DE2942531C2 - Spannvorrichtung zur Befestigung eines Nabenansatzes auf einer Welle - Google Patents

Description

a) die Konuswinkel am Stauchring (3) sowie an den Spannscheiben (6, 7) unter Berücksichtigung des Reibungsbeiwertes der Schmiermittelschicht (12) für ruhende Reibung außerhalb der Selbsthemmung liegen,

b) die Schmiermittelschiclu (12) aus einem Trokkenschmiermittel besteht und der Tangens der Konuswinkel um einen Faktor von zumindest 1,7. vorzugsweise von etwa 2, größer ist als dessen Reibungsbeiwert,

c) auf der Konusfläche des Stauchringes (3) Aufnfchmerillen (3a) fü, das Trockenschmiermittel (12) angeordnet sind

d) die Spannschraubenbohr«. ,gen (10) mit einem Abstand (A) vom größten Innenkonusdurchmesser (D_c) der Spannscheiben (6,7) angeordnet sind, der klein ist in bezug auf die Differenz aus dem größten Innenkonusdurchmesser (Dc) und dem kleinsten Innenkonusdurchmesser (Dk).

e) die Spannscheiben (6, T) eine Breite (B) aufweisen, die etwa dreimal so groß oder größer ist als der Lochkreisabstand (LK) in radialer Richtung vom mittleren Innenkonusdurchmesser (Dm).

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraubenbohrungen (10) einen Durchmesser (d) aufweisen, der nicht größer ist als einem Fünftel der Höhe (H) des rechteckigen Querschnittes der Spannscheiben (6,7) entspricht.

3. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 •der 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Spannjchraubenbohrungen (10) in Umfausrichtung einen Mittenabstand (M) aufweisen, der nicht größer ist als etwa dem dreifachen Durchmesser (d) der Spann-■chravbenbohrungen (10) entspricht.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkonusflächen (8, 9) der Spannscheiben (6, 7) an ihren Rändern mit fasenähnlichen Aufschiebeerweiterungen (13) versehen sind.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (11) Auflagerköpfe (14) aufweisen, die unterseitig plan und parallel zu entsprechend bearbeiteten Auflagerflächen (15) an den Spannscheiben (6, 7) gestaltet sind.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Spannvorrichtung zur Befestigung eines ungeschützten,

ίο zylindrischen Nabenaasatzes auf einer Welle, mit einem Stauchring mit zwei gegenläufigen, der Größe nach gleiche oder unterschiedliche Konuswinkel aufweisenden Außenkonusflächen sowie zwei Spannscheiben mit je einer Außenkonusfläche zugeordneter Innenkonus-

i; fläche und einer Mehrzahl von über den Umfang der Spannscheiben äquidistant verteilten, in axiale Spannschraubenbohrungen einerseits selbsthemmend geführten Spannschrauben, wobei der Stauchring auf den Nabenansatz aufgeschoben sowie die Sp&anscheiben auf den Stauchring aufgesetzt und durch die Spannschrauben axial gegeneinander und radial gegen den Stauchring spannbar sind, wobei ferner zwischen den Konusflächen von Stauchring und Spannscheiben eine Schmiermittelschicht angeordnet ist.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform (DE-PS 12 94 751) ist die Größe der Konuswinkel dem Fachmann überlassen. Sie wird in der Praxis häufig so gewählt, daß Sjlbsthemmung eintritt Die Schmiermittelschicht zwischen Stauchring und Spannscheiben ist nur zufällig anwesend und gleichsam Rudiment aus vorangegangenen Bearbeitungen und Manipulationen. Die Schmiermittelschicht besteht aus einem flüssigen Schmiermittel und wird bei der Auslegung und Bemessung der bekannten gattungsgemäßen Spannvorrichtungen nicht als Konstruktionselement behandelt. Genauere Untersuchungen des Schlupfverhaltens sowie des Montage- und Demontageverhaltens der bekannten Spannvorrichtungen haben gezeigt, daß zwar zwischen Stauchring und Spannscheiben eine Schmiermittelschicht vorhanden ist, daß tfiese jt Joch keine geschlossene, über den Umfang der Konusflächen umlaufende Schmiermittelschicht darstellt Das Funktionsverhalten, insbesondere des Schlupfverhalten der bekannten Spannvorrichtung, ist praktisch durch Reibungsschluß Metall auf Metall im Sinne der sogenannten trockenen Reibung an mehr oder weniger singulären. aus fertigungstechnischen Toleranzen resultierenden, statistisch verteilten Umfangsstellen der einander zugeordneten Konusflächen bestimmt. Auch Verformungen der

