DE3543672A1

DE3543672A1 - Kupplung zwischen einer welle und einer nabe

Info

Publication number: DE3543672A1
Application number: DE19853543672
Authority: DE
Inventors: Herbert Depping
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1987-06-19
Also published as: US4705421A; DE3543672C2; SE8605165D0; JPS62141316A; IT8622644A0; SE8605165L; IT1213554B; SE465178B

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare Kupplung zwischen einer Welle und einer Nabe unter Zuhilfenahme einer druckmittelbetä tigbaren Einrichtung, die Kraftschluß zwischen Welle und Nabe herbeiführt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Kupplung ist bekannt aus der DE-OS 27 07 530. Eine kraftschlüssige und auf Reibung beruhende drehfeste Verbindung kommt dort dadurch zustande, daß zwischen die Welle und die Bohrung in der Nabe eine zylindrische Spannhülse eingesetzt ist. Diese Spannhülse weist eine innenliegende zylindrische Kammer, einen Kanal von dieser Kammer nach außen und einen Ver schlußstopfen für diesen Kanal auf, wobei die innenliegende Kammer unter hohen Innendruck gesetzt werden kann. Durch die dabei eintretende Verformung bzw. radiale Aufweitung der Spann hülse entsteht sowohl auf der äußeren Oberfläche der Welle als auch der Bohrung in der Nabe ein hoher Flächendruck, der eine reibschlüssige Übertragung eines Drehmomentes ermöglicht. Das Lösen der Kupplung erfolgt durch Entspannen der innenliegenden Kammer, beispielsweise durch zwangsweises Abbrechen des Ver schlußstopfens nach Überschreiten des übertragbaren Drehmomen tes und relativer Verdrehung der Nabe gegenüber der Welle, be kannt aus der DE-OS 29 23 902.

Unter der Wirkung des Innendruckes in der Spannhülse erfährt die Nabe je nach ihrer Formgebung eine unterschiedliche Durch messervergrößerung. Die Spannhülse stellt ein radial nachgiebi ges Element zwischen Welle und Nabe dar. In Anwendungsfällen, bei denen auf die Nabe große Radialkräfte einwirken können, z.B. bei Walzwerken, kann dies durch elastische Verformung zu nachteiligen geometrischen Ungenauigkeiten führen. Die Spann hülse unterliegt dabei während der Rotation einer dynamischen Dauerbeanspruchung. Besteht die Spannhülse aus einem innenlie genden und einem außenliegenden Teil, die durch Schweißen an den Stirnseiten verbunden sind und die druckmittelbeaufschlag bare Kammer enthalten, so besteht die Gefahr von Dauerbrüchen an den Schweißnähten und damit Unterbrechung der Drehmoment übertragung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung der genannten Art zu schaffen, die die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet und kleinere Gesamtabmessungen erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Während bei der bekannten Ausführung eine Spannhülse zwischen Welle und Nabe angeordnet ist und somit das volle Drehmoment zu übertragen hat, wird bei der Erfindung eine Spannbuchse an einer Stelle vorgesehen, an der sie keiner dyna mischen Beanspruchung unterliegt. Die Nabe ist dabei unmittel bar auf der Welle angebracht, und die durch Innendruck dehnbare Spannbuchse befindet sich innerhalb der Welle. Bei Aufgabe von Druck in die Druckkammer wird die Welle radial gedehnt und in die Bohrung der Nabe gepreßt, wodurch eine unmittelbare Dreh momentübertragung zwischen den beteiligten Elementen Welle und Nabe ermöglich wird. Dadurch werden folgende Vorteile erzielt:.

Die die Spannbuchse bildenden Teile sowie die Schweißnaht, die gegen hohen Innendruck abzudichten hat, werden nur statisch beansprucht. Die durch Radialkraft und Drehmoment hervorgerufe ne Verformungsarbeit findet nicht in der durch Innendruck be aufschlagbaren Spannbuchse, sondern in der Welle statt. Es ist nur Reibschluß zwischen Welle und Nabe, also an zwei beteilig ten Oberflächen notwendig, während bei der bekannten Ausführung insgesamt vier Oberflächen an der reibschlüssigen Übertragung des Drehmomentes beteiligt sind. Ferner steht bei der erfin dungsgemäßen Ausführung die Schweißnaht nicht unter Schubbean spruchung infolge der Drehmomenteinwirkung, und es findet keine relative radiale Versetzung zwischen Nabe und Welle statt in folge radialer Elastizität eines Zwischengliedes. Durch die unmittelbare Anordnung der Nabe auf der Welle kann die Nabe im Durchmesser sparsamer dimensioniert werden.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angegeben. Danach kann die Spannbuchse als selbstän diges Bauteil mit Einrichtungen zur Zufuhr von Druckmittel aus gebildet sein. Die Welle ist zumindest an der Stirnseite als Hohlwelle ausgebildet, in die die Spannbuchse einsetzbar ist. Es besteht die Möglichkeit, durch axiales Verschieben der Spannbuchse innerhalb der Welle auch einer den Betriebserfor dernissen angepaßten axialen Justierung der Nabe zu folgen, um eine optimale Befestigung zu gewährleisten. Die Nabe kann mit einer Einrichtung versehen sein, z.B. einer Scheibe, die einen abbrechbaren Verschlußstopfen, der an der Stirnseite der Spann buchse angebracht ist, nach Überschreitung des zulässigen Dreh momentes und entsprechender Relativdrehung in für sich allein bekannter Weise abschert. Die Kupplung kann auch in dieser Form als Sicherheitskupplung verwendet werden.

