DE19721335A1 - Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle - Google Patents
Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer AntriebswelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle, die
mit einem Motor verbunden ist, wobei das dem Motor abgewandte und zur Aufnahme des Ro
tors vorgesehene Ende der Antriebswelle konisch ausgebildet ist, mit einer Spannzange, die im
wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und um das konische Ende der Antriebswelle
herum angeordnet ist und die achsparallel, jeweils von einer Stirnseite der Spannzange begin
nend geschlitzt ist, wobei die Innenseite der Spannzange kegelförmig ausgebildet ist und die
Kegelform der Form des Konus der Antriebswelle entspricht und wobei die Außenseite der
Spannzange im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und eine senkrecht zur Rotati
onsachse der Spannzange ausgebildete Anschlagfläche an dem dem Motorende abgewandten
Ende der Spannzange aufweist zur kraftschlüssigen Verbindung mit einer in eine axiale Boh
rung der Antriebswelle eingreifenden Spannschraube.
Derartige Vorrichtungen sind in der Technik vielfach bekannt. Beispielsweise im Werkzeugma
schinenbau oder auch bei Zentrifugen werden derartige Fixierungsanordnungen eingesetzt. Bei
Zentrifugen dienen diese Anordnungen als Rotoraufnahme zur Befestigung eines Zentrifugen
rotors, um eine feste, aber leicht lösbare Verbindung zwischen Rotornabe und Antriebseinheit
zu schaffen. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE G 75 41 370 bekannt. Hier
wird eine Spannzange zur Befestigung des Rotors einer Laborzentrifuge verwendet. In der
Labortechnik weisen die miteinander zu verbindenden Komponenten (Antrieb und Rotor) bei
der Montage häufig hohe Temperaturunterschiede auf, da die Antriebswelle unter Umständen
heißgelaufen ist, während andererseits der Rotor vorgekühlt ist. Nach erfolgtem Temperatur
ausgleich und Einstellung eines Temperaturgleichgewichtes entstehen sogenannte Passungs
spieländerungen durch Längenänderungen aufgrund des Ausgleichs von Temperaturunter
schieden. Dies kann zum Verlust der Vorspannung und damit zum Lösen der Verbindung
führen.
Spannzangen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus JP-62-46021 (A) bekannt.
Die hier offenbarte Spannzange weist jedoch keine geschlitzte Struktur auf, sondern sie wird
unter wärmebedingter Ausdehnung auf einen Konus gepreßt. Derartige Anordnungen finden
Anwendung unter anderem bei Werkzeugmaschinen zur Halterung von Werkzeugen.
Spannzangen sind auch aus WO-8911 1598 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarten
Spannzangen sind geeignet für Drehgelenke, Kolben, Kolbenstangen usw. Ähnliche Spannzan
gen sind auch aus DE-GM 72 22 304 bekannt. Spannzangen mit geschlitzten Strukturen sind
aus DE 29 44 756 A1 und NO-PS 94 242 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem bekannten Stand der Technik
eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, die auch nach Temperaturänderung der ein
zelnen Komponenten bzw. nach Temperaturausgleich von Komponenten, welche bei der Mon
tage hohe Temperaturunterschiede aufweisen, eine sichere Befestigung des Rotors auf einer
Antriebswelle gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Anschlagfläche und
dem Schraubenkopf der Spannschraube eine in Achsrichtung zusammendrückbare Federan
ordnung angeordnet ist und daß zwischen Axialanschlag und (auswechselbarem) Rotor ein die
Reibung erhöhendes Reibelement angeordnet ist. Dadurch wird auch bei temperaturände
rungsbedingter Längenänderung der beteiligten Bauelemente ein festes Anliegen der
Spannzange auf dem Konus der Antriebswelle und damit die kraftschlüssige Verbindung zwi
schen Spannzange und Rotor gewährleistet, da die Federanordnung ein eventuell durch Län
genausdehnung hervorgerufenes Passungsspiel kompensiert. Desweiteren wird eine einfache
und sichere Befestigung des Rotors, beispielsweise einer Laborzentrifuge, erleichtert, weil das
Reibelement sicherstellt, daß sich der Antrieb mit dem Spannsystem während des Festziehens
der Spannschraube nicht unter dem Rotor wegdreht, sondern tatsächlich ein Spreizen der
Spannzange erfolgt, ohne daß die Bedienperson die Teile besonders gegeneinander drücken
muß. Das Reibelement kann ein beliebiges, die Reibung zwischen Rotor und Antrieb erhöhen
des Material sein, bevorzugt ist es aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi
gebildet. Vorteilhafterweise ist das Reibelement ringförmig um die Rotorachse herum angeord
net, um eine gleichmäßige Verteilung der Reibungskraft zu bewirken. Das Reibelement kann in
einer Nut oder auf andere Weise, beispielsweise durch Klebung, fixiert sein.
