DE19706766A1 - Befestigungsverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungsverfahren zum Einsetzen eines Kerns in einen Vertiefungsabschnitt eines Metallbauteils, das ein offenes Ende hat, und auf eine Verbindung des Metallbauteiles mit dem Kern, indem der Kern und das Metallbauteil mittels eines Druckstempels am Umfang zusammengedrückt werden. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Befestigungsverfahren, das vorzugsweise für eine Verbindung zwischen einem Kern und einem Metallendfitting in einem Polymerisolator verwendet wird.

Im allgemeinen waren verschiedene Befestigungsverfahren zum Einsetzen eines Kerns in einen Vertiefungsabschnitt eines Metallbauteiles, das ein offenes Ende hat, und zum Verbinden des Metallbauteiles mit dem Kern bekannt, indem der Kern und das Metallbauteil mittels eines Druckstempels am Umfang zusammengedrückt wurden. Zum Beispiel offenbart die japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-54730 eine derartige Technik, so daß, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ein Kern 51 und ein Druckabschnitt eines Metallbauteiles 52 durch Durchführen eines Kompressionsvorganges verbunden werden, so daß ein Kompressionsdruck P am Umfang auf einen Kompressionsbereich L des Kerns 51 und des Metallbauteiles 52, die komprimiert werden sollen, mittels eines Druckstempels 53, der eine Breite a hat, die dem Kompressionsbereich L entspricht, auf einmal aufgebracht wird.

Da bei dieser Technik das Metallbauteil 52 in einer Richtung plastisch deformiert wird, die senkrecht zu einer Richtung ist, in der der Kompressionsdruck mittels des Druckstempels 53 aufgebracht wird, wird auf den Kern 51 in dessen Axialrichtung eine Zugbelastung aufgebracht. Darüberhinaus wird auf den Kern 51 in dessen Radialrichtung zur gleichen Zeit ein Kompressionsdruck aufgebracht.

Zu der Zeit, wenn von der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-54730 offenbarten Technik Gebrauch gemacht wird, kann durch diese Technik eine ausreichende Befestigungsfestigkeit erzielt werden. Jedoch trat in letzter Zeit beispielsweise auf dem Gebiet eines Polymerisolators und dergleichen das Erfordernis auf, ein Befestigungsverfahren zu schaffen, das eine noch zuverlässigere Befestigungsfestigkeit hat, um einen Polymerisolator herzustellen, der eine noch exzellentere Zuverlässigkeit hat.

In dieser Hinsicht kann der Kompressionsdruck erhöht werden, um eine ausreichendere Befestigungsfestigkeit zu erzielen. Jedoch kann eine vorbestimmte Befestigungsfestigkeit nicht erzielt werden, wenn ein Material des Kerns variiert, und somit entsteht ein Problem, daß nämlich ein Befestigungsabschnitt bei einer extrem niedrigen Zugfestigkeit im tatsächlichen Gebrauch bricht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein Befestigungsverfahren zu schaffen, das eine noch ausreichendere Befestigungsfestigkeit (Zugfestigkeit) für den Fall erzielen kann, in dem ein Kern und ein Metallbauteil durch Zusammendrücken dieser mittels eines Druckstempels verbunden werden.

Erfindungsgemäß weist ein Befestigungsverfahren zum Einsetzen eines Kerns in einen Vertiefungsabschnitt eines Metallbauteiles, das ein offenes Ende hat, und zur Verbindung des Metallbauteiles mit dem Kern, indem der Kern und das Metallbauteil mittels eines Druckstempels umfangsseitig zusammengedrückt wird, einen Schritt auf, den Kern und das Metallbauteil am Umfang in einer solchen Art und Weise zusammenzudrücken, daß ein Gesamtkompressionsabschnitt, der durch den Druckstempel kopmprimiert werden soll, in eine Vielzahl an Kompressionsbereichen unterteilt ist, die von dem offenen Endabschnitt des Metallbauteiles zu dem anderen Endabschnitt hin angeordnet sind, wobei ein Kompressionsdruck nachfolgend auf die Kompressionsbereiche von dem offenen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt hin aufgebracht wird.

