DE1295285B

DE1295285B - Anschlag- und Festhaltescheibe fuer ein Maschinenteil in einer Bohrung oder auf einer Welle

Info

Publication number: DE1295285B
Application number: DEG42888A
Authority: DE
Inventors: Orain Michel
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1964-02-19
Filing date: 1965-02-19
Publication date: 1969-05-14
Also published as: GB1100432A; FR1397269A; US3320846A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anschlag- und Festhaltescheibe, insbesondere aus Stahl, für ein Maschinenteil in einer Bohrung oder auf einer Welle, wobei die Scheibe etwa schüsselförmig gewölbt ist und an ihrem Außen- oder Innenumfang durch radiale Einschnitte getrennte Vorsprünge mit Schneidkanten aufweist, die sich nach Andrücken der Scheibe gegen das zu haltende Teil in die feststehende Verankerungsfläche der Bohrung oder der Welle einschneiden können.
Derartige bekannte Anschlag- und Festhaltescheiben (deutsche Patentschrift 718 488, USA.-Patentschrift 2 321158) weisen an ihrem Außen- oder Innenumfang radial angeordnete Vorsprünge oder Zähne auf, die gegenüber der Ebene der Scheibe um einen gewissen Winkel geneigt sind. Diese Scheiben werden in Bohrungen mit etwas geringerem Durchmesser eingeschoben oder auf Wellen etwas größeren Durchmessers aufgeschoben, bis sie gegen das zu haltende Maschinenteil anstoßen und sich ihre radialen Vorsprünge oder Zähne federnd an der Wand der Bohrung oder an der Außenseite der Welle, Achse, Zapfen od. dgl. abstützen. Derartige Anschlag- und Festhaltescheiben haben jedoch den Nachteil, daß sich die radialen Vorsprünge oder Zähne kaum in die Wandung der Bohrung oder in die Umfangsfläche der Welle, Achse, des Zapfens od. dgl. eingraben können, so daß die von solchen Anschlagscheiben aufzunehmende axiale Kraft sehr begrenzt ist. Diese bekannten Scheiben nehmen auch nur dann eine bestimmte axiale Lage in einer Bohrung oder auf einer Welle ein, wenn sie an dem zu haltenden Teil unmittelbar anliegen. Ist das nicht der Fall, so ist die axiale Lage der Scheibe völlig unbestimmt, und ihre Haltekraft ist selbst bei geringen Vibrationen gleich Null. Beim Eindringen von Schmiermittel zwischen die radialen Vorsprünge oder Zähne und die Widerlagerfläche kann ferner der Reibungskoeffizient so erniedrigt werden, daß sich die Scheiben aus ihrer Verankerung lösen. Dies ist auch bei Verformungen der Bohrung oder Welle möglich. Schließlich ist es nahezu ausgeschlossen, mit solchen Scheiben ein bestimmtes axiales Spiel oder eine gewünschte Vorspannung zwischen der Scheibe und dem zu haltenden Maschinenteil einzustellen.
Um diese Nachteile dieser Scheiben zu vermeiden, ist es vielfach üblich, ein zu haltendes Maschinenteil dadurch zu sichern, daß ein Metallwulst durch plastisches Zerscheren oder Verdrängen von Metall an der Bohrung, Welle, Achse, dem Zapfen od. dgl. erzeugt wird, bis er gegen das zu haltende Maschinenteil anstößt. Ein solcher Metallwulst kann entweder den ganzen Umfang oder einen oder mehrere Sektoren des Umfangs der Bohrung, Welle od. dgl. einnehmen. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß für die Erzeugung des Metallwulstes große Kräfte aufgebracht werden müssen. Das kann insbesondere dann ungünstig sein, wenn der Wulst mit hoher Genauigkeit gegenüber einem in Richtung der Achse oder Bohrung verformbaren Maschinenteil angebracht werden muß. Außerdem verliert das verdrängte Metall einen Teil seiner günstigen mechanischen Eigenschaften. Ist das Metall darüber hinaus nicht gleichmäßig plastisch verformbar, so kann durch die Verdrängung des Metalls sogar großer Schaden angerichtet werden.
