DE102005022711B3

DE102005022711B3 - Spannhülse zur Befestigung auf einer zylindrischen Welle oder Achse

Info

Publication number: DE102005022711B3
Application number: DE102005022711A
Authority: DE
Inventors: Dieter Drefenstedt; Johannes Repp
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannhülse zur Befestigung auf einer zylindrischen Welle oder Achse. Die Spannhülse umfasst einen Schrumpfring, der einen Halteabschnitt sowie einen Spannabschnitt besitzt, wobei der Spannabschnitt eine gegenüber dem Halteabschnitt zurückgesetzte Außenkontur aufweist, die sich beginnend am Halteabschnitt in Achsrichtung konisch verjüngt, und wobei der Spannabschnitt bei Einwirkung einer Radialkraftkomponente elastisch verformbar ist. Weiterhin ist ein Spannring vorgesehen, der mit einer entgegengesetzt konisch ausgebildeten Innenkontur unter Erzeugung der Radialkraftkomponente auf den Spannabschnitt axial aufschiebbar ist. Schließlich ist eine Spannmutter vorhanden, welche ein Innengewinde besitzt und den Schrumpfring und/oder den Spannring zumindest abschnittsweise umgreift, wobei das Innengewinde mit einem Außengewinde in Eingriff steht, welches entweder an der Außenseite des Spannrings oder an der Außenseite des Halteabschnitts des Schrumpfrings oder an diesen beiden angeordnet ist. Eine Drehung der Spannmutter bewirkt eine gegenläufige axiale Verschiebung von Spannring und Schrumpfring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannhülse zur Befestigung auf einer zylindrischen Welle oder Achse gemäß den Merkmalen des Anspruches 1.
Vorrichtungen für Welle-Nabe-Verbindungen, wie Klemmnaben, Schrumpfscheiben und dergleichen sind bereits seit längerer Zeit bekannt. Dabei wird das Prinzip der Keilwirkung und elastischen Verformung von keilförmigen Spannelementen benutzt.

Durch die DE 92 14 335 U1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen einer Klemmnabe auf einer Antriebswelle bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einer Klemmnabe und einem äußeren Spannring. Der äußere Spannring besitzt eine innere Konusfläche, welche mit einer äußeren Konusfläche der Klemmnabe beim Bewegen in axialer Richtung durch Keilwirkung eine Spannkraft aufbaut. Der eigentliche Spannvorgang ist jedoch relativ zeitaufwendig, da die auf dem Umfang verteilten Spannschrauben jeweils einzeln nur um einen geringen Betrag gedreht werden können, damit die Nabe nicht verkantet und ein festes und sicheres Spannen ermöglicht wird. Dazu sind mehrere Durchgänge erforderlich, um reihum alle Spannschrauben festzuziehen bzw. zu lösen.

Die US 2005/0089364 A1 zeigt eine Spannhülse, die mittels einer Gewindemutter verspannt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannhülse zur Befestigung auf einer zylindrischen Welle oder Achse zu schaffen, mit der der Zeitaufwand für das Herstellen und Lösen der Klemmverbindung wesentlich verringert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Zeitaufwand für das Herstellen und Lösen der Klemmverbindung wesentlich verringert wird, da das aufwendige kleinschrittige Einschrauben aller Umfangs-Spannschrauben entfällt. Dies erweist sich insbesondere beim Einsatz der Klemmverbindung an Rollenträgern bei der Tragarmverstellung als vorteilhaft, weil hier sehr hohe Spannkräfte erreicht werden. Gleichzeitig erfolgt das Spannen und Entspannen in nur einem Arbeitsgang manuell oder automatisiert mithilfe einer feststellbaren Spannmutter.

