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Klemmscheibe zur beweglichen Lagerung, Sicherung oder
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Befestigung von Bauteilen auf Wellen und dgl., vorzugsweise mit Axialspiel
Eine Anwendung der Klemmscheibe ist in der allgemeinen-und feinwerktechnischen Serienfertigung
des Maschinen-Apparate- und Gerätebaues an zylindrischen Welle, Achsen-, Stehbolzen-
und Stiftenden zur axialen Lagebegrenzung beweglicher oder fester, massiv oder elastisch
ausgebildeter Bauteile vorzugsweise überall dort mit Itilfe einer in axialer Richtung
wirkenden Aufdrückvorrichtung vorgesehen, wo kurze Taktzeiten, ein minimaler Arbeitsaufwand
und rhytmischer Montageablauf gefordert werden.
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Die erfindungsgemäße Klemmscheibe ist sowohl mit als auch ohne selbsteinstellendem
Axialspiel auf Wellen und dgl.
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sowie mit Preßsitz einsetzbar.
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Angesichts dessen, daß Montageprozesse der klassischen Verbindungselemente
sekundenschnelle Montagevorgänge nicht zulassen, sind in neuerer Zeit solche Maschinenelemente
gefragt, die einen momentan ablaufenden Arbeitsschritt gestalten.
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Da in vielen Fällen der Praxis die Fertigungsstückzahlen vom Mengenbedarf
der typisierten Erzeugnisse bestimmt werden, sind überwiegend Lose im Bereich kleinerer
bis mittlerer Stückzahlen pro Jahr mit z. B. höheren Vorbereitungs- und Abschlußanteil
tA erforderlich. Im Vergleich zur Großserienfertigung macht dieser relativierte
Umstand den gezielten Einsatz rationell wirksamer Technologien erforderlich, deren
verstärkte Anwendung aus dieser Sicht besondere Bedeutung erlangt.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik sind bereits Klemmscheiben bekannt,
die zur Befestigung und Sicherung
von Bauteilen auf Wellen, Achsen,
Bolzen, Stehbolzen und Stiften eingesetzt werden, ohne daß die Enden der vorstehend
genannten Bauteile zusätzlich bearbeitet werden müssen, indem z. B. eine Nut bzw.
Aufnahmerille eingestochen werden muß, in welche die Befestigungselemente dan eingreifen.
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So ist bereits nach DE-GM 19 97 950 ein Sperr-Ring bekannt, der zur
Sicherung von zylindrischen Gegenständen wie Wellen, Zapfen und dgl. mehr, die in
einer entsprechenden Ausnehmung, vorzugsweise Bohrung eines anderen Körpers gelagert
sind, dient.
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Eine Sicherung gegen axiales Herausziehen, aber auch gegen Drehung,
wird dadurch erreicht. daß im äußeren geschlossenen Abschnitt des zur axialen Sicherung
dienenden Sperr-Ringes zusätzliche Zacken herausgedrückt sind. Diese Zakken werden
jedoch nur dann wirksam, wenn der Sperr-Ring an das zu sichernde Teil angepreßt
wird. Damit wird jedoch jede weitere Funktion ausgeschlossen.
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Nach DE-GM 73 27 496 ist weiterhin ein selbstsperrender Spannring
mit gleichbleibender axialer Vorspannkraft bekannt, bei welchem das axial federnde
Teil vorzugsweise ein konischer Ring ist, der mit dem selbstsperrenden Spannring
eine Einheit darstellt.
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Der federnde konische Ring gleicht dadurch in gewissen Grenzen auftretende
Dehnungen aus, weil der Federkraftanstieg über die Federwegzunahme in der Nähe des
Arbeitspunktes einen möglichst flachen Verlauf nimmt.
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Der Spannring ist somit geeignet, die axiale Vorspannkraft konstant
zu halten. Es ist jedoch nicht möglich, mit einem derartigen Ring ein axiales Spiel
einzustellen. Durch die konische Ausbildung neigt der Spannring außerdem zum Verhaken,
so daß Schwierigkeiten bei einer automatisierten Fließfertigung mit automatischer
Zuführung entstehen können.