SO Spannscheiben durch die Spannkräfte führen zu solchen Effekten. Das alles führt bei bekannten Spannvorrichtungen ein und derselben Größe und Auslegung zu unterschiedlichen Funktionsparametern, deren Werte statistisch erheblich schwanken. Daraus resultiert ein verhältnismäßig schiechter und unbestimmter »Wirkungsgrad« für die Umsetzung der auf die Spannschrauben ausgeübten Anzugskräfte in radiale, auf den Nabenansatz wirkende Spannkräfte.

Für ganz andere Zwecke, nämlich zur Befestigung der

M Nabe von Turbinenrädern auf einer zugeordneten Welle, ist es bekannt (Df PS 9 29 287). im Bereich der Stirnseiten der Nabe wellenseitig Konusflächen vorzusehen und zwischen Welle und Nabe einen Keilring einzutreibeni, dessen Konuswinkel außerhalb der Selbsthemmung liegt. Zwischen Welle und Nabe ist ein Federkeil angeordnet. Durch diese Maßnahmen soll ein Festfressen der Nabe auf der Welle durch »Lagerrost« oder dergleichen vermieden werden. — Zur Erhöhung

der Flächenpressung zwischen Konusflächen und Ringfederspannelementen ist es ferner bekannt (Zeitschrift »Konstraktion«, 1961, Heft 3. Seiten 91-100). eine Schmiermittelbehandlung vorausgehen zu lassen. Diese Maßnahmen schließen nicht aus. daß singuläre Stellen mit unterschiedlich hohen Flächenpressungen auftretea Bei der gattungsgemäßen Spannvorrichtung Ähnlichen Spannvorrichtungen ist es zur Erleichterung der Demontage bekannt (FR- PS 13 61 776), die einander zugeordneten Flächen mit einem Schmiermittel zu '° behandeln. — Ali diese bekannten Maßnahmen haben zur Lösung der vorstehend behandelten Probleme nichts beigetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spannvorrichtung so zu verbessern, ι* daß auch die Schmiermittelschicht zu einem Konstruktionselement wird und in Konstruktion sowie Funktion der Spannvorrichtung einbezogen wird, damit bei allen betrieblichen Bedingungen definierte Verhältnisse herrschen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Kombination der Merkmale, daß

a) die Konuswinkel am Stauchring sowie an den Spannscheiben unter Berücksichtigung des Rei- M bungsbeiwertes der Schmiermittelschicht für ruhende Reibung außerhalb der Selbsthemmung liegen,

b) die Schmiermittelschicht aus einem Trockenschmiermittel besteht und der Tangens der » Konuswinkel um einen Faktor von zumindsst 1,7, vorzugsweise von etwa 2. größer ist als dessen Reibungsbeiwert,

c) auf der Konusfläche des Stauchringes Aufnahmerillen für das Trockenschmiermittel angeordnet sind, J5

d) die Spannschraubenbohrungen mit einem Abstand vom größten Innenkonusdurchmesser der Spannscheiben angeordnet sind, der klein ist in bezug auf die Differenz aus dem größten Innenkonusdurchmesser und dem kleinsten Innenkonusdurchmesser,

e) die Spannscheiben eine Breite aufweisen, die etwa dreimal so groß oder größer ist als der Lochkreisabstand in radialer Richtung vom mittleren Innenkonusdurchmesser.

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Bei den Aufnahmerillen für das Trockenschmiermittel handelt es sich im allgemeinen um flarhmuldige Rillen, die vorzugsweise gewindeförmig verlaufen.

