DE19827109C1 - Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen und Bauteilesystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen und Bauteilesystem zur Durchführung des VerfahrensInfo
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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 (13)
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.
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