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Eine weitere bekannte Lösung nach der DE-AS 12 95 265 sieht eine Anschlag-
und Festhaltescheibe für ein Maschinenteil in einer Bohrung oder auf einer zelle
vor, mit welcher es möglich ist, die Verankerung wahlweise je nach Anwendungsfall
mit oder ohne vorgegebenes Spiel zwischen dem zu sichernden Teil und der Anschlagscheibe
sowie mit oder ohne Vorspannung zu erreichen.
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Die genannten Varianten sind deshalb möglich, weil die Scheibe gegenüber
der Scheibenebene an ihrem Außen- oder Innenumfang durch radiale Einschnitte getrennte
Vorsprünge mit geneigten Schneidekanten besitzt, die bei einer Verdrehung der Scheibe
in die feststehende Verankerungsfläche der Bohrung oder der Welle Teile eines Gewindes
einschneiden.
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Die beschriebene Lösung gestattet u. a. auch die Einstellung eines
axialen Spieles zwischen der Anschlag- und Festhaltescheibe und dem zu sichernden
Maschinenteil. Das dazu notwendige Verdrehen der Anschlag- und Festhaltescheibe
ist jedoch verhältnismäßig aufwendig, insbesondere hinsichtlich auf die erforderliche
Montagezeit. Eine Eignung für eine automatische Massenfertigung bei Einhaltung bestimmter
Toleranzen hinsichtlich des erforderlichen axialen Spieles ist nur schwer denkbar.
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Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Klemmscheibe zu finden,
die in Abhängigkeit von ihrer Funktion als Bauelement, aber auch in Hinsicht auf
ihre Funktion beim Montagevorgang so ausgebildet ist, daß äußerst kurze Montage-
bzw Taktzeiten erreicht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist eine Klemmscheibe zu erfinden die es gestattet,
nabenartige Bauteile auf ellen, Achsen, Bolzen, Stehbolzen, Stifte und dgl. mit
oder ohne selbsteinstellendern Axialspiel sowie mit Festsitz durch einfaches Aufdrücken
zu befestigen.
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Dabei ist zu gewährleisten, daß die Wellen, Achsen, Bolzen und dgl.
nicht zusätzlich bearbeitet werden müssen, um den dauerhaften Festsitz der Klemmscheibe
zu gewährleisten.
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Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die Klemmscheibe plan
ausgebildet ist und aus einem Federkranz besteht, an dem zum Kreismittelpunkt zu
gerichtet durch Aussparungen und dem Innendurchmesser d1 gebildete Biegekrallen
angeordnet sind und der Innendurchmesser d1 ein dem Biegewinkel bi bei elastischer
Verformung der Biegekrallen abgestimmtes kleineres Maß als der Durchmesser d der
zugeordneten Nenngröße der Welle besitzt.
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Eine derartige 1<lemmscheibe ist vorzugsweise geeignet für eine
Montage auf einer Welle oder dgl. mit selbsteinstellendem Axialspiel zwischen der
Klemmscheibe und dem zu sichernden, auf der Welle gelagerten Bauteil.
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Es ist jedoch auch eine Montage ohne Axialspiel bzw. mit Festsitz
möglich.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin daß von
der kreisförmigen Außenkontur her im Federkranz Freibiegeflächen liegen, welche
beiderseits einer Biegekralle symmetrisch angeordnet sind Dadurch wird bei einer
elastischen Verformung der Biegekrallen eine freie Ausbiegung des Federkranzes ohne
Werkstoffverdrängung ermöglicht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß von der
Nenngröße abhängig drei oder mehr als drei Biegekrallen vorhanden sind.
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In Zuordnung zu den Freibiegeflächen wird das Ausbiegen der Biegekrallen
und des Federkranzes begünstigt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Biegekrallen
etwa zungenförmig so ausgebildet sind, indem beim Aufdrücken der Klemmscheibe auf
die Welle der kleinere Innendurchmesser d1 in Form der Stanzgratkanten bei der elastischen
Verformung der Biegekrallen an den größeren wellendurchmesser d zu liegen kommt
und daher an jeder Biegekralle eine Zweipunktberührung entsteht.