Zweckmäßig kann es sein, daß die Spannschraube einen Führungsschaft zur Führung der Fe
deranordnung und zur Selbstführung aufweist, insbesondere, daß der Führungsschaft in einer
Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle geführt ist. Da das Spannsystem bei sehr ho
hen Drehzahlen betrieben werden soll, ist es wichtig, daß alle Teile exakt und unwuchtfrei ge
führt werden. Über den Führungsschaft der Spannschraube, der zwischen Schraubenkopf und
Gewinde angeordnet sein kann, sind die Spannschraube selbst in der Zentralbohrung der An
triebswelle, die Federelemente und eine vorteilhafterweise zwischen der Anschlagfläche und
der Federanordnung angeordnete Druckscheibe geführt. Da die Spannzange geschlitzt ist, ist
die Auflagefläche für die Federelemente an der Spannzange unterbrochen. Um während der
Spannbewegung Verschleiß an dieser Stelle zu vermeiden, kann als Zwischenlage eine Druck
scheibe oder Unterlegscheibe verwendet werden.
Das konische Ende der Antriebswelle kann an seinem der Federanordnung zugewandten Ende
einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag für die Federanordnung oder die
Druckscheibe aufweisen. Dieser Anschlag dient als Überlastbegrenzung, so daß beispielsweise
beim Anziehen der Spannschraube ohne Rotor die Spannzange nicht beschädigt werden kann.
Dazu ist der Abstand zwischen der Federanordnung beziehungsweise der Druckscheibe und
dem Anschlag so zu bemessen, daß der Spannweg begrenzt wird. Dieser Abstand kann durch
wenige Versuche leicht ermittelt und optimiert werden.
Zweckmäßig für eine besondere Ausführungsform ist es, daß der Schraubenkopf der Spann
schraube einen Kragen aufweist, der an seinem äußeren Rand in Richtung der Antriebswelle
umlaufend abgewinkelt ist, wobei der abgewinkelte Teil die Spannzange an ihrem einen Ende
umgreift. Dadurch wird die radiale Dehnung der Spannzange begrenzt, so daß sie beispielswei
se beim versehentlichen Betrieb ohne Rotor nicht durch die dabei auftretenden Fliehkräfte
überdehnt wird. Derartige Drehzahlen können unter anderem auftreten, wenn beispielsweise ei
ne Laborzentrifuge ohne Rotor gestartet wird und die Zentrifuge keine Schutzeinrichtung be
sitzt, welche solch einen Betrieb verhindert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Federanordnung als aus mindestens einer Teller
feder gebildeter Tellerfedersatz oder als Schraubenfeder ausgebildet. Zweckmäßigerweise
weist die Spannzange in einer weiteren Ausführungsform an ihrem dem Motor abgewandten
Ende an die Anschlagfläche anschließend eine Zylinderhülse auf, in der der Schraubenkopf
mindestens teilweise angeordnet ist, wobei der Schraubenkopf an seinem äußeren Umfang ei
nen Kragen aufweist und die Zylinderhülse einen nach innen, zur Achse gerichteten Rand auf
weist, der den Kragen des Schraubenkopfes an der der Federanordnung abgewandten Seite
umgreift und zur Anlage an, den Kragen bestimmt ist. Dadurch wirkt die Spannschraube beim
Herausdrehen aus der Antriebswelle als Abzieher und löst die Spannzange von der Antriebs
welle selbst bei sehr festem Sitz.
Zweckmäßig ist es, daß die Schlitze der Spannzange alternierend, d. h. abwechselnd von den
beiden Stirnseiten der Spannzange ausgehend, ausgebildet sind. Dadurch ist es u. a. möglich,
die Spannzange stark zu verformen, um die Spannschraube, die Federanordnung und die
Druckscheibe von oben einzuführen, bis die Federanordnung und der Kragen in der durch den
Raum zwischen dem nach innen gerichteten Rand und der Anschlagfläche gebildeten ringför
migen Nut angeordnet sind. Allgemein führt die alternierende (mäanderförmige) Anordnung der
Schlitze zu einer hohen Flexibilität der Spannzange.
