DE20307136U1 - Coupling unit for producing cylindrical press union between hollow shaft and solid shaft inserted into it comprises thin-walled socket with conical outer surface and preferably conical inner surface - Google Patents
Coupling unit for producing cylindrical press union between hollow shaft and solid shaft inserted into it comprises thin-walled socket with conical outer surface and preferably conical inner surfaceInfo
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Abstract
Description
Kupplungseinheit zur Erzeugung eines zylindrischen Pressverbandes zwischen zwei freien WellenendenCoupling unit for creating a cylindrical interference fit between two free shaft ends
Die Verbindung zweier Wellenenden zur Übertragung von Drehmomenten erfolgt in vielen Anwendungsfällen durch einen zylindrischen Schrumpfverband. Bei diesem ist das eine Wellenende als zylindrische Hohlwelle ausgeführt, in welche das als zylindrische Vollwelle ausgebildete andere Wellenende eingesteckt ist. Eine zusätzliche Baueinheit ist auf der zylindrischen Außenfläche der Hohlwelle aufgesetzt und übt eine nach radial einwärts gerichtete Kraft auf die Hohlwelle aus. Diese Kraft bewirkt ein Aufpressen der zylindrischen Innenfläche der Hohlwelle auf die zylindrische Außenfläche der Vollwelle, wodurch ein Reibschluss erzeugt wird, welcher das Drehmoment von einem zum anderen Wellenende überträgt.In many applications, two shaft ends are connected to transmit torque using a cylindrical shrink fit. One shaft end is designed as a cylindrical hollow shaft, into which the other shaft end, designed as a cylindrical solid shaft, is inserted. An additional structural unit is placed on the cylindrical outer surface of the hollow shaft and exerts a radially inward force on the hollow shaft. This force causes the cylindrical inner surface of the hollow shaft to be pressed onto the cylindrical outer surface of the solid shaft, creating a frictional connection that transfers the torque from one shaft end to the other.
Ein solcher Schrumpfverband wird beispielsweise bevorzugt bei Windenergieanlagen der Leistungsklasse von 1MW bis 3MW verwendet, um die Rotorwelle mit der Eingangswelle des Getriebes zu verbinden.Such a shrink fit is preferably used, for example, in wind turbines in the power class from 1MW to 3MW to connect the rotor shaft to the input shaft of the gearbox.
Als Baueinheit zum Erzeugen der radialen Pressung wird dabei vorzugsweise eine so genannte Schrumpfscheibe verwendet, bei der eine dickwandige, innenkonische Nabe auf eine dünnwandige, außenkonische Hülse mechanisch oder hydraulisch aufgeschoben wird.A so-called shrink disc is preferably used as a structural unit for generating the radial pressure, in which a thick-walled, internally conical hub is pushed mechanically or hydraulically onto a thin-walled, externally conical sleeve.
Die Hülse sitzt mit einer zylindrischen Innenfläche auf der zylindrischen Außenfläche der Hohlwelle. Durch das Aufschieben der Nabe auf die Hülse wird die beschriebene, radial wirkende Kraft auf die Hohlwelle ausgeübt.The sleeve sits with a cylindrical inner surface on the cylindrical outer surface of the hollow shaft. By sliding the hub onto the sleeve, the described radial force is exerted on the hollow shaft.
Die zwei z. Zt. gebräuchlichsten Schrumpfscheiben-Bauarten sind in Fig.1 und in Fig.2 dargestellt. Beide weisen integrierte Vorrichtungen auf, die externe Werkzeuge bei der Montage im Wesentlichen überflüssig machen. Die Axialkraft zum Aufschieben der Nabe auf die Hülse wird bei der Bauart nach Fig.1 durch Spannschrauben und bei der Bauart nach Fig.2 durch eine Hydraulikkammer erzeugt.The two most common shrink disc designs are shown in Fig.1 and Fig.2. Both have integrated devices that essentially make external tools superfluous during assembly. The axial force for pushing the hub onto the sleeve is generated by clamping screws in the design shown in Fig.1 and by a hydraulic chamber in the design shown in Fig.2.
Zur Demontage der Ausführung nach Fig.1 werden die Spannschrauben gelöst. Der Konus in der Trennfuge zwischen Hülse und Nabe ist nicht selbsthemmend ausgeführt, so dass die Nabe selbsttätig von der Hülse rutscht.To dismantle the version shown in Fig. 1, the clamping screws are loosened. The cone in the joint between the sleeve and the hub is not self-locking, so the hub slips off the sleeve automatically.
Bei der in Fig.2 dargestellten Bauart ist eine zweite Hydraulikkammer installiert, welche zur Demontage eine axiale, zum kleinen Durchmesser des Konus weisende, Kraft aufIn the design shown in Fig.2, a second hydraulic chamber is installed, which applies an axial force to the small diameter of the cone for disassembly.
die Nabe erzeugt. Dadurch wird die Nabe gegen die Selbsthemmung in der konischen Trennfuge zwischen Nabe und Hülse von der Hülse geschoben.
