DE19827109C1

DE19827109C1 - Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen und Bauteilesystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19827109C1
Application number: DE1998127109
Authority: DE
Inventors: Thomas Retzbach
Original assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Current assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-06-19

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen (1, 2), bei dem eines der Bauteile (2) durch radiale Druckkräfte derart elastisch verformt wird, daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinandersteckbar sind, und dann eine Druckverbindung hergestellt wird, indem das verformte Bauteil (2) durch Verringerung bzw. Aufhebung der radialen Druckkräfte elastisch rückverformt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß als elastisch verformbares Bauteil ein Hohlkörper (2) verwendet wird, der mehrere Aussparungen (4) aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen in ihrem Mittelbereich zu einer wirksamen Umfangskontur hin offen sind, und daß die radialen Druckkräfte auf die der wirksamen Umfangskontur gegenüberliegende Innen- bzw. Außenkontur des Hohlkörpers (2) so ausgeübt werden, daß ihre Wirkungslinien in den Öffnungsbereichen (5) der Aussparungen (4) zu der wirksamen Umfangskontur liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen, bei dem eines der Bauteile durch radiale Druckkräfte derart elastisch verformt wird, daß eine wirksame Umfangskontur der entsprechenden wirksamen Umfangskontur des anderen Bauteils mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bautei le ineinandersteckbar sind, und bei dem nach dem Zusammen stecken der beiden Bauteile eine Druckverbindung hergestellt wird, indem das verformte Bauteil durch Verringerung bzw. Aufhebung der radialen Druckkräfte elastisch rückverformt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteilesystem zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur Herstellung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen zwei Bauteilen dieser Art sind aus der DE 195 21 755 C1 sowie der DE 196 24 048 A1 bekannt. Bei diesen Verfahren wird in übereinstimmender Weise ein polygo nes oder ovales Bauteil durch Aufbringung von radialen Druckkräften elastisch in eine runde Form gebracht, so daß ein runder Schaft unter Beibehaltung der radialen Druckkräf te montiert werden kann. Wenn dann die Radialkräfte verrin gert oder aufgehoben werden, federt das verformte Bauteil in seine ovale oder polygone Ausgangsform zurück, so daß der Schaft darin über einen Preßsitz fixiert wird. Diese Art der Verbindung zweier Bauteile hat sich in der Praxis durchaus bewährt. Es wird allerdings häufig als nachteilig angesehen, daß extrem hohe Druckkräfte erforderlich sind, wenn das zu verformende Bauteil große Wandstärken besitzt. Außerdem ist die Herstellung der polygonen Grundform durch plastische Verformung oder spanabhebende Bearbeitung relativ kompli ziert und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein Bauteilesystem der eingangs genannten Art anzugeben, die sich effektiv und einfach einsetzen lassen und preisgünstig sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als elastisch verformbares Bauteil ein Hohlkörper verwendet wird, der mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Aus sparungen aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen in ihrem Mittelbereich jeweils zu der mit dem anderen Bauteil in Kon takt kommenden wirksamen Umfangskontur offen sind, und daß die radialen Druckkräfte auf die der wirksamen Umfangskontur gegenüberliegende Innen- bzw. Außenkontur des Hohlkörpers so ausgeübt werden, daß ihre Wirkungslinien innerhalb der Öff nungsbereiche der Aussparungen zu der wirksamen Umfangskon tur liegen, so daß die zwischen den Öffnungsbereichen gebil deten Körpersegmente durch die Verformung im wesentlichen radial in den Bereich der Aussparungen bewegt werden. Wenn in erfindungsgemäßer Weise radiale Druckkräfte in den Berei chen, wo die Aussparungen zu der wirksamen Umfangskontur hin öffnen, auf den Hohlkörper ausgeübt werden, hat dies zur Folge, daß die dazwischenliegenden Körpersegmente, an denen die wirksame Umfangskontur ausgebildet ist, radial in den Bereich der Aussparungen hineingezogen werden, wodurch das für das Zusammenfügen der beiden Bauteile erforderliche Spiel erreicht wird.

Wenn beispielsweise ein Schaft von außen gespannt werden soll, wird ein Hohlkörper beispielsweise in Form eines Rin gelements verwendet, bei dem die Aussparungen zum Innenum fang hin öffnen, und werden radiale Druckkräfte von außen auf den Hohlkörper ausgeübt. Dies hat zur Folge, daß die zwischen den Kraftangriffspunkten liegenden Bereiche des Hohlkörpers nach außen gedrückt werden, wodurch auch die Körpersegmente im wesentlichen ohne Verformung nach außen bewegt werden, so daß der Schaft in den Hohlkörper einge schoben werden kann. Die Aussparungen, die beispielsweise in den Hohlkörper durch einen Erodiervorgang eingebracht werden können, müssen dabei in radialer Richtung eine solche Breite besitzen, daß die Körpersegmente ausreichend Platz zum Aus weichen haben und können beispielsweise in Form von radialen Einschnitten oder Schlitzen ausgebildet sein.

