DE1425359C - Nabenbefestigung - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Wellen- und Nabenverbindungen und betrifft eine Nabenbefestigung, insbesondere eine Befestigung eines Flansches einer elastischen Wellenkupplung auf der treibenden Welle, deren Nabe auf einem zylindrischen Abschnitt der Welle kraftschlüssig und axial versetzt dazu durch ineinandergreifende radial gerichtete Zähne in der Bohrung der Nabe und auf der Welle formschlüssig mit der Welle verbunden ist und bei der die kraftschlüssige Verbindung die formschlüssige vor dem Ausschlagen schützt und die formschlüssige die kraftschlüssige gegen Schlupf sichert. Eine derartige Nabenbefestigung ist für eine Reibungsbremse bekanntgeworden. Dort wird die Nabe der Bremsscheibe mit der Antriebswelle dadurch kraftschlüssig verbunden, daß zwischen die Nabe der Bremsscheibe und die Welle ein Kegelringpaar eingeschaltet ist, dessen beide Ringe gegeneinandergepreßt werden. Von der Antriebswelle her gesehen ist dieser kraftschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung in Gestalt einer Verzahnung zwischen der Nabenbohrung und einem Wellenabschnitt vorgeschaltet worden.

Diese Verbindung soll einer häufigen schlagartigen Beanspruchung besser gewachsen sein, da sie während einer längeren Betriebszeit spielfrei bleiben soll im Gegensatz zu" rein formschlüssigen Verbindungen. Gleichzeitig soll sie gewährleisten, daß unter keinen Umständen ein Verdrehen der beiden miteinander verbundenen Teile möglich ist, wie es im Fall einer überlasteten oder zu schwach eingestellten kraftschlüssigen Verbindung der Fall sein kann.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß besonders als Folge stoßartig auftretender Drehmomente oder infolge schwingungsähnlicher Wechselbelastungen der Wellenabschnitt der formschlüssigen Verbindung nach wie vor Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt sein kann, da die von der Antriebswelle auf die Nabe übertragenen Drehmomente in voller Höhe zur Einwirkung auf den Wellenabschnitt der formschlüssigen Verbindung kommen. Insbesondere bei Hochleistungswellen mit häufigem Auftreten hoher wechselnder Drehmomente ergeben sich im Bereich der formschlüssigen Verbindung Schlagbeanspruchungen, die in kurzer Zeit zu einer Beschädigung der Welle im Bereich der formschlüssigen Verbindung und der letzteren selbst führen können.

Die Gefahr von Beschädigungen ist in diesem Wellenabschnitt ohnehin dadurch groß, daß die formschlüssige Verbindung zwangläufig Kerben und Einschnitte für die Verzahnung bedingt, durch die der Wellenabschnitt geschwächt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nabenbefestigung, insbesondere eine Befestigung eines Flansches einer elastischen Wellenkupplung auf einer treibenden Welle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit Sicherheit vermieden wird, daß die Welle im Bereich der formschlüssigen Verbindung ständig Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt ist. Es sollen vor allem hohe Wechselbelastungen in diesem Bereich vermieden werden.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, daß die kraftschlüssige Verbindung axial gesehen auf der Seite der Nabenbefestigung angeordnet ist, auf der die Einleitung des Drehmoments erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß die unter normaler Belastung zu übertragenden Drehmomente, und zwar auch schwingungsähnlich auftretende Momente, allein von der kraftschlüssigen Verbindung aufgenommen werden und nur auf diesen, vorzugsweise glatt gestalteten Wellenbereich einwirken. Ein Tordieren der Welle im Bereich der formschlüssigen Verbindung ist somit ausgeschlossen, so daß die formschlüssige Verbindung und ihr Wellenabschnitt trotz der an der Antriebswelle vorhandenen Torsionsmomente unbeansprucht bleibt. Sie wird vielmehr erst dann beansprucht, wenn ίο die kraftschlüssige Verbindung bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes des Drehmomentes überfordert ist und durchrutscht.

Der durch die Verzahnung geschwächte und anfällige Wellenabschnitt der formschlüssigen Verbindung liegt also erfindungsgemäß außerhalb des ständigen Kraftflusses, der zwischen der Welle und dem Kupplungsflansch verläuft.

Der durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielbare Vorteil besteht darin, daß die Welle, insao besondere als Hochleistungswelle, eine erheblich höhere Lebensdauer erreicht. Sie kann eine wesentlich größere Anzahl von Lastwechseln auch bei stoßartig einsetzenden Drehmomenten ohne Gefahr einer Beschädigung im formschlüssigen Bereich aufnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Nabenbefestigung in Anwendung bei einer elastischen Wellenkupplung, F i g. 2 und 3 ähnliche Darstellungen wie in F i g. 1, jedoch mit abgewandelten kraftschlüssigen Verbindungen.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellten elastischen Wellenkupplungen dienen zur Drehmomentübertragung von einer Welle 1 auf eine Welle 2 und umgekehrt, wobei bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen die Welle 1 die Antriebswelle und die Welle 2 die Abtriebswelle darstellt.