Als externe Werkzeuge zur Montage und Demontage der Schrumpfscheiben sind nur Schraubenschlüssel oder Hydraulikpumpen nötig.the hub. This pushes the hub away from the sleeve against the self-locking mechanism in the conical joint between the hub and the sleeve.
The only external tools required for assembling and disassembling the shrink discs are wrenches or hydraulic pumps.
Die Integration der Vorrichtungen zur Erzeugung der Axialkraft für Montage und Demontage erfordert einen sehr hohen Aufwand und führt dadurch zu deutlich höheren Fertigungskosten. Gemessen daran, dass bei einer geplanten Laufzeit von 20 Jahren der Montage- bzw. Demontagevorgang nur ein- bis zweimal ausgeführt werden soll, ist der Aufwand zur Integration dieser Vorrichtungen ökonomisch unangemessen.
Die Montage der Schrumpfscheibe auf der Hohlwelle erfordert bei der Bauart nach Fig.1 einen hohen Zeitaufwand, da die in großer Anzahl auf dem Umfang verteilten Spannschrauben etappenweise bis zum maximalen Montagedrehmoment festgezogen werden müssen, um ein ungleichmäßiges Verspannen der Schrumpfscheibe zu verhindern. Zudem müssen Pausen eingehalten werden, welche durch Setzvorgänge der Schraubenverbindungen und das erforderliche Nachspannen bedingt sind. Die Montage einer Schrumpfscheibe mit ca. 600mm Innendurchmesser (=Außendurchmesser der Hohlwelle) erfordert deshalb einen Zeitaufwand von etwa zwei Stunden.The integration of the devices for generating the axial force for assembly and disassembly requires a great deal of effort and therefore leads to significantly higher production costs. Given that the assembly and disassembly processes are only to be carried out once or twice over a planned service life of 20 years, the effort required to integrate these devices is economically unreasonable.
The installation of the shrink disk on the hollow shaft requires a lot of time in the design shown in Fig. 1, as the large number of clamping screws distributed around the circumference must be tightened step by step to the maximum installation torque in order to prevent uneven tensioning of the shrink disk. In addition, breaks must be observed, which are caused by the setting processes of the screw connections and the necessary re-tightening. The installation of a shrink disk with an inner diameter of approx. 600 mm (= outer diameter of the hollow shaft) therefore requires a time expenditure of around two hours.
Eine Schrumpfscheibe nach Fig.2 hat durch die Integration der Hydraulikkammer zur Erzeugung der Montagekraft eine deutlich größere Baulänge als der zur Erzeugung der radialen Pressung erforderliche Konus. Durch die größere Baulänge ist auch eine längere Hohlwelle erforderlich, um den Einbauraum für die Schrumpfscheibe bereit zu stellen. Die Masse und das Trägheitsmoment der Anlage nehmen zu, wodurch sich in gewissen Anwendungsfällen negative Auswirkungen auf den Betrieb auswirken können.Due to the integration of the hydraulic chamber to generate the assembly force, a shrink disc according to Fig. 2 has a significantly longer overall length than the cone required to generate the radial pressure. Due to the longer overall length, a longer hollow shaft is also required to provide the installation space for the shrink disc. The mass and the moment of inertia of the system increase, which can have a negative impact on operation in certain applications.
Die Erfindung begegnet diesen Problemen dadurch, dass die Montage-Axialkraft durch ein externes, vorzugsweise im Wesentlichen ringförmiges und einfach oder mehrfach geteiltes Werkzeug aufgebracht wird.The invention addresses these problems by applying the assembly axial force by an external, preferably substantially annular and singly or multiply divided tool.
Dieses Werkzeug wird formschlüssig und/ oder kraftschlüssig mit der Hohlwelle verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung wird vorzugsweise durch Zugschrauben erreicht, die in die Stirnseite der Hohlwelle eingeschraubt werden, und die das Werkzeug gegen die Hohlwelle ziehen und dadurch an dieser sichern.This tool is connected to the hollow shaft in a form-fitting and/or force-fitting manner. A force-fitting connection is preferably achieved by tension screws that are screwed into the front of the hollow shaft and that pull the tool against the hollow shaft, thereby securing it to it.
Eine formschlüssige Verbindung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass ein Absatz an der Innenfläche des Werkzeuges in eine umlaufende, radiale Nut in der Außenfläche der Hohlwelle eingreift.A positive connection is preferably achieved by a shoulder on the inner surface of the tool engaging in a circumferential, radial groove in the outer surface of the hollow shaft.
