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Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen zwei Maschinenteilen, die sich während des Betriebs nicht relativ zueinander verschieben dürfen. Ein Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Schraubverbindung sind Zahnstangen, die zum Beispiel an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder anderen Maschinen festgeschraubt werden. Vor allem präzise gefertigte und gehärtete Zahnstangen können so hohe Kräfte im Betrieb übertragen, dass herkömmliche Schraubverbindungen diese Kraft nicht an den Maschinentisch übertragen können. In Folge dessen verschiebt sich Zahnstange relativ zu dem Maschinentisch. Ein solches Verschieben ist nicht tolerierbar, weil es die Positioniergenauigkeit eines Zahnstangenantriebs drastisch verschlechtert und außerdem dadurch Spiel zwischen dem oder den mit der Zahnstange kämmendem Ritzeln und der Zahnstange entsteht. Beides ist nicht tolerierbar.
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Die großen Kräfte, welche auf Zahnstangen wirken, resultieren zum Teil auch daraus, dass zwei oder mehr Antriebe auf die gleiche Zahnstange einwirken. In Folge dessen werden die Schraubverbindungen zwischen der Zahnstange und dem Maschinentisch entsprechend höher belastet.
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Um dieses Problem zu umgehen, wäre es natürlich möglich, die Zahl der Befestigungsbohrungen in der Zahnstange und entsprechend die Zahl der Gewindebohrungen im Maschinentisch zu erhöhen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass erstens der Herstellungsaufwand für die Zahnstange und für den Maschinentisch steigt. Außerdem steigt auch der Aufwand für die Montage der Zahnstange am Maschinentisch. Schließlich ist noch zu erwähnen, dass bei in Serie gefertigten Maschinentischen konstruktive Änderungen vorzunehmen sind, was nach Möglichkeit vermieden wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Schraubverbindung zwischen zwei Maschinenteilen, bevorzugt einer Zahnstange und einem Maschinentisch, bereitzustellen, welche die Übertragung größerer Kräfte, welche gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung gleicher Abmessungen belastbarer ist und keine konstruktiven Änderungen am Maschinentisch erfordert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Maschinenteil mit einer oder mehreren Befestigungsbohrungen und einer Anlagefläche dadurch gelöst, dass in oder auf der Anlagefläche Mittel zu Erhöhung der Haftreibung vorgesehen sind, und dass die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung in unmittelbarer Nähe der mindestens einen Befestigungsbohrung angeordnet sind.
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Dadurch ist es möglich, im Bereich des Druckkegels der Schraubverbindung, das heißt auf einer relativ kleinen Fläche, die konzentrisch zur Befestigungsbohrung angeordnet ist, mit geringem Aufwand eine substanzielle Verbesserung der Haftreibung zwischen dem Maschinenteil, zum Beispiel einer Zahnstange und einem Maschinentisch zu erreichen.
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Dabei ist es völlig ausreichend, wenn die erfindungsgemäßen Mittel zur Erhöhung der Haftreibung in der Anlagefläche eines der beiden Fügepartner vorgesehen sind. Dieses erfindungsgemäße Maschinenteil (Zahnstange) kann dann ohne konstruktive Änderungen an dem Maschinentisch mit diesem verschraubt werden und damit größere Kräfte zwischen der Zahnstange und dem Maschinentisch übertragen werden. Da zum Beispiel eine Zahnstange ein in Serie gefertigtes Normteil ist, können die erfindungsgemäßen Mittel zur Erhöhung der Haftreibung in die Serienfertigung übernommen werden und somit kostengünstig und mit hoher Prozesssicherheit ausgebildet werden.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung durch spanende Bearbeitung und/oder Umformen der Anlagefläche hergestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung mit einem Kronenbohrer oder einem profilierten Zapfensenker herzustellen. Ein solcher Kronenbohrer arbeitet erfindungsgemäß konzentrisch zur Befestigungsbohrung kreisförmige Riefen oder Nuten in die Anlagefläche ein. Da, wie bei nahezu allen spanenden Bearbeitungen, auch eine teilweise plastische Verformung der Anlagefläche stattfindet, entstehen dadurch gleichzeitig auch über die eigentliche Anlagefläche hinausragende ringförmige Wülste mit einem näherungsweise dreieckigen Querschnitt, die gewissermaßen als Beißkanten wirken, wenn die erfindungsgemäße Zahnstange mit einem Maschinentisch verschraubt wird.
