DE10153653A1

DE10153653A1 - Durch Fressen fest verbundene Konstruktionselemente, Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen dieser Fressverbingung

Info

Publication number: DE10153653A1
Application number: DE10153653A
Authority: DE
Inventors: Konrad Wirsich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2021-11-03
Also published as: DE10153653B4

Abstract

Ein Verfahren zum festen Verbinden zweier Konstruktionselemente, die eine enge gegenseitige Passform aufweisen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Konstruktionselemente (10, 12) im Bereich ihrer gemeinsamen Passform (16) in Längsrichtung ineinander gesteckt werden und dass anschließend die beiden Konstruktionselemente (10, 12) so relativ zueinander bewegt werden, dass sie (10, 12) zumindest in einem Teilbereich ihrer gemeinsamen Passform (16) eine feste Verbindung durch Fressen eingehen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum festen Verbinden zweier Konstruktionselemente beispielsweise des Maschinen baues. Die Erfindung betrifft auch zwei derartig fest verbundene Konstruktionselemente sowie eine Vorrichtung, mit der eine solche feste Verbindung zweier Konstruktions elemente des Maschinenbaues hergestellt werden kann.

Die verschiedenartigsten Anwendungsfälle können es erforder lich machen, zwei Konstruktionselemente, wie beispielsweise ein aus zwei Teilen zusammengefügtes Schaltzahnrad, ausreichend fest miteinander zu verbinden, damit zwischen ihnen die jeweils erforderliche Drehmoment- und Kraft übertragung erfolgen kann.

STAND DER TECHNIK

Zur Drehmoment- und Kraftübertragung zwischen zwei Konstruk tionselementen, wie beispielsweise zwischen einem aus zwei Teilen zusammengefügten Schaltzahnrad eines Schaltgetriebes im Kraftfahrzeugbau, sind Verbindungsverfahren wie beispielsweise Laserstrahl- und Elektronenstrahl-Schweiß verfahren bekannt. Auch Formschlussverbindungen mittels Kerbverzahnung oder reibschlüssige Verbindungen in Form von Press- und Schrumpfsitz werden angewandt. Alle diese Verfahren bedingen einen verfahrensspezifischen, unter schiedlichen Herstellaufwand.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von diesem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das feste Verbinden zweier Konstruktionselemente des Maschinenbaues, wie beispielsweise Schaltzahnräder eines Schaltgetriebes im Kraftfahrzeugbau, wirtschaftlich möglichst günstig zu gestalten.

Diese Erfindung ist für das Herstellverfahren zum festen Verbinden zweier Konstruktionselemente durch den Patent anspruch 1 gegeben. Zwei derartig fest miteinander verbundene Konstruktionselemente sind Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 5. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer solchen festen Verbindung ist durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 11 gegeben.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die feste Verbindung durch Fressen hergestellt wird. Das Fressen wird durch relatives gegenseitiges Bewegen der beiden Konstruk tionselemente bewirkt. Ein an sich im Stand der Technik bekannter und beispielsweise als Lagerfresser oder Kolben fresser unerwünschter Vorgang wird damit planmäßig zum Verbinden zweier Konstruktionselemente eingesetzt. Diese Technologie ist technologisch einfach zu handhaben und besonders wirtschaftlich in ihrer Anwendung, so dass sie auch für den Großserieneinsatz optimal geeignet erscheint.

Die zum Fressen erforderliche enge gegenseitige Passform der beiden ineinandergesteckten Konstruktionselemente kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Die beiden Elemente können dann relativ zueinander einerseits unterschiedlich schnell und/oder andererseits in unterschiedlichen Umdrehungsrichtungen gedreht werden, und zwar so lange, bis die gewünschte Mindestverbindungsfestigkeit zwischen den beiden Konstruktionselementen erreicht ist.

Es ist auch möglich, bei einer in Längsrichtung geradlinig sich erstreckenden Passform die beiden Konstruktionselemente relativ zueinander einerseits in dieser Längsrichtung und/oder andererseits in der dazu Gegenrichtung unterschied lich schnell zu bewegen. Diese Linearbewegung kann der vorstehenden rotationssymmetrischen Bewegung überlagert werden, so dass auch schraubenförmige Bewegungen hergestellt werden können.

Neben der für das Fressen erforderlichen engen gegenseitigen Passform der beiden Konstruktionselemente können bei denselben auch eine Gleit- oder Wälzlager-Passung vorhanden sein. Mittels einer solchen oder einer vergleichbaren nicht zum Fressen vorgesehenen Passung kann ein möglicher Mittenversatz zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Konstruktionselementen, hervorgerufen durch den Pressvorgang, äußerst gering gehalten werden.

