-
Die Erfindung betrifft eine Anschlag- und Festhaltescheibe, insbesondere
aus Stahl, für ein Maschinenteil in einer Bohrung oder auf einer Welle, wobei die
Scheibe etwa schüsselförmig gewölbt ist und an ihrem Außen- oder Innenumfang durch
radiale Einschnitte getrennte Vorsprünge mit Schneidkanten aufweist, die sich nach
Andrücken der Scheibe gegen das zu haltende Teil in die feststehende Verankerungsfläche
der Bohrung oder der Welle einschneiden können.
-
Derartige bekannte Anschlag- und Festhaltescheiben (deutsche Patentschrift
718 488, USA.-Patentschrift 2 321158) weisen an ihrem Außen- oder Innenumfang radial
angeordnete Vorsprünge oder Zähne auf, die gegenüber der Ebene der Scheibe um einen
gewissen Winkel geneigt sind. Diese Scheiben werden in Bohrungen mit etwas geringerem
Durchmesser eingeschoben oder auf Wellen etwas größeren Durchmessers aufgeschoben,
bis sie gegen das zu haltende Maschinenteil anstoßen und sich ihre radialen Vorsprünge
oder Zähne federnd an der Wand der Bohrung oder an der Außenseite der Welle, Achse,
Zapfen od. dgl. abstützen. Derartige Anschlag- und Festhaltescheiben haben jedoch
den Nachteil, daß sich die radialen Vorsprünge oder Zähne kaum in die Wandung der
Bohrung oder in die Umfangsfläche der Welle, Achse, des Zapfens od. dgl. eingraben
können, so daß die von solchen Anschlagscheiben aufzunehmende axiale Kraft sehr
begrenzt ist. Diese bekannten Scheiben nehmen auch nur dann eine bestimmte axiale
Lage in einer Bohrung oder auf einer Welle ein, wenn sie an dem zu haltenden Teil
unmittelbar anliegen. Ist das nicht der Fall, so ist die axiale Lage der Scheibe
völlig unbestimmt, und ihre Haltekraft ist selbst bei geringen Vibrationen gleich
Null. Beim Eindringen von Schmiermittel zwischen die radialen Vorsprünge oder Zähne
und die Widerlagerfläche kann ferner der Reibungskoeffizient so erniedrigt werden,
daß sich die Scheiben aus ihrer Verankerung lösen. Dies ist auch bei Verformungen
der Bohrung oder Welle möglich. Schließlich ist es nahezu ausgeschlossen, mit solchen
Scheiben ein bestimmtes axiales Spiel oder eine gewünschte Vorspannung zwischen
der Scheibe und dem zu haltenden Maschinenteil einzustellen.
-
Um diese Nachteile dieser Scheiben zu vermeiden, ist es vielfach üblich,
ein zu haltendes Maschinenteil dadurch zu sichern, daß ein Metallwulst durch plastisches
Zerscheren oder Verdrängen von Metall an der Bohrung, Welle, Achse, dem Zapfen od.
dgl. erzeugt wird, bis er gegen das zu haltende Maschinenteil anstößt. Ein solcher
Metallwulst kann entweder den ganzen Umfang oder einen oder mehrere Sektoren des
Umfangs der Bohrung, Welle od. dgl. einnehmen. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß
für die Erzeugung des Metallwulstes große Kräfte aufgebracht werden müssen. Das
kann insbesondere dann ungünstig sein, wenn der Wulst mit hoher Genauigkeit gegenüber
einem in Richtung der Achse oder Bohrung verformbaren Maschinenteil angebracht werden
muß. Außerdem verliert das verdrängte Metall einen Teil seiner günstigen mechanischen
Eigenschaften. Ist das Metall darüber hinaus nicht gleichmäßig plastisch verformbar,
so kann durch die Verdrängung des Metalls sogar großer Schaden angerichtet werden.