In der vorliegenden Erfindung, in dem Fall der Durchführung einer Verbindung durch umfangsseitiges Zusammendrücken des Kerns und des Metallbauteiles durch den Druckstempel, ist es möglich, eine hohe Befestigungsfestigkeit (Zugfestigkeit) im Vergleich zu einer Verbindung durch einmaliges Zusammendrücken dieser zu erhalten, da ein Kompressionsdruck sukzessive von dem offenen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt auf die Kompressionsbereiche aufgebracht wird.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung zum Vergleich des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens und des bekannten Befestigungsverfahrens.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung noch eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens.

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles eines bekannten Befestigungsverfahrens.

Im nachfolgenden soll die Erfindung anhand einer Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

Zuerst wird eine Verbindung, die durch Zusammendrücken eines Kerns und eines Metallbauteiles durchgeführt wird, was eine Grundlage eines erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens ist, unter Bezugnahme auf eine Kompressionsverbindung zwischen einem FRP-Kern und einem Metallendfitting in einem Polymerisolator erläutert. In dem Polymerisolator wird eine Verbindungsfestigkeit durch Reibung einer Grenzoberfläche zwischen dem FRP-Kern und dem Metallendfitting erzeugt. Deshalb variieren in dem Polymerisolator, in dem eine Verbindung zwischen dem FRP-Kern und dem Metallendfitting durch ein Kompressionsverfahren durchgeführt wird, eine Bruchfestigkeit und ein Bruchmodus in Abhängigkeit von einem Kompressionsdruck, der aufgebracht wird, wenn die Verbindung durchgeführt wird.

In dem Fall, in dem der FRP-Kern und das Metallendfitting durch ein Kompressionsverfahren in einem Bereich verbunden werden, wo ein niedriger Kompressionsdruck aufgebracht wird, wird der Bruchmodus zu einem "Kernausschlupf"-Modus, in dem ein Schlupf an einer Grenzoberfläche zwischen dem FRP-Kern und dem Metallendfitting auftritt und der FRP-Kern aus dem Metallendfitting herausschlüpft, wenn der Polymerisolator beim tatsächlichen Gebrauch in einem Zugzustand bleibt. In diesem Fall, wenn der Kompressionsdruck erhöht wird, wird auch eine Grenzbruchfestigkeit erhöht, bei der der Kernausschlupf beginnt. Wenn sie jedoch unter einem Kompressionsdruck verbunden werden, der unterhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, wird der Bruchmodus zu einem "Kernbruch"-Modus, bei dem eine Zugfestigkeit, die der Polymerisolator aushalten kann, unerwartet sinkt. Das heißt, in dem "Kernbruch"-Modus, wenn eine Kompressionsverbindung zwischen dem FRP-Kern und dem Metallendfitting durchgeführt wird, werden in dem FRP-Kern mikrofeine Risse erzeugt. In diesem Fall, wenn der Polymerisolator über einen langen Zeitraum beim tatsächlichen Gebrauch in einem Zugzustand gehalten wird, werden die mikrofeinen Risse, die in dem FRP- Kern erzeugt werden, gefördert und der FRP-Kern bricht. Deshalb sinkt eine Zugfestigkeit unerwartet, die der Polymerisolator aushalten kann. Darüberhinaus bricht der FRP- Kern in dem Metallendfitting, wenn der Kompressionsdruck weiter ansteigt und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit kann nicht erzielt werden.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens unter Bezugnahme auf ein Befestigungsverfahren an einem Endabschnitt des Polymerisolators. In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein FRP-Kern 1 in einen Vertiefungsabschnitt 3 eines Metallendfittings 2, das ein offenes Ende 2a hat, eingesetzt und der FRP-Kern 1 und das Metallendfitting 2 werden miteinander verbunden, indem sie mittels eines Druckstempels 4 am Umfang zusammengedrückt werden. In diesem Fall ist in der vorliegenden Erfindung eine Breite des Druckstempels 4 auf eine Breite a (L/2) eingestellt, was eine Hälfte eines Gesamtdruckabschnittes L ist, und ein Kompressionsdruck wird auf den gesamten Druckabschnitt auf zweimal von einer Seite des offenen Endes 2a aufgebracht. Der jeweilige Kompressionsdruckaufbringungsvorgang wird in einer solchen Art und Weise durchgeführt, daß ein Kompressionsdruck P auf einer gesamten äußeren Oberfläche des Metallendfittings 2 aufgebracht wird.

Im nachfolgenden werden das Befestigungsverfahren gemäß der Erfindung, das in Fig. 1 gezeigt ist, und das bekannte Befestigungsverfahren, das in Fig. 7 gezeigt ist, miteinander verglichen. Das heißt, daß, wie in Fig. 7 gezeigt ist, der bekannte Polymerisolator, der durch einmaliges Aufbringen eines Kompressionsdruckes P unter solch einer Bedingung erhalten wird, daß ein Durchmesser d des FRP-Kerns 51 16 mm beträgt und eine Breite a des Druckstempels 53 44 mm beträgt, was gleich ist zu jener des Gesamtdruckabschnittes L, vorbereitet wird. Zur gleichen Zeit wird der erfindungsgemäße Polymerisolator, wie in Fig. 1 gezeigt ist, der durch zweifaches Aufbringen eines Kompressionsdruckes unter solch einer Bedingung erhalten wird, daß ein Durchmesser des FRP- Kerns 1 16 mm beträgt und eine Breite a des Druckstempels 4 22 mm beträgt, was eine Hälfte des gesamten Druckabschnittes L ist, vorbereitet.

Anschließend werden in Bezug auf den somit vorbereiteten erfindungsgemäßen Polymerisolator und den somit vorbereiteten bekannten Polymerisolator die Zugfestigkeiten gemessen, bei denen der Polymerisolator bricht und ein Brechmodus wird zu jener Zeit bestätigt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt. Aus den Ergebnissen, die in Fig. 2 gezeigt sind, kann abgeleitet werden, daß in dem bekannten Polyinerisolator die größte Zugfestigkeit, bei der Polymerisolator in dem Kernausschlupfmodus bricht, T1 beim Kompressionsdruck P1 ist, wenn eine im tatsächlichen Gebrauch aushaltbare Zugfestigkeit durch Formen des Polymerisolators unter einem erhöhten Kompressionsdruck P angehoben wird. Andererseits kann erkannt werden, daß in dem erfindungsgemäßen Polymerisolator eine Zugfestigkeit T2 im Kernausschlupfmodus erhalten wird, die größer als T1 ist, wenn ein Kompressionsdruck, der aufgebracht werden soll, P1 ist, der viel niedriger als P2 ist. Auf diese Art und Weise kann eine Zugspannung und eine Druckspannung, die in dem Kern erzeugt wird, herabgesetzt werden, wenn der Gesamtdruckabschnitt in eine Vielzahl an Druckbereichen unterteilt wird und ein Kompressionsdruck sukzessive auf die Kompressionsbereiche aufgebracht wird, um eine Verbindung herzustellen, und ein Bruch des Kerns in dem Metallbauteil aufgrund einer Kompression des Metallbauteils kann verhindert werden, so daß der Polymerisolator erhalten werden kann, der eine stabile Zugfestigkeitscharakteristik hat.

Die Fig. 3 bis 5 sind jeweils schematische Ansichten, die ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens zeigen. In den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen sind Abschnitte, die ähnlich zu jenen in Fig. 1 sind, durch dieselben Bezugszeichen wie jene aus Fig. 1 bezeichnet, und deren Erläuterung wird hier weggelassen. In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Kompression des Gesamtdruckabschnittes L in einer solchen Art und Weise durchgeführt, daß ein erster Kompressionsdruck P₁, ein zweiter Kompressionsdruck P₂ und ein dritter Kompressionsdruck P₃ sukzessive auf die Druckbereiche mittels des Druckstempels 4 aufgebracht werden, der eine Breite a hat, die ein Drittel des Gesamtdruckabschnittes L ist, der zusammengedrückt werden soll. In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle Kompressionsdrücke gleich, so daß eine Gleichung P₁=P₂=P₃ erfüllt ist.