In einer anderen Ausführungsform kann die Spannzange lediglich von der dem Motor zuge
wandten Seite her geschlitzt sein. Um die oben beschriebene ringförmige Nut zur Aufnahme
des Kragens des Schraubenkopfes und der Federanordnung zu bilden, ist dabei der zur Anlage
an den Kragen des Schraubenkopfes ausgebildete nach innen gerichtete Rand der Spannzan
ge an dem konischen Teil der Spannzange lösbar angeordnet. Die Spannschraube wird dabei
nach Aufsetzen der Spannzange auf den Konus der Antriebswelle in die Antriebswelle hinein
geschraubt und anschließend wird der nach innen gerichtete Rand der Spannzange auf dieser
befestigt.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung für eine Zentrifuge verwendet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Spannzange,
Fig. 3 einen Halbschnitt der Vorrichtung,
Fig. 4 eine Halbschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und
Fig. 5 eine Spannzange für das zweite Ausführungsbeispiel.
Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Zentrifu
genrotor 1, der auf eine Spannzange 2 aufgesetzt ist. Die Spannzange 2 wiederum ist auf den
konischen Teil 3 der Antriebswelle 4 aufgesetzt. Zwischen dem Rotor 1, der Spannzange 2 und
der Antriebswelle 4 besteht eine kraftschlüssige Verbindung (Fig. 1 und 3).
Der Rotor 1 liegt mit seinem unteren Ende an einem Axialanschlag 5 auf, der den konischen
Teil 3 der Antriebswelle 4 begrenzt. Zwischen dem Axialanschlag 5 und dem Rotor 1 ist in einer
kreisförmig die Achse der Antriebswelle 4 umlaufenden gut des Axialanschlages 5 ein Gummi
ring 15 als Reibelement angeordnet. Die Spannzange 2 ist aus einem Federstahl gebildet. Sie
ist mäanderförmig, d. h. alternierend von oben und unten geschlitzt, wobei die Schlitze 6 in der
Fig. 1 lediglich angedeutet sind. Sie münden an ihrem innerhalb der Spannzange 2 befindli
chen Ende in eine Bohrung 7, die bei Dehnung der Spannzange 2 eine Kräfteverteilung bewirkt
und damit ein Ausreißen der Schlitze 6 verhindern (Fig. 2).
Die Spannzange 2 weist in ihrem oberen Bereich als Zylinderhülse eine Nut 8 (z. B. eine Ring
nut) auf, die zwischen der Anschlagfläche 9 und dem nach innen weisenden Rand 10 gebildet
ist. Auf der Anschlagfläche 9 liegt eine Druckscheibe 16 und auf dieser der Tellerfedersatz 11
auf, der die Spannschraube 12 selbstnachstellend gegen die Spannzange 2 verspannt. Die
Spannschraube 12 weist einen Kragen 13 an ihrem äußeren Umfang auf. An der unteren Seite
des Kragens 13 liegen die Tellerfedern 11 an, während die obere Seite des Kragens 13 beim
Herausdrehen der Spannschraube 12 aus der Antriebswelle 4 gegen den Rand 10 der Spann
schraube 2 drückt und diese dadurch von dem konischen Teil der Antriebswelle 4 abzieht. Die
Spannschraube 12 ist durch eine zentrische Bohrung 14 des Rotors 1 erreichbar und weist ei
nen Führungsschaft 17 auf, der zwischen dem Schraubenkopf und dem Gewinde angeordnet
ist und der in einer Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle 4 geführt ist. Der Füh
rungsschaft 17 dient auch der Führung des Tellerfedersatzes 11 und der Druckscheibe 16.
Das konische Ende der Antriebswelle 4 weist an seinem dem Tellerfedersatz 11 zugewandten
Ende einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag 18 auf, der in gelockertem Zu
stand des Rotors einen geringen Abstand zu der Ebene der Anschlagfläche 9 aufweist und
beim Festziehen der Spannschraube 12 ohne Rotor durch Anlage an die Druckscheibe 16 eine
Überlastbegrenzung bildet.
In der Zeichnung nicht dargestellt ist, eine weitere Ausführungsform der Spannzange 2 derge
stalt ausgebildet, daß die Schlitze 6 nur vom unteren Rand ausgehen. Sie können sich bis in
den Bereich der Nut 8 erstrecken, so daß die Spannzange wie in dem in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiel von oben auf die vormontierte Spannschraube 12 aufgesetzt wer
den kann, bevor der Rotor 1 auf die Spannzange 2 aufgesetzt wird. Dies ist allerdings nur be
grenzt möglich, so daß eine weitere Ausführungsform dieser letztgenannten Anordnung der
Schlitze 6 darin besteht, daß der obere Teil der Spannzange 2 einschließlich des Randes 10
durch Verschraubung lösbar auf dem unteren Teil der Spannzange 2 aufgesetzt ist. Dadurch
kann zunächst der untere Teil der Spannzange 2 auf dem konischen Teil 3 der Antriebswelle 4
angeordnet werden. Danach wird die Spannschraube 12 in die Antriebswelle 4 geschraubt und
anschließend das obere Teil der Spannzange 2 aufgesetzt und befestigt.
Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Vorrichtung
weist der Schraubenkopf der Spannschraube 12′ einen Kragen 13′ auf, der an seinem äußeren
Rand in Richtung der Antriebswelle 4 einen umlaufenden, abgewinkelten Teil 19 auf, der die
Spannzange 2′ an ihrem oberen Ende umgreift. Dabei ist der Rand 20 des abgewinkelten Teils
19 nach innen gekröpft und greift in eine Nut 21 ein, die an der Außenseite der Spannzange 2′,
diese umlaufend, gebildet ist. Diese Anordnung sichert die Spannzange 2′ und verhindert deren
Zerstörung durch Überdehnung, falls die Vorrichtung versehentlich (was bei Zentrifugen ohne
Rotorerkennung möglich ist) ohne Rotor 1 in Betrieb gesetzt wird.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Fixierung eines Rotors auf einer Antriebswelle, die mit einem Motor
verbunden ist, wobei das dem Motor abgewandte und zur Aufnahme des Rotors
vorgesehene Ende der Antriebswelle konisch ausgebildet ist, mit einer Spannzange, die
im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und um das konische Ende der
Antriebswelle herum angeordnet ist und die achsparallel, jeweils von einer Stirnseite der
Spannzange beginnend geschlitzt ist, wobei die Innenseite der Spannzange kegelförmig
ausgebildet ist und die Kegelform der Form des Konus der Antriebswelle entspricht und
wobei die Außenseite der Spannzange im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und
eine senkrecht zur Rotationsachse der Spannzange ausgebildete Anschlagfläche an dem
dem Motor abgewandten Ende der Spannzange aufweist zur kraftschlüssigen Verbindung
mit einer in eine axiale Bohrung der Antriebswelle eingreifenden Spannschraube,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlagfläche (9) und dem Schraubenkopf
der Spannschraube (12) eine in Achsrichtung zusammendrückbare Federanordnung (11)
angeordnet ist und daß zwischen Axialanschlag (5) und Rotor (1) ein Reibelement (15)
angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement (15) aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi, gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement (15)
ringförmig um die Rotorachse herum angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Reibelement (15) in einer Nut fixiert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannschraube (12) einen Führungsschaft (17) zur Führung der Federanordnung (11)
und zur Selbstführung aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsschaft (17) in
einer Passung einer Zentralbohrung der Antriebswelle (4) geführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Anschlagfläche (9) und der Federanordnung (11) eine Druckscheibe (16) angeordnet
ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
konische Ende der Antriebswelle (4) an seinem der Federanordnung (11) zugewandten
Ende einen senkrecht zu seiner Achse angeordneten Anschlag (18) für die
Federanordnung (11) oder die Druckscheibe (16) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federanordnung (11) als Schraubenfeder oder als aus mindestens einer Tellerfeder
gebildeter Tellerfedersatz ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze
(6) der Spannzange (2) alternierend von den beiden Stirnseiten der Spannzange (2)
ausgehend ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schraubenkopf der Spannschraube (12′) einen Kragen (13′) aufweist, der an seinem
äußeren Rand in Richtung der Antriebswelle um laufend abgewinkelt ist, wobei der
abgewinkelte Teil (19) die Spannzange (2′) an ihrem einen Ende umgreift.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannzange (2) an ihrem dem Motor abgewandten Ende an die Anschlagfläche (9)
anschließend eine Zylinderhülse aufweist, in der der Schraubenkopf mindestens teilweise
angeordnet ist, wobei der Schraubenkopf an seinem äußeren Umfang einen Kragen (13)
aufweist und die Zylinderhülse einen nach innen, zur Achse gerichteten Rand (10)
aufweist, der den Kragen (13) des Schraubenkopfes an der der Federanordnung (11)
abgewandten Seite umgreift und zur Anlage an dem Kragen (13) bestimmt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (6) der
Spannzange (2) von der dem Motor zugewandten Seite der Spannzange (2) ausgehen
und daß der zur Anlage an den Kragen (13) des Schraubenkopfes ausgebildete, nach
innen gerichtete Rand (10) der Spannzange (2) an dem konischen Teil der Spannzange
(2) lösbar angeordnet ist.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für eine Zentrifuge.
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Owner name: HERAEUS INSTRUMENTS GMBH & CO. KG, 63450 HANAU, DE |
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