Die Ei findung geht von der Erkenntnis aus. daß eine Voraussetzung für die Lösung der Erfindungsaufgabe ^w darin besteht, in der Schmiermittelschicht zu hohe Scherkräfte zu vermeiden, aus welchem Grunde mit im gesamten Bereich der Einsatztemperatur einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung trockenen Schmiermitteln gearbeitet wird. Solche Festschmiermittel werden auch als Gleitlacke bezeichnet und sind in der Praxis bekannt (z. B. unter der Warenbezeichnung Molykote der Dow Corning). — Zunächst kommt den Merkmalen a) und b) der Kombination besondere Bedeutung zu. In Ergänzung dazu ist es aber, wie die Erfindung erkannt hat. erforderlich, gemäß Merkmale c) eine gleichmäßige Verteilung und Halterung des Schmiermittels zu gewährleisten und über Umfang und axiale Erstreckung der Konusflächen singuläre Flächenpressungen zu vermeiden. Insoweit kommt den <>5 Merkmalen d) und e) zunächst für sich besondere Bedeutung zu, wobei jedoch die Merkmale a) bis e) insgesamt in funktioneller Verschmelzung funktionie

Im Rahmen der Erfindung wird die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß das in Zylinderkoordinaten berechnete Widerstandsmoment der Spannscheiben trotz der Spannschraubenbohrungen Ober den gesamten Umfang hinreichend konstant ist Dazu lehrt die Erfindung, daß die Spannschraubenbohrungen einen Durchmesser aufweisen, der nicht größer ist als etwa einem Fünftel der Höhe des rechteckigen Querschnittes der Spannscheiben entspricht. Dabei sollen im übrigen die Spannschraubenbohrungen in Umfangsrichtung einen Mittenabstand aufweisen, der nicht größer ist als etwa dem dreifachen Durchmessender Spannschraubenbohrungen entspricht Um zu verhindern, daß bei der Montage die Trockenschmiermittelschicht zerstört wird, empfiehlt die Erfindung, daß die Innenkonusflächen der Spannscheiben an ihren Rändern mit fasenähnlichen Aufschiebeerweiterungen versehen sind. Wird dann vor dem Aufschieben ein Trockenschmiermittel aufgebracht so wird es mit auf die Konusflärhen geschleppt Es versteht sich von selbst, daß im Rahmen der Erfindung auch Vorsorge dafür getroffen werden muß. daß die Spannkräfte die von den Spannschrauben erzeugt werden, möglichst gleichmäßig und ohne Verkantung in die Spannscheiben einfließen. Dazu ist es vorteilhaft daß die Spannschi auben Auflngerköpfe aufweisen, die unterseitig plan und parallel zu entsprechend bearbeiteten Auflagerflächen an den Spannscheiben gestaltet sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zwischen Stauchring und Spannscheiben eine über den Umfang der Konusflächen geschlossen umlaufende Schmiermittelschicht gewährleistet werden kann, die nunmehr auch als definiertes und beherrschbares Konstruktionselement in den Aufbau der Spannvorrichtung einbezogen ist. so daß die Funktionsparameter der Spannvorrichtung bei vorgegebener Größe und Auslegung sehr genau und mit geringen statistischen Schwankungen festgelegt werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. I einen Radialschnitt durch eine erfiitdungsgemäße Spannvorrichtung im montierten Zustand.

F i g. 2 ausschnittsweise eine Ansicht des Gegenstandes der F i g. 1 von links,

F i g. 3 in gegenüber der F i g. 1 vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. l.und

F i g. 4 im Maßstab der F i g. 3 den Ausschnitt B aus dem Gegenstand der F i g. 1.

Die in den Figuren dargestellte Spannvorrichtung dient zi<^r Befestigung eines ungeschlitzten, zylindrischen Nabenansatzes I auf einer Welle 2. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die Spannvorrichtung aus einem Stauchring 3 mit zwei gegenläufigen, der Größe nach gleiche oder unterschiedliche Konuswinkel aufweisende Außenkonusflächen 4, 5. zwei Spannscheiben 6, 7 mit je einer Außenkonusfläche 4, 5 zugeordneter Innenkonusfläche 8,9 und einer Mehrzahl von über den Umfang der Spannscheiben 6, 7 äquidistant verteilten, in axiale Spannschraubenbohrungen 10 einerseits selbsthemmend geführten Spannschrauben 11.

Aus der Γ i g. 1 entnimmt man, daß der Stauchring 3 auf den Nabenansatz I aufgeschoben und daß die

Spannscheiben 6, 7 auf den Stauchring 3 aufgesetzt sowie die Spannschrauben Il axial gegeneinander und radial gegen den Stauchring 3 gespannt sind. Der Stauchring 3 kann auch mit tig geteilt sein, wie in F i g. 4 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet wurde. Zwischen den Konusflächen 4, 5, 8, 9 von Stauchring 3 und Spannscheiben 6, 7 befindet sich eine Schmiermittelschicht 12, welche in Fig.3 durch verdickte Strichführung angedeutet worden ist. Die Schmiermittelschicht 12 wurde aus einem Trockenschmiermittel aufgebaut.