Die Montage-Axialkraft wird vorzugsweise durch eine Anzahl von hydraulischen Axialkolben aufgebracht. Alternativ können aber auch axiale Druckschrauben, Keilmechanismen oder Hebelmechanismen verwendet werden.The assembly axial force is preferably applied by a number of hydraulic axial pistons. Alternatively, axial pressure screws, wedge mechanisms or lever mechanisms can be used.
Die Kupplungseinheit besteht aus einer dickwandigen, innenkonische Nabe, in welche durch die Montage-Axialkraft des Werkzeuges eine dünnwandige, außenkonische Hülse eingeschoben wird. Die Hülse weist vorzugsweise eine zylindrische Innenfläche auf, mit der sie auf der vorzugsweise kongruenten Außenfläche der Hohlwelle aufliegt. Aufgrund der konischen Trennfuge zwischen Hülse und Nabe wird durch die bei der Montage erfolgende Axialbewegung der Hülse eine radiale, elastische Aufweitung der Nabe bewirkt. Die dadurch entstehenden Zugspannungen im Nabenkörper bewirken ein radiales Aufpressen der Hülse auf die Hohlwelle. Die Hohlwelle wird dadurch radial zusammen-gedrückt und auf die Vollwelle aufgepresst.The coupling unit consists of a thick-walled, internally conical hub into which a thin-walled, externally conical sleeve is inserted by the assembly axial force of the tool. The sleeve preferably has a cylindrical inner surface with which it rests on the preferably congruent outer surface of the hollow shaft. Due to the conical joint between the sleeve and the hub, the axial movement of the sleeve during assembly causes a radial, elastic expansion of the hub. The resulting tensile stresses in the hub body cause the sleeve to be pressed radially onto the hollow shaft. The hollow shaft is thereby compressed radially and pressed onto the solid shaft.
Bei der Montage wird die Kupplungseinheit durch die aufgebrachte axiale Montagekraft auf der Hohlwelle verschoben, bis sich die Nabe mit ihrer, von dem freien Ende der Hohlwelle fort weisenden Stirnfläche axial an eine Schulter der Hohlwelle anlegt. Mittels einer, vorzugsweise in diese Stirnfläche der Nabe eingelassene Axialdichtung sowie durch die Ausgestaltung von Nabe, Hülse und Hohlwelle wird zwischen der Wellenschulter und der Kupplungseinheit eine Hydraulikkammer ausgebildet. Zur Demontage der Kupplungseinheit wird diese Hydraulikkammer mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, wodurch die, der Wellenschulter zugewandte Stirnseite der Hülse als Ringkolbenfläche wirkt. Die dadurch erzeugte axiale Kraft treibt die Hülse zu der Seite des größeren Durchmessers der konischen Trennfuge von Nabe und Hülse. Über den Konus wird die Aufweitung der Nabe und damit die radiale Pressung der Hülse auf die Hohlwelle verringert, so dass die Verbindung zwischen den Wellenenden gelöst wird.
Ist eine entsprechend hohe Wellenschulter konstruktiv nicht realisierbar oder ihre Herstellung unwirtschaftlich, wird vorzugsweise eine Zwischenscheibe montiert, die die Anlagefläche zur Ausbildung der beschriebenen Hydraulikkammer bereitstellt.
Die Zwischenscheibe ist durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine formschlüssige Verbindung, axial auf der Hohlwelle fixiert und vorzugsweise über einen Dichtring radial zu der Außenfläche der Hohlwelle abgedichtet. Eine Zwischenscheibe ist auch dann einzusetzen, wenn die Anlagefläche der Wellenschulter eine für die Abdichtung der Hydraulikkammer zu raue Oberfläche aufweist.During assembly, the coupling unit is moved on the hollow shaft by the applied axial assembly force until the hub, with its front face pointing away from the free end of the hollow shaft, axially rests against a shoulder of the hollow shaft. By means of an axial seal, preferably embedded in this front face of the hub, and the design of the hub, sleeve and hollow shaft, a hydraulic chamber is formed between the shaft shoulder and the coupling unit. To disassemble the coupling unit, this hydraulic chamber is pressurized with hydraulic fluid, whereby the front side of the sleeve facing the shaft shoulder acts as an annular piston surface. The axial force generated in this way drives the sleeve to the side of the larger diameter of the conical parting line between the hub and sleeve. The cone reduces the expansion of the hub and thus the radial pressure of the sleeve on the hollow shaft, so that the connection between the shaft ends is released.
If a correspondingly high shaft shoulder cannot be constructed or its production is uneconomical, an intermediate disk is preferably mounted, which provides the contact surface for the formation of the hydraulic chamber described.
The intermediate disk is fixed axially to the hollow shaft by suitable measures, for example by a positive connection, and is preferably sealed radially to the outer surface of the hollow shaft by a sealing ring. An intermediate disk must also be used if the contact surface of the shaft shoulder has a surface that is too rough to seal the hydraulic chamber.
