DE19853808A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen und Verbindungssystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her­ stellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bautei­ len im ineinandergesteckten Zustand, bei dem eines der Bauteile - das Spannelement - derart elastisch verformt wird, daß eine wirksame Umfangskontur entsprechend der wirksamen Umfangskontur des anderen Bauteils mit vorgege­ benem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile inein­ ander gesteckt werden können, und bei dem nach dem Zusam­ menstecken der beiden Bauteile eine Druckverbindung her­ gestellt wird, indem die elastische Verformung zumindest teilweise rückgängig gemacht wird. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verbindungssystem zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur Herstellung einer reibschlüssigen Verbin­ dung 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 po­ lygones oder ovales Bauteil durch Aufbringung von radia­ len Druckkräften elastisch in eine runde Form gebracht, so daß ein runder Schaft unter Beibehaltung der radialen Druckkräfte montiert werden kann. Wenn dann die Radial­ kräfte verringert oder aufgehoben werden, federt das ver­ formte Bauteil in seine ovale oder polygone Ausgangsform zurück, so daß der Schaft darin über einen Preßsitz fi­ xiert wird. Diese Art der Verbindung zweier Bauteile hat sich in der Praxis durchaus bewährt. Es wird jedoch häu­ fig als nachteilig angesehen, daß die Herstellung der po­ lygonen Grundform durch klassische Verformung oder spanabhebende Bearbeitung relativ kompliziert und teuer ist.

Desweiteren sind im Stand der Technik sogenannte Schnellspannzylinder bekannt, die insbesondere zur Null­ punkt-orientierten Fixierung von Einzugsnippeln dienen. Diese Schnellspannzylinder besitzen eine Aufnahme, in die der Einzugsnippel eingesetzt werden kann, und einen Spannmechanismus, um den Einzugsnippel in der Aufnahme zu fixieren. Der Spannmechanismus umfaßt in der Regel einen in die Aufnahme eingesetzten Kugelkäfig, in dem eine Ku­ gel radial verstellbar gehalten ist, die je nach Kolben­ stellung einer Zylinder/Kolben-Einheit in eine Nut in der Wandung der einen Aufnahme nach außen ausweichen kann, so daß ein Einzugsnippel in den Kugelkäfig eingesetzt oder aus diesem herausgenommen werden kann, oder durch die Wandung der Aufnahme an einem solchen Ausweichen gehin­ dert und damit in Eingriff mit einer entsprechenden Ring­ nut am Einzugsnippel gehalten wird. Auch diese hydrauli­ schen Schnellspannzylinder haben sich durchaus bewährt. Sie sind jedoch im Einsatz anfällig gegen Verschmutzungen durch Späne und kleine Partikel und außerdem relativ kom­ pliziert im Aufbau und daher teuer.

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

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Spannele­ lement elastisch verformt wird, indem es durch axiale Druckkräfte nahe der wirksamen Umfangskontur beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß werden somit nicht wie im Stand der Technik radiale, sondern axiale Druckkräfte zur Bewirkung der gewünschten Verformung verwendet. Die Aufbringung der axialen Druckkräfte hat zur Folge, daß die gesamte wirk­ same Umfangskontur gegenüber einem ortsfest abgestützten Umfangsbereich ausgelenkt wird. Geht man beispielsweise davon aus, daß ein Schaft in eine Aufnahme eines als Hohlkörper ausgebildeten Spannelements fixiert werden soll, wird das Spannelement außenseitig abgestützt und werden die axialen Druckkräfte auf einen elastisch aus­ lenkbaren Bereich des Spannelements nahe der Innenkontur ausgeübt. Dies hat zur Folge, daß die Innenkontur gegen­ über der Außenkontur ausgelenkt wird, wobei die dazwi­ schenliegenden Verbindungsbereiche einen Hebel bilden, so daß die Aufbringung der axialen Druckkräfte dazu führt, daß sich der Innenumfang des Spannelements aufweitet, und der Schaft in das Spannelement eingeschoben werden kann. Dadurch, daß die wirksame Umfangskontur durch die axialen Druckkräfte im wesentlichen gleichmäßig verformt wird, ist es nicht erforderlich, die Kontur mit einer kompli­ zierten polygonen oder ovalen Grundform zu versehen, so daß besondere Bearbeitungsvorgänge nicht notwendig sind. Zum Spannen eines runden Schafts muß an dem Spannelement lediglich eine runde Innenkontur hergestellt werden, de­ ren Radius zur Erzeugung des Preßsitzes etwas kleiner ist als die des Schaftes, d. h. die Innenkontur liegt im un­ gespannten Zustand vollständig innerhalb der Umfangskon­ tur des zu spannenden Schaftes.

Wenn in umgekehrter Weise ein elastisch verformbares Spannelement in einer Ausnehmung eines anderen Bauteils gespannt werden soll, wird das Spannelement etwa mittig abgestützt und werden die axialen Druckkräfte auf einen elastisch auslenkbaren Bereich nahe des Außenumfangs des Spannelements ausgeübt. In diesem Fall werden die Außen­ bereiche des Spannelements gegenüber den ortsfest fixier­ ten Innenbereichen ausgelenkt. Dies hat zur Folge, daß sich die Außenbereiche nach innen wölben, so daß das Spannelement in die Aufnahme des anderen Bauteils einge­ schoben werden kann. Auch in diesem Fall braucht die wirksame Außenkontur des Spannelements nicht in besonde­ rer Weise ausgebildet zu sein. Wenn das Spannelement in einer runden Ausnehmung fixiert werden soll, kann auch die Außenkontur kreisrund ausgebildet sein.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Spannelement zum innenseitigen Spannen eines Schaftes im unverformten Zustand,