Beispielsweise wird bei einer Produktionsumstellung an einem Rollenwechsler auf eine neue Rollenbreite durch Verschiebung der Tragarme auf einer Verschiebeachse die neue Rollenbreite grob eingestellt. Beim Ein- und Ausachsen der Materialrollen werden die Tragarme mit einem Feineinstellmechanismus axial bewegt. Die Spannvorrichtung an der Verschiebeachse, muss dabei nicht nur Axialkräfte von Tragarmen und Rollengewicht aufnehmen, sondern auch noch die notwendige Vorschubkraft zum Einspannen der Hülse der Materialrolle in Spannkonen. Da Tragarme und Materialrollen ein sehr großes Gewicht haben, und die Tragarme auch beim Abspulen der Materialrolle mit enormen Kräften belastet werden, sind hier sehr hohe Spannkräfte von ca. 40 kN erforderlich, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß werden ein Schrumpfring und ein Spannring, wie sie aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt sind, so miteinander kombiniert, dass sie in montiertem Zustand an ihrer Außenseite einen Abschnitt mit einem Außengewinde aufweisen. Werden Schrumpfring und Spannring in axialer Richtung aufeinander zu bewegt, so bewirken sich berührende Konusflächen von Schrumpfring und Spannring durch eine Keilwirkung eine elastische Verformung des Schrumpfringes in radialer Richtung.

Eine Spannmutter besitzt ein Innengewinde, welches zumindest abschnittsweise mit dem Außengewindeabschnitt auf dem Schrumpfring und/oder dem Spannring korrespondiert. Eine Drehung der Spannmutter bewirkt eine gegenläufige axiale Bewegung von Schrumpfring und Spannring. Je nach Drehrichtung der außen liegenden Spannmutter erfolgt dadurch das Spannen bzw. Entspannen des Schrumpfrings.

Die so hergestellte Klemmverbindung kann noch durch eine Sicherung gegen ungewolltes Zurückdrehen der Spannmutter gesichert werden.