Um während der Montage und Demontage der Kupplungseinheit die Reibung zwischen den Kontaktflächen von Nabe und Hülse sowie Hülse und Hohlwelle zu minimieren undIn order to minimize friction between the contact surfaces of hub and sleeve as well as sleeve and hollow shaft during assembly and disassembly of the coupling unit and
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damit die erforderlichen axialen Montage- und Demontagekräfte zu verringern, wird vorzugsweise eine Druckflüssigkeit in die Trennfuge zwischen Hohlwelle und Hülse sowie in die Trennfuge zwischen Hülse und Nabe gepresst.In order to reduce the required axial assembly and disassembly forces, a hydraulic fluid is preferably pressed into the joint between the hollow shaft and the sleeve as well as into the joint between the sleeve and the hub.
Durch geeignete Wahl des Kegelverhältnisses der konischen Flächen von Nabe und Hülse sowie durch den Reibwiderstand in den nicht mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Trennfugen zwischen Hohlwelle, Hülse und Nabe wird eine Selbsthemmung der Kupplungseinheit gegen axiale Lösevorgänge erreicht. Diese Hemmung gestattet es, während des Betriebes auf eine zusätzliche axiale Sicherung zwischen Nabe und Hülse zu verzichten.By selecting the appropriate taper ratio of the conical surfaces of the hub and sleeve, as well as the frictional resistance in the joints between the hollow shaft, sleeve and hub that are not exposed to hydraulic fluid, the coupling unit is self-locking against axial loosening. This locking means that additional axial locking between the hub and sleeve is not required during operation.
Bei entsprechender Auslegung der Bauteilgeometrien bewirkt selbst das Einpressen von Druckflüssigkeit in die Trennfugen nicht ein selbsttätiges Lösen der Baueinheit aufgrund der Zugkräfte in der Nabe. Die Hülse kann deshalb nicht unkontrolliert aus der Nabe herausrutschen, sondern wird durch das Einpressen von Flüssigkeit in die Hydraulikkammer kontrolliert axial verschoben.If the component geometry is designed accordingly, even the injection of hydraulic fluid into the joints does not cause the assembly to automatically come loose due to the tensile forces in the hub. The sleeve cannot therefore slip out of the hub in an uncontrolled manner, but is axially displaced in a controlled manner by the injection of fluid into the hydraulic chamber.
Alternativ zu dem Einpressen von Druckflüssigkeit in die Trennfugen zwischen Nabe und Hülse sowie Hülse und Hohlwelle ist das Aufbringen von reibungsmindernden Schichten, wie zum Beispiel PTFE, in diesen Trennfugen denkbar, um die axialen Montage- und Demontagekräfte zu verringern.As an alternative to injecting hydraulic fluid into the joints between the hub and sleeve and the sleeve and the hollow shaft, it is conceivable to apply friction-reducing layers, such as PTFE, to these joints in order to reduce the axial assembly and disassembly forces.
Unter Umständen wird durch diese Maßnahme aber der beschriebenen Selbsthemmung der Kupplungseinheit entgegengewirkt, so dass eine axiale Sicherung zwischen Nabe und Hülse während des Betriebes erforderlich ist. Ebenso ist es dann möglich, dass bei der Demontage die Hülse gegen unkontrolliertes Herausrutschen gesichert werden muss. Dieses könnte beispielsweise dadurch geschehen, dass das Montagewerkzeug wieder an die Hohlwelle angebaut wird und die Hydraulikkolben an der Hülse mit gewissem Druck zur Anlage gebracht werden. Während dann in die Hydraulikkammer der Kupplungseinheit Druckflüssigkeit eingepresst wird, wird der Druck an den Hydraulikkolben des Montagewerkzeuges langsam abgelassen, so dass die Hülse unter axialer Gegenkraft kontrolliert aus der Nabe heraus geschoben wird.However, this measure may counteract the self-locking of the clutch unit described, so that an axial lock between the hub and the sleeve is required during operation. It is also possible that the sleeve must be secured against uncontrolled slipping out during disassembly. This could be done, for example, by refitting the assembly tool to the hollow shaft and bringing the hydraulic pistons onto the sleeve with a certain amount of pressure. While hydraulic fluid is then pressed into the hydraulic chamber of the clutch unit, the pressure on the hydraulic pistons of the assembly tool is slowly released so that the sleeve is pushed out of the hub in a controlled manner under axial counterforce.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer beschriebenen Kupplungseinheit ist in Fig.3 dargestellt:A preferred embodiment of a described coupling unit is shown in Fig.3:
Die Hülse (2) der Kupplungseinheit ist mit ihrer vorzugsweise zylindrischen Innenfläche (14) auf der kongruenten Außenfläche (15) der Hohlwelle (4) angeordnet. In die Hohlwelle (4) ist die Vollwelle (3) eingesteckt, wobei die vorzugsweise zylindrische Innenfläche (22) der Hohlwelle (4) an der vorzugsweise kongruenten Außenfläche (23) der Vollwelle (3) anliegt. Die Hülse (2) weist eine konische Außenfläche (24) auf, auf der sich die, mit einem dazu kongruenten Konus versehene Innenfläche (25) der Nabe (1) abstützt. Die Nabe (1) weist mit ihrer Stirnseite (1a) auf die Wellenschulter (16) der Hohlwelle (4) zu. Der Ringkörper (7) des Montagewerkzeugs weist vorzugsweise eine Anzahl von wenigstens zwei radialen Teilungen auf und ist mit einer Anzahl von Zugschrauben (8) axial an der Stirnseite (4a) der Hohlwelle (4) befestigt. Die axialen Montagekräfte werden von einer Anzahl von Hydraulikzylindern aufgebracht, welche im Wesentlichen aus Kolben (9) und Zylinderbohrungen (26) mit Druckanschlüssen (26a) bestehen. Die Zylinderbohrungen (26) sind vorzugsweise unmittelbar in den Ringkörper (7) eingearbeitet. Durch ein Beaufschlagen der Zylinderbohrungen (26) mit Druckflüssigkeit üben die Kolben (9) eine axiale Kraft auf die ihnen zugewandte Stirnseite (2a) der Hülse (2) auf, wodurch diese axial auf der Hohlwelle (4) verschoben wird. Über den Kontakt der konischen Außenfläche (24) der Hülse (2) mit der konischen Innenfläche (25) der Nabe (1) wird die Nabe (1) von der Hülse (2) axial mitgenommen, bis sie mit ihrer Stirnseite (1a) an der Wellenschulter (16) zur Anlage kommt. Die weitere axiale Verschiebung der Hülse (2) auf der Hohlwelle (4) bewirkt über die Konizität der Außenfläche (24) und der Innenfläche (25) ein radiales Aufweiten der Nabe (1). Die elastische Dehnung des Materials der Nabe (1) bewirkt radiale, nach innen gerichtete Kräfte in der Nabe (1), welche über die Innenfläche (25) der Nabe (1) und die Außenfläche (24) der Hülse (2) in die Hülse (2) eingeleitet werden und diese radial zusammendrücken. Die radialen Druckkräfte werden von der Hülse (2) auf die Hohlwelle (4) übertragen und bewirken das radiale Aufpressen der Innenfläche (22) der Hohlwelle (4) auf die Außenfläche (23) der Vollwelle (3). Dadurch entsteht ein Reibschluss zwischen Hohlwelle (4) und Vollwelle (3), welcher Kräfte und Drehmomente übertragen kann.The sleeve (2) of the coupling unit is arranged with its preferably cylindrical inner surface (14) on the congruent outer surface (15) of the hollow shaft (4). The solid shaft (3) is inserted into the hollow shaft (4), with the preferably cylindrical inner surface (22) of the hollow shaft (4) resting on the preferably congruent outer surface (23) of the solid shaft (3). The sleeve (2) has a conical outer surface (24) on which the inner surface (25) of the hub (1), which is provided with a congruent cone, is supported. The hub (1) faces the shaft shoulder (16) of the hollow shaft (4) with its front side (1a). The ring body (7) of the assembly tool preferably has a number of at least two radial divisions and is axially fastened to the front side (4a) of the hollow shaft (4) with a number of tension screws (8). The axial assembly forces are applied by a number of hydraulic cylinders, which essentially consist of pistons (9) and cylinder bores (26) with pressure connections (26a). The cylinder bores (26) are preferably machined directly into the ring body (7). By pressurizing the cylinder bores (26) with hydraulic fluid, the pistons (9) exert an axial force on the end face (2a) of the sleeve (2) facing them, whereby the sleeve is displaced axially on the hollow shaft (4). The hub (1) is axially carried along by the sleeve (2) via the contact of the conical outer surface (24) of the sleeve (2) with the conical inner surface (25) of the hub (1) until its end face (1a) comes into contact with the shaft shoulder (16). The further axial displacement of the sleeve (2) on the hollow shaft (4) causes a radial expansion of the hub (1) via the conicity of the outer surface (24) and the inner surface (25). The elastic expansion of the material of the hub (1) causes radial, inward-directed forces in the hub (1), which are introduced into the sleeve (2) via the inner surface (25) of the hub (1) and the outer surface (24) of the sleeve (2), compressing it radially. The radial pressure forces are transferred from the sleeve (2) to the hollow shaft (4) and cause the inner surface (22) of the hollow shaft (4) to be pressed radially onto the outer surface (23) of the solid shaft (3). This creates a frictional connection between the hollow shaft (4) and the solid shaft (3), which can transmit forces and torques.