Dadurch, daß die wirksame Umfangskontur des verformbaren Bauteils im unbelasteten und im belasteten Zustand im we sentlichen gleich ist, sind besondere Bearbeitungsvorgänge bei der Herstellung dieses Bauteils nicht erforderlich. Zum Spannen eines runden Schafts muß beispielsweise an dem Hohl körper lediglich eine runde Innenkontur hergestellt werden, deren Radius zur Erzeugung des Preßsitzes etwas kleiner ist als die des Schaftes, d. h. die Innenkontur liegt im unge spannten Zustand vollständig innerhalb der Umfangskontur des zu spannenden Schafts.

Wenn mit dem Hohlkörper eine Hohlwelle außenseitig gespannt werden soll, öffnen die Aussparungen zum Außenumfang des Hohlkörpers hin und werden die radialen Druckkräfte von der Innenseite her auf den Hohlkörper aufgebracht. Dies hat zur Folge, daß die Körpersegmente, welche zwischen den Öffnungs bereichen gebildet werden, in den Bereich der Aussparungen nach innen gezogen werden, so daß der Hohlkörper in die Hohlwelle eingeschoben werden kann. Auch in diesem Fall er folgt die Radialbewegung der Körpersegmente im wesentlichen ohne Verformung der außenliegenden wirksamen Umfangskontur, die entsprechend im ungespannten Zustand eine kreisrunde Form hat, deren Durchmesser etwas größer als der Innendurch messer der Hohlwelle ist.

Die Aussparungen sollten sich über einen wesentlichen Um fangsbereich des Hohlkörpers erstrecken. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn sie sich insgesamt über wenigsten 300° erstrecken, so daß sie voneinander nur durch schmale Stegbereiche getrennt sind, durch welche dann die Körperseg mente mit dem Rest des Hohlkörpers verbunden sind. Gemäß ei ner bevorzugten Ausführungsform sind in dem Hohlkörper ins gesamt drei Aussparungen vorgesehen, die sich jeweils über wenigstens einen Umfangsbereich von 100° erstrecken, wobei sie in bevorzugter Weise gleichmäßig verteilt über den Um fang angeordnet sind.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Er findung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Bauteilesystems zum Spannen eines Schaftes im Spannzustand,

Fig. 2 das Bauteilesystem aus Fig. 1 im Füge- und/oder Lösezustand;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Bauteilesystems zum Spannen eines Schaftes im Spannzustand,

Fig. 4 das Bauteilesystem aus Fig. 3 im Füge- und/oder Lösezustand;

Fig. 5 das verformbare Bauteil einer weiteren Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteilesystems zum Außenspannen von Werkstücken im unbelasteten Zustand und

Fig. 6 das verformbare Bauteil aus Fig. 5 im belaste ten Zustand.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteilesystems dargestellt. Zu diesem Bauteilesystem gehören ein runder Schaft 1 und ein auf dem Schaft 2 befestigter Hohlkörper in Form eines Ringe lements 2. Das Ringelement 2 hat eine kreisförmige Innen- und Außenkontur, wobei der Durchmesser der Innenkontur etwas kleiner als der Durchmesser des Schaftes 1 ist, d. h. die In nenkontur vollständig innerhalb der Außenkontur des Schaftes 1 liegt. Das Ringelement 2 weist drei nutartige Aussparungen 4 auf, die sich über jeweils einen Umfangsbereich von etwa 100° erstrecken und zum Innenumfang des Ringelements 2 offen sind, so daß zwischen ihnen lediglich schmale Stegbereiche 3 verbleiben.

Zum Lösen bzw. in umgekehrter Weise zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten Verbindung zwischen dem Schaft 1 und dem Ringelement 2 werden von außen auf das Ringelement 2 ra diale Druckkräfte F ausgeübt, wobei die Kraftangriffspunkte so gewählt sind, daß die Wirkungslinien der Kräfte F etwa mittig durch die Öffnungsbereiche der Aussparungen 4 verlau fen. Durch die Druckkräfte F wird das Ringelement 2 im Be reich der Kraftangriffspunkte radial nach innen und gleich zeitig in den etwa mittig zwischen den Kraftangriffspunkten gelegenen Umfangsbereichen, in denen auch die Stegbereiche 3 liegen, radial nach außen elastisch verformt, wie dies in Fig. 2 die Strichlinien darstellen. Dabei werden die Ringsegmente 2a, 2b, 2c ebenfalls radial nach außen bewegt, wofür die Aussparungen 4 den nötigen Freiraum lassen, jedoch gar nicht oder nur unwesentlich verformt. Durch die radiale Bewegung der Ringsegmente 2a, 2b, 2c löst sich deren wirksa me Innenkontur von dem Schaft 1, so daß dieser aus dem Rin gelement 2 herausgezogen werden kann.