Um die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden, ist es ferner bekannt (USA.-Patentschrift 2 969 705), Anschlag- und Festhaltescheiben an ihrer Mittelöffnung mit Gewindeschneideinrichtungen auszustatten, um solche Scheiben auf einen Stift, Bolzen od. dgl. aufzuschrauben, wobei die Schneideinrichtungen vom Ende des Stiftes, Bolzens od. dgl. ein Gewinde für die Sicherung der Scheibe in ihrer Endstellung einschneiden. Dabei ist jedoch das Drehmoment zum Erzeugen des Schraubgewindes bereits bei kleinen Stift- oder Zapfendurchmessern verhältnismäßig hoch, was einer Anwendung dieses Prinzips bei Zapfen, Bolzen od. dgl. größeren Durchmessers praktisch entgegensteht. Außerdem ist es schwierig, die sich selbst einschneidende Anschlagscheibe an dem Zapfen, Stift od. dgl. so anzusetzen, daß sie das Gewinde in einwandfreier Weise bis an die Festhaltestelle einschneidet. Zum richtigen Ansetzen der Scheibe ist daher häufig ein konisches Ende an dem Stift oder Zapfen erforderlich, das jedoch eine relativ große Gesamtlänge dieses Teiles erfordert, die jedoch in vielen Anwendungfällen unannehmbar ist. Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich bei Verwendung entsprechend ausgebildeter Scheiben in Bohrungen. Hierbei bedingt eine zumindest teilweise konische Ausbildung der Bohrung einen negativen Freiwinkel, wodurch erhöhte Reibung beim Schneiden des Gewindes auftritt und die Anschlagscheibe unter Umständen vor Erreichen der Verankerungsstelle stekkenbleibt. Ist dagegen ein guter Freiwinkel vorgesehen, so ist dies in bezug auf die Größe der Abstützfläche der Schraubgewindeflanken in den selbst erzeugten Rillen nachteilig. Als Nachteil ist ferner hervorzuheben, daß wegen des großen Drehmomentes zum Erzeugen des Selbstschneidgewindes keine Kontrolle vorhanden ist, wann der Kontakt der Scheibe mit dem zu haltenden Maschinenteil eintritt. Dadurch sind solche Anschlagscheiben für Anwendungsfälle unbrauchbar, bei denen ein bestimmtes axiales Spiel oder eine bestimmte Vorspannung mit Genauigkeit erzeugt werden muß. Werden solche Anschlagscheiben in Teile eingebaut, die Vibrationen, stoßweisen Beschleunigungen oder elastischen Verformungen ausgesetzt sind, so können sie sich leicht lösen, weil sie in den Gewindegängen lediglich durch Reibung gehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anschlag- und Festhaltescheiben zu vermeiden und eine Scheibe zu schaffen, mit der ein Maschinenteil axial in einer gewünschten Lage gesichert werden kann, und zwar entweder mit einem vorgegebenen Spiel oder ohne Spiel oder auch mit einer bestimmten leichten oder größeren Vorspannung, je nachdem wie es im einzelnen Fall erforderlich oder erwünscht sein soll. Dabei soll es auch möglich sein, das als optimal angesehene Spiel oder die Vorspannung unabhängig von der Herstellungsgenauigkeit der festzulegenden Maschinenteile einzustellen.
Diese Aufgabe findet ihre Lösung, ausgehend von einer Anschlag- und Festhaltescheibe der eingangs erwähnten Art, nach der Erfindung dadurch, daß die Vorsprünge mit den Schneidkanten gegenüber der Scheibenebene in an sich bekannter Weise derart geneigt sind, daß sie bei Verdrehung der Scheibe in die feststehende Verankerungsfläche Teile eines Gewindes einschneiden.
Eine derartige Anschlag- und Festhaltescheibe bietet folgende Vorteile: 1. Die Verankerung der Scheibe kann ohne eine besondere axiale Kraft erfolgen. Es wird lediglich ein leichtes Drehmoment in Richtung der Achse der Bohrung oder Welle auf die Anschlagscheibe in dem Augenblick ausgeübt, in dem die Schneidkanten genau ausgerichtet sind, so daß sie sich in die Verankerungsfläche eingraben können. Das die Bohrung aufweisende Werkstück wird dadurch nicht in Richtung dieser Bohrung beansprucht. Die Verwendung eines Halters oder einer Stütze ist nicht notwendig, wenn die Scheibe in ihre Verankerungsstellung gebracht worden ist, und zwar selbst dann nicht, wenn bei relativ elastischen Werkstücken noch eine hohe Lagegenauigkeit gefordert wird.
