DE4230941C2 - Spannvorrichtung zur Befestigung eines Hochteiles, vorzugsweise einer Hohlwelle, auf einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Befe­ stigung eines Hohlteiles, vorzugsweise einer Hohlwelle, auf einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit einer bekannten Spannvorrichtung dieser Art (DE-OS 26 01 138) wird eine Nabe auf einer Antriebswelle be­ festigt. Der Spannkegel ist auf der Außenseite der Nabe angeordnet. Mit Hilfe des anderen Spannkegels wird die Nabe fest auf die Welle gepreßt. Der auf der Nabe auf­ liegende Spannkegel ist einstückig mit dem Spannring ausgebildet. Darum hat der Spannkegel im Anschluß an den Spannring noch eine verhältnismäßig große Wandstärke. Dann ist aber eine elastische Verformung des Spannkegels in gewünschtem Maße nur dann gewährleistet, wenn der Spannkegel verhältnismäßig lang ausgebildet ist. Ein ne­ gativer Einfluß der hohen radialen Steifigkeit des Spannringes auf den Spannkegel wird dann unterbunden. Dadurch ist aber die gesamte Spannvorrichtung in Achs­ richtung verhältnismäßig lang ausgebildet und benötigt auch einen entsprechend großen Einbauraum. Der andere, radial außen liegende Spannkegel ist Bestandteil des Kraftaufnahmeteiles, der zweiteilig ausgebildet ist. Da­ durch können die beiden Teile des Kraftaufnahmeteiles aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Der innere Teil, der als Spannkegel wirkt, ist jedoch im Vergleich zum Spannkegel, der auf der zu spannenden Nabe sitzt, dickwandig ausgebildet. Da somit bei dieser be­ kannten Spannvorrichtung nur der radial innen liegende Spannkegel dünnwandig ausgebildet ist, können größere Toleranzen der Welle nicht durch eine entsprechende ela­ stische Verformung des äußeren Spannkegels ausgeglichen werden. Darum besteht bei dieser Spannvorrichtung das Problem, daß größere Fertigungstoleranzen der Antriebs­ welle beim Verspannen der Nabe auf der Welle nicht aus­ geglichen werden können.

Es ist auch eine Spannvorrichtung bekannt, mit der eine Nabe auf einer Antriebswelle radial verspannt wird. Als Spannelement ist eine Spannmutter vorgesehen, die zwei gegenläufige Innengewinde aufweist, mit denen sie in entsprechende Außengewinde der Spannkegel eingreift. Durch Drehen der Spannmutter werden die Spannkegel rela­ tiv zueinander verschoben und dadurch die Nabe auf der Antriebswelle radial verspannt. Die bei dem Spannvorgang auftretenden radial wirkenden Kräfte werden durch die Nabe selbst aufgenommen. Sie muß darum verhältnismäßig dick ausgebildet sein, um ein unzulässiges radiales Auf­ weiten der Nabe zu vermeiden. Mit einer solchen Spann­ vorrichtung lassen sich dünnwandige Teile nicht auf der Antriebswelle radial verspannen, weil die radialen Spannkräfte das dünnwandige Teil radial unzulässig auf­ weiten würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Spannvorrichtung so auszubilden, daß das zu span­ nende Hohlteil auch auf grob tolerierten und/oder im Nenndurchmesser unterschiedlichen Wellen zuverlässig ra­ dial verspannt werden kann, ohne daß hierzu eine aufwen­ dige Ausbildung der Spannvorrichtung oder eine große Einbaulänge erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Spannvorrichtung der gat­ tungsbildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung liegen die beiden Spannkegel zumindest teilweise im Bereich zwi­ schen dem zu spannenden Hohlteil und der Welle. Der Kraftaufnahmeteil sitzt axial fest auf dem zu befesti­ genden Hohlteil, so daß die beim Spannvorgang auftreten­ den Kräfte nicht von ihm, sondern vom Kraftaufnahmeteil aufgenommen werden. Das Hohlteil kann in Verbindung mit der Anordnung der Spannkegel zwischen ihm und der Welle sehr dünnwandig ausgebildet sein, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Hohlteil radial aufgeweitet wird. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist darum hervorragend zum Verspannen sehr dünnwandiger Hohlwellen auf der Wel­ le geeignet. Der eine Spannkegel ist ein vom Spannring getrennter Teil, der axial fest mit ihm verbunden ist. Dadurch kann der Spannkegel insgesamt sehr dünnwandig aus­ gebildet sein. Dadurch kann er eine verhältnismäßig kur­ ze Länge haben und dennoch das Hohlteil sicher radial auf der Welle verspannen. Insbesondere aber können mit den beiden dünnwandigen Spannkegeln größere Toleranzen der Welle durch entsprechende elastische Verformung aus­ geglichen werden, so daß auch bei grob tolerierten und/oder im Nenndurchmesser unterschiedlichen Wellen das Hohlteil zuverlässig radial verspannt wird. Der Kraft­ aufnahmeteil sitzt axial unverschieblich auf dem Hohl­ teil, so daß eine einwandfreie Krafteinleitung während des Spannvorganges gewährleistet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, vorteilhafte Ausgestaltungen aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung, mit der eine dünnwandige Hohlwelle auf einer Antriebs- bzw. Maschinenwelle verspannt wird.