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Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn ein profilierter Zapfensenker eingesetzt wird. Die Hauptschneide dieser profilierten Zapfensenkers hat Profil, welches aus mehreren nebeneinander angeordneten Dreiecken besteht. Es ist damit ähnlich wie das Profil eines Gewindebohrers im Längsschnitt. Diese Hauptschneide arbeitet, ähnlich wie der zuvor beschriebene Kronenbohrer, eine Folge von kreisringförmigen Nuten mit dreieckigem Querschnitt in die Anlagefläche ein. Dabei entstehen durch plastische Verformung der Anlagefläche ringförmige Wülste zwischen den Nuten, die über die Anlagefläche hinausragen.
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Wenn diese ringförmigen Wülste gehärtet werden, dann wird ihre Wirkung als Beißkante noch verstärkt und es wird eine ganz besonders belastbare Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Maschinenteil und einem zweiten Maschinenteil, wie zum Beispiel einem Maschinentisch erreicht. Das Härten lässt sich ohne zusätzliche Kosten in den Herstellungsprozess einer Zahnstange integrieren, da die Zähne hochwertiger und hochbelasteter Zahnstangen ohnehin gehärtet werden.
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Alternativ ist es auch möglich, die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung ohne spanende Bearbeitung durch reines Umformen der Anlagefläche herzustellen. Dabei ist es denkbar, einen oder mehrere kreisringförmige Prägewerkzeuge einzusetzen, die ähnlich einer Lochahle eine kreisringförmige Vertiefung konzentrisch zur Befestigungsbohrung in die Anlagefläche einprägen. Das dabei verdrängte Material fließt entgegengesetzt zur Umformrichtung und bildet einen, zwei oder mehrere Wülste, die über die Anlagefläche des Maschinenteils hinausragen. Auch diese Wülste können nach erfolgter Bearbeitung gehärtet werden.
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Es ist auch möglich, die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung durch Strahlen, bevorzugt Sandstrahlen, Lasern und/oder Ritzen herzustellen. Beim Lasern kann durch eine geeignete Einstellung der Laserleistung erreicht werden, dass der Werkstoff an der Oberfläche der Anlagefläche aufschmilzt. Dabei entstehen Vertiefungen, die von einem über die Anlagefläche hervortretenden Rand umgeben sind. Dieser Rand ist, aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit nach dem Aufschmelzen durch das Lasern ohne weiteres Zutun aus gehärtet und erlaubt eine sehr gute haftschlüssige Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Maschinenteil 8 Zahnstange) und einem weiteren Fügepartner, beispielsweise einem Maschinentisch.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung als gesondertes Bauteil ausgebildet sind. So ist es beispielsweise möglich, einen Metallring mit bevorzugt rhombenförmigen Querschnitt zwischen den Fügepartnern anzuordnen. Dieser Metallring mit rhombenförmigem Querschnitt bildet zwei Beißkanten aus und wird in einer entsprechenden Ansenkung der Anlagefläche des Maschinenteils eingesetzt. Dadurch ist er zentriert.
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Außerdem ist es möglich, den Ring aus einem relativ kräftigen Draht, der bevorzugt gehärtet ist, herzustellen. Die Höhe mit der die Beißkante über die Anlagefläche hinausragt, wird durch die Tiefe der Ansenkung eingestellt. Damit wird eingestellt, wie weit die Beißkanten in die Anlageflächen der Fügepartner eindringen, bevor die Anlageflächen einander flächig berühren Diese Variante ist dann auch sehr gut wirkungsvoll, wenn sowohl die Zahnstange als auch der Maschinentisch nicht thermisch behandelt werden sollen, zum Beispiel durch Härten.
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Dann übernimmt der bevorzugt gehärtete Ring als Einlegeteil die Funktion einer doppelten Beißkante und sorgt somit für eine nahezu unverrückbare Positionierung der Maschinenzahnstange relativ zum Maschinentisch.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mittel zur Erhöhung der Haftreibung sieht vor, dass Hartkristalle, bevorzugt aus Siliziumcarbid, Diamant und/oder Korund, auf die Anlagefläche aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Aufkleben oder durch das Aufbringen mit einer pastösen Trägerflüssigkeit, wie Bentonit oder in Fett erfolgen. Die einzige Aufgabe, die der Klebstoff bzw. der Bentonit oder ein Fett haben ist, dass die Hartkörner an der Anlagefläche gehalten werden, bis das Maschinenteil mit einem anderen Maschinenteil verschraubt wird. Dann graben sich die Hartkörner in der Oberfläche beider Fügepartner ein und bilden dadurch eine Verzahnung zwischen den Fügepartnern.
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Es hat sich bei praktischen Versuchen erwiesen, dass dadurch die Haftreibung um den Faktor 5 bis 10 vergrößert werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel ist auch als Nachrüstlösung an bereits vorhandenen Maschinen einsetzbar.
