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Anordnung zum Druckölzusammenbau einer Preßsitzverbindung Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zum Druckölzusammenbau einer Preßsitzverbindung eines zylindrischen
Teiles mit einer durchgehenden zylindrischen Oberfläche mit einem Teil mit durchgehender
zylindrischer Bohrung, unter Verwendung eines an die Stirnfläche des zylindrischen
Teiles anschließenden Hilfsteiles, auf dessen vom zylindrischen Teil abgewandtes
Ende der zu befestigende Teil mit der zylindrischen Bohrung mit geringer Kraft aufschiebbar
ist.
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Es ist bekannt, Preßsitzverbindungen auf die Weise unter Anwendung
geringer axialer Kräfte zusammenzubauen, daß zwischen die Auflageflächen der Teile
Drucköl mit hohem Druck im Bereich von 1000 at gebracht wird, welches unter anderem
eine Aufweitung des mit der Bohrung versehenen Teiles bewirkt und ein leichtes Verschieben
und Verdrehen dieses Teiles auf dem inneren Teil, z. B. einer Welle, gestattet.
Es ist dabei jedoch schwierig, anfänglich den Teil mit der zylindrischen Bohrung
auf den zylindrischen Teil, z. B. eine Welle, zu bringen. Es ist üblich, zwecks
Erleichterung des Zusammenbaues die Auflageflächen beider Teile leicht konisch auszuführen
oder, falls eine der Flächen zylindrisch ist, Zwischenbüchsen mit einer zylindrischen
und einer konischen Auflagefläche zu verwenden. Die Herstellung der konischen Flächen,
die sehr genau sein müssen, auf den Teilen oder den Zwischenbüchsen verteuert diese
Art der Verbindung in bedeutender Weise. Außerdem wird dadurch die Möglichkeit verloren,
den Teil mit der Bohrung entlang größerer Längen der Welle zu bewegen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Druckölzusammenbau eines
zylindrischen Teiles mit einem Teil mit zylindrischer Bohrung unter Verwendung eines
Werkzeuges auszuführen, welches einen zylindrischen Hilfsteil enthält, der in die
Bohrung des zu befestigenden Teiles einschiebbar ist und an der Stirnfläche des
anderen Teiles befestigt wird. Die beiden Enden der Bohrung des zu befestigenden
Teiles werden dabei gegenüber dem Hilfsteil mit Gummiringen abgedichtet, durch Druckölzufuhr
wird der aufzuschiebende Teil aufgeweitet und auf die Welle aufgeschoben. Diese
Vorrichtung hat unter anderem den Nachteil, daß die Gummiringe in bedeutender Weise
die Reibung zwischen der Welle und dem aufzuschiebenden Teil vergrößern und zudem
bei einem Zusammenbau durch die hohen Drücke derart beschädigt werden, daß sie meistens
ein zweites Mal nicht mehr verwendbar sind. Auch ist diese Vorrichtung beim Auseinanderbau
derartiger Verbindungen nicht brauchbar, und es bestehen bedeutende Schwierigkeiten
beim Abziehen zylindrischer Teile von zylindrischen Wellen, sobald die Nut bzw.
die Öffnung zur Zufuhr des Drucköles bereits das Wellenende passiert hat. Der auf
der Welle verbleibende Teil der zylindrischen Bohrung verklemmt sich auf dieser
oft, und es können dann die Teile nur unter Anwendung besonderer Kräfte und meistens
sogar unter Beschädigung der Auflageflächen voneinander gelöst werden.
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Es ist bekannt, den Zusammenbau eines Teiles mit zylindrischer Bohrung
mit einer Welle mit zylindrischer Außenfläche dadurch zu erleichtern, daß die Flächen
an beiden Teilen abgestuft ausgeführt werden, mit kurzen, der Abdichtung dienenden
konischen Übergängen. Der Teil mit der Bohrung ist jedoch in diesem Fall nicht auf
der Welle in größeren Längen verschiebbar, so daß sich diese Bauweise z. B. nicht
für Nockenwellen eignet, die mehrere Nocken mit gleichem Außendurchmesser auf einer
Welle aufweisen.
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Es ist die Verwendung eines zylindrischen Hilfszapfens bekannt, der
für die Einführung eines zylindrischen Zapfens mit großem Übermaß in eine zylindrische
Bohrung verwendet wird. Der Hilfszapfen, dessen Durchmesser kleiner ist als der
des eigentlichen Zapfens wird zuerst in die Bohrung eingeführt, worauf er durch
den eigentlichen Zapfen ausgetrieben wird. Obwohl bei dieser Ausführung der Teil
mit der Bohrung mit mehreren Ringnuten für das Öl versehen ist, müssen beide Zapfen,
der Hilfszapfen wie der eigentliche zu befestigende Zapfen bis zur ersten Nut
eingepreßt
werden. Das gleiche gilt auch für die Demontage, wo nach dem Verlassen der letzten
Nut die Teile unter bedeutender Kraftanwendung auseinandergezogen werden müssen.