Die Antriebswelle 1 ist durch ein Gehäuse 2 geführt, das in der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist. Auf der Antriebswelle 1 ist eine dünnwandige Hohlwelle 3 mit einer Spannvorrichtung 4 verspannt. Die Hohlwelle 3 wird an beiden Enden mit jeweils einer Spannvorrichtung 4 auf der Antriebswelle 1 verspannt. In der Zeichnung ist nur die eine Spannvorrichtung dargestellt. Die ande­ re (nicht dargestellte) Spannvorrichtung ist gleich aus­ gebildet, jedoch spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Hohlwelle 3 trägt innerhalb des Gehäuses 1 beispielhaft ein Zahnrad 5. Es liegt an einer Schulter 6 der Hohlwel­ le 3 an und ist in der anderen Achsrichtung durch eine Distanzbuchse 7 axial gesichert. Die Schulter 6 ist die eine Stirnseite eines Bundes 8, der vorteilhaft einstückig mit der Hohlwelle 3 ausgebildet ist. Er dient gleichzeitig als Axialsicherung für ein Lager 9, mit dem die Hohlwelle 3 im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Das Lager 9 ist außerdem durch einen Sicherungsring 10 axial gesichert, der in der Innenwandung eines Nabenteiles 11 des Gehäuses 2 untergebracht ist. Das Gehäuse 2 hat ei­ nen weiteren Nabenteil 12, in dem ebenfalls ein Siche­ rungsring 13 gelagert ist, der zur Axialsicherung eines weiteren Lagers 14 dient, mit dem die Hohlwelle 3 im Ge­ häuse 2 ebenfalls drehbar gelagert wird. In der anderen Achsrichtung ist dieses Lager 14 durch die Distanzbuchse 7 sowie durch eine Schulter 15 in der äußeren Mantelflä­ che der Hohlwelle 3 gesichert. Die beiden Lager 9, 14, die vorteilhaft Wälzlager sind, sind in den Nabenteilen 11 und 12 des Gehäuses 2 untergebracht.

Auf der vom Lager 9 abgewandten Seite des Sicherungsrin­ ges 10 sind zwei Dichtungsringe 16 und 17 im Nabenteil 11 angeordnet, welche das Gehäuse 2 gegenüber der Hohl­ welle 3 abdichten. Im anderen Nabenteil 12 des Gehäuses 2 sind ebenfalls derartige Dichtungsringe vorgesehen, die in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt sind.

Die Hohlwelle 3 ragt an beiden Enden axial über das Ge­ häuse 2. Da in der Zeichnung nur das eine Hohlwellenende dargestellt ist, wird im folgenden auch nur die an die­ sein Ende vorgesehene Spannvorrichtung 4 im einzelnen be­ schrieben. Auf dem über das Gehäuse 2 axial ragendem Wellenende 18 sitzt ein Gegenhaltering 19, der über sei­ nen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Gewindeboh­ rungen 20 für Spannschrauben 21 aufweist. Die Gewinde­ bohrungen 20 sind vorteilhaft Durchgangsbohrungen, wel­ che den Gegenhaltering 19 durchsetzen. Die Gewindeboh­ rungen 20 können aber auch als Sacklochbohrungen ausge­ bildet sein. Der Gegenhaltering 19 liegt mit seiner vom Gehäuse 2 abgewandten Seite an einem Sicherungsring 22 an, der nahe dem freien Ende auf dem Wellenende 18 befe­ stigt ist. In der in der Zeichnung dargestellten Spann­ stellung hat der Gegenhaltering 19 Abstand vom Nabenteil 11 des Gehäuses 2.