Ein weiterführender Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die druckmittelbeaufschlagbare Spannbuchse gebildet wird aus nur einem einzigen zusätzlichen Bauteil, das in ein stirnseitig als Hohlwelle ausgebildetes Wellenende eingesetzt ist. Dieses ist ein die Bohrung ausfüllendes Innenteil, wobei das hohlge bohrte Wellenende selbst das Außenteil bildet. Die druckmittel beaufschlagbare Kammer wird dabei gebildet zwischen der Innen bohrung des Wellenendes und der äußeren Oberfläche des einsetz baren Innenteiles, wobei die einzige entstehende Fuge am stirn seitigen Ende der Welle und des einsetzbaren Innenteiles z.B. mit einer Schweißnaht druckdicht verschlossen ist. Das einsetz bare Innenteil kann als massiver Stopfen oder zur Materialer sparnis als rohrförmige Hülse mit stirnseitigem Boden ausgebil det sein. Der Verschlußstopfen für die Druckmittelzufuhr kann dabei vorzugsweise an der Stirnseite des einsetzbaren Innentei les oder auch der Welle angebracht sein. Auch eine Anordnung an einer außerhalb des Befestigungsbereiches für die Nabe befind lichen Stelle an der äußeren Oberfläche der Welle ist im Prin zip möglich. Ferner eignet sich diese Ausführungsform ebenfalls zur Verwendung als Sicherheitskupplung mit zwangsweise abscher barem Verschlußstopfen. Diese Ausführungsform eignet sich für Wellen, die massiv, also nicht als Hohlwelle ausgebildet sind und daher ohne Nachteil für die Drehmomentübertragung im dreh achsnahen Bereich den Einbau einer druckmittelbetätigbaren Spannvorrichtung erlauben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungs form mit in die Welle integrierter Spannbuchse und Überlastsicherung.

In beiden Figuren sind identische Teile mit gleichen Ziffern versehen. In Fig. 1 ist das stirnseitige Ende einer Welle 1 dargestellt, auf der eine Nabe 2, z.B. ein Zahnrad, eine Walze oder im Flansch, angeordnet ist und auf die ein Drehmoment übertragen werden soll. Die Welle 1 weist eine von der Stirn seite ausgehende koaxiale Bohrung 3 auf, in welche eine Spann buchse 4 eingesetzt ist. Diese besteht aus einem Außenteil 5 und einem Innenteil 6, die durch z.B. Schweißnähte 7 druckdicht verbunden sind. Zwischen dem Außenteil 5 und dem Innenteil 6 befindet sich wie bekannt eine schmale Kammer 8, welche nur zur klareren Darstellung mit unverhältnismäßig großer Weite ge zeichnet ist. Mit ihr ist eine Verschlußschraube 10, über die ein Druckmittel zugeführt wird, über einen Kanal 9 verbunden. Wie für sich allein bekannt, ist mit der Beaufschlagung der Kammer 8 mit Innendruck eine radiale Aufweitung des Außenteils 5 und damit auch des Wellenendes 1 verbunden, wodurch sich eine kraftschlüssige Verbindung zur Nabe 2 durch Reibung einstellt.