In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Bauteilesystems gemäß der vorliegenden Erfindung darge stellt, daß den gleichen Grundaufbau hat wie das zuvor er läuterte und in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bauteilesy stem. Unterschiedlich ist lediglich die Ausgestaltung der Aussparungen 4, die bei der zweiten Ausführungsform als ver gleichsweise schmale Schlitze, die sich entlang des mittle ren Durchmessers des Ringelements 2 erstrecken, ausgebildet und durch drei radiale nutartige Einschnitte 5, die in Um fangsrichtung gesehen jeweils mittig von den Aussparungen 4 radial nach innen abragen und entsprechend einen Winkelver satz von 120° zueinander haben, zur Innenkontur öffnen.

Auf diese Weise werden drei Ringsegmente 2a, 2b, 2c gebil det, die in Umfangsrichtung jeweils durch zwei der Ein schnitte 5 und nach außen durch die Aussparungen 4 begrenzt und mit dem Rest des Ringelements 2 durch die zwischen den Aussparungen 4 gelegenen Stegbereiche 3 verbunden sind. Die Aussparungen 4 und die radialen Einschnitte 5 können in das Ringelement 2 erodiert oder anderweitig eingebracht sein.

In den Fig. 5 und 6 ist ein als Ringelement 2 ausgebilde ter Hohlkörper eines weiteren erfindungsgemäßen Bauteilesy stems dargestellt, mit dem ein nicht dargestellter Hohlkör per wie beispielsweise eine Hohlwelle außenseitig gespannt werden kann. Wie bei der ersten Ausführungsform weist das Ringelement 2 Aussparungen 4 auf, die sich entlang des mittleren Radius des Ringelements 2 in Umfangsrichtung über jeweils etwa 100° erstrecken, so daß zwischen ihnen schmale Stegbereiche 3 verbleiben. Von jeder Aussparung 4 erstreckt sich ein Einschnitt 5 radial nach außen, wobei die Ein schnitte 5 in Umfangsrichtung betrachtet etwa mittig von den Aussparungen 4 abragen, so daß sie einen Winkelversatz von jeweils 120° zueinander haben. Der Außenumfang des Ringele ments 2 ist so gewählt, daß er etwas kleiner als der Innen umfang des zu spannenden Werkstücks ist. Wenn das Ringele ment 2 dann in dem Werkstück fixiert werden soll, werden, wie in Fig. 4 angedeutet ist, am Innenumfang auf das Ringe lement 2 Druckkräfte F ausgeübt, die so angreifen, so daß ihre Wirkungslinien F etwa mittig durch die Einschnitte 5 verlaufen. Durch die radialen Druckkräfte F wird das Ringe lement 2 am Innenumfang im Bereich der Kraftangriffspunkte nach außen verformt, wofür die Aussparungen 5 den erforder lichen Raum lassen, und gleichzeitig wird das Ringelement etwa mittig zwischen den Kraftangriffspunkten elastisch nach innen verformt, wodurch die Ringsegmente 2a, 2b, 2c nach in nen gezogen werden, wofür die Aussparungen 4 ebenfalls den entsprechenden Freiraum bieten (Fig. 6).