Eine abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass nur auf einem der beiden Elemente Schrumpfring und Spannring ein Außengewinde angebracht ist. Die Spannmutter greift an dem Element ohne Außengewinde in eine einfache Nut ein. Dies ermöglicht geringere Kosten bei der Herstellung der Spannhülse.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spannhülse auf einer Achse in teilweise geschnittener Darstellung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Spannhülse in Längsschnittdarstellung;
3 eine vereinfachte Skizze eines dritten Ausführungsbeispiels der Spannhülse;
4 einen Rollenwechsler mit daran angeordneter Spannhülse.
Die Ausführungsbeispiele der 2 und 3 mit zugehöriger Beschreibung dienen lediglich dem Verständnis der Erfindung. Diese Ausführungsbeispiele fallen nicht unter den Schutzbereich.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spannhülse 01, welche auf einer zylindrischen Welle oder Achse 02 befestigt ist. In der oberen Bildhälfte ist die Spannhülse 01 im Längsschnitt dargestellt.
Die Spannhülse 01 umfasst einen Schrumpfring 03, einen Spannring 04 und eine Spannmutter 06.
Der Schrumpfring 03 hat einen Innenddurchmesser, der im Wesentlichen dem Durchmesser der Achse 02 entspricht. Er besitzt an seiner Innenseite eine im Wesentlichen zylindrische Spannfläche 07. Im nicht gespannten Zustand soll sich der Schrumpfring 03 leicht auf der Achse 02 verschieben und ggf. verdrehen lassen, um die Spannhülse 01 schnell an die gewünschte Position bringen zu können. Bei abgewandelten Ausführungsformen ist es aber auch möglich, dass eine Verdrehsicherung zwischen Achse 02 und Schrumpfring 03 vorgesehen ist, beispielsweise eine Feder-Nut-Anordnung.
Der Schrumpfring 03 ist in einen Halteabschnitt 08 und einen Spannabschnitt 09 unterteilt, wobei der Spannabschnitt 09 gegenüber dem Halteabschnitt 08 in radialer Richtung zurückgesetzt ist und sich in seiner Außenkontur 11 vom Halteabschnitt 08 aus in axialer Richtung konisch verjüngt. Die Materialstärke des Spannabschnitts 09 ist so gewählt, dass bei Einwirkung einer radialen Kraftkomponente eine elastische Verformung eintritt, um die Spannfläche 07 an die Achse 02 anzupressen.
Der Spannring 04 weist eine Innenkontur 12 auf, welche entgegengesetzt konisch zur Außenkontur 11 des Spannabschnittes 09 des Schrumpfringes 03 geformt ist. Beim Aufschieben des Spannringes 04 auf den Schrumpfring 03 in axialer Richtung wird durch das Keilprinzip eine Kraftkomponente in radialer Richtung erzeugt, welche den Spannabschnitt 09 des Schrumpfringes 03 elastisch verformt.
In dieser ersten Ausführungsform ist der Schrumpfring 03 an seiner Außenkontur vorzugsweise mit einem linksgängigen Außengewinde 13 eines Gewindes, z. B. Trapezgewinde ausgestattet. Der Spannring 04 besitzt auf seiner Außenkontur ein rechtsgängiges Außengewinde 14 eines Gewindes, z. B. Trapezgewinde, wobei die Gewindearten auch umgekehrt angebracht sein können.
Die Spannmutter 06 umgibt den Schrumpfring 03 und den Spannring 04 und besitzt ein Innengewinde 16, welches ebenfalls ein Gewinde, z. B. Trapezgewinde ist und in dem mit dem Schrumpfring 03 korrespondierendem Abschnitt als Linksgewinde und in dem mit dem Spannring 04 korrespondierenden Abschnitt als Rechtsgewinde ausgebildet ist. Diese Form der Gewindeflanken ist sehr gut für Bewegungsgewinde geeignet. Es können aber auch andere Bewegungsgewindeformen verwendet werden. Die Spannmuter 06 ist vorzugsweise aus Bronze gefertigt. Wird die Spannmutter 06 gedreht, was manuell oder automatisiert erfolgen kann, kommt es durch die Gewindeanordnung zu einer gegensinnigen axialen Relativbewegung von Schrumpfring 03 und Spannring 04. Damit erfolgt das Spannen bzw. Entspannen auf der Achse 02.
Zur Herstellung der Spannhülse 01 werden beispielsweise auf dem Umfang verteilte Schrauben 17 durch Bohrungen in axialer Richtung durch den Halteabschnitt 08 des Schrumpfringes 03 und durch den Spannring 04 geführt und verschraubt. Auf die so montierte Spannhülse 01 kann das Gewinde in gewünschter Weise aufgetragen werden. Die Schrauben 17 können nach der Fertigung gelöst werden aber in den Bohrungen als Führungsstangen verbleiben, um gegen ein Verkippen des Spannrings 04 zu wirken.
Eine auf der Achse 02 zu spannende Halterung 18 wird mittels Schrauben 19 in den bereits erwähnten, auf dem Umfang des Schrumpfringes 03 verteilten Bohrungen befestigt.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese ist nur oberhalb der Symmetrieachse der Achse 02 im Schnitt dargestellt. Hier ist der Spannring 04 durch mehrere auf dem Umfang verteilte Schrauben 19 an der zu fixierenden Halterung 18 befestigt. Der Schrumpfring 03 greift mit seinem Spannabschnitt 09 in den Spannring 04 ein. Auf der Außenkontur des Halteabschnittes 08 ist das Außengewinde 13 aufgebracht. Die Schnellspannmutter besitzt ein zum Außengewinde 13 des Schrumpfringes 03 passendes Innengewinde 16, so dass bei einer Drehung der Spannmutter 06 der Schrumpfring 03 in axialer Richtung bewegt wird. Die Spannmutter 06 ist in einem Gestell 22 axial fest gelagert.
Diese Ausführungsform ist auch umgekehrt denkbar, so dass der Schrumpfring 03 an der Halterung 18 befestigt ist und der Spannring 04 ein Außengewinde besitzt, welches mit der Spannmutter 06 korrespondiert.
In 3 ist schematisch ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Spannhülse 01 dargestellt. In dieser Ausführungsform wird die Spannmutter 06 mit einem Schleifring 23 versehen. Das abschnittsweise eingebrachte Innengewinde 16 greift in das Außengewinde 13 des Schrumpfringes 03 ein und sorgt so bei einer Drehung um die Achse 02 wiederum für eine axiale Relativverschiebung zwischen Schrumpfring 03 und Spannring 04. Denkbar ist auch bei dieser Ausführungsform, dass entweder Schrumpfring 03 oder Spannring 04 gestellfest montiert sind.
Der Fachmann wird weitere konstruktive Abwandlungen erkennen und im jeweiligen Einsatzfall entscheiden, ob Spannring 04 oder Schrumpfring 03 oder beide in axialer Richtung verschoben werden sollten um die Spannung einzuleiten bzw. wieder zu lösen.
In 4 ist die Verwendung einer Spannvorrichtung in einem Rollenwechsler einer Rollenrotationsdruckmaschine dargestellt. Tragarme 26 mit Spannkonen 27 werden auf einer Verschiebeachse 28 angeordnet. Die Grobeinstellung für eine jeweils in der Produktion benötigte Rollenbreite erfolgt durch ein Verschieben der Tragarme 26 und ein Feststellen an der gewünschten Position mittels der Spannhülse 01. Zum Verschieben der Tragarme 26 ist die Spannhülse 01 auf der Verschiebachse 28 im ungespannten Zustand beweglich.
Zum Ein- und Ausachsen einer zwischen den Spannkonen 27 befestigten Materialrolle müssen die Tragarme 26 in einem Feineinstellbereich F verstellbar sein. Dazu wird jeweils über einen separaten Antrieb ein Scherenmechanismus 29 genutzt, welcher die Tragarme 26 relativ zu den Spannhülsen 01 bewegt. Die Spannhülsen 01 müssen hierbei die gesamte Axialkraft der Tragarme 26 und die Spannkraft der Materialrolle aufnehmen.
Natürlich können die beschriebenen Spannhülsen 01 auch in anderen Vorrichtungen Verwendung finden.