Diese
zweipunktberührung ist einerseits für die Größe der Reibungskraft auf der Welle
und andererseits für die Größe der elastischen Verformung des Federkranzes sowie
daraus resultierend für die Größe der Rückfederung des Federkranzes bestimmend,
was gleichbedeutend für die Größe des Maßes der axialen selbsttätigen Spieleinstellung
zu sehen ist.
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Von Bedeutung ist weiterhin, daß die Klemmstellungen mit axialem spiel,
ohne axialem Spiel und mit Festsitz der Klemmscheibe durch eine axiale Aufdrückkraft
und den Durchmesser d5 bestimmt werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die ellen-, Bolzen Stiftenden und
dgl. auf denen die Klemmscheibe aufgedrückt werden soll, eine Fase mit einem Fasendurchmesser
< d der Klemmscheibe erhält.
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Die Fase ermöglicht beim Aufdrückvorgang ein Zentrieren der lelemnscheibe
und ein gleichmäßiges Aufgleiten der Siegekrallen auf der Welle.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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In der dazugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die Klemmscheibe vor
der Montage, Fig. 2 die Klemmscheibe mit axialem Spiel, auf einer Welle aufgedrückt.
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Die Klemmscheibe 1 nach Fig. 1 ist eine kreisrunde, plane Scheibe
aus einem federharten Werkstoff, beispielsweise aus Federstahl, deren Dicke s nenngrößenabhängig
in einem ganz bestimmten Verhältnis zum Durchmesser der Welle, Achse, Bolzen oder
dgl. stehen muß. Sie besteht aus einem Federkranz 2 in Form einer Kreisringfläche,
an welchen zum Kreismittelpunkt hin in einer Ebene gerichtete federnde Biegekrallen
3 angeordnet sind, deren Innendurchmesser d ein dem Biegewinkel X nach Fig. 2 der
elastischen Verformung der Biegekrallen 3 abgestimmtes kleineres Maß hat,
als der Durchmesser d der zugeordneten Nenngröße der Welle 4, wodurch
eine Zweipunktberührung beim Aufdrückvorgang entsteht. Die Form der Biegekrallen
3 wird durch den Ausschnitt mit dem Innendurchmesser d1 und den von diesen ausgehenden
Aussparungen gebildet, denen die Freibiegeflächen 6 im Federkranz 2 gegenüberliegen.
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Die Aussparungen 5 sind innerhalb des Durchmessers d3 angeordnet.
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Ihre Form, das Vorhandensein der Freibiegeflächen, die Differenz der
Durchmesser d - d1 und die Dicke des Werkstoffes haben einen wesentlichen Einfluß
auf die Funktion der Klemmscheibe 1.
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Mittels eines zentrisch zur Wellenachse ausgerichteten Aufdrückstempels
7 mit seiner an der Stirnseite vorgenommenen Hinterdrehung 8 und der Führungsbohrung
9 wird die Klemmscheibe 1 z. B. über eine zentrierende, standardisierte 65° - Fase
der Welle und dgl. auf die Welle 4 bis zum Anschlag des Federkranzes 2 aufgedrückt.
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Hierbei belastet der Aufdruckstempel 7 lediglich mit seiner äußeren
1<reisringfläche 10, die durch die Durchmesser d4 und d5 bestimmt wird die äußere
Peripherie des Federkranzes 2 der Klemmscheibe 1.
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Das bei der Ausbildung und Bemessung der Klemmscheibe vorgegebene
Axialspiel wird beim Aufdrückvorgang selbsttätig eingestellt.