-
Um die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden, ist es ferner bekannt
(USA.-Patentschrift 2 969 705), Anschlag- und Festhaltescheiben an ihrer Mittelöffnung
mit Gewindeschneideinrichtungen auszustatten, um solche Scheiben auf einen Stift,
Bolzen od. dgl. aufzuschrauben, wobei die Schneideinrichtungen vom Ende des Stiftes,
Bolzens od. dgl. ein Gewinde für die Sicherung der Scheibe in ihrer Endstellung
einschneiden. Dabei ist jedoch das Drehmoment zum Erzeugen des Schraubgewindes bereits
bei kleinen Stift- oder Zapfendurchmessern verhältnismäßig hoch, was einer Anwendung
dieses Prinzips bei Zapfen, Bolzen od. dgl. größeren Durchmessers praktisch entgegensteht.
Außerdem ist es schwierig, die sich selbst einschneidende Anschlagscheibe an dem
Zapfen, Stift od. dgl. so anzusetzen, daß sie das Gewinde in einwandfreier Weise
bis an die Festhaltestelle einschneidet. Zum richtigen Ansetzen der Scheibe ist
daher häufig ein konisches Ende an dem Stift oder Zapfen erforderlich, das jedoch
eine relativ große Gesamtlänge dieses Teiles erfordert, die jedoch in vielen Anwendungfällen
unannehmbar ist. Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich bei Verwendung entsprechend
ausgebildeter Scheiben in Bohrungen. Hierbei bedingt eine zumindest teilweise konische
Ausbildung der Bohrung einen negativen Freiwinkel, wodurch erhöhte Reibung beim
Schneiden des Gewindes auftritt und die Anschlagscheibe unter Umständen vor Erreichen
der Verankerungsstelle stekkenbleibt. Ist dagegen ein guter Freiwinkel vorgesehen,
so ist dies in bezug auf die Größe der Abstützfläche der Schraubgewindeflanken in
den selbst erzeugten Rillen nachteilig. Als Nachteil ist ferner hervorzuheben, daß
wegen des großen Drehmomentes zum Erzeugen des Selbstschneidgewindes keine Kontrolle
vorhanden ist, wann der Kontakt der Scheibe mit dem zu haltenden Maschinenteil eintritt.
Dadurch sind solche Anschlagscheiben für Anwendungsfälle unbrauchbar, bei denen
ein bestimmtes axiales Spiel oder eine bestimmte Vorspannung mit Genauigkeit erzeugt
werden muß. Werden solche Anschlagscheiben in Teile eingebaut, die Vibrationen,
stoßweisen Beschleunigungen oder elastischen Verformungen ausgesetzt sind, so können
sie sich leicht lösen, weil sie in den Gewindegängen lediglich durch Reibung gehalten
werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Anschlag- und Festhaltescheiben zu vermeiden und eine Scheibe zu schaffen, mit der
ein Maschinenteil axial in einer gewünschten Lage gesichert werden kann, und zwar
entweder mit einem vorgegebenen Spiel oder ohne Spiel oder auch mit einer bestimmten
leichten oder größeren Vorspannung, je nachdem wie es im einzelnen Fall erforderlich
oder erwünscht sein soll. Dabei soll es auch möglich sein, das als optimal angesehene
Spiel oder die Vorspannung unabhängig von der Herstellungsgenauigkeit der festzulegenden
Maschinenteile einzustellen.
-
Diese Aufgabe findet ihre Lösung, ausgehend von einer Anschlag- und
Festhaltescheibe der eingangs erwähnten Art, nach der Erfindung dadurch, daß die
Vorsprünge mit den Schneidkanten gegenüber der Scheibenebene in an sich bekannter
Weise derart geneigt sind, daß sie bei Verdrehung der Scheibe in die feststehende
Verankerungsfläche Teile eines Gewindes einschneiden.
-
Eine derartige Anschlag- und Festhaltescheibe bietet folgende Vorteile:
1. Die Verankerung der Scheibe kann ohne eine besondere axiale Kraft erfolgen. Es
wird lediglich ein
leichtes Drehmoment in Richtung der Achse der
Bohrung oder Welle auf die Anschlagscheibe in dem Augenblick ausgeübt, in dem die
Schneidkanten genau ausgerichtet sind, so daß sie sich in die Verankerungsfläche
eingraben können. Das die Bohrung aufweisende Werkstück wird dadurch nicht in Richtung
dieser Bohrung beansprucht. Die Verwendung eines Halters oder einer Stütze ist nicht
notwendig, wenn die Scheibe in ihre Verankerungsstellung gebracht worden ist, und
zwar selbst dann nicht, wenn bei relativ elastischen Werkstücken noch eine hohe
Lagegenauigkeit gefordert wird.
