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Spannbuchse
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Die Erfindung betrifft eine Spannbuchse, deren Wandung auf ganzer
Dicke parallel zur Mittellängsachse geschlitzt ist, insbesondere als Lagerbuchse
für höherbelastete Dreh- oder Schwenkteile mit relativ geringen Winkelgeschwindigkeiten.
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Spannbuchsen der vorstehenden Gattung bestehen bislang in der Regel
aus einem hochwertigen Stahl mit federnden Eigenschaften. Im Zuge der Herstellung
solcher Spannbuchsen werden zunächst Flachbandabschnitte von Coils oder Bandstäben
abgetrennt bzw. aus Blechplatten ausgestanzt. Die so erhaltenen blechstreifen werden
dann anschließend gerollt, gegebenenfalls noch zusätzlich kalibriert. Diese unter
wirtschaftlichen Gesichtspunkten an sich vorteilhafte spanlose Formgebung weist
jedoch dann erhebliche Nachteile auf, wenn Spannbuchsen mit gräßeren Durchmessern
in kleineren Serien von beispielsweise 100 bis 200 Stück hergestellt werden. In
diesem Fall sind die Kosten für die Anfertigung der Stanz-, Roll- und Kalibrierwerkzeuge
so hoch, daß die Nachteile der spanabhebenden Verformung mit Rohren als Ausgangsmaterial
die Vorteile der spanlosen Verformung wieder vollkommen überwiegen. Als weiterer
Nachteil tritt das relativ teure Ausgangsmaterial Federstahl hinzu. Federstahl besitzt
die Eigenart, während des Walzens aufgrund der hohen Temperaturen in den äußeren
Randbereichen auszukohlen, so daß eine zusätzliche Nachbehandlung, d.h. ein Aufkohlen
erforderlich ist. Hiermit ist jedoch eine weitere Verteuerung verbunden.
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Da die Spannbuchsen durch federnde Vorspannung festgelegt werden,
müssen sie beim Rollen einen vom Querschnitt ihrer Aufnahmebohrungen abweichenden
unrunden Querschnitt erhalten.
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Dieser Querschnitt soll sich dann beim Einbau unter Überwindung der
elastischen Vorspannung an den Querschnitt der Aufnahmebohrungen kreisringförmig
verformen. Dabei hat der nach dem Rollen vorhandene Schlitz eine Breite, die auch
nach dem Einbau der Spannbuchsen noch etwa einem Viertel bis der Hälfte der Dicke
der Wandungen der Spannbuchsen entspricht. Die Überwindung der elastischen Vorspannung
führt aber unter Berücksichtigung der im großen Abstand voneinander angeordneten
Schlitzränder dazu, daß sich die Spannbuchsen nicht gleichmäßig den Aufnahmebohrungen
anpassen. Sie unterliegen vielmehr einer unkontrollierten Verformung, wobei die
Laufflächen der Spannbuchsen unrund werden. Zum Ausgleich der unrunden Laufflächen
wird dann ein relativ großes Spiel zwischen den Spannbuchsen und den Wellen oder
Achsen vorgegeben, so daß diese ohne große Schwierigkeiten eingeführt werden können.
Ein großes Spiel fördert aber den schnellen Verschleiß der Spannbuchsen.
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Sie schlagen früh aus und müssen bald ausgewechselt werden.
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Wenn dann ferner noch die hohen Belastungen berücksichtigt werden,
denen die in den Spannbuchsen eingesetzten Dreh- oder Schwenkteile ausgesetzt sein
können, so führen derart grobe Passungen mit überwiegenden Linienbeanspruchungen
zu einem noch raschereren Verschleiß der Spannbuchsen in vorbestimmten Laufflächenbereichen.
Die Folgen sind Spannbuchsen mit nur kurzen Standzeiten. Es besteht zwar die Möglichkeit,
die unrunden Laufflächen durch eine Nachbearbeitung zu verbessern. Jede weitere
Bearbeitung bedeutet aber höhere Gestehungskosten und damit eine geringere Wirtschaftlichkeit
der Herstellung.
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Bekannt sind auch umfangsseitig geschlossene Lagerbuchsen aus einem
hinsichtlich der Oberfläche verfestigten Material mit
Baustahlqualität.
Derartige Lagerbuchsen müssen jedoch zur einwandfreien Festlegung mit Übermaß in
ihre Aufnahmebohrungen eingepreßt werden, wozu naturgemäß besondere Vorrichtungen
erforderlich sind. Auch sind zum Entfernen der Lagerbuchsen, z.B. bei Verschleiß,
entsprechende Vorrichtungen notwendig.