Die Fressverbindung zwischen den zwei Konstruktionselementen lässt sich mit einer Vorrichtung sehr einfach herstellen, die zwei Halteeinrichtungen für die beiden Konstruktions elemente besitzt, die relativ zueinander so bewegbar sind, dass die gewünschte feste Verbindung der beiden Konstruk tionselemente miteinander durch Fressen hergestellt werden kann. Zu diesem Zweck können Drehantriebe und/oder Verschie beantriebe für die eine oder die beiden Halteeinrichtungen vorgesehen werden, um die gewünschte relative Drehbewegung und/oder Linearbewegung, auch in überlagerter Bewegungs richtung, auf die Konstruktionselemente aufzubringen.

Der Bedienungskomfort dieser Vorrichtung lässt sich erhöhen, wenn eine automatische Einrichtung zum Abschalten beziehungsweise Unterbrechen der für die Bewegung der Konstruktionselemente vorhandenen Aufnahmen vorgesehen wird. Diese Abschalteinrichtung kann beispielsweise vom Erreichen eines bestimmten Drehmoment- oder Verschiebekraft-Wertes abhängig gemacht sein. Der Drehantrieb beziehungsweise der Verschiebeantrieb für die eine und/oder die andere Halte einrichtung kann pulsierend, mit ansteigender Kraft oder mit verschiedenen Dreh- und Verschieberichtungen auf das jeweils angetriebene Konstruktionselemente wirksam sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein aus zwei Teilen bestehendes Schaltzahnrad eines Schaltgetriebes,

Fig. 1.1 eine vergrößerte Ansicht der engen gegenseitigen Passform des Schaltzahnrades nach Fig. 1,

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich der von Fig. 1, mit einem anders ausgebildeten Schaltzahnrad eines Schaltgetriebes,

Fig. 2.1 eine vergrößerte Teilansicht der engen gegen seitigen Passform des aus zwei Konstruktions elementen fest zusammengefügten Zahnrades nach Fig. 2,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier Konstruktions elemente des Maschinenbaues, die eine Passform mit zwei unterschiedlichen Spaltbereichen aufweisen, von denen der eine Spaltbereich die zum Fressen erforderliche enge Passung aufweist und der andere Spaltbereich als Gleitpassung vorhanden ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der zwei Konstruktionselemente mittels der Technologie des Fressens fest verbunden werden können.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Ein Konstruktionselement des Maschinenbaues in Form eines Kupplungskörpers 10 eines Schaltgetriebes steckt zentrisch auf einem Zahnrad 12. Beide Teile 10, 12 haben eine gemeinsame Längsachse 14.

Die beiden Zahnradteile 10, 12 haben eine gemeinsame enge gegenseitige Passform 16, die einen derartig engen Spalt 18 aufweist, dass durch gegenseitiges Bewegen der beiden Zahnradteile 10, 12 dieselben eine Fressverbindung im Bereich dieses Spaltes 18 eingehen. Die Art der gegen seitigen Bewegung der beiden Zahnradteile 10, 12 kann eine rotationsmäßige Bewegung um die Längsachse 14 oder auch eine lineare Bewegung in Richtung der Längsachse 14 sein. Durch Kombination dieser beiden Dreh- und Linearbewegungen kann auch eine schraubenförmige Bewegung zwischen den beiden Zahnradteilen 10, 12 erzeugt werden. Darüber hinaus ist auch eine wechselmäßige, pulsierende gegenseitige Bewegung möglich. Aufgrund der Fressverbindung sind die beiden Bereiche der Oberflächen 20, 22 der beiden Zahnradteile 10, 12 im Bereich der Passform 16 vor Beginn des Fressvorganges nicht besonders materialmäßig zu behandeln.

Die in Fig. 2 dargestellten beiden Zahnradteile 10.2 und 12.2 unterscheiden sich von den Zahnradteilen 10, 12 der Fig. 1 dahingehend, dass die Passform 16.2 eine Stufe 24 aufweist. In dem - bezogen auf die Fig. 2.1 - links von der Stufe 24 vorhandenen Spaltbereich 18.2 ist ein Spalt vorhanden, der dem Spalt 18 der Fig. 1 entspricht. Der rechts von der Stufe 24 vorhandene Spaltbereich 18.4 besitzt einen Spalt 26, der breiter ist als der Spalt 18 und im vorliegenden Fall eine Gleitpassung zwischen den beiden Zahnradteilen 10.2 und 12.2 ermöglicht. Beim gegenseitigen Bewegen der beiden Zahnradteile 10.2, 12.2 - wie vorstehend und auch noch nachstehend angegeben - werden die beiden Zahnradteile im Bereich des Spaltbereichs 18.2 und damit im Bereich des Spaltes 18 eine Fressverbindung eingehen. Der Spaltbereich 18.4 mit seinem eine Gleitpassung ermöglichen den Spalt 26 soll sicherstellen, dass nach der Fress verbindung die Längsachsen 14 der beiden Zahnradteile 10.2, 12.2 auch noch ineinanderfallen; dass also möglichst kein Mittenversatz zwischen den beiden Längsachsen der beiden Zahnradteile durch den Fressvorgang bewirkt wird. Statt der Gleitlager-Ausbildung im Bereich des Spaltes 26 könnte auch eine Wälzlager-Ausbildung vorgesehen werden. Darüber hinaus kann der Spalt 26 auch ohne die Stufe 24, und damit im Anschluss an den ersten Spaltbereich 18.2 vorgesehen werden.