In Fig.3 erkennt man den Konuswinkel a links am Stauchring 3 der Fig. I. Entsprechend ist der Konuswinkel rechts an der zugeordneten Spannscheibe 7 eingerichtet. Die Fig.3 macht deutlich, daß die Konuswinkel am Stauchring 3 sowie an den Spannscheiben 6,7 unter Berücksichtigung des Reibungsbeiwertes des eingesetzten Trockenschmiermittels 12 für ruhende Reibung außerhalb der Selbsthemmung liegen. Der Konuswinkel a ist im Ausführungsbeispiel mit 10" gewählt worden. Sein Tangens beträgt dann 0,1763. Das Trockenschmiermittel 12 mag z. B. einen Reibungsbeiwert von 0,05 aufweisen, so daß unter den angegebenen Verhältnissen verwirklicht ist, daß der Tangens des Konuswinkels um etwa 3,5 größer ist als dieser Reibungsbeiwert.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 1 und 3 entnimmt man, daß die Spannschraubenbohrungen 10 mit einem Abstand A vom größten Innenkonusdurchmesser Dg der Spannscheiben 6,7 angeordnet sind, der klein ist in bezug auf die Differenz aus dem größten Innenkonusdurchmesser D_c, und dem kleinsten Innenkonusdurchmesser Dk- In der Praxis mag dieser Abstand einige Millimeter betragen. Im übrigen besitzen die Spannscheiben 6, 7 eine Breite B, die etwa dreimal so groß ist oder größer als der Lochkreisabstand LK in radialer Richtung vom mittleren Innenkonusdurchmesser Dm.

Aus der Fig. 2 entnimmt nun, daß im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der

in Erfindung die Spannschraubenbohrungen 10 einen Durchmesser c/aufweisen. der nicht größer ist als einem Fünftel der Höhe H des rechteckigen Querschnittes der Spannscheiben 6,7 entspricht, wodurch ein ausreichendes axiales Widerstandsmoment über den Gesamtum- ·, fang der Spannscheiben 6,7, trotz der Spannschraubenbohrungen 10, gewährleistet ist. Aus Fig. 2 entnimmt man fernerhin, daß die Spannschraubenbohrungen 10 in Umfangsrichtung einen Mittenabstand M voneinander aufweisen, der nicht größer ist, als etwa dem dreifachen

.χι Durchmesser d der Spannschraubenbohrungen 10 entspricht. In Fig.3 wurde fernerhin, aus Maßstabsgründen übertrieben, verdeutlicht, daß die Innenkonusflächen 8,9 der Spannscheiben 6,7 an ihren Rändern mit fasenähnlichen Aufschiebeerweiterungen 13 versehen

r> sind. In der Vergrößerung neben F i g. 3 erkennt man die Aufnahmerillen 3a für das Trockenschmiermittel 12.

Die Fig.4 zeigt, daß die Spannschrauben 11 Auflagerköpfe 14 aufweisen, die innenseitig plan und paralle¹ zu entsprechend bearbeiteten Auflagerflächen

jo 15 an den Spannscheiben 6,7 sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Spannvorrichtung zur Befestigung eines ungeschützten zylindrischen Nabenansatzes auf einer Welle, mit einem Stauchring mit «nvei gegenläufigen, der Größe nach gleiche oder unterschiedliche Konuswinkel aufweisenden Außenkonusflächen sowie zwei Spannscheiben mit je einer Außenkonusfläche zugeordneter Innenkonusfläche und einer Mehrzahl von über den Umfang der Spannscheiben äquidistant verteilten, in axiale Spannschraubenbohrungen einerseits selbsthemmend geführten Spannschrauben, wobei der Stauchring auf den Nabenansatz aufgeschoben sowie die Spannscheiben auf den Stauchring aufgesetzt und durch die Spannschrauben axial gegeneinander und radial gegen den Stauchring spannbar sind, wobei ferner zwischen Stauchring und Spannscheiben eine Schmiermittelschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß