EP1955971B1 - Spannvorrichtung für eine Rotationsverbindung einer Welle mit einer Hülse mit zylindrischer Innenwandung - Google Patents
Spannvorrichtung für eine Rotationsverbindung einer Welle mit einer Hülse mit zylindrischer Innenwandung Download PDFInfo
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- EP1955971B1 EP1955971B1 EP07002721A EP07002721A EP1955971B1 EP 1955971 B1 EP1955971 B1 EP 1955971B1 EP 07002721 A EP07002721 A EP 07002721A EP 07002721 A EP07002721 A EP 07002721A EP 1955971 B1 EP1955971 B1 EP 1955971B1
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Definitions
- the invention relates to a clamping device for a rotational connection of a driven shaft with a sleeve surrounding the shaft with cylindrical inner wall, with circumferentially distributed for clamping between the shaft outer side and sleeve inner wall clamping bodies, which are located in a clamp body cage.
- Such devices are known as sprag clutches (see. DE 41 03 136 A1 and GB 1 586 539 A ).
- a clamping device of the type mentioned in which the clamping body are slidably mounted on a substantially tangential to the shaft outer side, rigidly connected to the cage guide pin and depending on the position on the guide pin against the sleeve inner wall in a clamping or non-clamping position are located within the sprag cage a with respect to this rotatable drive ring is arranged, which is connected to the sprags so that upon rotation of the drive ring relative to the sprag cage all clamp body can be moved to the guide pin.
- connection between the driving ring and sprags consists of individual connecting pins.
- the coupling connection can be rigid or force-coupled. Also correspondingly strong magnetic clutches, friction clutches and the like are possible.
- the clamping body can be pressed by spring force into an end position, wherein this spring force is preferably caused by a pushed on the guide pin cylinder spring. It is essential that the spring force presses the clamping body in a clamping position, so that disengagement of the clamping body from the clamping position takes place against the spring force.
- the sprag cage comprises individual spaced apart segments interconnected by the guide pins. There are free spaces between the segments, in each of which one or more clamping bodies are arranged.
- a special feature is preferably the shape of the clamping body.
- the clamping body can be designed, for example, as a barrel body or as an ellipsoid.
- the barrel body can be a circle cluster or a parabolic one Be tons.
- a circle body is characterized in that the generator is a circular arc, while in a parabolic barrel body the generator is a parabola. Also a spherical shape is possible.
- the outer surface of the clamping body is increased friction occupied and / or structured.
- the clamping body cage is equipped with 4 to 10, preferably 6, clamping bodies.
- each free space may contain a single clamp body or a clamp body pair.
- three or more clamp body can be installed side by side in a free space with a corresponding number of guide pins.
- an arrangement is selected with an even number of sprags in the circumferentially adjacent within the cage in the circumferential direction adjacent clamping body axially offset from each other in the free spaces.
- the driving ring with the clamp bodies equipped with clamping body cage is rotatable or detachable connected to a drive shaft.
- the invention also relates to an ensemble consisting of a cardboard or plastic sleeve, which is coupled via the tensioning device to the drive shaft.
- a tensioning device 100 shown in the figures serves to connect a sleeve 7 with a rotatable shaft 8 (shown here in a transparent manner), wherein the. Clamping device 100 should allow easy release of the shaft after completion of a winding operation of the sleeve 7.
- the sleeve 7 is wrapped, for example, with a plastic film, a textile web, a metal foil or with a paper web outside multilayer. How out FIG. 2 shows, the sleeve 7 has an inner diameter Dg, while the shaft has an outer diameter Dw. The difference dg - dw must be bridged by the clamping device 100.
- the tensioning device 100 comprises a clamping body cage 1, which is subdivided into individual segments 10, which are interconnected by a ring torus 14. The latter sits stretched over a bearing ring 15 and can be bent and pulled off if necessary, so that the clamping body cage 1 can be deducted from the shaft 8.
- the segments 10 have seen in the axial direction of the shaft has an approximately trapezoidal shape, wherein the curved outer sides 18 of the segments 10 within an (imaginary) circle lie whose diameter is slightly smaller than the inner diameter Dg of the sleeve 7. Between the individual segments 10 are free spaces 19 left. The free spaces 19 are each bounded by flanks 20 of the segments 10. In the exemplary embodiment, six segments 10 and six free spaces 19 essentially form the clamp body cage 1.
- the segments 10 are drilled and each have an access hole 16 which starts on the outer side 18 of the segment 10, runs in a tangential direction within the segment 10 and terminates at an outlet opening 21 in the region of the flank 20.