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Solche Vorrichtungen stehen jedoch nicht überall zur Verfügung.
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Somit ist z.B. auf dem Baumaschinensektor eine Reparatur durch Austausch
der verschlissenen gegen neue Lagerbuchsen auf der Baustelle in der Regel nicht
möglich. Die Maschinen müssen stillgesetzt, die die Lagerbuchsen tragenden Teile
ausgebaut und zwecks Reparatur abtransportiert werden.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Spannbuchse
als Lagerbuchse für höherbelastete Dreh- oder Schwenkteile mit relativ geringen
Winkelgeschwindigkeiten zu schaffen, die auch in größeren Abmessungen bei geringen
Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden kann und welche mit einfachen Mitteln
sogar unmittelbar am Einsatzort leicht ein-und auszubauen ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der
Buchsenwandung im Bereich des Schlitzes mindestens auf einem Teil der Buchsenlänge
eine bezüglich ihres Querschnittes die Breite des Schlitzes übersteigende axiale
Aussparung für ein Spannelement vorgesehen ist.
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Der wesentliche mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht darin,
daß nunmehr auch für eine geschlitzte Spannbuchse ein Material verwendet werden
kann, das preisgünstig und damit wirtschaftlich ist. Da eine federnde Vorspannung
der Spannbuchse entfällt, kann beispielsweise ein Material mit Baustahlqualität
verwendet werden, dessen Oberflächen karbonitriert sind. Auch können jetzt Nichteisenmetalle
verwendet werden. Die Außenabmessungen
der Spannbuchse sind dabei
derart auf den Innendurchmesser der jeweiligen Aufnahmebohrung abgestimmt, daß die
Spannbuchsen ohne wesentlichen Kraftaufwand und ohne ins Gewicht fallende Formänderung
eingebaut werden können. Die Festlegung der Spannbuchse erfolgt erst anschließend
dadurch, daß ein Spannelement in die Aussparung eingetrieben wird, wodurch die Spannbuchse
in Umfangsrichtung um ein geringes Maß gedehnt wird und sie sich gleichmäßig an
die Aufnahmebohrung anschmiegt. Hierzu sind keine besonderen Vorrichtungen notwendig.
Die erforderlichenWerkzeuge zum Eintreiben sind auf jeder Baustelle vorhanden. Auch
zum Entfernen des Spannelementes sind die entsprechenden Werkzeuge, beispielsweise
in Form von Dornen, stets auf den Baustellen vorhanden.
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Dadurch, daß die Spannbuchse ohne jegliche Vorspannung in die Aufnahmebohrung
eingesetzt wird, ist eine gleichmäßige Anlage an die Oberfläche der Aufnahmebohrung
gewährleistet.
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Der Innendurchmesser der Spannbuchse wird folglich nicht unrund. Es
können also sehr geringe Toleranzen zwischen der Spannbuchse und den eingesetzten
Dreh- oder Schwenkteilen vorgesehen werden, wodurch die bislang nachteiligen Gegebenheiten
für einen vorzeitigen Verschleiß entfallen Die Standzeit der Spannbuchse wird um
ein erhebliches Maß heraufgesetzt.
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Die Herstellung der Spannbuchsen erfolgt zweckmäßigerweise, da es
sich nur um kleine Serien handelt, aus Rohren, welche hinsichtlich der Außen- und
Innenabmessungen schon weitgehend den geforderten Endmaßen entsprechen. Nach der
Oberflächenbearbeitung, welche bei gezogenen Rohren unter Umständen entfallen kann,
werden die Spannbuchsen von den Rohren in der erforderlichen Länge abgestochen.
Im Anschluß daran wird entweder zunächst die axiale Aussparung in der Buchsenwandung
hergestellt und dann die Spannbuchse geschlitzt oder es wird zunächst der
Schlitz
hergestellt und dann die axiale Aussparung eingebracht.
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Die Breite des Schlitzes kann sehr gering gehalten werden, da mit
dem in die axiale Aussparung einzutreibenden Spannelement eine nur geringfügige
Dehnung in Umfangsrichtung der Spannbuchse bewirkt wird, um die Spannbuchse einwandfrei
radial in der Aufnahmebohrung zu verspannen.
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Die Längsmittelebene des Schlitzes kann durch die Längsachse der
Spannbuchse verlaufen. Sie kann demgegenüber jedoch auch geneigt vorgesehen sein.