Im Bereich des Gegenhalteringes 19 ist das Wellenende 18 innenseitig mit einer ringförmigen Vertiefung 23 verse­ hen, die sich bis zum freien Ende der Hohlwelle 3 er­ streckt. Die Vertiefung 23 dient als Aufnahmeraum für zwei Spannkegel 24 und 25, die Bestandteil der Spannvor­ richtung 4 sind. Der eine Spannkegel 24 stützt sich am radialen Boden 26 der Vertiefung 23 ab. Die Spannkegel­ fläche 27 des Spannkegels 24 öffnet sich vom Boden 26 der Vertiefung 23 aus in Richtung auf das freie Ende der Hohlwelle 3. Wie die Zeichnung zeigt, hat dieser Spann­ kegel 24 etwa gleiche axiale Länge wie der Gegenhalte­ ring 19. Der radial verlaufende Boden 26 der Vertiefung 23 liegt in Höhe der Schulter 28, an der der Gegenhalte­ ring 19 anliegt.

Der andere Spannkegel 25 ragt axial aus der Vertiefung 23 und ist an seinem außerhalb des Wellenendes 18 lie­ genden Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 29 versehen. Der Spannkegel 25 liegt mit einer zylindrischen Innenfläche 30 auf der Antriebswelle 1 auf. Mit Abstand vom Flansch 29 weist der Spannkegel 25 auf seiner Außenseite eine Spannkegelfläche 31 auf, mit der er in der Spannstellung an der Spannkegelfläche 27 des anderen Spannkegels 24 anliegt. Im Bereich zwischen der Spannkegelfläche 31 und dem Flansch 29 hat der Spannkegel 25 an der Außenseite eine Zylinderfläche 32.

Auf der vom Gehäuse 2 abgewandten Seite des Gegenhalte­ ringes 19 befindet sich ein Spannring 33, der über die Spannschrauben 21 mit dem Gegenhaltering 19 verbunden ist. Der Spannring 33 weist an seinem vom Gegenhaltering 19 abgewandten Ende einen radial nach innen gerichteten Flansch 34 auf, mit dem er den radial nach außen gerich­ teten Flansch 29 des Spannkegels 25 übergreift. Der In­ nendurchmesser des Flansches 34 des Spannringes 33 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der An­ triebswelle 1, so daß der Spannring 33 beim noch zu be­ schreibenden Verspannvorgang leicht in Richtung auf den Gegenhaltering 19 verschoben werden kann. Innenseitig ist der Spannring 33 mit einem Sicherungsring 35 verse­ hen, mit dem der Flansch 29 des Spannkegels 25 auf der vom Flansch 34 abgewandten Seite axial gesichert ist. Der Sicherungsring 35 liegt an einer radial verlaufenden Schulterfläche 36 des Spannringes 33 an. In dieser Lage ist der Sicherungsring 35 durch einen weiteren Siche­ rungsring 37 axial gesichert, der in einer Ringnut in einer an die radiale Schulterfläche 36 anschließenden Zylinderfläche 38 des Spannringes 33 angeordnet ist. Der Durchmesser der Zylinderfläche 38 ist größer als der Au­ ßendurchmesser des Wellenendes 18 der Hohlwelle 3. Die Zylinderfläche 38 geht über eine radial nach außen ver­ laufende Schulterfläche 39 in eine weitere Zylinderflä­ che 40 über, die sich bis zu der dem Gegenhaltering 19 zugewandten Stirnseite des Spannringes 33 erstreckt. Der Durchmesser der Zylinderfläche 40 ist größer als der Au­ ßendurchmesser des Sicherungsringes 22, mit dem der Ge­ genhaltering 19 auf dem Wellenende 18 axial gesichert ist. Dadurch kann der Spannring 33 ausreichend weit in Richtung auf den Gegenhaltering 19 axial verschoben wer­ den, da er mit seiner Zylinderfläche 40 über den Siche­ rungsring 22 verschoben werden kann.

Der Spannring 33 weist über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Durchtrittsöffnungen 41 für die Spannschrauben 21 auf. Vorteilhaft sind die Durchtritts­ öffnungen 41 Gewindebohrungen, die größeren Durchmesser haben als die Schraubenschäfte der Spannschrauben 21.