-
2. Die Verankerung kann wahlweise je nach Anwendungsfall mit oder
ohne vorgegebenem Spiel zwischen Maschinenteil oder Werkstück und Anschlagscheibe
sowie mit oder ohne Vorspannung erfolgen, und zwar auch bei großen Stückzahlen und
bei den unterschiedlichsten Lagen der festzulegenden Maschinenteile.
-
3. Die mit der Anschlagscheibe nach der Erfindung erzielte Verankerung
bietet einen großen axialen Widerstand sowohl gegen statisch auftretende Kräfte
als auch gegen Wechselkräfte, und zwar aus folgenden Gründen: a) Alle Schneidkanten
der Anschlagscheibe stützen sich auf ihrer ganzen Breite und auf ihrer ganzen Länge
in den von ihnen selbst erzeugten Rillen ab, und b) das Metall, in dem sich die
Anschlagscheibe abstützt, ist praktisch gesund, und zwar sowohl in der Abstützzone
als auch in der unmittelbaren Nachbarschaft dazu, denn es sind keine plastischen
Verformungen größeren Ausmaßes, roch Abscherungen des Metalls oder sonstige Verformungen
erfolgt. 4. Die mit der Anschlagscheibe nach der Erfindung erzielte Verankerung
hält ebenso gut elastischen Verformungen der Wände einer Bohrung wie Wechselbeanspruchungen
und Vibrationen stand. Daß sich die Anschlagscheibe nicht dreht, ist nicht so sehr
einem Verkeilen oder der Reibung zu verdanken, sondern einer rotationsstabilen Lage
der Anschlagscheibe. In Richtung der Verankerungsverdrehung kann sich die Anschlagscheibe
nicht selbst drehen, denn die vordere Ecke der Schneidkante stößt an das Ende der
von ihr selbst geschnittenen Rillen an. Eine Verdrehung im umgekehrten Sinne ist
ebenfalls unmöglich, denn dies würde zu einer elastischen, in radialer Richtung
wirkenden Zusammendrückung der Anschlagscheibe führen, und die Schneidkanten müßten
in diesem Fall die dem Freiwinkel entsprechende Neigung der Rillen hinaufsteigen.
-
Trotzdem ist die Anschlagscheibe leicht demontierbar, da hierzu lediglich
eine Verdrehung im umgekehrten Sinne zu der Verankerungsverdrehung erforderlich
ist, bis die Scheibe wieder aus der Bohrung hervorkommt oder in entsprechender Weise
von einer Welle, einem Zapfen od. dgl. gelöst ist.
-
Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Anschlag- und Festhaltescheibe in Draufsicht,
F i g. 2 eine solche in Seitenansicht, F i g. 3 einen Schnitt durch die Scheibe
gemäß Linie III-III in F i g. 1, F i g. 4 die Art der Befestigung einer solchen
Scheibe in einer Bohrung, F i g. 5 und 6 die Wirkungsweise der Scheibe beim Einsetzen
in eine Bohrung, F i g. 7 eine Scheibe zum Festhalten eines Teils auf einer Welle
und F i g. 8 einen Schnitt durch eine solche Scheibe gemäß Linie VIII-VIII in F
i g. 7.
-
Die Anschlag- und Festhaltescheibe besteht hauptsächlich aus einer
an ihrem Außen- oder Innenumfang mit radialen Einschnitten versehenen Ringscheibe,
z. B. aus Federstahl. Sie läßt sich mit einer Art Zwinge elastisch derart verformen,
daß sie sich leicht entweder in eine Bohrung mit einem gegenüber ihrem Außendurchmesser
etwas geringeren Innendurchmesser setzen läßt, bis sie auf das zu haltende Teil
anstößt und dann verankert wird, oder sich auf eine Welle oder Achse entsprechenden
Durchmessers aufschieben läßt. Die Verankerung erfolgt durch Drehen der Scheibe
um einen bestimmten Winkel, wobei die Schneidkanten je nach dem Anwendungsfall auf
eine größere oder kleinere Länge Teile eines Gewindes in die Oberfläche der Bohrung
oder der Welle einschneiden.