2. Die Verankerung kann wahlweise je nach Anwendungsfall mit oder ohne vorgegebenem Spiel zwischen Maschinenteil oder Werkstück und Anschlagscheibe sowie mit oder ohne Vorspannung erfolgen, und zwar auch bei großen Stückzahlen und bei den unterschiedlichsten Lagen der festzulegenden Maschinenteile.
3. Die mit der Anschlagscheibe nach der Erfindung erzielte Verankerung bietet einen großen axialen Widerstand sowohl gegen statisch auftretende Kräfte als auch gegen Wechselkräfte, und zwar aus folgenden Gründen: a) Alle Schneidkanten der Anschlagscheibe stützen sich auf ihrer ganzen Breite und auf ihrer ganzen Länge in den von ihnen selbst erzeugten Rillen ab, und b) das Metall, in dem sich die Anschlagscheibe abstützt, ist praktisch gesund, und zwar sowohl in der Abstützzone als auch in der unmittelbaren Nachbarschaft dazu, denn es sind keine plastischen Verformungen größeren Ausmaßes, roch Abscherungen des Metalls oder sonstige Verformungen erfolgt. 4. Die mit der Anschlagscheibe nach der Erfindung erzielte Verankerung hält ebenso gut elastischen Verformungen der Wände einer Bohrung wie Wechselbeanspruchungen und Vibrationen stand. Daß sich die Anschlagscheibe nicht dreht, ist nicht so sehr einem Verkeilen oder der Reibung zu verdanken, sondern einer rotationsstabilen Lage der Anschlagscheibe. In Richtung der Verankerungsverdrehung kann sich die Anschlagscheibe nicht selbst drehen, denn die vordere Ecke der Schneidkante stößt an das Ende der von ihr selbst geschnittenen Rillen an. Eine Verdrehung im umgekehrten Sinne ist ebenfalls unmöglich, denn dies würde zu einer elastischen, in radialer Richtung wirkenden Zusammendrückung der Anschlagscheibe führen, und die Schneidkanten müßten in diesem Fall die dem Freiwinkel entsprechende Neigung der Rillen hinaufsteigen.
Trotzdem ist die Anschlagscheibe leicht demontierbar, da hierzu lediglich eine Verdrehung im umgekehrten Sinne zu der Verankerungsverdrehung erforderlich ist, bis die Scheibe wieder aus der Bohrung hervorkommt oder in entsprechender Weise von einer Welle, einem Zapfen od. dgl. gelöst ist.
Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Anschlag- und Festhaltescheibe in Draufsicht, F i g. 2 eine solche in Seitenansicht, F i g. 3 einen Schnitt durch die Scheibe gemäß Linie III-III in F i g. 1, F i g. 4 die Art der Befestigung einer solchen Scheibe in einer Bohrung, F i g. 5 und 6 die Wirkungsweise der Scheibe beim Einsetzen in eine Bohrung, F i g. 7 eine Scheibe zum Festhalten eines Teils auf einer Welle und F i g. 8 einen Schnitt durch eine solche Scheibe gemäß Linie VIII-VIII in F i g. 7.
Die Anschlag- und Festhaltescheibe besteht hauptsächlich aus einer an ihrem Außen- oder Innenumfang mit radialen Einschnitten versehenen Ringscheibe, z. B. aus Federstahl. Sie läßt sich mit einer Art Zwinge elastisch derart verformen, daß sie sich leicht entweder in eine Bohrung mit einem gegenüber ihrem Außendurchmesser etwas geringeren Innendurchmesser setzen läßt, bis sie auf das zu haltende Teil anstößt und dann verankert wird, oder sich auf eine Welle oder Achse entsprechenden Durchmessers aufschieben läßt. Die Verankerung erfolgt durch Drehen der Scheibe um einen bestimmten Winkel, wobei die Schneidkanten je nach dem Anwendungsfall auf eine größere oder kleinere Länge Teile eines Gewindes in die Oberfläche der Bohrung oder der Welle einschneiden.