Darüberhinaus wird in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, das dasselbe wie das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist, ein Druck auf den Gesamtdruckabschnitt L in einer solchen Art und Weise durchgeführt, daß ein Kompressionsdruck auf dreimal mittels des Druckstempels 4 aufgebracht wird, der eine Breite a hat, die ein Drittel des Gesamtdruckabschnittes L ist. Ein unterschiedlicher Punkt zu jenem aus Fig. 2 ist, daß ein Kompressionsdruck, der aufgebracht werden soll, sukzessive erhöht wird, so daß eine Gleichung P₁<P₂<P₃ erfüllt wird. Desweiteren wird in dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, das dasselbe wie die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele ist, von dem Druckstempel 4 Gebrauch gemacht, der eine Breite a hat, die ein Drittel des Gesamtdruckabschnittes L ist. Ein unterschiedlicher Punkt zu jenen aus den Fig. 3 und 4 ist, daß ein erster Kompressionsdruck P₁, ein zweiter Kompressionsdruck P₂, ein dritter Kompressionsdruck P₃ und ein vierter Kompressionsdruck P₄ sukzessive in einer solchen Art und Weise auf die Druckbereiche aufgebracht werden, daß ein Teil b der jeweiligen Druckbereiche überlappt. In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Gleichung P₁<P₂<P₃P₄ erfüllt.

In den Befestigungsverfahren, die in den Fig. 3 bis 5 gezeigt sind, wird ein Verhältnis zwischen dem Kompressionsdruck P₃ unter den Kompressionsdrücken P₁ bis P₄ und eine Grenzfestigkeit, bei der das Metallbauteil des Polymerisolators, der durch die vorstehend beschriebenen jeweiligen Befestigungsverfahren erhalten wird, bricht, zusammen mit dem Brechmodus zu jener Zeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 zeigt P_s einen Grenzkompressionsdruck, bei dem der Polymerisolator bei dem "Kernausschlupf"-Modus in dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, bricht, und P_b zeigt einen Kompressionsdruck, bei dem der Polymerisolator bei dem "Kernbruch"-Modus bricht. Darüberhinaus ist in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Beispiel gezeigt, das den Fall P₃=P_b, P₂=P_s und P₁<P₂<P3 erfüllt. Desweiteren ist in dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Beispiel gezeigt, für den Fall, daß P₃=P₄=P_b, P₂=P_s, und P₁<P₂<P₃=P₄ erfüllt werden.

Aus den in Fig. 6 gezeigten Ergebnissen, wenn die in Fig. 3 gezeigten Ergebnisse und die in Fig. 4 gezeigten Ergebnisse verglichen werden, wird klar, daß, sogar bei dem dreimaligen Kompressionsvorgang das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel, für das P₁<P₂<P₃ erfüllt ist, bei dem Kernausschlupfmodus eine exzellente Zugfestigkeit hat, der höher als jener des Ausführungsbeispieles ist, das in Fig. 3 gezeigt ist, für das P₁=P₂=P₃ gilt. Aus diesem Ergebnis wird klar, daß ein auf die Druckbereiche aufgebrachter Kompressionsdruck sukzessive ansteigt, wenn eine Vielzahl an Druckvorgängen durchgeführt wird. Anschließend, wenn die in Fig. 4 gezeigten Ergebnisse und die in Fig. 5 gezeigten Ergebnisse verglichen werden, wird klar, daß das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel, bei dem die Anzahl der Kompressionsvorgänge erhöht wird und eine Mehrzahl an Kompressionsvorgängen in einer überlappenden Art durchgeführt werden, eine hervorragende Druckfestigkeit beim Kernausschlupfmodus hat, der höher als jener des Ausführungsbeispieles ist, das in Fig. 4 gezeigt ist, bei dem die Anzahl der Kompressionsvorgänge gering ist und und eine Vielzahl an Kompressionsvorgängen in einer nichtüberlappenden Art durchgeführt werden. Aus den vorstehend beschriebenen Ergebnissen wird klar, daß es vorzuziehen ist, die Vielzahl an Kompressionsvorgängen in einer überlappenden Art durchzuführen.

Im allgemeinen wird die Verbindung unter einem Kompressionsdruck in einem Bereich durchgeführt, bei dem der Bruch in dem "Kernausschlupf"-Modus auftritt, was eine stabile Qualität für den Isolator gewährleistet. Jedoch ist es in den bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung klar, daß eine weiterhin hervorragende Zugfestigkeit erhalten werden kann, sogar wenn der zweite Kompressionsdruck oder weitere andere als der erste Kompressionsdruck, der nahe des offenen Endes 2a des Metallendfittings 2 aufgebracht wird, derselbe wie der Grenzkompressionsdruck P_s zwischen dem "Kernausschlupf"-Modus und dem "Kernbruch"-Modus ist oder größer.