Das erfordert besondere Pressen und ruft die Gefahr einer Beschädigung der einzupressenden
Bereiche der Teile hervor.
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Es ist auch üblich, in einem zylindrischen Zapfen axiale Bohrungen
für die Zufuhr von Drucköl vorzusehen, an welche ringförmige Nuten angeschlossen
sind, die am Umfang des zylindrischen Teiles verlaufen. Die einzelnen Nuten sind
mit Abschlußorganen versehen, welche die Zufuhr von Drucköl zu den betreffenden
Nuten verschließen, sobald der auf dem zylindrischen Teil aufgezogene Teil mit zylindrischer
Bohrung die betreffende Nut verlassen hat. Auch bei dieser Anordnung muß der Weg
des Teiles beim Aufziehen bis zur ersten Nut unter bedeutender Kraftanwendung überwunden
werden. Außerdem ist diese Anordnung nicht für lange Wellen, wie z. B. Nockenwellen,
geeignet, da es nicht möglich ist, diese mit erforderlichen Längsbohrungen und Nuten
zu versehen.
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Schließlich ist eine Hilfsvorrichtung zum Aufziehen von Teilen mit
einer zylindrischen Bohrung auf eine zylindrische Welle bekanntgeworden, bei welcher
die Hilfsvorrichtung mit einer Dichtung versehen ist, welche die Bohrung verschließt.
Wenn gleichzeitig der Teil mit der Bohrung gegen das Ende des zylindrischen Zapfens
dichtend abgestützt ist, ist es möglich, den Teil mit der Bohrung durch Drucköl
aufzu- ; weiten. Diese Ausführung hat wegen der Verwendung von Dichtungen den bereits
erwähnten Nachteil, daß diese Dichtungen bei den vorkommenden hohen Drücken keine
lange Lebensdauer aufweisen.
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Die Erfindung hat das Ziel, diese Nachteile zu beseitigen und eine
Anordnung zu schaffen, welche einen einfachen und unter Verwendung der gleichen
Teile beliebig oft wiederholbaren Zusammenbau und Auseinanderbau zylindrischer Teile
mit Teilen mit zylindrischer Bohrung gestattet, und zwar auf eine Weise, die eine
Bewegung des Teiles mit der Bohrung entlang einer größeren Länge des zylindrischen
Teiles, z. B. einer Welle, ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Hilfsteil an seinem dem zylindrischen Teil zugewandten Ende den gleichen Durchmesser
aufweist wie der zylindrische Teil und in einer Länge, die größer ist als die Länge
der Bohrung des zu befestigenden Teiles, eine stetige Verjüngung aufweist.
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Es ist dabei vorzugsweise möglich, die Verjüngung durch eine konische
Oberfläche zu bilden, deren größerer Durchmesser gleich ist wie der Durchmesser
des zylindrischen Teiles und deren kleinerer Durchmesser in die zylindrische Bohrung
des zu befestigenden Teiles einschiebbar ist. Auf diese Weise wird ein leicht herstellbarer
Hilfsteil gewonnen, der im Betrieb voll befriedigt. Man kann dabei die Konizität
der konischen Oberfläche des Hilfsteiles kleiner als 1: 800 wählen, was zur einwandfreien
Funktion der Anordnung beiträgt. Es muß in diesem Zusammenhang hervorgehoben werden,
daß die Konizität nicht genau eingehalten zu werden braucht, was die Herstellung
des Hilfsteiles bedeutend erleichtert.
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Wenn man den Hilfsteil anschließend an das Ende der Verjüngung mit
dem größeren Durchmesser mit einer zylindrischen Fläche versieht, so wird dadurch
die überführung des zu montierenden Teiles vom Hilfsteil auf die Welle und in seine
Betriebsstellung erleichtert.
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Vorzugsweise wird der Hilfsteil vom zylindrischen Teil, z. B. der
Welle, getrennt ausgeführt, und es wird zur Dichtung des Spaltes zwischen dem Hilfsteil
und der Welle ein auf einem der Teile ausgebildeter kranzförmiger Vorsprung vorgesehen.