In Fig. 3 sind ganz allgemein zwei Konstruktionselemente 10.3 und 12.3 dargestellt, die einen ersten Spaltbereich 18.2 und einen zweiten Spaltbereich 18.4 aufweisen, die über eine Stufe 24 voneinander getrennt sind, so wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 bereits beschrieben ist. Die beiden Konstruktionselemente 10.3, 12.3 haben eine gemeinsame Längsachse 14 sowohl vor als auch nach der Herstellen der Fressverbindung. Die Fressverbindung wird, ebenso wie bei den Zahnradteilen der Fig. 2 beschrieben, im Spaltbereich 18.2 bewirkt, die Spaltbreite in diesem Spaltbereich 18.2 ist dementsprechend enger als der Spaltbereich 18.4.

Auf die Ausbildung der Stufe 24 könnte verzichtet werden, wie bereits vorstehend beschrieben ist.

Die beiden Spaltbereiche 18.2, 18.4 können auch ohne die sie voneinander trennende Stufe 24 vorhanden sein. Um einen beispielsweisen Ölfilm im Bereich des die Gleitpassung aufweisenden Spaltbereichs 18.4 während des Zusammenfügens der beiden Konstruktionselemente 10.3, 12.3 sicherzustellen, kann im Grenzbereich zwischen den beiden Spaltbereichen 18.2, 18.4 eine Ringnut vorhanden sein, um einen Übertritt des Schmiermittels in den Fressbereich zu verhindern.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 30 dient zum Herstellen der Fressverbindung zwischen zwei Konstruktions elementen beispielsweise der Art 10.3 und 10.4.

Die Vorrichtung 30 besitzt eine auf einem Gestell 31 montierte linke Halteeinrichtung 32 und rechte Halte einrichtung 34, die eine linke Aufnahme 36 beziehungsweise eine rechte Aufnahme 38 zum ausreichend festen Halten der beiden Konstruktionselemente 10.3, 10.4 besitzen. Die beiden Aufnahmen 36, 38 können im vorliegenden Fall in eine Linearbewegung 40 beziehungsweise 42 parallel zur Längs achse 14 und darüber hinaus in eine Rotationsbewegung 44 beziehungsweise 46 um die Längsachse 14 herum mittels in den jeweiligen Halteeinrichtungen 32, 34 vorhandener motorischer Antriebe versetzt werden. Die Linearbewegungen 40, 42 sind längs der gemeinsamen Längsachse 14 und die Rotationsbe wegungen 44, 46 um besagte Längsachse 14 ausgerichtet. Die Linearbewegungen 40, 42 und die Rotationsbewegungen 44, 46 können in beiden jeweiligen Richtungen erfolgen. Die Bewegungen können pulsierend und/oder mit ansteigender Kraft auf die beiden Konstruktionselemente 10.3, 10.4 einwirken.

Über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Abschaltein richtung können die Linearbewegungen und gegebenenfalls die Rotationsbewegungen in Abhängigkeit von einem Vergleichs wert, der von einem durch Fressen erzielten, vorbestimmbaren Verbindungs-Festigkeitswert abhängt, automatisch zum Stillstand gebracht werden. Diese Festigkeitswerte können Drehmoment-Werte oder Verschiebekraft-Werte sein beziehungsweise von denselben abhängen.

Das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Fressverfahren unterscheidet sich von im Stand der Technik bekannten Reib- Schweißen insbesondere dadurch, dass die beiden miteinander zu verbindenden Konstruktionselemente nach Beenden der relativen gegenseitigen Verdrehung nicht durch Druck miteinander verbunden werden müssen. Zusätzliche Druckkräfte sind daher nicht aufzubringen.

Zur bleibenden Sicherstellung der festen Verbindung der beiden Konstruktionselemente kann ein festigkeitsförderndes Mittel wie beispielsweise ein Klebemittel dem Fress-Bereich vor dem Fressvorgang zugegeben werden. Dafür bietet sich ein Zwei-Komponenten-Kleber an, der im noch flüssigen Zustand vor der Durchführung des Fressvorganges zugegeben werden kann. Der Zwei-Komponenten-Kleber kann dann nach Beendigung des Fressvorganges ohne Luftzutritt von außen aushärten. Das festigkeitsfördernde Mittel dichtet außerdem im flüssigen Zustand den Fressbereich gegen das Eindringen von Schmiermitteln oder von sonstigen fremden Mitteln ab.

Claims

1. Verfahren zum festen Verbinden zweier Konstruktions elemente, die eine enge gegenseitige Passform aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Konstruktionselemente (10, 12) im Bereich ihrer gemeinsamen Passform (16) in Längsrichtung ineinander gesteckt werden,
die beiden Konstruktionselemente (10, 12) anschließend so relativ zueinander bewegt werden, dass die beiden Konstruktionselemente (10, 12) zumindest in einem Teilbereich ihrer gemeinsamen Passform (16) eine feste Verbindung durch Fressen eingehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer rotationssymmetrischen Passform (16) die beiden Elemente (10, 12) relativ zueinander einerseits unterschiedlich schnell und/oder andererseits in unterschiedlichen Umdrehungsrichtungen gedreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer in Längsrichtung geradlinig sich erstreckenden Passform die beiden Konstruktionselemente relativ zueinander einerseits in dieser Längsrichtung und/oder andererseits in der dazu Gegenrichtung unterschiedlich schnell bewegt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass festigkeitsfördernde Mittel, wie insbesondere Klebemittel, in den eine feste Verbindung durch Fressen eingehenden Teilbereich der gemeinsamen Passform (16) vor dem Fressvorgang zugegeben werden.

5. Zwei eine gegenseitige enge Passform aufweisende und in Längsrichtung ineinander gesteckte Konstruktionselemente (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ineinander gesteckten Konstruktionselemente (10, 12) durch Fressen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

6. Konstruktionselemente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Passform (16) zumindest einen ersten Spaltbereich (18.2) aufweist, der die zum Fressen geeignete erste, enge Passung aufweist,
die Passform zumindest einen zweiten Spaltbereich (18.4) aufweist, der eine gegenüber der ersten Passung größere, zweite Passung aufweist, die als Gleitlager oder Wälzlager ausgebildet ist.

7. Konstruktionselemente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Spaltbereich (18.2, 18.4) in Längsrichtung aneinanderstoßen.

8. Konstruktionselemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Spaltbereich (18.2, 18.4) eine Ringnut vorhanden ist.

9. Konstruktionselemente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Spaltbereich (18.2, 18.4) stufenförmig (24) voneinander getrennt sind.

10. Konstruktionselemente nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Konstruktionselemente durch Fressen und zusätzlich durch ein festigkeitsförderndes Mittel wie insbesondere Klebemittel kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung (30) zum festen Verbinden zweier Konstruk tionselemente (10, 12), die eine enge gegenseitige Passform (16) aufweisen, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Halteeinrichtung (32, 36) für das eine Konstruktionselement (10) und eine zweite Halte einrichtung (34, 38) für das zweite Konstruktionselement (12) jeweils vorhanden ist,
die beiden Halteeinrichtungen so vorhanden sind, dass die beiden Konstruktionselemente (10, 12) im Bereich der gemeinsamen Passform ineinander steckbar sind,
die beiden Halteeinrichtungen relativ zueinander so bewegbar (40, 42, 44, 46) sind, dass eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Konstruktionselemente durch Fressen herstellbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb für zumindest eine der beiden Halteein richtungen so vorhanden ist, dass das zumindest eine Konstruktionselement (10, 12) in eine Rotationsbewegung (44, 46) bringbar und/oder in einer Rotationsrichtung bewegbar ist, die zu einer Rotationsbewegung und/oder Rotationsrichtung des anderen Konstruktionselementes unterschiedlich ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschiebeantrieb für zumindest eine der beiden Halteeinrichtungen so vorhanden ist, dass das zumindest eine Konstruktionselement (10, 12) in eine Verschiebe bewegung (40, 42) bringbar und/oder in einer Verschiebe richtung bewegbar ist, die zu einer Verschiebebewegung und/oder Verschieberichtung des anderen Konstruktions elementes unterschiedlich ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebebewegung in linearer und/oder in schraubenförmiger Richtung wirksam ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Einrichtung zum Abschalten und/oder Unterbrechen des oder der Antriebe für die Halteeinrichtungen (32, 34) vorhanden ist,
diese Abschalteinrichtung in Abhängigkeit von zumindest einem Vergleichswert, der von einem durch Fressen erzielten, vorbestimmbaren Verbindungs-Festigkeitswert abhängt, betätigbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtung bei Erreichen eines vorgebbaren Drehmoment-Wertes und/oder eines Verschiebekraft-Wertes betätigbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb und/oder Verschiebeantrieb pulsierend und/oder mit ansteigender Kraft in eine oder verschiedene Dreh- und/oder Verschieberichtungen auf das jeweils angetriebene Konstruktionselement wirksam ist.