Die Hülse (2) und die Nabe (1) sind derart ausgestaltet, dass bei fertig montierter Kupplungseinheit eine Hydraulikkammer (18) entsteht, welche durch die axiale Anlage der Stirnseite (1a) der Nabe (1) an der Wellenschulter (16) abgeschlossen wird. Die Dichtwirkung wird vorzugsweise durch den Einsatz eines zusätzlichen axialenThe sleeve (2) and the hub (1) are designed in such a way that when the coupling unit is fully assembled, a hydraulic chamber (18) is created, which is closed off by the axial contact of the front side (1a) of the hub (1) on the shaft shoulder (16). The sealing effect is preferably achieved by using an additional axial
· a · a
Dichtelementes (17) zwischen der Stirnseite (1a) und der Wellenschulter (16) erwirkt. Zur Demontage der Kupplungseinheit wird die Hydraulikkammer (18) über eine Zuleitung (19) mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, wodurch über die Stirnfläche (2b) der Hülse (2) eine axiale Kraft aufgebaut wird, welche die Hülse (2) von der Wellenschulter (16) fort verschiebt. Durch diese axiale Bewegung reduziert sich die radiale Aufweitung der Nabe (1), was die Verringerung der radialen Verpressung zwischen der Hohlwelle (4) und der Vollwelle (3) zur Folge hat.Sealing element (17) between the front face (1a) and the shaft shoulder (16). To dismantle the coupling unit, the hydraulic chamber (18) is pressurized with hydraulic fluid via a supply line (19), whereby an axial force is built up via the front face (2b) of the sleeve (2), which pushes the sleeve (2) away from the shaft shoulder (16). This axial movement reduces the radial expansion of the hub (1), which results in a reduction in the radial compression between the hollow shaft (4) and the solid shaft (3).
Zur Verringerung der benötigten axialen Montage- und Demontagekräfte ist vorzugsweise vorgesehen, in die Trennfuge (28) zwischen der zylindrischen Innenfläche (14) der Hülse (2) und der kongruenten Außenfläche (15) der Hohlwelle (4) sowie in die Trennfuge (27) zwischen der konischen Innenfläche (25) der Nabe (1) und der kongruenten Außenfläche (24) der Hülse (2) über jeweils eine Zuleitung (12, 13) eine Druckflüssigkeit zuzuführen. Auf diese Weise wird bei entsprechend hohem Druck der Druckflüssigkeit erreicht, dass in den Trennfugen (27, 28) die Festkörperreibung und die dadurch verursachten axialen Widerstandskräfte bei axialer Relativbewegung zwischen der Hülse (2) und der Hohlwelle (4) sowie zwischen der Hülse (2) und der Nabe (1) stark verringert werden.In order to reduce the axial assembly and disassembly forces required, it is preferably provided to supply a hydraulic fluid via a feed line (12, 13) into the parting line (28) between the cylindrical inner surface (14) of the sleeve (2) and the congruent outer surface (15) of the hollow shaft (4) and into the parting line (27) between the conical inner surface (25) of the hub (1) and the congruent outer surface (24) of the sleeve (2). In this way, at a sufficiently high pressure of the hydraulic fluid, the solid body friction in the parting lines (27, 28) and the axial resistance forces caused thereby during axial relative movement between the sleeve (2) and the hollow shaft (4) and between the sleeve (2) and the hub (1) are greatly reduced.
Bei der Montage der Kupplungseinheit wird die Hülse (2) so weit axial in die Nabe (1) eingeschoben, bis durch das beschriebene radiale Aufweiten der Nabe (1) die festgelegte Pressung zwischen Hohlwelle (4) und Vollwelle (3) erreicht ist. Dann wird der Flüssigkeitsdruck in den Trennfugen (27, 28) bis auf Atmosphärendruck verringert, so dass die Innenfläche (14) der Hülse (2) und die Außenfläche (15) der Hohlwelle (4) sowie die Außenfläche (24) der Hülse (2) und die Innenfläche (25) der Nabe (1) zur Anlage kommen. Die Montage der Kupplungseinheit ist damit abgeschlossen. Danach wird der Druck in den Zylinderbohrungen (26) des Montagewerkzeuges abgelassen, und das Montagewerkzeug wird von der Hohlwelle (4) entfernt. Die Wellenverbindung ist betriebsbereit.When assembling the coupling unit, the sleeve (2) is pushed axially into the hub (1) until the specified pressure between the hollow shaft (4) and the solid shaft (3) is achieved by the described radial expansion of the hub (1). The fluid pressure in the joints (27, 28) is then reduced to atmospheric pressure so that the inner surface (14) of the sleeve (2) and the outer surface (15) of the hollow shaft (4) as well as the outer surface (24) of the sleeve (2) and the inner surface (25) of the hub (1) come into contact. The assembly of the coupling unit is thus completed. The pressure in the cylinder bores (26) of the assembly tool is then released and the assembly tool is removed from the hollow shaft (4). The shaft connection is ready for operation.