Auf diese Weise wird eine einfache, gut funktionierende Dichtung gewonnen, die,
im Gegensatz z. B. zu Gummiringen, keiner Alterung unterworfen ist.
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Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnug schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein typisches Werkstück, zu dessen
Zusammenbau eine erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar ist, und zwar die Nockenwelle
eines größeren Dieselmotors, F i g. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, F i g. 3 ein Diagramm des Verlaufes der bei der Montage anwendbaren
Öldrücke entlang der Vorrichtung nach der F i g. 2, F i g. 4 ein Detail einer gegenüber
der F i g. 2 abgeänderten Ausführungsform.
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In F i g. 1 ist eine Nockenwelle 1 mit Gruppen von Nocken 2 versehen.
An einem Ende trägt die Nockenwelle Zahnräder 3 und 4. Das Zahnrad 3 ist so wie
die Nocken 2 durch eine Preßsitzverbindung auf der Welle befestigt. Das Zahnrad
4 ist auf einem Gewindestummel 5, der am Ende der Welle 1 ausgebildet ist, aufgeschraubt.
Zwecks billiger Fertigung hat die Nockenwelle 1 auf ihrer gesamten Länge außer dem
Gewindestummel s eine zylindrische Außenfläche mit genau dem gleichen Durchmesser.
Die auf der Nockenwelle 1 befestigten Teile 2 und 3
haben andererseits
zylindrische Bohrungen, deren Durchmesser bei allen ebenfalls mit großer Genauigkeit
gleich sind. Die Nocken 2 und das Zahnrad 3 sind in an sich bekannter Weise mit
Bohrungen 6 versehen, an die in geeigneter Weise, z. B. mit Schraubennippeln, die
Druckleitung einer Hochdruckölpumpe angeschlossen werden kann, zwecks Einführung
von Drucköl zwischen die Auflageflächen.
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Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung enthält einen auf den Gewindestummel 5 aufschraubbaren Hilfsteil 10,
dessen Außenfläche einen langgestreckten Konus bildet. Der Durchmesser D des auf
der Stirnfläche der Nockenwelle 1 aufliegenden Endes des Teiles
10 ist mit großer Genauigkeit gleich wie der Durchmesser D der Welle. Der
kleinere Durchmesser d des Hilfsteiles 10 ist derart gewählt, daß der Nocken 2 bei
der Montage auf den Teil 10 aufschiebbar ist. An der Auflageseite ist der
Teil 10 mit einem kranzförmigen Vorsprung 11 versehen, mit dessen Hilfe der
Spalt an der Verbindungsstelle der beiden Teile 10 und 1 abgedichtet wird. Zwecks
Gewichtsverminderung kann der Teil 10 seiner Länge nach mit einer Bohrung 12 versehen
sein.
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Bei einem Zusammenbau der Nockenwelle 1 mit den Nocken oder dem Zahnrad
wird der Hilfsteil 10
auf den Gewindestummel 5 aufgeschraubt (F i g. 2) und
derart angezogen, daß die Vorsprünge 11 ausreichend dichten. Dann wird der aufzuschiebende
Teil, z. B. ein Nocken 2, auf das dünnere Ende des Hilfsteiles 10 geschoben, so
weit es geht. Darauf wird die Bohrung 6 des Nockens 2 an die Druckleitung 13 einer
nicht dargestellten, an sich bekannten Hochdruckpumpe
angeschlossen,
welche in Betrieb gesetzt wird. Durch die elastische Deformation der Auflageflächen
der Teile 2 und 10 findet bei einer geeigneten Konizität des Teiles 10 bereits eine
gewisse Dichtwirkung auch an der dem geringeren Durchmesser zugewandten Seite des
Teiles 2 statt. Es kann sich daher bei dauernder Druckölzufuhr ein, gewisser Öldruck
zwischen den Auflageflächen aufbauen, welcher ein weiteres Verschieben des Teiles
2 dem größeren Durchmesser zu gestattet. Je näher der Teil 2 dem Ende des
Teiles 10 mit dem größeren Durchmesser kommt, um so besser wird die Dichtwirkung
an den Rändern der Auflageflächen und um so höher wird der Druck, welcher sich zwischen
den Auflageflächen aufbaut. Dieser Verlauf der erreichbaren Drücke entlang des Hilfsteiles
10 ist durch die Linie p in F i g. 3 dargestellt. Unter Ausnutzung dieser
immer höher werdenden Drücke kann der Teil 2 oder ein anderer, aufzuschiebender
Teil, bei gleichzeitiger Druckölzufuhr durch die Rohrleitung 13, bis an das der
Nockenwelle 1 zugewandte Ende des Teiles 10 geschoben werden und darüber hinaus
auf diese Welle. Die Verschiebung des Teiles auf der Nockenwelle 1 erfolgt dann
in an sich bekannter Weise bis an die Stelle, wo der Teil fixiert werden soll. Die
Befestigung des Teiles erfolgt in ebenfalls bekannter Weise durch Entweichen des
Drucköles von den Auflageflächen. Ein Auseinanderbau der Teile erfolgt in ähnlicher
Weise unter Anwendung des Hilfsteiles 10.