- an inlet opening 22 is arranged on the opposite flank of the adjacent segment, to which a further receiving bore 17 adjoins.
- a metal guide pin 3 is firmly embedded, for example, set by a thread.
- the guide pin 3 bridges exposed, is pushed on a part of the length of the guide pin 3, a clamping body 2.
- the clamp body 2 can also be designed as a parabolic barrel body, as an ellipsoid or as a sphere.
- the round outer walls of the clamp body 3 are covered with silicone rings 23, so that the outside has a high coefficient of friction. Other friction-increasing structures or coverings are possible.
- the clamping body 2 are arranged displaceably on the guide pin 3 within the free space 19.
- a spring force is exerted, so that the clamping body 2 is pressed into an end position.
- the outside of the clamp body 2 presses against the sleeve inner wall 11 and clamps the clamp body cage 1 against the sleeve. 7
- the driver ring 4 is connected via a quasi-radially aligned driver pin 5, the tip of which penetrates from the side into the clamp body 2, with this firmly connected, so that in an adjustment of the clamp body - cage 1 relative to the driver ring 4, an adjustment of the clamp body 2 takes place with a displacement against the spring force in a non-clamping position.
- FIG. 3 a total of six clamping body 2 are provided, which are arranged on tangential or fast tangential ("substantially tangential") extending guide pin 3 slidably.
- the clamping bodies are seen in the circumferential direction from one to the other axially offset by about half a flank width. This results in a precise balancing and force distribution of the pressure forces against the sleeve. Also, the sleeve is well secured against displacement in the axial direction as well as against relative rotation to the shaft. Another arrangement is possible for example by a pair of adjacently arranged clamping body in a free space. Also each one-piece, but guided over two parallel guide pin clamp body are technically feasible and considered to fall under the invention.
- a shaft 8 is equipped with at least two spaced clamping devices 100.
- the clamp body cage 1 By rotating the driver ring 4 with the clamp body cage 1 held the clamp body 2 are moved to the guide pin 3 against the spring force of the cylinder spring 6. With this they are disengaged from the clamping position.
- the diameter of the clamping body cage is thus limited to the diameter of the outer side of the segments 10.
- the clamping body cage or the clamping device 100 can be inserted into the interior of the sleeve. Once the drive ring is released, the clamp body 2 move back into the opposite positions and thus in the clamping positions due to the force exerted on them spring force.
- a solution of the clamping device is done by re-twisting the driving ring 4 in the corresponding opposite direction for releasing the clamping body. 2
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Rotationsverbindung einer angetriebenen Welle mit einer die Welle umgebenden Hülse mit zylindrischer Innenwandung, mit zur Klemmung zwischen Wellenaußenseite und Hülsen-Innenwandung umfangsverteilten Klemmkörpern, die sich in einem Klemmkörper-Käfig befinden.
- Derartige Vorrichtungen sind als Klemmkörperkupplungen bekannt (vergl.
DE 41 03 136 A1 undGB 1 586 539 A - Es stellt sich die Aufgabe, eine derartige Klemmkörper-Kupplung beziehungsweise Spannvorrichtung speziell für die Kraftübertragung eines Drehmomentes von einer Welle auf eine relativ weiche Hülse, insbesondere Papp- oder Kunststoffhülse anzugeben.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung der genannten Art, bei der die Klemmkörper auf einem im wesentlichen tangential zur Wellenaußenseite verlaufenden, mit dem Käfig starr verbundenen Führungsbolzen verschieblich gelagert sind und je nach Stellung auf dem Führungsbolzen gegenüber der Hülsen-Innenwandung sich in einer klemmenden oder nicht-klemmenden Position befinden, wobei innerhalb des Klemmkörper-Käfigs ein gegenüber diesem drehverstellbarer Mitnehmerring angeordnet ist, der mit den Klemmkörpern derart verbunden ist, dass bei Drehung des Mitnehmerrings gegenüber dem Klemmkörper-Käfig sämtliche Klemmkörper sich auf den Führungsbolzen verschieben lassen.
- Vorzugsweise besteht die Verbindung zwischen Mitnehmerring und Klemmkörpern aus einzelnen Verbindungsstiften. Die Kupplungsverbindung kann starr oder kraftgekoppelt sein. Auch entsprechend starke Magnetkupplungen, Reibungskupplungen und dergleichen sind möglich.