F i g. 1 bis 3 zeigen eine Anschlag- und Festhaltescheibe 1, die für eine Bohrung bestimmt ist und in der Wand der Bohrung verankert werden soll.
Die Scheibe 1 gemäß F i g. 1 und 2 hat ein axiales Loch 2 und radiale Einschnitte 3, zwischen denen Vorsprünge 4 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 4 sind gegenüber der zur Achse der Scheibe senkrechten Ebene geneigt, und zwar mit einem konstanten oder nicht konstanten Winkel, dessen Wert a (F i g. 3) in einer noch zu beschreibenden Art bestimmt ist.
Vom Scheibenrand her gesehen, kann jeder Vorsprung 4 um einen Winkel ß (F i g. 2) geneigt sein. Eine solche Neigung kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, z. B. durch Verwinden der Arme. Die Neigung entspricht der Steigung des Verankerungsgewindes. Außerdem erzeugt sie in Verbindung mit der Neigung a einen natürlichen Freiwinkel y am bogenförmigen Rand jedes Vorsprunges 4, gemessen zwischen den an die Rundform und an die wirkliche Bogenform jedes Vorsprunges 4 angelegten Tangenten (F i g. 1). Der Wert dieses Freiwinkels y kann außerdem noch unabhängig vom Wert der Winkel a und ß verändert werden, indem die Schnittkante 5 an jedem Vorsprung 4 so geformt wird, daß der äußere kreisbogenförmige Rand jedes Vorsprunges mit seinem Krümmungsmittelpunkt außermittig zum Scheibenmittelpunkt liegt. Der Freiwinkel y schafft beim Festspannverdrehen um den Winkel a ein leichtes radiales Eindringen der Schnittkanten 5, während der Winkel ß für die Gewindesteigung der Schnittkanten 5 maßgebend ist.
Das Festspannen und Verdrehen um den Winkel 99 kann mit einem Verdrehwerkzeug 6 erfolgen (F i g. 4). Das Verdrehwerkzeug 6 greift mit. Klauen 7 in die Einschnitte 3 der Scheibe 1 ein, während ein zentraler Zapfen 8 in das Mittelloch 2 der Scheibe 1 eingreift.
Um die Arbeitsweise einer solchen Anschlag- und Festhaltescheibe zu beschreiben, soll angenommen werden, daß sie eine Lagerschale 9 (F i g. 4) eines Nadellagers 10 festhalten soll. Das Nadellager 10 sitzt am Ende eines Querzapfens 11 eines Kardangelenks in einer Bohrung 12, die in einer der Wangen 13 des Gelenks angebracht ist.
Wenn die Scheibe 1 axial bis zur Berührung mit der festzuhaltenden Lagerschale 9 in der Bohrung verschoben und damit an die Verankerungsstelle gebracht wird (Phase 1), weicht das gewölbte Teil der Scheibe etwas elastisch zurück und läßt ein axiales Spiel zwischen sich und der Lagerschale 9. Während der Verankerung der Scheibe 1 an dieser Stelle kann je nach dem Betrag der Verdrehung (p und den Größen der Winkel a, ß und y entweder ein leichtes Spiel zwischen Scheibe 1 und Lagerschale 9 oder kein Spiel oder eine Vorspannung der Scheibe 1 gegenüber der Lagerschale 9 oder gar eine axiale Rückwärtsbewegung der Scheibe 1 von vorgegebener Länge erzeugt werden. Diese Möglichkeiten bzw. Bedingungen der Lagefestlegung lassen sich genau und sicher bei allen Montagearbeiten mit der gleichen Scheibentype wiederholen, wenn jeweils der gleiche und passende Verankerungswinkel (p angewendet wird.
