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Ausbildung von mit Ausnehmungen versehenen Maschinen-und Bauteilen aller Art.
Die bei Maschinen-und Bauteilen aller Art vielfach notwendige Anordnung von Ausnehmungen, Bohrlöchern u. dgl. wirkt sich bei Beanspruchung der Bauteile durch äussere Kräfte nicht nur durch die hiedurch bedingte Querschnittsverringerung nachteilhaft aus, sondern besonders auch deshalb, weil der durch die Ausnehmungen aus seinem normalen Verlauf abgelenkte Kraftfluss sich nicht gleichmässig über den verbleibenden Querschnitt aufteilt, sondern in der unmittelbaren Umgebung der Ausnehmungen erhöhte Beanspruchung des Materials bedingt.
Es konnte festgestellt werden, dass Ausnehmungen mit länglichem (elliptische, ovalem) Querschnitt, deren Querschnittslängsachse in der Richtung des Kraftflusses verläuft, geringere Ungleichmässigkeiten in der Spannungsverteilung zur Folge haben, wie Ausnehmungen mit kreisrundem oder quer zur Kraftlinienrichtung sich erstrekkendem Querschnitt. Nun ist aber insbesondere die kreisrunde Form der Ausnehmungen teils aus herstellungstechnischen Gründen, teils wegen einer etwa geforderten gelenkigen Beweglichkeit der in den Ausnehmungen befestigten weiteren Bauteile sehr bevorzugt oder gar nicht zu umgehen.
Zweck der Erfindung ist es nun, durch entsprechende Ausbildung der Bauteile in der Umgebung der Aus-
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des Kraftflusses vor bzw. hinter den Ausnehmungen Unstetigkeiten im Material des Bauteiles, z. B. weitere Ausnehmungen, Schlitze oder Einsatzstücke aus anderem Material, vorgesehen sind, die so geformt sind, dass sie den Kraftfluss allmählich aus dem Bereiche der Ausnehmung ablenken. Hiedurch wird eine Anhäufung der Kraftlinien in der unmittelbaren Umgebung der Ausnehmungen vermieden und der Kraftfluss möglichst gleichmässig über den ganzen zur Verfügung stehenden Querschnitt verteilt.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen stabförmige durehlochte Bauteile mit erfindungsgemäss angeordneten Materialunterbrechungen in der Umgebung der Ausnehmungen samt dem Kraftlinienverlauf innerhalb des Stabes bei Zugbeanspruchung in der Längsrichtung. Fig. 4 stellt zum Vergleich den Kraftlinienverlauf in einem gleichbeanspruchten, lediglich mit einem Rundloch versehenen Stab dar. Die Fig. 5 und 6 zeigen das augeförmig erweiterte Ende eines auf Zug beanspruchten Stabes mit und ohne der erfindungsgemässen Ausbildung zur allmählichen Ablenkung des Kraftflusses.
Im Stab 1 (Fig. 1) ist eine kreisrunde Ausnehmung eingebohrt, die beispielsweise zur Befestigung irgendeines weiteren Bauteiles dienen kann, ohne dass über den Befestigungsbolzen bedeutendere Kräfte übertragen werden. In der Längsrichtung des Stabes ist beiderseits der Bohrung 2 je ein Schlitz 3 in den Stab eingeschnitten. Die Schlitze haben die Form eines gegen die kreisförmige Bohrung offenen, nach der entgegengesetzten Seite sich allmählich verjüngenden Halbovals. Die breiteste Stelle des durch einen Schlitz 3 gebildeten Halbovals ist in der Richtung normal zur Stabachse gemessen kleiner oder höchstens gleich dem Durchmesser der Bohrung 2. Die Herstellung der Schlitze 3 kann vorteilhaft von kleinen Bohrungen 4 am Ende der Schlitze ausgehend durch Sehneiden mittels einer Säge oder eines Schneidbrenners erfolgen.
An Stelle der ovalen Schlitze können auch beiderseits der Ausnehmung 2 weitere kleinere Ausnehmungen angeordnet sein (Fig. 2). Diese werden am einfachsten von kreisrunden Bohrlöchern 5
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gebildet, können aber auch eine dem gewünschten Kraftlinienverlauf mehr sich anpassende ovale oder halboval Form haben, was insbesondere bei den am weitesten von der Ausnehmung 2 abliegenden
Löchern 6 zu empfehlen ist. Die Weite der Ausnehmungen 5, 6 nimmt mit zunehmender Entfernung von der schützenden Hauptausnehmung 2 ab. Die einfachste Lösung vom herstellungstechnischen
Standpunkt aus ergibt sich, wenn vor und hinter der Ausnehmung 2 nur je ein kreisrundes Bohrloch 7 von kleinerem Durchmesser angeordnet wird (Fig. 3).
Die Bohrlöcher vor und hinter der Ausnehmung 2 können untereinander und mit der Hauptausnehmung 2 durch einen Längsschlitz verbunden werden. Auch ein Längsschlitz allein vor bzw. hinter der Ausnehmung 2 angeordnet, bedingt eine Erhöhung der Beanspruehungsfähigkeit im Sinne der Erfindung.
Werden die dargestellten Stäbe auf Zug beansprucht, dann ergeben sich die eingezeichneten
Kraftflussbilder, welchen zu entnehmen ist, dass die Kraftlinien durch die Schlitze bzw. die Löcher 5, 6,7 ganz allmählich abgelenkt werden, so dass sie sich in dem gefährdeten Querschnitt neben der Hauptausnehmung 2 ziemlich gleichmässig verteilen. In Fig. 4 ist zum Vergleich der Kraftlinienverlauf in einem durchlochten Stab dargestellt, der die erfindungsgemässe Ausbildung zum Schutze des gefährdeten Querschnittes nicht zeigt. Hier werden die Kraftlinien erst unmittelbar an der Ausnehmung 2 abgelenkt und liegen daher in der Umgebung der Ausnehmung wesentlich dichter aneinander wie im übrigen Teil des Stabes. Der Stab wird daher an den Stellen 8 der Lochwandung eine erhöhte Beanspruchung aufweisen.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Stäbe, welche eine gleichmässige Beanspruchung des gefährdeten Querschnittes an den Ausnehmungen zeigen, sind deshalb widerstandsfähiger und haben eine höhere Zerreissfestigkeit. Dasselbe Bild erhöhter Widerstandsfähigkeit ergibt sich natürlich auch bei Beanspruchung der Stäbe auf Druck.
Auch bei unmittelbarer Übertragung der Stabkräfte auf einen in der Ausnehmung 2 gelagerten Bolzen kann insbesondere bei Zugkräften die neue Ausgestaltung des Stabes in der Umgebung der Ausnehmung mit Vorteil angewendet werden. So zeigt Fig. 5 einen an dem Bolzen 9 gelagerten, auf Zug beanspruchten Augenstab, der vor der Lagerausnehmung einen länglich halb ovalen Schlitz 10 hat. Das Bild der Kraftlinienverteilung zeigt in Gegenüberstellung zu dem in Fig. 6 dargestellten Kraftflussverlauf in einem gewöhnlichen Augenstab die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemässen Mass- nahme.
Um zu vermeiden, dass die Begrenzungsflächen der Schlitze und Hilfsbohrungen dem Rostangriff ausgesetzt sind, empfiehlt es sich, Schlitze bzw. Bohrungen mit Kitt, Lot oder ähnlichen Füllstoffen auszufüllen. Verwendet man als Füllmittelfür die Hilfsschlitze und-bohrungen ein Material, das geeignet ist, Druckkräfte zu übertragen, das sich aber dabei nicht festhaftend mit den Stabwänden verbindet, so dass über die ausgefüllten Bohrungen keine Zugspannungen verlaufen können, dann eignen sich die erfindungsgemäss ausgestalteten Bauteile auch für wechselnde Zug-und Druckübertragung auf den in der Ausnehmung 2 gelagerten Bolzen, wie sie z. B. an den Lagerköpfen von Schubstangen auftritt.
Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, das Stabmaterial zwischen den Schlitzen"9, 10 und der Hauptausnehmung 2 zu entfernen und durch eingepresste Einsatzstück aus anderm Material zu ersetzen. In Weiterverfolgung dieses Konstruktionsprinzipes ist es auch möglich, in den Stab ein ovales Einsatzstück einzupressen und erst in dieses die Ausnehmung 2 einzubohren.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Ausbildung von mit Ausnehmungen (wie Bohrungen od. dgl. ) versehenen Maschinen-und Bau- teilen aller Art, die durch äussere Kräfte beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Richtung des Kraftflusses vor bzw. hinter den Ausnehmungen Unstetigkeiten im Material des Bauoder Maschinenteiles (z. B. weitere Ausnehmungen, Schlitze oder Einsatzstücke aus anderem Material) vorgesehen sind, die durch ihre Formgebung geeignet sind, den Kraftfluss allmählich aus dem Bereiche der Ausnehmung abzulenken und dadurch eine Anhäufung der Kraftlinien in der unmittelbaren Umgebung der Ausnehmungen und eine übermässige Materialbeanspruchung an diesen Stellen zu verhindern.