Die beiden Spannkegel 24, 25 sind über ihre axiale Länge geschlitzt ausgebildet, so daß sie für im Durchmesser unterschiedliche Antriebswellen 1 eingesetzt werden kön­ nen. Mit den Spannvorrichtungen ist es möglich, die Hohlwelle 3 mit einem vorgegebenen Innendurchmesser mit Antriebswellen 1 zu verbinden, die größere Toleranzen haben. Je nach Toleranz der Antriebswelle 1 werden die Spannkegel 24, 25 im Spannzustand unterschiedlich weit radial aufgeweitet.

Zur radialen Verspannung der dünnwandigen Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 werden die Spannschrauben 21 durch die Durchtrittsöffnungen 41 des Spannringes 33 ge­ steckt und in die Gewindebohrungen 20 des Gegenhalterin­ ges 19 geschraubt. Die Spannschrauben 21 stützen sich mit ihrem Kopf 42 an der vom Gegenhaltering 19 abgewand­ ten Stirnseite 43 des Spannringes 33 ab. Durch Anziehen der Spannschrauben 21 wird der Spannring 33 in Richtung auf den Gegenhaltering 19 verschoben. Hierbei wird der Spannkegel 25 über den radial nach innen gerichteten Flansch 34 des Spannringes 33 axial mitgenommen, wodurch die beiden Spannkegel 24 und 25 über ihre miteinander zusammenwirkenden Spannkegelflächen 27 und 31 eine ra­ dial wirkende Spannkraft auf die Hohlwelle 3 ausüben Dadurch wird die Hohlwelle 3 radial auf der Antriebs­ welle 1 verspannt. Der Spannkegel 24 stützt sich hierbei mit seiner zylindrischen Außenmantelfläche 44 an der zy­ lindrischen Seitenwand 45 der Vertiefung 23 der Hohlwel­ le 3 ab. Der Gegenhaltering 19 ist so dick ausgebildet, daß er die radial wirkenden Spannkräfte aufnehmen kann. Durch ihn wird die dünnwandige Hohlwelle 3, die im Be­ reich der Vertiefung 23 noch weiter in der Wandstärke verringert ist, optimal abgestützt, so daß eine sichere Radialverspannung der Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 erreicht wird. Da der Gegenhaltering 19 in axialer Richtung etwa gleiche Länge wie der Spannkegel 24 hat, wird die beim Spannvorgang auftretende Radialkraft über die ganze Länge des Spannkegels aufgenommen. Der Spann­ kegel 24 selbst stützt sich am Boden 26 der Vertiefung 23 während des Spannvorganges ab, so daß beim Verschie­ ben des anderen Spannkegels 25 eine einwandfreie Ver­ spannung gewährleistet ist. Beim Anziehen der Spann­ schrauben 21 wird der Gegenhaltering 19 durch den Siche­ rungsring 22 gegen Axialverschieben zuverlässig abge­ stützt, so daß lediglich der Spannring 33 in Richtung auf den Gegenhaltering 19 axial verschoben wird. Die Ke­ gelwinkel der beiden Spannkegel 24, 25 liegen im selbst­ hemmenden Bereich.

Wird die Hohlwelle 3 auf infolge grober Toleranzen im Durchmesser unterschiedliche Antriebswellen 1 auf ge­ setzt, dann können die Spannkegel 24, 25 infolge ihrer radialen Aufweitbarkeit für diese grob tolerierten An­ triebswellen eingesetzt werden. Bei unterschiedlichen Nenndurchmessern der Antriebswelle 1 können entsprechend dickere Spannkegel 25 eingesetzt werden. Da die beiden Spannkegel 24, 25 in axialer Richtung abgestützt sind, kann eine einwandfreie Verspannung der Hohlwelle 3 auf der Antriebswelle 1 erreicht werden.