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Weiterhin ist es möglich, kreisringförmige Folien herzustellen, die an einer mit den erfindungsgemäßen Hartkörnern beschichtet sind. Diese kreisringförmige Folie, kann ähnlich einer Unterlegscheibe, über die Befestigungsschraube geschoben werden und wird dadurch positioniert.
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Es ist auch möglich die andere Seite der Folie selbstklebend zu machen, so dass die Folien dann auf die Anlagefläche aufgeklebt werden können.
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Beim Anziehen der Schraubverbindung drücken sich die Hartkörner durch die Folie hindurch, sodass sich auch auf der Seite auf der sich die Folie befindet eine sichere Verzahnung zwischen den Hartkörnern und dem Maschinenteil einstellt.
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Die Befestigungsbohrung kann entweder als Durchgangsbohrung oder als Gewindebohrung ausgebildet sein. Wenn das Maschinenteil eine Zahnstange ist, dann wird die Befestigungsbohrung in aller Regel eine Durchgangsbohrung sein. Wenn das Maschinenteil jedoch ein Maschinentisch ist, dann ist es häufig vorteilhaft, wenn die Befestigungsbohrung als Sackloch mit einem Innengewinde ausgebildet ist.
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Weite Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnungen, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Merkmale und Vorteile können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Zahnstange in einer Seitenansicht und einer Ansicht von oben;
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2 einen Schnitt durch eine Befestigungsbohrung der erfindungsgemäßen Zahnstange;
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3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnstange, die an einem Maschinentisch mit einer Befestigungsschraube befestigt ist;
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnstange in einem eingelegten Metallring mit rhombenförmigem Querschnitt,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnstange bei der Hartkristalle zur Erhöhung der Haftreibung auf die Anlagefläche aufgebracht sind und
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6 eine mit Hartkristallen beschichtete Folie.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Maschinenteils in Form einer Zahnstange 1 mit zwei Befestigungsbohrungen 3. Die Befestigungsbohrungen 3 sind orthogonal zu einer Anlagefläche 5 angeordnet. Am oberen Ende der Anlagefläche sind die Zähne 4 der Zahnstange 1 gut zu erkennen. Im unteren Teil der 1 ist eine Draufsicht auf die Zahnstange 1 dargestellt.
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In dieser Draufsicht sind die Befestigungsbohrungen 3 gut zu erkennen. Die rechte Befestigungsbohrung ist im Bereich der Anlagefläche 5 freigeschnitten.
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Wie sich aus der Seitenansicht gemäß 1 erkennen lässt, sind konzentrisch zu den Befestigungsbohrungen 3 mehrere ringförmige Wülste oder Vorsprünge 7 in der Anlagefläche 5 ausgearbeitet. Diese ringförmigen Wülste 7 sind ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mittel zur Erhöhung der Haftreibung. Sie sind in 2 stark vergrößert dargestellt.
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2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Zahnstange 1, wobei die Schnittebene mit der Längsachse der Befestigungsbohrung 3 zusammenfällt. Der Bereich der Anlagefläche 5 an dem die Durchgangsbohrung 3 die Anlagefläche 5 schneidet ist im Detail 1 vergrößert dargestellt. In dieser vergrößerten Detailansicht wird deutlich, dass die ringförmigen Wülste bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt etwa dreieckig sind und die Spitzen der Wülste 7 über die Anlagefläche 5 hinausragen.
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Da die Wülste 7 ringförmig ausgebildet sind und konzentrisch zur Befestigungsbohrung 3 angeordnet sind, haben Sie die Wirkung einer Beißkante. Das bedeutet, dass diese ringförmigen Wülste sich beim Anziehen und Verschrauben der erfindungsgemäßen Zahnstange 1 mit beispielsweise einem Maschinentisch in den nicht gehärteten Maschinentisch eingraben und dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zahnstange 1 und dem Maschinentisch hergestellt wird. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Wülste 7 als Beißkante wird nochmals gesteigert, wenn diese Wülste gehärtet werden.
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Hergestellt werden können diese ringförmigen Wülste 7 entweder durch spanende Bearbeitung, in dem mit einem geeignet profilierten Kronenbohrer oder Zapfensenker dreiecksförmige Nuten 9 in die Anlagefläche 5 eingebracht werden. Dabei findet, ähnlich wie beim Gewindeschneiden eine teilweise plastische Verformung des Werkstoffs statt, sodass die Spitzen der Wülste 7 über die Anlagefläche 5 hinaus ragen und die erfindungsgemäßen Beißkanten bilden.