Während der Festspannverdrehung greifen die Schneidkanten 5 der Scheibe 1 in die Wandung der Bohrung 12 ein, wie es bei 14 in F i g. 4 gezeigt ist, und die Scheibe nimmt eine ihrer Normalforen vor der Montage angenäherte Form ein. Die folgende vereinfachte Betrachtung macht das Prinzip der Verankerung der Scheibe in der gewünschten, sehr genau bestimmbaren Lage klar und ebenso die Art und Weise, wie willkürlich ein vorgegebenes Spiel oder eine Vorspannung oder eine axiale Verschiebung um einen bestimmten Wert zwischen Scheibe 1 und Lagerschale 9 erzeugt wird. Die Scheibe 1 (F i g. 5 und 6) wird in ihrer Einbaulage, nachdem sie in die Bohrung 12 eingeschoben worden ist und ihre Vorsprünge 4 radial wirksam gemacht worden sind, betrachtet. Die Schneidkante 5 nimmt nach der Verdrehung der Scheibe um den Winkel (p die Stellung 14 ein. a ist der Winkel, den die Verbindungsgerade der Schneidkante 5 mit dem Mittelpunkt 15 der elastischen Verbiegung gegenüber der durch alle Schneid- , kanten gelegten Ebene einnimmt.
Für die Wirkungsweise der Scheibe lassen sich folgende geometrische Beziehungen aufstellen: axiale Vorwärtsbewegung der Schneidkante 5 von ihrer ursprünglichen Stellung in der Bohrung 12 in die Stellung 14 b = T r tg ß , (1) radiale Verschiebung der Schneidkante c = (p r tg y , (2) Verkürzung des axialen Abstandes des Anlagebereichs 16 von den Schneidkanten und nach Einsetzen von (2) in diese Gleichung (3) Nun übt die Scheibe 1 ihre axiale Kraft auf die Lagerschale 9 über den Anlagebereich 16 aus. Während der Spannverdrehung um den Winkel (p verschiebt sich dieser Anlagebereich 16 axial nach folgender Gleichung: Diese einfachen Formeln zeigen klar die Leichtigkeit, womit das Spiel, die Vorspannung oder die axiale Verschiebung berechnet und erhalten werden können.
Das Verhältnis zwischen axialer Verschiebung u des Anlagebereichs 16 und der Festspannverdrehung um den Winkel 9p liegt in der Größenordnung von S/iooo mm pro Grad des Verdrehungswinkels, wodurch die Scheibe 1 nach ihrem Anschlag mit hoher Genauigkeit in ihre Verankerungsstellung gebracht werden kann.
Wenn sich der Anlagebereich 16 durch die Festspann- oder Verankerungsverdrehung nicht verschieben soll, genügt es [s. Formel (4)], zu machen.
In diesem Fall ist das Stillstehen des Anlagebereichs 16 für alle praktisch vorkommmenden Fest ziehwinkel cp zu erreichen. Wird ein leichtes axiales Zurückgehen des Anlagebereichs 16 gewünscht, so wird gemacht; soll jedoch eine axiale Vorspannung erzeugt werden, so wird gemacht. In diesen beiden letzteren Fällen wird das axiale Spiel oder die axiale Vorspannung für einen bestimmten Scheibentyp proportional der Verdrehung um den Winkel p.
In dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 1 für die Sicherung eines Maschinenteils in einer Bohrung verwendet worden. Es kann jedoch eine entsprechend gestaltete Scheibe nach der Erfindung umgekehrt auch für die Sicherung eines Maschinenteils auf einer Welle benutzt werden. In diesem Fall hat die Scheibe 1' (F i g. 7 und 8) ein zentrales Loch 2', dessen Rand mit Einschnitten 3' versehen ist. Die Einschnitte 3' bilden zwischen sich Vorsprünge 4', deren Schneidkanten 5' sich in die Oberfläche der Welle in gleicher Weise einschneiden wie die Schneidkanten 5 der vorher beschriebenen Scheibe 1 in die Wandung der Bohrung 12.

Claims

Patentanspruch: Anschlag- und Festhaltescheibe, insbesondere aus Stahl, für ein Maschinenteil in einer Bohrung oder auf einer Welle, wobei die Scheibe etwa schüsselförmig gewölbt ist und an ihrem Außen-oder Innenumfang durch radiale Einschnitte getrennte Vorsprünge mit Schneidkanten aufweist, die sich nach Andrücken der Scheibe gegen das zu haltende Teil in die feststehende Verankerungsfläche der Bohrung oder der Welle einschneiden können, dadurch gekennzeichn e t, daß die Vorsprünge (4, 4') mit den Schneidkanten (5, 5') gegenüber der Scheibenebene in an sich bekannter Weise derart geneigt sind, daß sie bei Verdrehung der Scheibe (1, 1') in die feststehende Verankerungsfläche Teile eines Gewindes einschneiden.