Da die Durchtrittsöffnungen 41 des Spannringes 33 größe­ ren Durchmesser haben als die Schraubenschäfte, wirken die Spannschrauben 21 während des Spannvorganges nicht mit den Durchtrittsöffnungen 41 zusammen. Die vorteil­ haft als Gewindebohrungen ausgebildeten Durchtrittsöff­ nungen 41 werden aber dann herangezogen, wenn die Spann­ vorrichtung 4 gelöst werden soll. In diesem Falle werden zunächst die Spannschrauben 21 herausgeschraubt. Die Ra­ dialverspannung bleibt hierbei zunächst aufrechterhal­ ten, weil der Kegelwinkel der Spannkegel 24, 25 im selbsthemmenden Bereich liegt. Nunmehr werden in die Durchtrittsöffnungen 41 (nicht dargestellte) Abdrück­ schrauben so weit geschraubt, daß sie an der Stirnseite 46 des Gegenhalteringes 19 zur Anlage kommen. Vorteil­ haft wird der Spannring 33 geringfügig gegenüber dem Ge­ genhaltering 19 gedreht, so daß die Abdrückschrauben nicht in den Bereich der Gewindebohrungen 20 des Gegen­ halteringes 19 gelangen. Da der radial nach innen ge­ richtete Flansch 34 des Spannringes 33 geringen Abstand von der Antriebswelle 1 hat, läßt sich der Spannring 33 leicht verdrehen. Beim weiteren Einschrauben der Ab­ drückschrauben wird der Spannring 33 vom Gegenhaltering 19 abgedrückt. Hierbei wird durch den Sicherungsring 35 und den radial nach außen gerichteten Flansch 29 der Spannkegel 25 axial zurückgeschoben, wodurch die Spann­ wirkung aufgehoben wird. Da der Spannring 33 vor dem Ab­ drückvorgang gegenüber dem Gegenhaltering 19 gedreht worden ist, kommen die Abdrückschrauben im Bereich zwi­ schen den Gewindebohrungen 20 am Gegenhaltering 19 zur Anlage. Die Gewindebohrungen 20 des Gegenhalteringes 19 werden dadurch geschont, so daß der Eintrittsbereich dieser Gewindebohrungen 20 während des Abdrückvorganges nicht beschädigt wird. Auf die beschriebene Weise läßt sich die Spannvorrichtung 4 mühelos demontieren.

Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform sind zusätzlich zu den Durchtrittsöffnungen 41 wenig­ stens zwei Gewindebohrungen im Spannring 33 vorgesehen, die auf die Spannschrauben 21 abgestimmt sind. Dann kön­ nen zum Abdrücken des Spannringes 33 die Spannschrauben 21 herangezogen werden. Die Durchtrittsöffnungen 41 be­ nötigen in diesem Fall kein Gewinde.

Der eine Spannkegel 24 kann auch fest mit der Hohlwelle 3 verbunden, beispielsweise verschweißt, verklebt oder verstiftet sein. Auch kann der Spannkegel 24 einstückig mit der Hohlwelle 3 ausgebildet sein.

Claims (14)

1. Spannvorrichtung zur Befestigung eines Hohlteiles auf einer Welle, mit zwei Spannkegeln, die mit Spannkegelflächen aneinanderliegen und von denen der eine Spannkegel am Hohlteil anliegt und an einem Spannring vorgesehen ist, der durch Spann­ schrauben mit einem Kraftaufnahmeteil verbunden ist, der den anderen Spannkegel umgibt und die beim Spannvorgang auftretenden Radialkräfte aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannkegel (24, 25) zumindest teilweise im Bereich zwischen dem Hohlteil (3) und der Welle (1) liegen, daß der eine Spannkegel (25) ein vom Spannring (33) ge­ trennter Teil ist, der axial fest mit dem Spannring (33) verbunden ist, und daß der Kraftaufnahmeteil (19) unmittelbar auf dem Hohlteil (3) sitzt.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (21) den Spannring (33) spielfrei durchsetzen und mit einem Kopf (42) an der vom Kraftaufnahmeteil (19) abgewandten Seite (43) des Spannringes (3) anlie­ gen.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (21) parallel zur Achse der Welle (1) liegen.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (33) mit axialem Abstand vom Kraftaufnahmeteil (19) angeord­ net ist.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (25) mindestens einen Mitnehmer (29) aufweist, mit dem er mit dem Spannring (33) axial fest verbunden ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (29) ein radial nach außen gerichteter Flansch des Spannke­ gels (25) ist.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (33) Ge­ windebohrungen (41) für den Durchtritt der Spann­ schrauben (21) aufweist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrungen (41) größeren Durchmesser haben als die Spann­ schrauben (21).

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (24) in einer innenseitigen Vertiefung (23) des Hohlteiles (3) untergebracht ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vertiefung (23) der andere Spannkegel (25) ragt.

11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Hohlteiles (3) größer ist als der Nenndurchmes­ ser der Welle (1).

12. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (33) ge­ genüber dem Kraftaufnahmeteil (19) drehbar ist.

13. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkegel (24, 25) radial elastisch aufweitbar sind.

14. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannkegel (24) mit dem Hohlteil (3) fest verbunden, vorzugs­ weise einstückig mit ihm ausgebildet ist.