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Dies wird dadurch erreicht, indem mit dem Aufdrückstempel 7 die Klemmscheibe
1 nach Fig. 2 lagezentriert an eine z. B. 650 - Fase 13 eines Stiftendes herangeführt
und mittels einer Aufdrückkraft P1 und P2 auf dem Aufdrückweg W1 und W2 diejenige
Verformungsarbeit stattfindet, die erforderlich ist, um mit Pl und W1 die Verformung
des Federkranzes 2 und mit P2 und W2 die Verformung der Biegekrallen 3 bis zum Aufgleiten
der Schneidgratkanten 11 der Biegekrallen 3 auf die 650 - Fase 13 zu erreichen.
eeim weiteren Aufdrückvorgang ist nun ein weiterer
Aufdrückkraftanteil
P3 auf der Länge des anteiligen Aufdrückweges 3 auf der Welle erforderlich, mit
der die Reibungsarbeit der Schneidgratkanten 11 der Biegekrallen 3 auf die Oberfläche
der Welle 4 ausgeführt wird und der Federkranz 2 an das massive Bauteil 12 (Nabe,
Buchse und dgl.) anschlägt bzw. bei nicht massiven Bauteilen 12 die durch den Anschlag
zur Verformung neigen, der Anschlag des Federkranzes 2 von der eingestellten Aufdrückvorrichtung
übernommen wird.
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Mit der Rückführung des Aufdrückstempels 7 entfällt die obengenannte
Kraft Pt, so daß der Federkranz 2 um den Weg W1 zurückfedern kann und somit selbsttätig
das gewünschte axiale Spiel um das Maß t eingestellt wird.
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Die ebenfalls in der Klemmscheibe 1 gespeicherte und freiwerdende
Aufdrückkraft P2 wird als Komponente in der andrückenden Federkraft der Biegekrallen
3 an die Wellenoberfläche umgesetzt, so daß die bei einer anliegenden Abzugskraft
PAb infolge einer Verharkung der Biegekrallen in die wellenoberfläche mit einer
etwa zehnfachen Aufdrückkraft Puf f P1 + P2 + P3 wirksam wird, was zu einer Zerstörung
der Klemmscheibe 1 führen würde.
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Die Freibiegeflächen 6 verhindern das Drängen des Werkstoffes beim
Abbiegen des Federkranzes 2 und ermöglichen so die Selbsteinstellung des Axialspiels
t durch Rückfederung des Federkranzes 2, unabhängig von der Anpreßkraft.
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Die Größe des selbsteinstellenden Axialapieles t und die des Festsitzes
sind von der geometischen Form und deren Abmessungen, von der Dicke s und der Werkstoffqualität
abhängig.
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Aber auch der Innendurchmesser d5 des Aufdrückstempels 7 ist bei angemessener
Größenbestimmung des Durchmessers d3 für die Größe des axialen Spieles maßgebend.
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Die Zuordnung der Nenngrößen d : d1 und seines Toleranzmaßes bestimmen
die Größe des Biegewinkele & , der in
Verbindung mit den Stanzgratkanten
11 der Biegekrallen 3 für den Festsitz der Klemmscheibe 1 besondere Bedeutung erlangt,
da sich die schneidartigen Stanzgratkanten 11 aufgrund der Rückfederkraft der Biegekrallen
3 und des Federkranzes 2 in die Werkstoffoberfläche der Welle 4 eindrücken, so daß
der Effekt des Festsitzes bei Anliegen der Abzugskraft noch verstärkt wirksam wird.
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Dadurch, daß die Stanzgratkante 11 mit ihrem kleineren 8 dl auf den
größeren B d der Welle 4 beim Aufdrücken der Federscheibe z. 8. auf das Stiftende
mit der standardisierten 650 - Fase 13 zentrisch geführt aufgleitet, entsteht beiderseits
einer jeden Biegekralle 3 eine Zweipunktberührung mit der Welle 4, die ihrerseits
eine große Reibung zur Erzeugung einer großen Reibkraft = Aufdrückkraft des Aufdrückstempels
7 begünstigt, die benötigt wird, um eine wünschenswert große Verformung des Federkranzes
2 zur Erreichung eines größtmöglichen axialen Spieles t zu erreichen.
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