Die elastischen Wellenkupplungen der drei Ausführungsbeispiele weisen jeweils eine kraftschlüssige und eine formschlüssige Kupplung bzw. Verbindung auf. Die Anordnung der Kraftschlußkupplung und der Formschlußkupplung ist dabei derart, daß die Kraftschlußkupplung die Übertragung der Drehmomente von einer Welle zur anderen ohne Winkelschlupf übernimmt, soweit der absolute Wert des jeweiligen Drehmomentes kleiner als der Wert C eines Grenzdrehmoments ist, oberhalb dessen die Übertragung mit einem relativen'"^Vinkelschlupf zwischen den Wellen 1 und 2 erfolgt. Die Kraftschlußkupplung ist daher so bemessen, daß der Grenzwert C des Drehmoments dem Arbeitsdrehmoment entspricht, für das die elastische Wellenkupplung ausgelegt ist. Es ist daher davon auszugehen, daß der Grenzwert C nur in Ausnahmefällen überschritten wird. Erst dann erfolgt eine Beanspruchung der Welle im Bereich der Formschlußkupplung, nämlich dann, wenn die Kraftschlußkupplung überfordert ist und durchrutscht. .

In F i g. 1 ist die Welle 1 mit einer Hülse 3 verbunden, die die Welle 1 umgibt und ihrerseits in besonderer Weise mit der Welle 2 gekuppelt ist. Der Abschnitt der Kraftschlußkupplung an der Welle 1 ist mit Γ O bezeichnet und an einem glatten Wellenteil angeordnet, der keine Querschnittänderungen wie Aussparungen od. dgl. aufweist, die zu einem Bruch der Welle führen können. Das Merkmal der glatt durchgehenden Welle ist für eine hohe Dauerstandsfestigkeit wesentlich. Die Kraftschlußkupplung ist

dem glatten Wellenverlauf entsprechend angepaßt. Die Hülse 3 bildet in den drei Ausführungsbeispielen die Nabe der auf der Welle 1 befestigten Kupplungshälfte.

Während die Kraftschlußkupplung 70 erfindungsgemäß — axial gesehen — auf der Seite der Hülsenbefestigung angeordnet ist, auf der die Einleitung des Drehmoments erfolgt, ist der mit Tl bezeichnete Abschnitt der Formschlußkupplung derart neben der Kraftschlußkupplung angeordnet, daß sie in üblichen Belastungsfällen außerhalb des Drehmomentlinienverlaufs liegt.

Bei den drei in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Formschlußkupplung jeweils aus ineinandergreifenden Zähnen 4 am Ende der Welle 1 bzw. der Hülse 3. Diese Art der Formschlußkupplung entspricht daher einer bekannten Zahnkupplung mit einem Vielnut-, Kerbzahn- oder K-Profil.

Die Kraftschlußkupplung besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 aus mehreren Spannkeilringen 5, die vorzugsweise aus Metall gefertigt sind. Die Spannkeilringe sind wie üblich paarweise angeordnet und üben eine ringsum an der Welle 1 im Bereich TO angreifende, radial gerichtete Kraft aus, die in bekannter ,Weise nach innen auf die Welle 1 und nach außen auf die Innenfläche der Hülse 3 ausgeübt wird, wenn die Spannkeilringe 5 unter der Einwirkung einer axialen Druckkraft stehen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Spannkeilringpaare vorgesehen, die symmetrisch auf jede Seite eines innen an der Hülse 3 angebrachten Anschlags 6 verteilt sind. Der axiale Druck auf die Spannkeilringe 5 geht von Flanschen 7 und 8 aus, die durch axial durch die Hülse 3 geführte Schrauben 9 miteinander verbunden sind. Die Einstellung des Grenzdrehmoments C der Kraftschlußkupplung erfolgt durch mehr oder weniger starkes Anziehen der Schrauben 9.

Zur Einrichtung der Formschlußkupplung sind die zum gegenseitigen Eingriff bestimmten Verzahnungen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel am Ende der Welle 1 bzw. an der Innenwandung des Flansches 7 ausgebildet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 weicht die Art der Kraftschlußkupplung von derjenigen in F i g. 1 ab. Die Hülse 3 ist hier mit einem leichten Paßsitz auf die Welle 1 aufgesetzt. Die Außenwandung der Hülse 3 verläuft konisch. Ein entsprechend konisch ausgebildeter Ring 10, der mit Hilfe einer Schraube 11 axial verschiebbar ist, wirkt mit der Hülse 3 derart zusammen, daß der leichte Paßsitz der Hülse 3 in einen festen Paßsitz verwandelt wird, der für den Wert des Grenzdrehmoments C bestimmend ist.

' In diesem Fall sind die miteinander zusammenwirkenden Verzahnungen 4 der Formschlußkupplung in entsprechender Weise auf dem Ende der Welle 1 und der dem Wellenende gegenüberliegenden Innenwandung der Hülse 3 vorgesehen.