Es soll angemerkt werden, daß in den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ein Bereich des "Kernausschlupf"-Modus und ein Bereich des "Kernbruch"-Modus vorher durch Vorbereiten der Polymerisolatoren bestimmt wird, die dieselbe Gestalt unter verschiedenen Kompressionsdrücken haben, und es werden Zugfestigkeiten gemessen und das Ergebnis wird verwendet.

Wie deutlich aus der vorstehend beschriebenen Erläuterung hervorgeht, kann erfindungsgemäß eine hervorragende Befestigungsfestigkeit (Zugfestigkeit) im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel erhalten werden, bei dem ein Kompressionsdruck auf einmal aufgebracht wird, da ein Kompressionsdruck sukzessive auf die unterteilten Druckbereiche des Gesamtdruckabschnittes in dem Fall, daß die Verbindung in einer solchen Art und Weise durchgeführt wird, daß der Kern und das Metallbauteil umfangsseitig mittels des Druckstempels zusammengedrückt werden.

Es wird ein Befestigungsverfahren offenbart, das die Schritte eines Einsetzens eines Kerns in einen Vertiefungsabschnitt eines Metallbauteiles umfaßt, der einen offenen Endabschnitt hat, und das Verbinden des Metallbauteiles mit dem Kern, indem der Kern und das Metallbauteil mittels eines Druckstempels umfangsseitig zusammengedrückt wird. Die Verbesserung enthält einen Schritt eines umfangsseitigen Zusammendrückens des Kerns und des Metallbauteiles in einer solchen Art und Weise, daß ein Gesamtdruckabschnitt, der mittels des Druckstempels zusammengedrückt werden soll, in eine Vielzahl an Kompressionsbereiche unterteilt wird, die von dem offenen Endabschnitt des Metallbauteiles zum anderen Endabschnitt hin angeordnet sind und ein Kompressionsdruck sukzessive auf die Druckabschnitte von dem offenen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt hin aufgebracht wird.

Claims (6)

1. Befestigungsverfahren, das die folgenden Schritte enthält:
Einsetzen eines Kerns (1) in einen Vertiefungsabschnitt (3) eines Metallbauteiles (2), das einen offenen Endabschnitt (2a) hat, und
Verbinden des Metallbauteiles (2) mit dem Kern (1), indem der Kern und das Metallbauteil mittels eines Druckstempels (4) umfangsseitig zusammengedrückt wird, das einen Schritt aus umfangsseitigem Zusammendrücken des Kerns und des Metallbauteiles in einer solchen Art und Weise aufweist, daß ein Gesamtdruckabschnitt, der mittels des Druckstempels (4) zusammengedrückt werden soll, in eine Vielzahl an Druckbereiche unterteilt wird, die vom offenen Endabschnitt (2a) des Metallbauteiles (2) zum anderen Endabschnitt angeordnet sind, und daß ein Kompressionsdruck (P1-P4) sukzessive auf die Druckbereiche vom offenen Endabschnitt (2a) zum anderen Endabschnitt hin aufgebracht wird.

2. Befestigungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite der Druckbereiche des Metallbauteils (2) auf eine Hälfte oder weniger einer Länge des Gesamtdruckabschnittes, der zusammengedrückt werden soll, festgesetzt wird.

3. Befestigungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsdrücke (P1-P4), die auf die Kompressionsbereiche aufgebracht werden, sukzessive vom offenen Endabschnitt (2a) und dem anderen Endabschnitt des Gesamtdruckabschittes, der komprimiert werden soll, erhöht werden.

4. Befestigungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kompressionsdrücke (P1, P2) eines ersten Kompressionsvorganges oder erste und zweite Kompressionsvorgänge auf ein Niveau festgelegt sind, das niedriger als ein Grenzkompressionsdruck ist, bei dem ein Bruch in einem Kernschlupf-Modus auftritt, und die Kompressionsdrücke (P2-P4) vom zweiten Kompressionsvorgang oder dritten oder weitere Kompressionsvorgänge auf ein Niveau festgesetzt sind, das größer als der Grenzkompressionsdruck ist.

5. Befestigungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsbereiche partiell überlappen.

6. Befestigungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) eine FRP-Stange eines Polymerisolators ist und das Metallbauteil (2) ein Metallendfitting des Polymerisolators ist.