Der Querschnitt der axialen Aussparung kann in verschiedener Weise gestaltet sein.
Es ist ein runder, ovaler oder dreieckiger Querschnitt denkbar. Ferner ist ein rechteckiger
oder quadratischer Querschnitt möglich.
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Bevorzugt ist jedoch ein runder Querschnitt vorgesehen, der in einfacher
Weise durch Bohren hergestellt werden kann. Die Lage des Querschnittes zu der Längsmittelebene
des Schlitzes kann ebenfalls verschiedenartig sein. Beispielsweise kann die Längsmittelebene
des Schlitzes bei einer quadratischen oder rechteckigen Aussparung diagonal zum
Querschnitt verlaufen. Sie kann aber auch senkrecht zu den Begrenzungswänden der
Aussparung angeordnet sein. Ein flachliegender rechteckiger Querschnitt ist beispielsweise
bei dünneren Wandungen von Vorteil.
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Die Länge der axialen Aussparung beträgt mindestens einen Teil der
Länge der Spannbuchse. Sie kann sich jedoch auch über die gesamte Länge der Spannbuchse
erstrecken. Ferner kann die Länge des Spannelementes unterschiedlich bemessen sein.
Bei einer axialen Aussparung, die sich nur über einen Teil der Spannbuchsenlänge
erstreckt, kann z.B. das Spannelement nur der Länge der Aussparung angepaßt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es aber auch denkbar, daß das Spannelement
länger als die Aussparung bzw. länger als die Spannbuchse bemessen ist. In diesen
Fällen, wo ein Längenabschnitt
des Spannelementes über mindestens
eine der Stirnseiten der Spannbuchse vorsteht, kann dieser Längenabschnitt als zusätzliche
Verdrehungssicherung benutzt werden. Der überstehende Abschnitt wird dann zweckmäßigerweise
in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung des die Aufnahmebohrung umgebenden Lagergehäuses
eingeführt.
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Die Spannelemente können in Hülsenform oder als Leisten bzw. Stifte,
wie Vollstifte, Kerbstifte oder Spiralstifte, ausgebildet sein. Sie können in Abhängigkeit
von dem Längsschnitt der Aussparung in Längsrichtung konische oder achsparallele
Oberflächen aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß
die Längsachse der axialen Aussparung in der neutralen Faser der Wandung koaxial
zum Schlitz angeordnet ist, wobei die größte Querschnittserstreckung der axialen
Aussparung gleich etwa acht Zehntel der Wandungsdicke bemessen ist.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist
die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Lagerauge einer
Schubkolbeneinrichtung sowie eine Spannbuchse für dieses Lagerauge im vertikalen
Längsschnitt und einen Spannstift in Ansicht; Fig. 2 eine Teilansicht auf eine Spannbuchsenstirnseite
im Bereich des Schlitzes gemäß der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 bis 7 verschiedene
Stirnansichten auf die Spannbuchse der Fig. 1 im Bereich des Schlitzes
mit
unterschiedlichen Querschnitten der axialen Aussparung und Fig. 8 bis 10 in der
Draufsicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 1 die Spannbuchse im Bereich des Schlitzes
mit Spannelementen verschiedener Ausführungsformen.
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Mit 1 ist in der Fig. 1 ein Lagerauge einer sonst nicht näher dargestellten
Schubkolbeneinheit bezeichnet, welche beispielsweise Bestandteil einer fahrbaren
Erdbearbeitungsmaschine bildet. Zwecks Lagerung eines ebenfalls nicht näher dargestellten
Schwenkteils wird in das Lagerauge eine geschlitzte Spannbuchse 2 als Lagerbuchse
eingesetzt, deren Außendurchmesser D im Verhältnis zu dem Innendurchmesser d der
Aufnahmebohrung 3 im Lagerauge als Schiebesitz ausgebildet ist. Die Spannbuchse
kann damit ohne besonderen Kraftaufwand eingeführt werden.
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Zur Festlegung der Spannbuchse 2 in der Aufnahmebohrung 3 des Lagerauges
1 dient ein Spannstift 4, der in eine axiale Aussparung 5 der Spannbuchsenwandung
7 im Bereich des Schlitzes 6 (siehe auch Fig. 2) nach dem Einsetzen der Spannbuchse
in das Lagerauge eingetrieben wird. Der Außendurchmesser des Spannstiftes und der
Innendurchmesser der axialen Aussparung sind so aufeinander abgestimmt, daß nach
dem Eintreiben des Spannstiftes in die Aussparung die Spannbuchse eine geringfügige
Dehnung in Umfangsrichtung erfährt und auf diese Weise in dem Lagerauge radial fest
verspannt wird.