- Die Klemmkörper können durch Federkraft in eine Endposition gedrückt werden, wobei diese Federkraft vorzugsweise durch eine auf dem Führungsbolzen geschobene Zylinderfeder hervorgerufen wird. Wesentlich ist, dass die Federkraft den Klemmkörper in eine klemmende Position drückt, so dass ein Ausrücken des Klemmkörpers aus der klemmenden Position gegen die Federkraft erfolgt.
- Vorzugsweise umfasst der Klemmkörper-Käfig einzelne beabstandete Segmente, die durch die Führungsbolzen miteinander verbunden sind. Dabei bestehen zwischen den Segmenten Freiräume, in denen jeweils ein oder mehrere Klemmkörper angeordnet sind.
- Eine Besonderheit stellt vorzugsweise die Form des Klemmkörpers dar. Der Klemmkörper kann beispielsweise als Tonnenkörper oder als Ellipsoid gestaltet sein. Der Tonnenkörper kann ein Kreistonnenkörper oder ein parabolischer Tonnenkörper sein. Ein Kreistonnenkörper zeichnet sich dadurch aus, dass die Erzeugende ein Kreisbogen ist, während bei einem parabolischen Tonnenkörper die Erzeugende eine Parabel ist. Auch eine Kugelform ist möglich.
- Um eine gute Klemmung des Klemmkörpers in Kontakt mit der Hülsen-Innenwandung zu erzeugen, wird die Außenfläche des Klemmkörpers reibungserhöht belegt und/oder strukturiert.
- Vorzugsweise ist der Klemmkörper-Käfig mit 4 bis 10, vorzugsweise 6, Klemmkörpern bestückt. Dabei kann jeweils ein Freiraum einen einzelnen Klemmkörper oder ein Klemmkörper-Paar enthalten. Auch drei oder mehr Klemmkörper können nebeneinander in einem Freiraum mit entsprechender Anzahl von Führungsbolzen eingebaut sein. Letztlich ist auch möglich, zwei oder mehr Führungsbolzen für einen einzigen Klemmkörper vorzusehen.
- Um eine Unwucht zu vermeiden und eine gleichmäßige Andruckskraft zu erzeugen, wird bei gerader Anzahl von Klemmkörpern beispielsweise eine Anordnung gewählt, bei der innerhalb des Käfigs in Umfangsrichtung gesehen jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Klemmkörper axial gegeneinander versetzt in den Freiräumen sind.
- Der Mitnehmerring mit dem mit Klemmkörpern bestückte Klemmkörper-Käfig ist verdrehbar bzw. abnehmbar mit einer Antriebswelle verbindbar.
- Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Ensemble, bestehend aus einer Papp- oder Kunststoffhülse, die über die Spannvorrichtung mit der Antriebswelle gekoppelt ist.
- Eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erfolgt anhand der Zeichnung. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
-
Figur 1 eine teilweise geschnittener Ansicht einer Spannvorrichtung, gesehen in Achsenrichtung einer Welle; -
Figur 2 einen Teilschnitt durch die Spannvorrichtung; -
Figur 3 eine perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung. - Eine in den Figuren dargestellte Spannvorrichtung 100 dient dazu, eine Hülse 7 mit einer drehbaren Welle 8 (hier durchsichtig gezeichnet) zu verbinden, wobei die. Spannvorrichtung 100 ein leichtes Lösen von der Welle nach Beendigung eines Wickelvorgangs der Hülse 7 ermöglichen soll. Die Hülse 7 wird beispielsweise mit einer Kunststoff-Folie, einer Textilbahn, einer Metallfolie oder mit einer Papierbahn außen mehrschichtig umwickelt. Wie aus
Figur 2 hervorgeht, hat die Hülse 7 einen Innendurchmesser Dg, während die welle einen Außendurchmesser Dw hat. Die Differenz - Die Spannvorrichtung 100 umfasst einen Klemmkörper-Käfig 1, der in einzelne Segmente 10 unterteilt ist, die untereinander durch einen Ringtorus 14 verbunden sind. Letzterer sitzt über einem Lagerring 15 gespannt und kann erforderlichenfalls aufgebogen und abgezogen werden, so dass der Klemmkörper-Käfig 1 von der Welle 8 abgezogen werden kann.
- Die Segmente 10 haben in Achsenrichtung der Welle gesehen eine etwa trapezförmige Gestalt, wobei die gekrümmten Außenseiten 18 der Segmente 10 innerhalb eines (gedachten) Kreises liegen, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser Dg der Hülse 7. Zwischen den einzelnen Segmenten 10 sind Freiräume 19 gelassen. Die Freiräume 19 werden jeweils durch Flanken 20 der Segmente 10 begrenzt. Im Ausführungsbeispiel bilden sechs Segmente 10 und sechs Freiräume 19 im Wesentlichen den Klemmkörper-Käfig 1.