01: Spannhülse
02: Achse
03: Schrumpfring
04: Spannring
05
06: Spannmutter
07: Spannfläche
08: Halteabschnitt
09: Spannabschnitt
10
11: Außenkontur (09)
12: Innenkontur (04)
13: Außengewinde (03)
14: Außengewinde (04)
15
16: Innengewinde (06)
17: Schraube
18: Halterung
19: Schraube
20
21
22: Gestell
23: Schleifring
24
25
26: Tragarm
27: Spannkonen
28: Verschiebeachse
29: Scherenmechanismus
F: Feineinstellbereich

Claims

Spannhülse (01) zur Befestigung auf einer zylindrischen Welle oder Achse (02), wobei die Spannhülse (01) im entspannten Zustand auf der Achse (02) drehbar und verschiebbar ist und im gespannten Zustand an der Achse (02) fixiert ist, umfassend: – einen Schrumpfring (03) mit einem im wesentlichen dem Achsdurchmesser entsprechenden Innendurchmesser, der an seiner Innenseite eine zylindrische Spannfläche (07) besitzt, und der einen Halteabschnitt (08) sowie einen Spannabschnitt (09) besitzt, wobei der Spannabschnitt (09) eine gegenüber dem Halteabschnitt (08) zurückgesetzte Außenkontur (11) aufweist, die sich beginnend am Halteabschnitt (08) in Achsrichtung konisch verjüngt, und wobei der Spannabschnitt (09) bei Einwirkung einer Radialkraftkomponente elastisch verformbar ist; – einen Spannring (04), der mit einer entgegengesetzt konisch ausgebildeten Innenkontur (12) unter Erzeugung der Radialkraftkomponente auf den Spannabschnitt axial aufschiebbar ist; – eine Spannmutter (06), welche ein Innengewinde (16) besitzt und den Schrumpfring (03) und/oder den Spannring (04) zumindest abschnittsweise umgreift, wobei das Innengewinde (16) mit einem Außengewinde (13; 14) in Eingriff steht, welches an der Außenseite des Spannrings (04) und an der Außenseite des Halteabschnitts (08) des Schrumpfrings (03) angeordnet ist, wobei eine Drehung der Spannmutter (06) eine gegenläufige axiale Verschiebung von Spannring (04) und Schrumpfring (03) bewirkt; – das Innengewinde (16) der Spannmutter (06), welches abschnittsweise mit einem Rechtsgewinde und einem Linksgewinde ausgeführt ist, wobei mit dem einen Abschnitt das Außengewinde (13) des Schrumpfringes (03) korrespondiert und mit dem zweiten Abschnitt das Außengewinde (14) des Spannringes (04) korrespondiert.
Spannhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Rollenwechsler zur Verstellung und Fixierung von Tragarmen (26) auf einer Verschiebeachse (28) verwendet wird.