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Die Spannbuchse 2 ist aus einem gezogenen Rohr hergestellt, welches
beispielsweise durch Drehbearbeitung auf den gewünschten Innen- und Außendurchmesser
gebracht worden ist. Durch Abstechen wurde die Länge 1 der Spannbuchse erzielt.
Danach ist durch Bohren
die axiale Aussparung 5 in der Wandung
7 hergestellt worden.
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Im Anschluß daran wurde der Schlitz 6 im Bereich der Längsachse 9
der Aussparung, beispielsweise durch Fräsen, erzeugt.
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Die Mittellängsebene 10 des Schlitzes 6 verläuft dabei durch die Längsachse
8 der Spannbuchse.
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Im Falle der Ausführungsform der axialen Aussparung 5 gemäß den Fig.
1 und 2 erstreckt sich deren Längsachse 9 in der neutralen Faser der Wandung 7.
Die Mittellängsebene 10 des Schlitzes 6 verläuft dabei sowohl durch die erwähnte
Längsachse 9 der axialen Aussparung 5 als auch durch die Längsachse 8 der Spannbuchse
2.
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Im Falle der Ausführungsform der Fig. 3 ist ebenfalls eine durch
Bohren erzeugte axiale Aussparung 5 vorgesehen. Im Unterschied zu der Ausführungsform
der Fig. 1 und 2 verläuft jedoch hierbei die Mittellängsebene 10 des Schlitzes 6
zwar durch die Längsachse 9 der axialen Aussparung 5, jedoch geneigt zu der Längsachse
8 der Spannbuchse 2.
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Die Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 zeigen axiale Aussparungen
5 mit quadratischem Querschnitt. Die Längsmittelebenen 10 der Schlitze 6 verlaufen
jeweils durch die Längsachsen 9 der Aussparungen und der jeweiligen Spannbuchse
2. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 erstreckt sich jedoch die Längsmittelebene
senkrecht zu den Begrenzungswänden 11 der Aussparung, während die Mittellängsebene
beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 diagonal zum Querschnitt der Aussparung verläuft.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 6 besitzt die axiale Aussparung
5 einen gleichseitigen dreieckigen Querschnitt. Die Mittellängsebene 10 des Schlitzes
6 erstreckt sich jeweils senkrecht zu der radial nach außen gerichteten Seite 12
des Dreiecks
und verläuft durch die auf die Längsachse 8 der Spannbuchse
2 gerichtete Spitze des Dreiecks.
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Im Falle der Ausführungsform der Fig. 7 hat die axiale Aussparung
5 einen flachen rechteckigen Querschnitt. Ein solcher Querschnitt kann beispielsweise
bei dünnen Wandungen 7 zweckmäßig sein. Die Mittellängsebene 10 des Schlitzes 6
erstreckt sich hierbei senkrecht zu den Längsseiten 13 der Aussparung.
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In der Fig. 8 ist eine Aussparung 5 mit rundem Querschnitt dargestellt,
welche sich nur über etwa zwei Drittel der Länge 1 der Spannbuchse 2 erstreckt.
In diese Aussparung ist ein Spannstift 4 als Vollstift eingesetzt. Die Länge des
Spannstiftes entspricht der Länge der Aussparung.
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Im Falle der Ausführungsform der Fig. 9 ist die einen runden Querschnitt
aufweisende axiale Aussparung 5 über die gesamte Länge 1 der Spannbuchse 2 hindurchgeführt.
In die Aussparung ist ein zylindrischer Spannstift 4 eingesetzt, der über eine,
z.B. 14, der beiden Stirnseiten hinausragt. Dieser überstehende Abschnitt 15 kann
beispielsweise zur zusätzlichen Verdrehungssicherung benutzt werden. Für diesen
Fall ist in dem an die Aufnahmebohrung angrenzenden Lagergehäuse eine Ausnehmung
vorgesehen, in die der frei vorkragende Abschnitt des Spannstiftes eingesetzt wird.
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Die Ausführungsform der Fig. 10 zeigt einen im Querschnitt runden,
jedoch in Längsrichtung konisch gestalteten Spannstift 4 in einer ebenso gestalteten
axialen Aussparung 5 der Spannbuchse 2. Die Länge der Aussparung entspricht der
Länge 1 der Spannbuchse und die Länge des Spannstiftes entspricht der Länge der
Aussparung.
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