Die Bauteilgeometrien und die Drücke der Druckflüssigkeit in den Trennfugen (27, 28) sind vorzugsweise derart gewählt, dass die axialen Widerstandskräfte in den Trennfugen (27, 28) um einiges höher sind als die axialen Kräfte, welche aus den radialen Kräften in der Nabe (1) und aus dem Winkel der konischen Außenfläche (24) der Hülse (2) und der konischen Innenfläche (25) der Nabe (1) resultieren. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei der Demontage der Kupplungseinheit eine axiale Bewegung der Hülse (2) erst durch Einpressen von Druckflüssigkeit in die Hydraulikkammer (18) bewirkt wird; ein unkontrolliertes Herausrutschen der Hülse (2)The component geometries and the pressures of the hydraulic fluid in the joints (27, 28) are preferably selected such that the axial resistance forces in the joints (27, 28) are considerably higher than the axial forces resulting from the radial forces in the hub (1) and from the angle of the conical outer surface (24) of the sleeve (2) and the conical inner surface (25) of the hub (1). In this way, it is achieved that when dismantling the coupling unit, an axial movement of the sleeve (2) is only brought about by pressing hydraulic fluid into the hydraulic chamber (18); an uncontrolled slipping out of the sleeve (2)
aus der Nabe (1) wird so verhindert. Es ist deshalb nicht notwendig, das Montagewerkzeug zur Demontage der Kupplungseinheit an der Hohlwelle (4) anzubringen, um durch langsames Ablassen von Druckflüssigkeit aus den Hydraulikzylindern die Hülse (2) kontrolliert axial zu verschieben. Des Weiteren kann bei geeigneten Betriebsbedingungen (Vibrationen, Stöße, Biegebelastungen) auf eine axiale Sicherung der Hülse (2) an der Nabe (1) im Betrieb verzichtet werden.from the hub (1) is thus prevented. It is therefore not necessary to attach the assembly tool for disassembling the coupling unit to the hollow shaft (4) in order to move the sleeve (2) axially in a controlled manner by slowly draining pressure fluid from the hydraulic cylinders. Furthermore, under suitable operating conditions (vibrations, impacts, bending loads) there is no need to axially secure the sleeve (2) to the hub (1) during operation.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer beschriebenen Kupplungseinheit ist in Fig.4 dargestellt:Another preferred embodiment of a described coupling unit is shown in Fig.4:
Aufbau und Funktion entsprechen im Wesentlichen dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel, im Unterschied dazu ist hier der Ringkörper (7) des Montagewerkzeugs über eine formschlüssige Verbindung an der Hohlwelle (4) befestigt.The structure and function essentially correspond to the embodiment shown in Fig.3, in contrast to this, the ring body (7) of the assembly tool is attached to the hollow shaft (4) via a positive connection.
Die formschlüssige Verbindung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass ein an der vorzugsweise zylindrischen Innenfläche (7a) des Ringkörpers (7) radial umlaufender Steg (7b) in eine entsprechende Nut (4b) in der vorzugsweise zylindrischen Außenfläche (15) der Hohlwelle (4) eingreift.The positive connection is preferably achieved in that a web (7b) running radially around the preferably cylindrical inner surface (7a) of the annular body (7) engages in a corresponding groove (4b) in the preferably cylindrical outer surface (15) of the hollow shaft (4).
Die axialen Montagekräfte werden von einer Anzahl von Druckschrauben (11) aufgebracht, welche in axial ausgerichteten Gewindebohrungen (7c) mit dem Ringkörper (7) verbunden sind. Die Gewindebohrungen (7c) sind vorzugsweise unmittelbar in den Ringkörper (7) eingearbeitet. Durch ein Einschrauben der Druckschrauben (11) in die Gewindebohrungen (7c) wird eine axiale Kraft auf die ihnen zugewandte Stirnseite (2a) der Hülse (2) aufgebracht, wodurch die Hülse (2) axial auf der Hohlwelle (4) verschoben wird.The axial assembly forces are applied by a number of pressure screws (11) which are connected to the ring body (7) in axially aligned threaded holes (7c). The threaded holes (7c) are preferably machined directly into the ring body (7). By screwing the pressure screws (11) into the threaded holes (7c), an axial force is applied to the end face (2a) of the sleeve (2) facing them, whereby the sleeve (2) is displaced axially on the hollow shaft (4).