- Wie aus den Details der
Figur 1 (rechte Seite) ersichtlich ist, sind die Segmente 10 aufgebohrt und besitzen jeweils eine Zugangsbohrung 16, die an der Außenseite 18 des Segmentes 10 beginnt, in einer tangential Richtung innerhalb des Segmentes 10 verläuft und an einer Austrittsöffnung 21 im Bereich der Flanke 20 endet. - In Flucht liegend ist an der gegenüberliegenden Flanke des benachbarten Segments eine Eintrittsöffnung 22 angeordnet, an die sich eine weitere Aufnahmebohrung 17 anschließt. In die gegenüberliegenden Bohrungen 16 und 17 ist ein Metall-Führungsbolzen 3 fest eingelassen, beispielsweise über ein Gewinde festgelegt. Innerhalb des Freiraumes 19, den der Führungsbolzen 3 freiliegend überbrückt, ist auf einem Teil der Länge des Führungsbolzens 3 ein Klemmkörper 2 geschoben. Dieser ist als Kreistonnenkörper gestaltet, das heißt im Querschnitt bildet die Außenseite Kreisabschnitte. Der Klemmkörper 2 kann auch als parabolischer Tonnenkörper, als Ellipsoid oder als Kugel gestaltet sein. Die runden Außenwände des Klemmkörpers 3 sind mit Silikonringen 23 belegt, so dass die Außenseite einen hohen Reibungskoeffizienten hat. Auch andere reibungserhöhende Strukturen oder Beläge sind möglich.
- Die Klemmkörper 2 sind innerhalb des Freiraumes 19 auf den Führungsbolzen 3 verschieblich angeordnet. Durch eine ebenfalls auf den Führungsbolzen 3 aufgeschobene Zylinderfeder 6 wird eine Federkraft ausgeübt, so dass der Klemmkörper 2 in eine Endposition gedrückt ist. In dieser Endposition drückt die Außenseite des Klemmkörpers 2 gegen die Hülsen-Innenwand 11 und verklemmt den Klemmkörper-Käfig 1 gegen die Hülse 7.
- Der Mitnehmerring 4 ist über einen quasi-radial ausgerichteten Mitnehmer-Stift 5, dessen Spitze von der Seite her in den Klemmkörper 2 eindringt, mit diesem fest verbunden, so dass bei einer Verstellung des Klemmkörper - Käfigs 1 gegenüber dem Mitnehmerring 4 eine Verstellung des Klemmkörpers 2 mit einer Verschiebung gegen die Federkraft in eine nicht-klemmenden Position erfolgt.
- Wie aus
Figur 3 erkennbar ist, sind insgesamt sechs Klemmkörper 2 vorgesehen, die auf tangential oder fasttangential (» im Wesentlichen tangential «) verlaufenden Führungsbolzen 3 verschiebbar angeordnet sind. Die bei Klemmung des Klemmkörpers 2 in Kontakt mit der Hülsen-Innenwandung tretende Außenfläche des Klemmkörpers ist Reibung erhöht belegt und/oder strukturiert. - Innerhalb des Klemmkörper-Käfigs 1 beziehungsweise in den Freiräumen 19 sind die Klemmkörper in Umfangsrichtung gesehen von einem zum anderen jeweils axial um etwa eine halbe Flankenbreite versetzt. Hierdurch ergibt sich eine genaue Auswuchtung und Kraftverteilung der Andruckkräfte gegen die Hülse. Auch ist die Hülse gut gegen Verschiebung in Axialrichtung als auch gegen relatives Verdrehen zur Welle gesichert. Eine andere Anordnung ist beispielsweise durch ein Paar nebeneinander angeordneter Klemmkörper in einem Freiraum möglich. Auch jeweils einstückige, aber über zwei parallele Führungsbolzen geführte Klemmkörper sind technisch realisierbar und als unter die Erfindung fallend zu betrachten.
- Entsprechend der Länge der zu führenden Hülse 7 ist eine Welle 8 mit wenigstens zwei beabstandeten Spannvorrichtungen 100 bestückt. Durch Verdrehen des Mitnehmerrings 4 bei festgehaltenem Klemmkörper-Käfig 1 werden die Klemmkörper 2 auf den Führungsbolzen 3 gegen die Federkraft der Zylinderfeder 6 verschoben. Damit werden sie aus der klemmenden Position ausgerückt. Der Durchmesser des Klemmkörper-Käfigs ist damit beschränkt auf den Durchmesser der Außenseite der Segmente 10. Der Klemmkörper-Käfig beziehungsweise die Spannvorrichtung 100 kann in dem Innenraum der Hülse eingeschoben werden. Sobald der Mitnehmerring losgelassen wird, rücken die Klemmkörper 2 wieder in die gegenüberliegenden Positionen und damit in die klemmenden Positionen aufgrund der auf sie ausgeübten Federkraft.
- Eine Lösung der Spannvorrichtung geschieht durch erneutes Verdrehen des Mitnehmerringes 4 in die entsprechende Gegenrichtung zum Lösen der Klemmkörper 2.
-
1 Klemmkörper-Käfig 28 2 Klemmkörper 29 3 Führungsbolzen 30 4 Mitnehmerring 5 Verbindungsstift 6 Zylinderfeder 7 Hülse 8 Welle 9 Wellenaußenseite 100 Spannvorrichtung 10 Segment 11 Hülsen-Innenwandung 12 Außenfläche (von 2) 13 14 Ringtorus 15 Lagerring 16 Zugangsbohrung 17 Aufnahmebohrung 18 Außenseite (von 10) 19 Freiraum 20 Flanke 21 Austrittsöffnung 22 Eintrittsöffnung 23 Silikonringe 24 25 26 27
Claims (14)
- Spannvorrichtung (100) für eine Rotationsverbindung einer angetriebenen Welle (8) mit einer die Welle umgebenden Hülse (7) mit zylindrischer Innenwandung, mit zur Klemmung zwischen Wellenaußenseite (9) und Hülsen-Innenwandung umfangsverteilten Klemmkörpern (2), die sich in einem Klemmkörper-Käfig (1) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (2) auf einem im wesentlichen tangential zur Wellenaußenseite verlaufenden, mit dem Käfig starr verbundenen Führungsbolzen (3) verschieblich gelagert sind und je nach Stellung auf dem Führungsbolzen (3) gegenüber der Hülsen-Innenwandung (11) sich in einer klemmenden oder nicht-klemmenden Position befinden, und dadurch, dass innerhalb des Klemmkörper-Käfigs (1) ein gegenüber diesem drehverstellbarer Mitnehmerring (4) angeordnet ist, der mit den Klemmkörpern (2) derart verbunden ist, dass bei Drehung des Mitnehmerrings (4) gegenüber dem Klemmkörper-Käfig (1) sämtliche Klemmkörper (2) sich auf den Führungsbolzen (3) verschieben lassen.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Mitnehmerring (4) und Klemmkörpern (2) aus einzelnen Verbindungsstiften (5) besteht.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper-Käfig (1) einzelne beabstandete Segmente (10) umfasst, die durch die Führungsbolzen (3) miteinander verbunden sind.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Segmenten (10) Freiräume (19) bestehen, in denen ein oder mehrere Klemmkörper (2) angeordnet sind.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (2) durch Federkraft in eine Endposition gedrückt werden.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft durch eine auf dem Führungsbolzen (3) geschobene Zylinderfeder (6) hervorgerufen wird.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft den Klemmkörper (2) in eine klemmende Position drückt, und dass ein Ausrücken des Klemmkörpers (2) aus der klemmenden Position gegen die Federkraft erfolgt.
- Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (2) die Form eines Tonnenkörpers oder eines Ellipsoids haben.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tonnenkörper ein Kreistonnenkörper oder ein parabolischer Tonnenkörper ist.
- Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Klemmung des Klemmkörpers (2) in Kontakt mit der Hülsen-Innenwandung (11) tretende Außenfläche des Klemmkörpers (2) reibungserhöht belegt und/oder strukturiert ist.
- Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper-Käfig (1) mit 4 bis 10, vorzugsweise 6, Klemmkörpern (2) bestückt ist.
- Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei gerader Anzahl von Klemmkörpern (2) und je einem Klemmkörper pro Freiraum (19) die Klemmkörper (2) innerhalb des Klemmkörper-Käfigs (1), in Umfangsrichtung gesehen, jeweils axial gegeneinander versetzt sind.
- Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerring (4) mit dem mit Klemmkörpern (2) bestückte Klemmkörper-Käfig (1) verdrehbar bzw. abnehmbar mit einer Antriebswelle (8) verbindbar sind.
- Mit einer Papp- oder Kunststoffhülse (7) versehene und über die Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 12 gekoppelte Antriebswelle.
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