DE3543672A1 - Kupplung zwischen einer welle und einer nabe - Google Patents
Kupplung zwischen einer welle und einer nabeInfo
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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 (7)
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).
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