-
F i g. 1 bis 3 zeigen eine Anschlag- und Festhaltescheibe 1, die für
eine Bohrung bestimmt ist und in der Wand der Bohrung verankert werden soll.
-
Die Scheibe 1 gemäß F i g. 1 und 2 hat ein axiales Loch
2 und radiale Einschnitte 3, zwischen denen Vorsprünge 4 ausgebildet
sind. Die Vorsprünge 4
sind gegenüber der zur Achse der Scheibe senkrechten
Ebene geneigt, und zwar mit einem konstanten oder nicht konstanten Winkel, dessen
Wert a (F i g. 3) in einer noch zu beschreibenden Art bestimmt ist.
-
Vom Scheibenrand her gesehen, kann jeder Vorsprung 4 um einen
Winkel ß (F i g. 2) geneigt sein. Eine solche Neigung kann auf verschiedene Weise
hergestellt werden, z. B. durch Verwinden der Arme. Die Neigung entspricht der Steigung
des Verankerungsgewindes. Außerdem erzeugt sie in Verbindung mit der Neigung a einen
natürlichen Freiwinkel y am bogenförmigen Rand jedes Vorsprunges 4, gemessen
zwischen den an die Rundform und an die wirkliche Bogenform jedes Vorsprunges
4 angelegten Tangenten (F i g. 1). Der Wert dieses Freiwinkels y kann außerdem
noch unabhängig vom Wert der Winkel a und ß verändert werden, indem die Schnittkante
5 an jedem Vorsprung 4 so geformt wird, daß der äußere kreisbogenförmige
Rand jedes Vorsprunges mit seinem Krümmungsmittelpunkt außermittig zum Scheibenmittelpunkt
liegt. Der Freiwinkel y schafft beim Festspannverdrehen um den Winkel a ein leichtes
radiales Eindringen der Schnittkanten 5, während der Winkel ß für die Gewindesteigung
der Schnittkanten 5 maßgebend ist.
-
Das Festspannen und Verdrehen um den Winkel 99
kann mit einem
Verdrehwerkzeug 6 erfolgen (F i g. 4). Das Verdrehwerkzeug 6 greift mit.
Klauen 7 in die Einschnitte 3 der Scheibe 1 ein, während ein zentraler Zapfen
8 in das Mittelloch 2 der Scheibe 1 eingreift.
-
Um die Arbeitsweise einer solchen Anschlag- und Festhaltescheibe zu
beschreiben, soll angenommen werden, daß sie eine Lagerschale 9 (F i g. 4) eines
Nadellagers 10 festhalten soll. Das Nadellager 10 sitzt am Ende eines
Querzapfens 11 eines Kardangelenks
in einer Bohrung 12, die
in einer der Wangen 13 des Gelenks angebracht ist.
-
Wenn die Scheibe 1 axial bis zur Berührung mit der festzuhaltenden
Lagerschale 9 in der Bohrung verschoben und damit an die Verankerungsstelle gebracht
wird (Phase 1), weicht das gewölbte Teil der Scheibe etwas elastisch zurück und
läßt ein axiales Spiel zwischen sich und der Lagerschale 9. Während der Verankerung
der Scheibe 1 an dieser Stelle kann je nach dem Betrag der Verdrehung (p und den
Größen der Winkel a, ß und y entweder ein leichtes Spiel zwischen Scheibe 1 und
Lagerschale 9 oder kein Spiel oder eine Vorspannung der Scheibe 1 gegenüber der
Lagerschale 9 oder gar eine axiale Rückwärtsbewegung der Scheibe 1 von vorgegebener
Länge erzeugt werden. Diese Möglichkeiten bzw. Bedingungen der Lagefestlegung lassen
sich genau und sicher bei allen Montagearbeiten mit der gleichen Scheibentype wiederholen,
wenn jeweils der gleiche und passende Verankerungswinkel (p angewendet wird.