Bei der in F i g. 3 wiedergegebenen Ausführungsform ist die Hülse 3 mit einem festen Preßsitz auf die Welle 1 aufgebracht, d. h., der Innendurchmesser ist nach Herbeiführung der Befestigung etwas kleiner als der Außendurchmesser der Antriebswelle 1 im Bereich der kraftschlüssigen Verbindung. Die Hülse 3 wird in bekannter Weise entweder auf die Welle 1 aufgetrieben oder warm aufgesetzt. Die Ausbildung der Verzahnungen 4 entspricht der des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Wenn gewährleistet ist, daß eine genaue axiale Ausrichtung der Wellen 1 und 2 während des Betriebes beibehalten wird, kann die Hülse 3 starr mit der Welle 2 verbunden sein. Wenn dagegen, wie hier vorausgesetzt wird, die Wellen 1 und 2 ohne Gefahr einer Beschädigung der Wellenverbindung geringfügig axial gegeneinander versetzbar sind, muß zwisehen der Welle 2 und der Hülse 3 eine elastische Verbindung vorgesehen werden. Diese besteht vorzugsweise aus einem elastischen Ring 12, der beispielsweise durch ein Stahlringpaket gebildet und über radiale Arme 13 auf der einen Seite mit der-Hülse 3 und auf der anderen Seite mit einer Hülse 14 verbunden ist, die über eine Verzahnung IS formschlüssig mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.

Ein elastisch mit der Hülse 3 verbundenes Kugelelement 16 auf der Welle 2 gestattet in Verbindung

ao mit der vorbeschriebenen elastischen Verbindung geringfügige Abweichungen im Hinblick auf die Winkellager der Wellen 1 und 2.

Beim Betrieb der drei bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung erfolgt die Übertragung

as des Drehmoments unter normaler Belastung in bekannter Weise ausschließlich durch die Kraftschlußkupplung, ohne daß die Formschlußkupplung zum Einsatz gelangt, und zwar solange der absolute Wert des zu übertragenden Drehmoments geringer als der Grenzwert C ist, für den die Kraftschlußkupplung ausgelegt ist. Zusätzlich zu diesem Vorteil wird nach der erfindungsgemäßen Anordnung unter diesen Belastungsvoraussetzungen eine Beschränkung der Torsionsbelastung im Bereich der Kupplung auf den glatten Wellenabschnitt erreicht.

Übersteigt das zu übertragende Drehmoment diese Grenze, dann kann die Kraftschlußkupplung nicht länger einen Winkelschlupf zwischen den Wellen 1 und 2 verhindern, und die Formschlußkupplung übernimmt den über dem Wert C liegenden absoluten Wert des zu übertragenden Drehmoments, wobei erst dann eine Torsionsbelastung der Welle im Bereich der Verzahnung zur Einwirkung kommt, jedoch nur eine solche, die dem Betrag des Drehmoments entspricht, der oberhalb des Grenzwertes C liegt. Dieser Zustand hält nur so lange an, bis die Belastung wieder auf einen Wert abfällt, der dem Wert C entspricht.

Wenn bei richtiger Auslegung der Wellenkupplung und bei gleichbleibenden Arbeitsbedingungen das Arbeitsdrehmoment der Wellenkupplung nur selten überschritten wird, treten lediglich in Ausnahmefällen Beanspruchungen im Bereich der Formschlußkupplung auf, die bei wechselnder Drehrichtung der Antriebswelle oder bei wechselnder Belastungsrichtung auch Wechselbeanspruchungen sein können. Diese beeinträchtigen die Lebensdauer verzahnter Wellen und formschlüssiger Kupplungen beträchtlich. Sie sind infolge der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch sowohl viel seltener als auch bedeutend geringer im Vergleich zu Wellenkupplungen ohne Kraftschlußkupplung oder mit Kraftschlußkupplung, jedoch in anderer Anordnung, da lediglich die über dem Grenzwert C liegenden Drehmomentwerte von der Formschlußkupplung und dem zugehörigen Wellenabschnitt übernommen werden müssen.

Diese erfindungsgemäße Anordnung läßt es zu, eine Wellenkupplung für höhere Belastungen einzu-

setzen, ohne dabei die Welle erheblich zu vergrößern, da die notwendige Sicherheit für die Übertragung auch größerer Drehmomente bereits durch die erfindungsgemäße Anordnung der Formschlußkupplung erreicht wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Nabenbefestigung, insbesondere Befestigung eines Flansches einer elastischen Wellenkupplung auf der treibenden Welle, deren Nabe auf einem zylindrischen Abschnitt der Welle kraftschlüssig und axial versetzt dazu durch ineinandergreifende radial gerichtete Zähne in der Bohrung der Nabe und auf der Welle formschlüssig mit der Welle verbunden ist und bei der die kraftschlüssige Verbindung die formschlüssige vor dem Ausschlagen schützt und die formschlüssige die kraftschlüssige gegen Schlupf sichert, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung axial gesehen auf der Seite der Nabenbefestigung angeordnet ist, auf der die Einleitung des Drehmoments erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen