DE10042347A1

DE10042347A1 - Zapfen-und Schlitzform mit Reibpassung

Info

Publication number: DE10042347A1
Application number: DE10042347A
Authority: DE
Inventors: Stephane L Mandon
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2001-04-12
Also published as: US6241144B1; JP2001146911A

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren eines ersten Stückes relativ zu einem zweiten Stück in einer vordefinierten Position wird offenbart. Die Vorrichtung hat einen Zapfen und einen Schlitz. Der Zapfen steht entweder von dem ersten Stück oder von dem zweiten Stück vor und definiert eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen. Der Schlitz ist in dem anderen Teil des ersten Stückes und des zweiten Stückes positioniert und definiert eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen. Zumindest eine der Vielzahl von Oberflächen des Zapfens und des Schlitzes wird durch eine im allgemeinen bogenförmige Konfiguration definiert. Zumindest eine der Vielzahl von Oberflächen des Zapfens ist in berührender Reibbeziehung mit mindestens einer der Vielzahl von Oberflächen des Schlitzes.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Positionierung von zwei Materialstücken in einer vorein gerichteten Position und insbesondere auf die Anwendung eines Zapfens und eines Schlitzes mit einer präzisen Kon figuration zum Halten der zwei Stücke in der voreinge richteten Position.

Technischer Hintergrund

Es ist bei vielen unterschiedlichen Herstellprozessen üb lich, zu erfordern, daß die Stücke einer Anordnung in ei ner präzisen Orientierung gelegen sind, und zwar entweder zeitweise oder permanent. Ein weithin verwendetes Verfah ren zur Durchführung dieser Positionierung ist eine Ver bindung mit einem Zapfen und einem Schlitz. Bei dieser Art von Montageverbindung wird der Schlitz in einem der Stücke ausgebildet, und der Zapfen wird am anderen der zusammenzupassenden Stücke ausgebildet. Normalerweise ist die Zapfen- und Schlitzkombination geeignet, um eine nicht berührende Passung zu erreichen, die eine Erleich terung der Montage sicherstellt. Sowohl der Schlitz als auch der Zapfen sind derart bemessen, daß der Zapfen leicht in den Schlitz gleiten wird. Bei derartigen Anwen dungen wird eine rechteckige Querschnittskonfiguration für sowohl den Zapfen als auch den Schlitz verwendet. Das Verfahren mit Zapfen und Schlitz wird normalerweise je doch nicht notwendigerweise verwendet, um Stücke in senk rechter Orientierung zu verbinden.

Es gibt zwei Hauptverfahren, die verwendet werden, um die Stücke unter Verwendung der Zapfen- und Schlitzverbindung zu verbinden. Ein erstes weithin verwendetes Verfahren ist es, einfach den Zapfen in den Schlitz einzuführen. Dieses Verfahren wird im US-Patent 5,190,207 offenbart, welches am 2. März 1993 an Peck und andere ausgegeben wurde. Dieses Verfahren wirkt dahingehend, daß es eine Führung für die relative Positionierung der Stücke vor sieht. Nachdem die anfängliche Positionierung eingerich tet ist, wird ein Befestigungsverfahren, gewöhnlicherwei se Schweißen, verwendet, um fest die Stücke aneinander anzubringen. Beispielsweise wird das Gebiet in der Nähe des Zapfens und des Schlitzes verschweißt, um eine feste Verbindung zu formen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Stücke lose verbunden sind, bevor sie geschweißt werden. Somit ist die Positionierung des Zapfens relativ zum Schlitz und umgekehrt unpräzise und sieht eine größe re Variation der erwünschten voreingerichteten Position vor. Die Verbindung, die aus diesem Befestigungsverfahren resultiert, ergibt eine lose Passung zwischen dem Zapfen und dem Schlitz vor dem Schweißen.

Ein zweites üblicherweise verwendetes Verfahren weist ei nen langgestreckten Zapfen mit einem verengten Halsteil auf, der nahe des Schnittpunktes des Zapfens und des da mit zu verbindenden Stückes gelegen ist, welches den Schlitz enthält. Nachdem der Zapfen in den Schlitz einge führt worden ist, wird der langgestreckte Teil um den verengten Halsteil gedreht. Somit kann der verdrehte Zap fen nicht zurück durch den Schlitz gezogen werden, um die Stücke zu trennen. Die Stücke werden dann permanent ver bunden wie im vorherigen Verfahren, wie beispielsweise durch Schweißen. Sobald die zwei Stücke permanenter ver bunden sind, wird der Zapfen vollständig abgebrochen, und zwar durch Abtrennen oder Reißen am verengten Halsteil. Dieses zweite Verfahren kann präziser sein als das vorhe rige, jedoch ist die Arbeit, die benötigt wird, um die Zapfen zu verdrehen und dann den Rest des Zapfens abzu trennen oder zu reißen, zeitaufwendig. Der Müll, der er zeugt wird, wenn die langgestreckten Zapfen geformt wer den und der abgeschnittene oder abgerissene Zapfen sind genauso eine Verschwendung.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Positionieren eines ersten Stückes rela tiv zu einem zweiten Stück in einer vordefinierten Posi tion vorgesehen. Die Vorrichtung hat einen Zapfen und ei nen Schlitz. Der Zapfen steht von entweder dem ersten Stück oder dem zweiten Stück vor und definiert eine vor eingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Ober flächen. Der Schlitz ist in dem anderen Teil des ersten und des zweiten Stückes positioniert und definiert eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen. Zumindest eine der Vielzahl von Oberflächen des Zapfens und des Schlitzes wird durch eine im allge meinen bogenförmige Konfiguration definiert. Zumindest eine der Vielzahl von Oberflächen des Zapfens ist in be rührender Reibbeziehung mit mindestens einer der Vielzahl von Oberflächen des Schlitzes.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Positionierung eines ersten Stüc kes relativ zu einem zweiten Stück in einer vorbestimmten Position vorgesehen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. Die Schritte weisen die Ausbildung eines Zapfens auf, wobei der Zapfen von entweder dem ersten Stück oder dem zweiten Stück vorsteht, und das Definieren einer voreingerichteten Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen; und die Ausbildung eines Schlitzes, wo bei der Schlitz in dem anderen Teil des ersten Stückes und des zweiten Stückes positioniert ist und eine vorein gerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflä chen definiert. Zumindest eine der Oberflächen des Zap fens und des Schlitzes wird durch eine im allgemeinen bo genförmige Konfiguration definiert. In einem anderen Schritt wird der Zapfen in den Schlitz eingeführt. Dies hat zur Folge, daß der Schlitz zumindest eine der Viel zahl von Oberflächen des Zapfens mit mindestens einer der Vielzahl von Oberflächen des Schlitzes in Reibbeziehung berührt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Ausschnittsansicht eines Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung aufgenom men entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ausschnittsansicht eines weiteren Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung 2 zur Positionierung eines ersten Stückes 4 mit Bezug auf ein zweites Stück 6 in einer vorbestimmten Position ge zeigt. Die Vorrichtung 2 besteht aus einem Zapfen 8 und einem Schlitz 10. Der Zapfen steht von dem Stück 4 vor und besteht aus einer Vielzahl von Oberflächen 14-18, die zumindest eine Zapfenoberseite 14, zumindest eine Zapfen endfläche 16 und zumindest eine Zapfenseitenfläche 18 aufweisen. Der Schlitz 10 ist aus dem zweiten Stück 6 ausgeformt und besteht aus einer Vielzahl von Oberflächen 20, 22, die mindestens eine Schlitzseitenfläche 20 und mindestens eine Schlitzendfläche 22 aufweisen. Mindestens eine der Oberflächen 14-22 hat einen Querschnitt, der von einer unregelmäßigen Konfiguration definiert wird, wie beispielsweise eine elliptische, hyperbolische oder para bolische Konfiguration, wobei sie jedoch nicht auf diese begrenzt sind. Bei dieser Anwendung wird ein Radius R verwendet, um eine Bogenkonfiguration zu formen. Der Zap fen 8 und der Schlitz 10 sind derart bemessen, daß es ei ne geringfügige Beeinflussung zwischen ihnen gibt, wenn sie in Paßanordnung gebracht werden. Diese Beeinflussung hat einen Schnitt 26 zwischen dem Zapfen 8 und dem Schlitz 10 zur Folge. Zur Vereinfachung sind der Zapfen und der Schlitz beide derart gezeigt, daß sie eine im großen und ganzen rechteckige Konfiguration haben, wobei beide der Schlitzseitenflächen einen mit Radius versehe nen Querschnitt haben, wobei es dem Fachmann jedoch of fensichtlich ist, daß irgend eine Anzahl von Kombinatio nen der Oberflächen und mit Radius versehenen Oberflächen auf dem Zapfen und dem Schlitz ein ähnliches Ergebnis er zeugen werden.

Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der mit Radius versehenen Oberflächen. Da ein konstanter Ra dius, wie in Fig. 1 gezeigt, manchmal schwierig in der Praxis zu erreichen ist, sieht ein abgeschlossener Radius bzw. allmählich verlaufender Radius eine alternative, mit Radius versehene Oberfläche vor.

Diese Vorrichtung 2 kann entweder alleine oder in Kombi nation mit einem Schweißprozeß oder einem anderen Prozeß zur permanenten Befestigung verwendet werden, um die re lative Position der Stücke bei der Montage festzulegen.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Oberfläche gerich tet, die von einer im allgemeinen bogenförmigen Konfigu ration oder einem Radius definiert wird, der eine andere Oberfläche in einer Reibbeziehung berührt. Wie dem Fach mann offensichtlich sein sollte, muß die von einem Radius definierte Oberfläche nicht darauf eingeschränkt sein, daß sie eine Oberfläche des Schlitzes ist, wie in den Fi guren gezeigt, sondern sie kann stattdessen eine Oberflä che des Zapfens sein ohne vom Kern der vorliegenden Er findung abzuweichen.

Zur Vereinfachung der Erklärung wird eine Montage bespro chen, wenn ein Stück mit einem anderen Stück verbunden wird, obwohl es offensichtlich ist, daß dieses Verfahren mit irgend einer Anzahl von Verbindungsstücken verwendet werden könnte, die vernünftige Formen haben, und zwar mit irgend einer Anzahl von Zapfen- und Schlitzverbindungen.

Industrielle Anwendbarkeit

In der Praxis werden das erste Stück 4 und das zweite Stück 6 so positioniert, daß der Zapfen 8 und der Schlitz 10 in einer zusammen zu passenden Position sind. Der Zap fen 8 wird in den Schlitz 10 eingeführt. Das Aufbringen von Kraft ist bei diesem Einführen nötig, und zwar wegen der Übergangspassung bzw. Passungsgegenwirkung des Zap fens 8 und des Schlitzes 10 am Schnittpunkt 26 dazwi schen. Sobald der Zapfen 8 und der Schlitz 10 zusammenge paßt sind, hält die Reibung an dem Schnitt 26 das erste Stück 4 und das zweite Stück 6 in einer vordefinierten Relativposition, bis sie auseinander bewegt werden, und der Zapfen 8 wird vom Schlitz 10 entfernt.

Der Zapfen 8 und der Schlitz 10 können auch verwendet werden, um das erste Stück 4 und das zweite Stück 6 in der vordefinierten Relativposition zu halten. Beispiels weise wird ein Prozeß zur permanenten Befestigung vorge sehen, wie beispielsweise das Schweißen an der Verbindung des Zapfens 8 und des Schlitzes 10 und/oder an einem an deren Punkt eines direkten oder indirekten Kontaktes zwi schen dem ersten Stück 4 und dem zweiten Stück 6.

Die vorliegende Erfindung hat verschiedene Vorteile ge genüber dem Stand der Technik. Unter diesen ist, daß die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um eine be sonders genaue relative Lage des ersten Stückes 4 und des zweiten Stückes 6 vorzusehen. Die Reibkraft zwischen dem Zapfen 8 und dem Schlitz 10 sieht eine enge Passung vor. Somit wird eine vorbestimmte relative Lage der Stücke er reicht, auch wenn kein Prozeß zur permanenten Befestigung angewandt worden ist. Die Zeit- und Materialverschwen dung, die dem Verfahren mit dem langgestreckten Zapfen innewohnt, wird vermieden, da keine zusätzliche Arbeit über das Einsetzen des Zapfens 8 in den Schlitz 10 hinaus erforderlich ist. Kein Teil der vorliegenden Erfindung muß abgeschnitten werden oder abgerissen werden, sobald die relative Lage der Stücke durch einen Prozeß zur per manenteren Befestigung festgelegt ist. Die im allgemeinen bogenförmige Konfiguration von mindestens einer der Ober flächen 14-22 verringert die Kontaktfläche zwischen dem Zapfen 8 und dem Schlitz 10 und verringert somit die be nötigte Kraft zum Einführen des Zapfens 8 in den Schlitz 10.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Positionieren eines ersten Stückes relativ zu einem zweiten Stück in einer vordefinier ten Position, wobei die Vorrichtung folgendes auf weist:
einen Zapfen, der von entweder dem ersten Stück oder dem zweiten Stück vorsteht und eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen de finiert;
einen Schlitz, der in dem anderen Teil des ersten Stückes und des zweiten Stückes positioniert ist, und eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen definiert;
wobei mindestens eine der Oberflächen durch eine im allgemeinen bogenförmige Konfiguration definiert ist; und
wobei mindestens eine der Vielzahl von Oberflächen der voreingerichteten Konfiguration des Zapfens in berührender Reibbeziehung mit der mindestens einen der Vielzahl von Oberflächen der voreingerichteten Konfiguration des Schlitzes ist, wobei mindestens eine cler Vielzahl von Oberflächen der voreingerich teten Konfiguration des Zapfens und der voreinge richteten Konfiguration des Schlitzes von der im allgemeinen bogenförmigen Konfiguration definiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zapfen und entweder das erste Stück oder das zweite Stück inte gral aus einem einzigen Stück ausgeformt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Zapfen mit dem einen Teil des ersten Stückes und des zweiten Stückes coplanar bzw. in einer Ebene ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Stück und das zweite Stück aus dem gleichen Material ge macht ist, und wobei das Material Stahl ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Stück aus einem Material hergestellt ist, und wobei das zweite Stück aus einem anderen Material hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Stück und das zweite Stück an einem Schnittpunkt ange bracht sind, wobei der Schnitt des ersten Stückes und des zweiten Stückes eine Übergangspassung bzw. Gegenwirkungspassung bildet, die die erwähnte berüh rende Reibbeziehung des ersten Stückes und des zwei ten Stückes definiert, wobei die berührende Reibbe ziehung das erste Stück und das zweite Stück in ei ner entfernbaren und vordefinierten Position hält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste Stück und das zweite Stück aneinander befestigt sind, und zwar durch Anwendung eines Prozesses zur permanenten Befestigung am Schnittpunkt des Zapfens und des Schlitzes.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Prozeß zur permanenten Befestigung eine Schweißung ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste Stück und das zweite Stück aneinander durch Anwendung von Mitteln zur permanenten Befestigung am Schnittpunkt des Zapfens und des Schlitzes befestigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mittel zur permanenten Befestigung eine Schweißung sind.

11. Verfahren zur Positionierung eines ersten Stückes relativ zu einem zweiten Stück in einer vordefinier ten Position, welches folgendes aufweist:
Formen eines Zapfens, wobei der Zapfen entweder von dem ersten Stück oder von dem zweiten Stück vor steht, und eine voreingerichtete Konfiguration mit einer Vielzahl von Oberflächen definiert;
Formen eines Schlitzes, wobei der Schlitz in dem an deren Teil des ersten Stückes und des zweiten Stüc kes positioniert ist und eine voreingerichtete Kon figuration mit einer Vielzahl von Oberflächen defi niert;
wobei mindestens eine der Oberflächen durch eine im allgemeinen bogenförmige Konfiguration definiert wird;
Einführen des Zapfens in den Schlitz; und
Berühren von mindestens einer der Vielzahl von Ober flächen der voreingerichteten Konfiguration des Zap fens in Reibbeziehung mit der mindestens einen der erwähnten Oberflächen der voreingerichteten Konfigu ration des Schlitzes an mindestens einer der Viel zahl von Oberflächen der voreingerichteten Konfigu ration des Zapfens und der erwähnten voreingerichte ten Konfiguration des Schlitzes, die durch die im allgemeinen bogenförmige Konfiguration definiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausformen des Zapfens aufweist, daß entweder das erste Stück oder das zweite Stück integral aus einem einzigen Stück ausgeformt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausbilden des Zapfens aufweist, daß entweder das erste Stück oder das zweite Stück mit dem Zapfen coplanar bzw. in ei ner Ebene ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einführen des Zapfens in den Schlitz einen Schnittpunkt bildet, wobei der Schnittpunkt des Zapfens und des Schlitzes eine Übergangspassung bzw. Gegenwirkungspassung bil det, die die erwähnte berührende Reibbeziehung des Zapfens und des Schlitzes definiert, wobei die Reib beziehung den Zapfen und den Schlitz in einer ent fernbaren bzw. demontierbaren und vordefinierten Po sition hält.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste Stück und das zweite Stück aneinander durch Anwendung ei nes Prozesses zur permanenten Befestigung am Schnittpunkt des Zapfens und des Schlitzes befestigt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Prozeß zur permanenten Befestigung eine Schweißung ist.