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Die Konizität des Hilfsteiles 10 muß so gewählt werden, daß bereits
beim Aufschieben der zylindrischen Bohrung des zu befestigenden Teiles mit geringer
Kraft und auch in jeder Lage auf dem Hilfsteil eine Dichtwirkung an beiden Seiten
der Bohrung, d. h. also auch an der dem verjüngten Ende des Teiles 10 zugewandten
Seite, zustande kommt. Es ist klar, daß diese Wirkung außer von der Konizität auch
von der Länge und der Elastizität des zu befestigenden Teiles und z. B. auch von
einer Verschiedenheit der Elastizität an dessen beiden Enden beeinflußt wird. Elastischere,
kurze Teile passen sich dem Konus besser an und können über eine steilere konische
Fläche auf die Welle hinaufgeschoben werden, als weniger elastische und lange Teile.
In einem konkreten Fall, bei der Befestigung von 120 mm breiten Nocken auf einer
Nockenwelle von 120 mm Durchmesser, hat es sich erwiesen, daß bereits eine Länge
L der konischen Oberfläche des Teiles 10, die ungefähr das Vierfache des
Durchmessers D der Welle beträgt, für diesen Zweck trotz der relativ großen Länge
bzw. Breite des zu befestigenden Teiles ausreichend ist. Die entsprechende Konizität
der Oberfläche des Hilfsteiles 10 war 1:1250. Es kann auch vorteilhaft sein, wie
in F i g. 4 dargestellt, das Ende des Hilfsteiles 10 mit dem größeren Durchmesser
mit einer zylindrischen Fläche 14 zu versehen (F i g. 4), die ungefähr der
Länge der zu befestigenden Teile entspricht. Auf diese Weise wird der übergang vom
Hilfsteil 10 auf die Welle 1 erleichtert. Es hat sich dabei gezeigt, daß
dem übergang von der zylindrischen Endfläche zur konischen Fläche des Hilfsteiles
10 keine besondere Aufmerksamkeit gewidmet zu werden braucht und dieser Übergang
»scharfkantig« sein kann. Es versteht sich, daß aber auch ein allmählicher übergang
der beiden Flächen in irgendeiner Weise, z. B. durch »Abrundung«, geschaffen werden
kann.
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Im beschriebenen Beispiel ist der Hilfsteil 10 als auf die
Welle 1 aufschraubbar gezeichnet und beschrieben worden. Es versteht sich, daß die
Befestigung auch durch andere Mittel zustande kommen kann, z. B. mit Hilfe einer
Gewindebohrung im Teil 1.
Unter Umständen ist es in besonders gelagerten Fällen
sogar möglich, den Hilfsteil 10 mit der Welle 1 aus einem Stück auszubilden, d.
h. die Welle 1 mit der konischen Oberfläche des Teiles 10 zu versehen. Das kann
überall dort von Vorteil sein, wo genügend Platz vorhanden ist oder z. B. die Welle
ein genügend langes, freies Ende aufweist.
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Die bei der beschriebenen Ausführungsform verwendete Dichtung mit
Hilfe des vorstehenden Kranzes 11 kann auch durch eine beliebige Dichtung mit einem
elastischen oder plastischen Dichtungsmittel ersetzt werden. Die Dichtung durch
den Kranz hat jedoch den Vorteil, daß sie keiner Alterung unterliegt, eine oftmalige
Wiederverwendung ermöglicht und überhaupt besondere Dichtungsteile überflüssig macht.
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Obwohl beim beschriebenen Beispiel der Hilfsteil entlang der ganzen
Länge seines konischen Teiles die gleiche Konizität aufweist, ist es ohne weiteres
möglich, diese konische Fläche mit verschiedenen Abstufungen zu versehen. So könnte
z. B. der zum Erzielen einer anfänglichen Dichtung dienende Endteil mit dem geringsten
Durchmesser eine kleine Konizität aufweisen, der mittlere Teil eine größere, die
dann wieder allmählich in einen Teil mit geringer Konizität, bzw. sogar nach F i
g. 4 in einen zylindrischen Teil übergehen würde.