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In 3 ist eine solche Zusammenbausituation dargestellt. Dabei ist der Maschinentisch mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Korrespondierend zu der Befestigungsbohrung 3 ist in dem Maschinentisch 10 ein Sacklochgewinde 11 ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Mittel zur Erhöhung der Haftreibung auch in dem Maschinentisch 10 auszubilden.
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Die Befestigungsschraube ist in 3 mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mittels zur Erhöhung der Haftreibung dargestellt. Es handelt sich dabei um einen in aller Regel kreisförmigen Ring 15, der geschlossen oder offen sein kann, mit rhombenförmigem Querschnitt. Durch den rhombenförmigen Querschnitt werden zwei Beißkanten 17 ausgebildet. Der Ring wird bevorzugt aus einem harten Stahldraht hergestellt, sodass sich die Beißkanten 17 in den nicht gehärteten Werkstoff eines Maschinentischs (nicht dargestellt) und der Zahnstange 1 eindrücken, wenn die Befestigungsschraube 13 angezogen wird. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zahnstange 1, dem Maschinentisch sowie dem Ring 15 hergestellt. Mittelbar ist somit eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zahnstange 1 und dem Maschinentisch oder einem beliebigen anderen Maschinenteil erreicht.
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Damit der Ring 15 einen kräftig dimensionierten Querschnitt aufweisen kann und gleichzeitig die Anlagefläche 5 der Zahnstange 1 in Kontakt mit der entsprechenden Anlagefläche des Maschinentischs kommt, ist es vorteilhaft, konzentrisch zu der Befestigungsbohrung 3 eine Ansenkung 19 in der Zahnstange vorzusehen. Die Tiefe der Ansenkung 19 ist dabei etwas kleiner als der Abstand der beiden Beißkanten 17 des Rings 15. Dies bedeutet, dass im nicht montierten Zustand eine Beißkante 17 des Rings 15 über die Anlagefläche 5 übersteht.
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Wenn nun die Zahnstange mit einem Ring 15, der in die Ansenkung 19 eingelegt ist, mit einem nicht dargestellten Maschinentisch verschraubt wird, dann ist dadurch gewährleistet, dass sich beide Beißkanten 17 in die entsprechenden Fügepartner (Zahnstange 1 und Maschinentisch (nicht dargestellt)) eindrücken und dadurch eine formschlüssige und nahezu unverrückbare Verbindung herstellen.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Maschinenteils dargestellt. Dabei sind die Mittel zur Erhöhung der Haftreibung als kreisringförmige Flächen ausgebildet, auf der Hartkristallkörner aufgebracht sind. Bevorzugte Werkstoffe solcher Hartkristallkörner sind Siliziumcarbid, Diamantstaub und/oder Korund.
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Diese Hartmetallkörner sind von ihrer Größe und Körnung so auszuwählen, dass sie in die Anlagefläche 5 und in die Anlagefläche des Fügepartners eindringen, so dass sich eine formschlüssige Verbindung ergibt.
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Der Außendurchmesser der kreisringförmigen Fläche 21 ist bevorzugt so bemessen, dass sie innerhalb des Druckkegels liegt, der sich beim Anziehen der Befestigungsschraube einstellt. Dann ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Hartkristalle am größten. Die Hartkristalle können entweder durch einen Klebstoff, einen Folienträger, oder durch Fett oder eine zähflüssige Flüssigkeit auf die Anlagefläche 5 der Zahnstange aufgebracht werden.
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Es ist beispielsweise möglich, selbstklebende Folien herzustellen, welche die Form einer Unterlegscheibe haben und die auf einer Seite mit den Hartkörnern beschichtet sind herzustellen und diese Folienringe dann konzentrisch zu den Befestigungsbohrungen 3 auf die Anlagefläche 5 aufzukleben. In 6 ist ein solcher Folienring 23 in zwei Ansichten dargestellt. Selbstverständlich können auch auf beiden Seiten der Folie Hartkristalle aufgebracht werden.
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Wenn nun die Zahnstange mit der Befestigungsschraube gegen beispielsweise einen Maschinentisch geschraubt wird, dann verdrängen die Hartkristalle den Folienträger und dringen durch ihn hindurch, sodass sich die gewünschte formschlüssige Verbindung zwischen der Anlagefläche 5 und den Hartkristallen einstellt. Selbstverständlich ist bei der Auswahl des Folienträgers und dessen Dicke die Größe der Hartkristalle zu berücksichtigen.
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Die Lösung kann auch vor Ort, beispielsweise beim Auswechseln oder bei der Neujustierung einer Zahnstange eingesetzt werden. Sie ist ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand realisierbar und daher sehr kostengünstig.
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Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Folienträger mit Hartkristallen auch gesondert vertrieben werden und daher wird auf sie auch Schutz durch die vorliegende Anmeldung beansprucht.