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer beschriebenen Kupplungseinheit ist in Fig.5 dargestellt:Another preferred embodiment of a described coupling unit is shown in Fig.5:
Aufbau und Funktion entsprechen im wesentlichen den in Fig.3 und Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispielen, im Unterschied dazu liegt hier die Stirnfläche (1a) der Nabe (1) an einer, mit der Hohlwelle (4) über eine kleine Wellenschulter (16) axial fixierten Zwischenscheibe (20) an. Durch die Ausgestaltung von Hülse (2), Nabe (1), Hohlwelle (4) und Zwischenscheibe (20) wird eine Hydraulikkammer (18) ausgebildet, welche die bereits bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 beschriebene Funktion bei der Demontage der Kupplungseinheit erfüllt. Die Stirnseite (1a) der Nabe (1) ist über ein separates Dichtelement (17) axial gegen die Zwischenscheibe (20) abgedichtet. UmThe structure and function correspond essentially to the embodiments shown in Fig.3 and Fig.4, in contrast to this the front face (1a) of the hub (1) rests against an intermediate disk (20) which is axially fixed to the hollow shaft (4) via a small shaft shoulder (16). The design of the sleeve (2), hub (1), hollow shaft (4) and intermediate disk (20) forms a hydraulic chamber (18) which fulfils the function already described in the embodiment according to Fig.3 when dismantling the clutch unit. The front face (1a) of the hub (1) is axially sealed against the intermediate disk (20) via a separate sealing element (17).
eine Abdichtung der Zwischenscheibe (20) zu der Hohlwelle (4) zu erreichen, ist vorzugsweise ein separates Dichtelement (21) vorgesehen, welches radial zwischen der Innenfläche (20a) der Zwischenscheibe (20) und der Außenfläche (15) der Hohlwelle (4) abdichtet.In order to achieve a seal between the intermediate disk (20) and the hollow shaft (4), a separate sealing element (21) is preferably provided which seals radially between the inner surface (20a) of the intermediate disk (20) and the outer surface (15) of the hollow shaft (4).
Diese Ausführung kommt dann zur Anwendung, wenn die Ausbildung einer, für das Ausbilden der Hydraulikkammer (18) ausreichend hohen Wellenschulter (16) technisch nicht möglich oder finanziell nicht sinnvoll ist.This design is used when the formation of a shaft shoulder (16) that is sufficiently high for the formation of the hydraulic chamber (18) is not technically possible or not financially viable.
Kupplungseinheit zur Erzeugung eines zylindrischen Pressverbandes zwischen zwei freien WellenendenCoupling unit for creating a cylindrical interference fit between two free shaft ends
BezeichnungenDesignations
J I j## "·** ··· ··· ·· ····J I j ## "·** ··· ··· ·· ····
(20a) : Innenfläche (der Ringes (20))(20a) : inner surface (of the ring (20))
(21) : Dichtungselement(21) : Sealing element
(22) : Innenfläche (der Hohlwelle (4))(22) : Inner surface (of the hollow shaft (4))
(23) : Außenfläche (der Vollwelle (3))(23) : Outer surface (of the solid shaft (3))
(24) : konische Außenfläche (der Hülse (2))(24) : conical outer surface (of the sleeve (2))
(25) : konische Innenfläche (der Nabe (1))(25) : conical inner surface (of the hub (1))
(26) : Zylinderbohrung, Bohrung (26a) : Druckanschluß(26) : cylinder bore, bore (26a) : pressure connection
(27) : Trennfuge(27) : Separation joint
(28) : Trennfuge(28) : Separation joint
Claims (31)
die axiale Kraft zur Montage der Kupplungseinheit aufgebracht wird durch ein externes Werkzeug, welches nur zur Montage und Demontage der Kupplungseinheit kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Hohlwelle (4) verbunden wird,
und dass die Nabe (1) mit ihrer Stirnseite (1a) axial an einer Wellenschulter (16) der Hohlwelle (4) oder an einem, mit der Hohlwelle (4) axial fest verbundenem Ring (20) anliegt, wobei durch die Ausgestaltung von Nabe (1), Hülse (2) und Hohlwelle (4) bzw. Ring (20) eine Hydraulikkammer (18) ausgebildet wird. 1. Coupling unit for producing a cylindrical interference fit between a hollow shaft ( 4 ) and a solid shaft ( 3 ) inserted into the hollow shaft as described, comprising:
the axial force for assembling the coupling unit is applied by an external tool which is connected to the hollow shaft ( 4 ) in a force-locking and/or form-locking manner only for assembling and disassembling the coupling unit,
and that the hub ( 1 ) rests with its front side ( 1a ) axially on a shaft shoulder ( 16 ) of the hollow shaft ( 4 ) or on a ring ( 20 ) axially fixedly connected to the hollow shaft ( 4 ), wherein a hydraulic chamber ( 18 ) is formed by the design of the hub ( 1 ), sleeve ( 2 ) and hollow shaft ( 4 ) or ring ( 20 ).
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