich Durchmesser und Steigung dem Innengewinde 8 in dem Außenring 5 entspricht. An dem anderen Ende der Kolbenstange 11 ist ein Werkzeuganschluss 21, z. B. in Form eines Vier- oder Sechskantkopfes angebracht.
In eine Vielzahl der Innengewinde 8 der Gewindebohrungen 7 in dem Außenring 5 wird jeweils eine Kolbenstange 11 einer Zylindereinheit 9 mit Hilfe eines an den Werkzeuganschluss 21 angreifenden Werkzeuges eingeschraubt. Dabei legt sich jeweils der eine Boden 13 der Zylinder 10 an den Außenring 5 der Schrumpfscheibe 3 an. Die bei der bekannten Montage mittels Schraubenkräfte vorgesehenen Schrauben sind für das Aufziehen nicht oder nur teilweise erforderlich. Nachdem alle Kolbenstangen 11 eingeschraubt sind, wird über eine Druckbeaufschlagung der Zylinder 10 in den Kolbenstangen 11 eine Zugkraft erzeugt, die den Außenring 5 auf den Innenring 4 zieht. Nachdem der gewünschte Endzustand eingestellt ist, wird nach und nach jeweils ein Zylinder 10 durch eine Betätigung des Absperrventils 19 in der entsprechenden Zuleitung 17 drucklos geschaltet. Die dazugehörende Kolbenstange 11 wird aus dem Außenring 5 der Schrumpfscheibe 3 herausgeschraubt und durch eine Halteschraube ersetzt. Die hydraulische Schaltung stellt dabei sicher, dass jeweils nur eine Zylindereinheit 9 im drucklosen Zustand abgebaut werden kann. Würden alle Zylinder 10 gleichzeitig abgenommen, so würde der Außenring 5 von dem Innenring 4 rutschen. Abschließend ist das korrekte Anziehdrehmoment der Halteschrauben zu prüfen. Nach erfolgter Montage verbleibt die Montagevorrichtung nicht mehr bei dem montierten Schrumpfverband und kann erneut verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Montage einer Schrumpfscheibe (3) zur reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen miteinander, wobei die Schrumpfscheibe (3) aus einem Außenring (5) und einem Innenring (4) besteht, die sich entlang einer Kegelfläche (6) berühren und wobei der Außenring (5) mit Gewindebohrungen (7) mit Innengewinde (8) zur Aufnahme von Halteschrauben versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylindereinheiten (9) an die Schrumpfscheibe (3) anschließbar sind, dass jede Zylindereinheit (9) aus einem Zylinder (10) und einer Kolbenstange (11) besteht, die aus dem Zylinder (10) herausragt und mit einem dem Innengewinde (8) der Gewindebohrung (7) des Außenringes (4) entsprechenden Außengewinde (20) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenstange (11) an dem dem Außengewinde (20) abgewandten Ende mit einem Werkzeuganschluss (21) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zylinder (10) über jeweils eine Zuleitung (17) an eine Ölpumpe (18) angeschlossen sind und dass in jeder Zuleitung (17) ein einzeln ansteuerbares Absperrventil (19) angeordnet ist.
Verfahren zur Montage einer aus Außenring (5) und Innenring (4) bestehenden Schrumpfscheibe (3) zur reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen miteinander, wobei der Außenring (5) gegen den Innenring (4) entlang einer Kegelfläche (6) gezogen wird und der Außenring (5) mit dem Innenring (4) durch mehrere Halteschrauben verbunden wird, die den Innenring (4) durchgreifen und jeweils in ein Innengewinde (8) einer Gewindebohrung (7) in dem Außenring (5) geschraubt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in jede Gewindebohrung (7) des Außenringes (5) das mit einem Außengewinde (20) versehene Ende einer in einem Zylinder (10) geführten Kolbenstange (11) geschraubt wird, dass die Zylinder (10) mit einem Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch der Außenring (5) über die Kolbenstange (11) gegen den Innenring (4) gezogen wird und dass anschließend jeweils nacheinander einer der Zylinder (10) drucklos gemacht wird, die Kolbenstange (11) des drucklos gemachten Zylinders (10) aus der betreffenden Gewindebohrung (7) herausgeschraubt und durch die Halteschraube ersetzt wird.