Bei vielen Anwendungsfällen kann es notwendig sein, die axiale Lage der Nabe 2 auf der Welle 1 bei Montage zu verändern. Um dennoch eine sichere Befestigung zu gewährleisten, ist es von Vorteil, die Tiefe t der Wellenbohrung 3 größer vorzusehen als die axiale Länge b der Nabe 2 und die Länge s der Spannbuchse 4. Wie in der oberen Hälfte der Fig. 1 zu erkennen ist, kann bei Montage der Nabe 2 nahe dem stirnseitigen Wellenende auch die Spannbuchse 4 nur so weit in die Bohrung 3 eingeschoben werden, daß die Nabe 2 in beanspruchungsgünstiger Weise von innen her gespannt wird. Dazu kann am Grund der Bohrung 3 ein Distanzring 11 angeordnet sein. In der unteren Hälfte der Fig. 1 ist die Nabe 2 weiter von der Stirnseite der Welle 1 abge rückt dargestellt, und auch die Spannbuchse 4 ist bis zum Grund der Bohrung 3 eingeschoben. Ferner ist dort dargestellt, daß die Welle 1 von vornherein als Hohlwelle ausgeführt sein kann, während sie in der oberen Hälfte der Fig. 1 als Vollwelle ge zeichnet ist. Der axiale Abstand zwischen der Spannbuchse 4 und dem Grund der Bohrung 3 kann in jedem Fall von Vorteil sein, um in dem rohrförmigen Ende der Welle 1 einen spannungsgünstigen Übergangsbereich zu schaffen zwischen dem massiven Wellenteil und dem unter Innendruck stehenden Teil mit der darauf be festigten Nabe 2.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Spannbuchse dargestellt, die in die Welle 1 integriert ist. Als Außenteil 5 der Spannbuchse 4 ist das rohrförmige Ende der Wel le 1 selbst herangezogen, in das ein als Rohr 12 mit Boden 13 ausgebildetes Innenteil 6 eingeschoben und mit einer einzigen Schweißnaht 7 verbunden ist. Die mit Innendruck beaufschlagbare Kammer 8 wird von der zylindrischen Innenfläche der Bohrung 3 und der Außenfläche des Innenteiles 6 gebildet und steht wie bekannt über einen Kanal 9 mit einem Verschlußstopfen 10 in Verbindung. Der Vorzug dieser Ausführung besteht darin, daß weniger hochpräzise gefertigten Teile vonnöten sind und nur eine Schweißnaht vorhanden ist, was eine Kostensenkung bedeutet.

Dargestellt ist ferner eine Scheibe 14, die mit der Nabe dreh fest verbunden ist und radial so weit nach innen reicht, daß der stirnseitig an der Spannbuchse angebrachte Verschlußstopfen 10 erfaßt wird. Kommt es zu einer Überschreibung des zulässigen Drehmomentes, so wird wie bekannt der Verschlußstopfen 10 bei einer Relativdrehung abgeschert und die Drehmomentübertragung durch Druckentlastung der Kammer 8 unterbrochen. Die Sicher heitseinrichtung kann selbstverständlich auch an einer Kupplung der Bauart nach Fig. 1 angebracht sein.

Claims

1. Kupplung zur lösbaren Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe zur Übertragung eines Drehmoments mit folgenden Merkmalen:

a) zur Befestigung dient ein druckmittelbeaufschlagbares dehnbares Spannelement;
b) das dehnbare Spannelement führt Kraftschluß herbei durch radial von innen auf den Sitz der Nabe auf der Welle wirkenden Flächendruck;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
c) das dehnbare Spannelement (4) ist koaxial innerhalb der Welle (1) angeordnet;
d) die Nabe (2) ist direkt auf der Welle (1) angeordnet.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (4) als ein selbständiges aus Innen- und Au ßenteil (5, 6) bestehendes Bauteil ausgebildet ist, das eine druckmittelbeaufschlagbare Kammer (8), einen von der Kammer (8) nach außen führenden Kanal (9) und eine Ver schließeinrichtung (10) für diesen Kanal aufweist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) an ihrer Stirnseite eine zur Drehachse koaxiale Bohrung (3) aufweist, in die die Spannbuchse (4) einsetzbar ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (10) für die Zufuhr von Druckmittel in die innenliegende Kammer (8) an der der Stirnseite der Welle (1) zugewandten Stirnseite der Spannbuchse (4) ange ordnet ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (10) zur Zufuhr des Druckmittels einen Verschlußstopfen aufweist, der von einem an der Nabe befestigten Organ, z.B. einer Scheibe (14), nach einer Re lativdrehung zwischen Welle (1) und Nabe (2) in einen Zu stand zur Druckentlastung der Kammer (8) bringbar ist.

6. Kupplung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Tiefe (t) der koaxialen Bohrung (3) in der Welle (1) zur Aufnahme der Spannbuchse (4) größer ist als die axiale Länge (b) der Nabe und der axialen Länge (s) der Spannbuchse (4).

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Außenteil (5) des innenliegenden Spann elements von der die Nabe (2) tragenden Welle (1) gebildet wird und daß in die koaxiale Bohrung (3) der Welle (1) ein Innenteil (6) eingesetzt ist, dessen äußere zylindrische Oberfläche mit der zylindrischen inneren Oberfläche der Bohrung (3) eine Kammer (8) zur Aufnahme von Druckmittel bildet, einen stirnseitigen Boden (13) aufweist und mit der Welle (1) druckdicht verbunden ist, z.B. durch eine Schweißnaht (7).