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Verfahren und. Vorrichtung zum Verbinden eines inneren Bauteiles mit
einem äußeren Bauteil Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden
eines inneren Bauteiles mit einem um dieses herum angeordneten, äußeren Bauteil,
wobei der Innendurchmesser des äußeren Bauteiles am Anfang größer als der Außendurchmesser
des inneren Bauteiles ist. Die beiden Bauteile werden geneigt angeordnet und die
Enden des äußeren Bauteiles gegenüber dem inneren Bauteil abgedichtet. Der so gebildete
geschlossene, hohlzylindrische Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Bauteil
wird mit Kunstharz unter Druck gefüllt.
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Die Erfindung ist insbesondere für das Verbinden von Metallteilen
anwendbar, kann aber auch zur Verbindung von Bauteilen angewendet werden, die aus
anderen Werkstoffen bestehen. Als Beispiel eines nichtmetallischen Werkstoffes,
auf welchen die Erfindung anwendbar ist, seien verhältnismäßig starre Kunststoffe,
wie Polyamide angeführt.
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Verbindungen, die in -Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt
werden, können für viele Zwecke benutzt werden, beispielsweise im Schiffsbau, um
eine Umkleidung fest auf und um eine Schraubenwelle anzubringen.
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Bei -der Bildung von den hier in Frage stehenden Verbindungen ist
es bekannt, die Ausdehnung des äußeren Bauteiles durch Erhitzen vor dem Einführen
des inneren Teiles zu erreichen. In diesem Falle muß der Außendurchmesser des inneren
Bauteiles anfänglich größer sein als der Innendurchmesser des Außenteiles. Dieses
Schrumpfverfahren hat jedoch den Nachteil, daß zusätzlich zur Erhöhung des Durchmessers
Wärmebeanspruchungen auftreten, die Risse oder Brüche oder sogar ein vollständiges
Aufreißen eines der Teile hervorrufen können. Insbesondere ist die Anwendung von
Hitze nachteilig bei der Verwendung von solchen Metallen, die bei verhältnismäßig
niedrigen . Temperaturen eine spröde Zone zeigen.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zum Erzielen einer Verbindung basiert
auf der Ausdehnung des äußeren Bauteiles und/oder Zusammenziehung des inneren Bauteiles
durch Anwendung äußerer, axialer Druckkräfte auf das äußere Teil und/oder Zugkräfte
auf das innere Teil, bevor dieses in das äußere Teil eingeführt wird. Auch in diesem
Fall muß derAußendurchmesser des inneren Bauteiles von Anfang an größer sein als
der Innendurchmesser des äußeren Bauteiles.
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In beiden Fällen müssen die äußere Oberfläche des inneren Bauteiles
und die innere Oberfläche des äußeren Bauteiles sehr glatt und in den Abmessungen
genau sein. Das-innere Bauteil muß beispielsweise geschliffen und das äußere Bauteil
gehont sein. Ferner kann es schwierig und zeitraubend sein, die Durchmesser sehr
genau zu messen.
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Um diesen Schwierigkeiten aus dem Weg zu gehen, ist es bekannt, insbesondere
den Flansch von Textilspulen, welcher einen-in den Spulenkörper eingepaßten Axialteil
aufweist, dergestalt im Spulenkörper festzulegen, daß beide, also Flanschteil und
Spulenkörper, an den einander zugekehrten Umfangsflächen Ausnehmungen aufweisen,
die mit einer z. B. eingespritzten erhärtbaren Masse ausgefüllt werden.
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Eine solche Verbindung mag für viele Zwecke, z. B. -das Zusammenfügen
der Teile von Textilspulen, genügen, ist aber nicht ausreichend, wenn es sich bei
diesen Teilen z. B. um bewegte Maschinenteile handelt, die unter Umständen nicht
unerhebliche Kräfte übertragen müssen.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf die Schaffung eines verbesserten
Verfahrens zum Verbinden eines Bauteiles mit einem äußeren Bauteil, ausgehend von
dem vorstehend, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Textilspule geschilderten
Verfahren.
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Erfindungsgemäß wird, um eine im fertigen Verband radial nach innen
wirkende Spannung zu erzielen, das äußere Bauteil durch entsprechend hohen Fülldruck,
welcher während des Aushärtens des Kunstharzes aufrechterhalten bleibt, ausgedehnt.
Es
ist bekannt, das unter Druck stehende Kunstharz von einer Druckquelle zu einem höhlzylindrischen
Raum durch ein Einlaßloch am nahezu niedrigsten Punkt eines äußeren Bauteiles einzuführen
und ein Entlüftungsloch in einem äußeren Bauteil am nahezu höchsten Punkt- desselben
vorzusehen. Erfindungsgemäß wird ,nach vollständigem - Füllen des hohlzylindrischen
Raumes das Entlüftungsloch geschlossen, aber das Zufuhrloch bleibt mit der Zufuhr
des unter Druck stehenden Kunstharzes verbunden, bis dieses vollständig ausgehärtet
ist. Danach wird die Verbindung geschlossen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also auf bedeutend- einfachere
Art und Weise dieselben Vorteile erreicht, wie mit dem früher geübten und notwendigen.
Aufschrumpfverfahren, während dessen Nachteile "vermieden werden.
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Eine 'Bearbeitung- des Innendurchmessers des äußeren Bauteiles oder
des Außendurchmessers des inneren Bauteiles, z. B. einer Schraubenwelle, ist nicht
mehr notwendig. Während bei dem bekannten Aufschrumpfverfahren eine Maßgenauigkeit
von ungefähr 0,01 mm-notweedig vvar, genügt bei dem-erfindungsgemäßen Verfahren
- eine Genauigkeit von 1 mm.
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Rauke und poröse Stellen auf der-inneren Oberfläche des,äußeren. Bauteiles
sind nicht mehr gefährlich, Weil diese Stellen mit Kunstharz gefüllt werden.
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Das Kunstharz be@@virkt ferner eine sehr gute Konservierung der Welle.
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Die Ummantelung kann auf die Welle ohne, die Gefahr aufgebracht;-Werden,
daß die Ummantelung sich an einer falschen Stelle auf der Welle festlegt. Bei dem
Aufschrumpfen war es auch möglich, daß die Ummantelung zuerst an ihren Enden' festgelegt
wird, so daß sie Falten werfen konnte. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren . werden-
diese Gefahren vermieden. Es ist genügend Zeit vorhanden, um die Ummantelung auf
die Welle aufzubringen, und sie legt sich über die gesamte Länge der Welle zur gleichen
Zeit fest. - -Der Drück, mit welchem das äußere Bauteil gegen das innere Bauteil
festgelegt wird, kann durch -die Höhe des Druckes, -der auf das Kunstharz: während
des Aushärtens zur Einwirkung gebracht wird, genau eingestellt werden.
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Es sind keine großen Glühöfen oder große Pressen notwendig, wie bei
den eingangs beschriebenen Verfahren. Ferner ist auch- keine große Anlage erforderlich,
um die beiden Bauteile miteinander zu verbinden.
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Es ist möglich, die Verbindung zwischen den' beiden Bauteilen durch
Erhitzen des Kunstharzes zu lösen.-"'Bei - den Aufschrumpfverfahren konnte- die
Ummantelung nur durch Aufschneiden entfernt werden. ` -Ein Beispiel zur Ausführung
des Verfahrens wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, worin
das-Verbinden einer Ummantelung mit einer Schraubenwelle eines Schiffes gezeigt
ist.' Auf die Schraubenwelle 1 muß eine Ummantelung 2 aufgebracht werden:
Der Innendurchmesser der Ummantelung 2 kann um 1,5 bis 2 mm größer sein als der
Außendurchmesser der Welle 1. Zwei verschieden hohe Böcke *'j und 4 sind zur Unterstützung
derWelle 1 und der Ummantelung 2vörgesehen. "' Die Ummantelung 2 ist mit zwei Löchern
5 und 6 in ihrer Wandung versehen. Das Loch -5 ist an einem Ende der Ummantelung
2 und das Loch 6 am - anderen Ende angeordnet, wobei diese Löcher nach entgegengesetzter
Richtung gerichtet sind.
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Die Enden der Ummantelung 2 werden mit Hilfe von- O-Ringen 7 und $
od.°dgl: abgedichtet. Diese O-Ringe Werden auf .die Enden der Ummantelung 2 durch
zwei Flansche 9 und 10 aüfgepreßt. Diese Flansche können an den Enden der Ummantelung
2 z. B. mit Hilfe" von Bolzen befestigt werden. Es ist jedoch auch möglich, Gleitteile
auf die Welle 1 neben den Flanschen 9 und 10 aufzubringen. Diese Gleitteile
können mit Hilfe von Spannmitteln, beispielsweise Stahlseilen, aufeinander zu gezogen
werden. Auf diese Weise drücken die -Gleitteile gegen die Flansche, so daß die 0
-Ringe gegen die Enden der Ummantelung 2 gehalten werden.
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Ein Behälter 11 ist mit dem Loch 5 durch ein Rohr oder -einen- Schlauch
12 verbunden. In diesem Behälter befindet sich ein Kunstharz unter hohemDruck, der
durch eine Gasflasche 13 geliefert wird. Die Gasflasche 13 liefert vorzugsweise
Luft oder- Stickstoff zum Behälter 11 durch ein Röhr oder einen Schlauch
14. In diesem Rohr ist ein Ventil 15 vorgesehen, wüh= rend der Behälter
11 mit einem Manometer 16 -zum Messen des Druckes der Luft oder des Stickstoffes
versehen ist: - -In dem Behälter 11 kann ein fliegender Kolben 17 vorhanden sein,
um die Luft oder den Stickstoff von dem Kunstharz zu -trennen.
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' Das Verfahren wird wie folgt ausgeführt: Die Ummantelung 2 wird
auf die . Welle 1 aufgebracht, und -die O-Ringe 7 und 8 werden zwischen den Enden
der Ummantelung 2 und der Welle 1 mit Hilfe der Flansche 9 und 10 angeordnet. Die
Welle 1 und die Ummantelung-2 werden auf die Böcke 3 und 4 aufgebracht, so daß das:
Loch-5 abwärts und das Loch 6 aufwärts @gericlitet sind. Das Rohr 12 ist mit dem
Loch-5 verbunden, und das Loch 6 ist offen.
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Im Behälter 11 ist ein Kunstharz in flüssigem, gegebenenfalls viskosem
-Zustand vorhanden. Zusätzlich zu dem Kunstharz- kann ein Bindemittel- oder Aushärter
in dein Behälter 11 vorhanden sein. Durch Öffnen des Ventils 15 wird
Luft oder Stickstoff über dem Kolben 17 im Behälter 11 zugeführt. Das Kunstharz
wird in den hohlzylindrischen Raum gedrängt, der von der Welle 1, der inneren Wandung
der. Ummantelung 2 und den beiden O-Ringen 7 und 8 gebildet wird: Dieser Zwischenraum
kann auf diese Weise vollständig mit Harz ausgefüllt werden. Während dieses Füllens-
kann die in diesem Raum vorhandene Luft durch das Loch 6 austreten. Wenn der Zwischenraum
vollständig gefüllt -worden ist, wird dieses Loch 6 durch einen Stöpsel od. dgl.
geschlossen,und ein ziemlich hoher Druck von beispielsweise 50 öder 100 kg/cm2 wird
auf .das Kunstharz zur Einwirkung gebracht. - .
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Anstatt einer mit einem Gas gefüllten Flasche können auch mechanische
-oder andere Mittel benutzt werden, um auf das in `dem Behälter 11. befindliche
Kunstharz höhen Druck auszuüben.
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Durch Anwenden eines hohen Druckes auf das in dem hohlzylindrischen
Raum vorhandene Kunstharz wird die Ummantelung 2 ausgedehnt, so daß deren Innendurchmesser
größer wird.
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Danach kann auch das untere Loch 5 in der Ummantelung 2 geschlossen
werden, so daß kein Kunstharz mehr in den Zwischenraum eingeführt wird und der hohe
Druck in- diesem Raum aufrechterhalten
wird, weil das Kunstharz
nicht abfließen kann. Das Kunstharz härtet nun aus, was meistens mehrere Stunden
dauert. Jedoch kann das untere Loch 5 auch während des Aushärtungsvorganges mit
der Zufuhr verbunden bleiben, so daß, wenn ein Schrumpfen des Kunstharzes eintritt,
dies durch Einfüllen neuen Kunstharzes wieder ergänzt werden kann.
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Es wurde eine sehr gute Verbindung zwischen der Ummantelung 2 und
der Schraubenwelle 1 .erzielt, weil das Kunstharz den Zwischenraum zwischen der
Schraubenwelle, der ausgedehnten Ummantelung und den beiden O-Ringen vollständig
füllt, wobei die Ummantelung das Bestreben hat, ihren anfänglichen Innendurchmesser
wieder einzunehmen, also unter einer radial nach innen wirkenden Spannung verbleibt.
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Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielte Verbindung ist
sehr starr. Sie kann nur gelöst werden, wenn die Grenze der Dehnungsbeanspruchung
der Werkstoffe der Ummantelung 2 und/ oder der Schraubenwelle 1 überschritten wird.
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Es ist wichtig, das richtige Harz zu wählen. Vorzugsweise wird ein
Kunstharz gewählt, das in kaltem Zustand aushärtet und das während der Aushärtung
nur wenig schrumpft. Außerdem muß das Kunstharz ohne die Anwesenheit von Luft aushärten
und darf während des Aushärtens keine Gase abgeben. Es wird vorzugsweise als Kunstharz
ein Epoxy-Harz benutzt, das im Behälter 11 mit einem Aushärtemittel vermischt wird.
Diese beiden Stoffe zusammen härten in ungefähr 2 Stunden aus.
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Epoxy-Harz verflüchtigt sich bei ungefähr 270° C, so daß die Verbindung
dadurch gelöst werden kann, daß sie auf 270° C erhitzt wird.
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Es ist einleuchtend, daß das Kunstharz die beiden Teile auch zusätzlich
miteinander verklebt.
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Das Verfahren kann überall dort verwendet werden, wo zwei Bauteile
miteinander verbunden werden müssen, z. B. zum Verbinden eines Zahnrades mit einer
Welle oder von Flanschen mit einem Rohr oder einer Welle.