-
Während der Festspannverdrehung greifen die Schneidkanten 5 der Scheibe
1 in die Wandung der Bohrung 12 ein, wie es bei 14 in F i g. 4 gezeigt ist, und
die Scheibe nimmt eine ihrer Normalforen vor der Montage angenäherte Form ein. Die
folgende vereinfachte Betrachtung macht das Prinzip der Verankerung der Scheibe
in der gewünschten, sehr genau bestimmbaren Lage klar und ebenso die Art und Weise,
wie willkürlich ein vorgegebenes Spiel oder eine Vorspannung oder eine axiale Verschiebung
um einen bestimmten Wert zwischen Scheibe 1 und Lagerschale 9 erzeugt wird. Die
Scheibe 1 (F i g. 5 und 6) wird in ihrer Einbaulage, nachdem sie in die Bohrung
12 eingeschoben worden ist und ihre Vorsprünge 4 radial wirksam gemacht worden sind,
betrachtet. Die Schneidkante 5 nimmt nach der Verdrehung der Scheibe um den Winkel
(p die Stellung 14 ein. a ist der Winkel, den die Verbindungsgerade der Schneidkante
5 mit dem Mittelpunkt 15 der elastischen Verbiegung gegenüber der durch alle Schneid-
, kanten gelegten Ebene einnimmt.
-
Für die Wirkungsweise der Scheibe lassen sich folgende geometrische
Beziehungen aufstellen: axiale Vorwärtsbewegung der Schneidkante 5 von ihrer ursprünglichen
Stellung in der Bohrung 12 in die Stellung 14 b = T r tg ß
, (1)
radiale Verschiebung der Schneidkante c = (p r tg
y , (2)
Verkürzung des axialen Abstandes des Anlagebereichs 16 von
den Schneidkanten
und nach Einsetzen von (2) in diese Gleichung (3)
Nun übt die Scheibe 1 ihre axiale Kraft auf die Lagerschale 9 über den Anlagebereich
16 aus. Während der Spannverdrehung um den Winkel (p verschiebt sich dieser Anlagebereich
16 axial nach folgender Gleichung:
Diese einfachen Formeln zeigen klar die Leichtigkeit, womit das Spiel, die Vorspannung
oder die axiale Verschiebung berechnet und erhalten werden können.
-
Das Verhältnis zwischen axialer Verschiebung u des Anlagebereichs
16 und der Festspannverdrehung um den Winkel 9p liegt in der Größenordnung von S/iooo
mm pro Grad des Verdrehungswinkels, wodurch die Scheibe 1 nach ihrem Anschlag mit
hoher Genauigkeit in ihre Verankerungsstellung gebracht werden kann.
-
Wenn sich der Anlagebereich 16 durch die Festspann- oder Verankerungsverdrehung
nicht verschieben soll, genügt es [s. Formel (4)],
zu machen.
-
In diesem Fall ist das Stillstehen des Anlagebereichs 16 für
alle praktisch vorkommmenden Fest ziehwinkel cp zu erreichen. Wird ein leichtes
axiales Zurückgehen des Anlagebereichs 16 gewünscht, so wird
gemacht; soll jedoch eine axiale Vorspannung erzeugt werden, so wird
gemacht. In diesen beiden letzteren Fällen wird das axiale Spiel oder die axiale
Vorspannung für einen bestimmten Scheibentyp proportional der Verdrehung um den
Winkel p.
-
In dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 1
für die Sicherung eines Maschinenteils in einer Bohrung verwendet worden. Es kann
jedoch eine entsprechend gestaltete Scheibe nach der Erfindung umgekehrt auch für
die Sicherung eines Maschinenteils auf einer Welle benutzt werden. In diesem Fall
hat die Scheibe 1' (F i g. 7 und 8) ein zentrales Loch 2', dessen Rand mit Einschnitten
3' versehen ist. Die Einschnitte 3' bilden zwischen sich Vorsprünge 4', deren Schneidkanten
5' sich in die Oberfläche der Welle in gleicher Weise einschneiden wie die Schneidkanten
5 der vorher beschriebenen Scheibe 1 in die Wandung der Bohrung
12.