Da auf die Ringsegmente 2a, 2b, 2c keine direkten Kräfte wirken, erfahren sie lediglich eine Radialbewegung, jedoch ansonsten im wesentlichen keine Verformung; es werden ledig lich die Aussparungen 5 und die Einschnitte 5 etwas kleiner. Durch die Kraftaufbringung wird somit der Außendurchmesser des Ringelements 2 verkleinert, so daß es in das zu spannen de Werkstück eingesetzt werden kann. Wenn jetzt die radialen Druckkräfte verringert oder aufgehoben werden, erfolgt eine elastische Rückverformung des Ringelements 2 mit der Folge, daß sich sein Durchmesser wieder vergrößert und die Ringseg mente 2a, 2b, 2c mit der elastischen Rückstellkraft gegen die Innenwandung des Werkstücks drücken, wodurch ein Preß sitz gebildet wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwi schen zwei Bauteilen (1, 2), bei dem eines der Baueile (2) durch radiale Druckkräfte derart elastisch verformt wird, daß eine wirksame Umfangskontur der entsprechenden wirksamen Umfangskontur des anderen Bauteils (1) mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bautei le (1, 2) ineinandersteckbar sind, und bei dem nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druck verbindung hergestellt wird, indem das verformte Bauteil (2) durch Verringerung bzw. Aufhebung der radialen Druckkräfte elastisch rückverformt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß als elastisch verformbares Bauteil ein Hohlkörper (2) verwendet wird, der mehrere sich in Um fangsrichtung erstreckende Aussparungen (4) aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen in ihrem Mittelbereich jeweils zu der wirksamen Umfangskontur hin offen sind, und daß die radialen Druckkräfte auf die der wirksamen Umfangskontur gegenüberliegende Innen- bzw. Außenkontur des Hohlkörpers (2) so ausgeübt werden, daß ihre Wir kungslinien in den Öffnungsbereichen (5) der Aussparun gen (4) zu der wirksamen Umfangskontur liegen, so daß die zwischen den Öffnungsbereichen (5) gebildeten Kör persegmente (2a, 2b, 2c) durch die Verformung im wesent lichen radial in den Bereich der Aussparungen (5) bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Druckkräfte auf das verformbare Bauteil (2) so ausgeübt werden, daß ihre Wirkungslinien jeweils in den Mittelebenen der Öffnungsbereiche der Aussparun gen (4) liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die radialen Druckkräfte gleichmäßig verteilt über den Umfang auf das verformbare Bauteil (2) ausgeübt werden.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum wie derholbaren Befestigen eines verformbaren Hohlkörpers (2) auf einem Schaft (1), dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Innenkontur des Hohlkörpers (2) im unge spannten Zustand vollständig innerhalb der Umfangskontur des zu spannenden Schafts (1) liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum wieder holbaren Befestigen eines elastisch verformbaren Hohl körpers (2) in einer Ausnehmung eines Bauteils (1), da durch gekennzeichnet, daß die wirksame Außenkontur des Hohlkörpers (2) im ungespannten Zustand vollständig au ßerhalb der Umfangskontur des anderen Bauteils (1) liegt.

6. Bauteilesystem mit zwei zu verbindenden Bauteilen (1, 2), bei dem eines der Bauteile (2) durch radiale Druck kräfte derart elastisch verformbar ist, daß eine wirksa me Umfangskontur der entsprechenden wirksamen Umfangs kontur des anderen Bauteils (1) mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinan dersteckbar sind, und bei dem nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druckverbindung her stellbar ist, indem das verformbare Bauteil (2) durch Verringerung bzw. Aufhebung der radialen Druckkräfte elastisch rückverformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Bauteil ein Hohlkörper (2) ist, das meh rere im wesentlichen auf einem Radius liegende und sich in Umfangsrichtung erstreckende längliche Aussparungen (4) aufweist, von deren Mittelbereich sich radiale Ein schnitte (5) zu der mit dem anderen Bauteil (1) in Kon takt kommenden wirksamen Umfangskontur erstrecken.

7. Bauteilesystem nach Anspruch 6 zum Befestigen eines ver formbaren Hohlkörpers (2) auf einem Schaft (1), dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Innenkontur des Hohl körpers (2) im ungespannten Zustand vollständig inner halb der Umfangskontur des zu spannenden Schafts (1) liegt.

8. Bauteilesystem nach Anspruch 6, zum wiederholbaren Befe stigen eines elastisch verformbaren Hohlkörpers (2) in einer Ausnehmung eines Bauteils (1), dadurch gekenn zeichnet, daß die wirksame Außenkontur des Hohlkörpers (2) ein Ringelement ist, wobei dessen Außenkontur im ungespannten Zustand vollständig außerhalb der Umfangskontur des anderen Bau teils (1) liegt.

9. Bauteilesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) im ungespannten Zustand eine runde Innenkontur besitzt.

10. Bauteilesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) im ungespannten Zustand eine kreisrunde Außenkontur besitzt.

11. Bauteilesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (4) sich ins gesamt über wenigstens 300° in Umfangsrichtung erstrec ken und voneinander nur durch schmale Stegbereiche ge trennt sind.

12. Bauteilesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) drei Aussparungen (4) aufweist, die sich jeweils wenigstens über einen Umfangsbereich von 100° erstrecken und insbesondere gleichmäßig ver teilt über den Umfang des Hohlkörpers (2) angeordnet sind.

13. Bauteilesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß sich die Aussparungen (4) zu der wirksamen Umfangskontur durch mittig von ihnen aus gehende radiale Einschnitte (5) öffnen.