Fig. 2 das Spannelement aus Fig. 1 im verformten Zu­ stand,

Fig. 3 eine Axialspanneinrichtung zum Spannen eines Ein­ zugsnippels gemäß der vorliegenden Erfindung in Schnittansicht,

Fig. 4 ein Spannelement zum außenseitigen Spannen eines Werkstücks im unverformten Zustand und

Fig. 5 das Spannelement aus Fig. 4 im verformten Zu­ stand.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäß ausgebildeten Verbindungssystems dar­ gestellt. Zu dem Verbindungssystem gehören ein runder Schaft 1 und ein auf dem Schaft 1 befestigtes Spannele­ ment 2. Das Spannelement 2 ist als Ringelement mit einer kreisförmigen Innenkontur, die eine Aufnahme 2c für den Schaft 1 bildet, und einer kreisförmigen Außenkontur aus­ gebildet, wobei der Durchmesser der Innenkontur im unge­ spannten Zustand etwas kleiner als der Durchmesser des Schaftes 1 ist, so daß die Innenkontur vollständig inner­ halb der Außenkontur des Schaftes 1 liegt. Das Spannele­ ment 2 besitzt in seinem Außenbereich einen stabilen Grundkörper 2a und eine mittig von diesem vorgesehene Aufnahme 2c für den zu spannenden Schaft 1, die mit dem Grundkörper 2a durch einen elastischen Stegbereich 2b verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist dieser elastische Steg 2b als ein sich zwischen dem Grundkörper 2a und der Aufnahme 2c erstreckender, ge­ schlossener Ring ausgebildet, es ist aber grundsätzlich auch möglich, beispielsweise eine Mehrzahl von sich radi­ al zwischen Grundkörper 2a und Aufnahme 2c erstreckende, schmale Verbindungsstege vorzusehen.

Zum bösen bzw. in umgekehrter Weise zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten Verbindung zwischen Schaft 1 und dem Spannelement 2 wird das Spannelement 2 im Bereich des Grundkörpers 2a durch geeignete Befestigungsmittei orts­ fest abgestützt, und dann werden beispielsweise mittels eines Stempels axiale Druckkräfte F gleichmäßig um die Aufnahme 2c herum verteilt auf den Mittelbereich des Spannelements 2 ausgeübt, wodurch das Spannelement 2 im Bereich der Aufnahme 2c unter elastischer Verformung des Stegs 2 ausgelenkt wird. Durch diese Verformung wölbt sich die Aufnahme 2c wie in Fig. 2 gezeigt auf, so daß sich die Aufnahme 2c von dem Schaft 1 löst und dieser aus dem Spannelement 2 herausgezogen werden kann.

In der dargestellten Ausführungsform wird aufgrund des axialen Versatzes zwischen der Aufnahme 2c und dem Ver­ bindungsbereich zwischen Grundkörper 2a und Steg 2b ein vorteilhafter Hebel erreicht, so daß bereits kleine axia­ le Auslenkungen das gewünschte Spiel schaffen, damit der Schaft 1 aus der Aufnahme 2c herausgenommen bzw. in diese hereingesteckt werden kann. Es ist aber auch möglich, die Aufnahme 2c in die Stegebene hineinzulegen.

In der Fig. 3 ist eine nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitende Spanneinrichtung dargestellt, die dazu dient, einen Einzugsnippel 1, der an der Unterseite einer Trägerplatte T für ein Werkstück W angebracht ist, an ei­ nem Maschinentisch zu fixieren. Zu der Spanneinrichtung gehört ein ringförmiges Spannelement 2, das den zuvor un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Grundaufbau mit einem Grundkörper 2a, einem elastischen Ringsteg 2b und einer daran vorgesehen Aufnahme 2c, in der das zu spannende Bauteil, hier der Einzugsnippel 1, durch einen Preßsitz gehalten wird, hat. Der Grundkörper 2a ist lediglich dicker ausgebildet, so daß er eine hohe Festigkeit hat, und besitzt unterhalb des Stegs 2b einen axialen Fortsatz 8 mit einem Innengewinde 9 zur Fixierung an einem scheibenförmigen Körper 3, der an dem Maschinen­ tisch angebracht ist und mittig eine Aufnahme 3b auf­ weist, in der Einzugsbolzen 1 zentriert gehalten wird. Wie in Fig. 3 gut erkennbar ist, ist das Spannelement 2 so weit auf den Körper 3 aufgeschraubt, daß die Untersei­ te des elastischen Stegs 2b an der Oberseite des schei­ benförmigen Körpers 3 flächig anliegt. Innenseitig liegt der Steg 2 an einem die Aufnahme 3b für den Einzugsnippel 1 umgebenden Vorsprung 3a des Körpers 3 an.

Zwischen dem Steg 2 und dem Körper 3 ist eine ringförmige Druckkammer 4 ausgebildet, die durch zwei in den schei­ benförmigen Körper 3 eingelegte Dichtungselemente wie beispielsweise O-Ringe 5, 6 begrenzt ist. In die Druck­ kammer 4 mündet ein im Spannelement 2 ausgebildeter Hy­ draulikmittelkanal 7, über welchen der Druckkammer 4 ein Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl zugeführt werden kann.

Wenn die in Fig. 3 dargestellte Verbindung gelöst werden soll, wird der Druckkammer 4 über den Hydraulikmittelka­ nal 7 Hydraulikmittel zugeführt, wodurch in der in Fig. 2 dargestellten Weise ein axialer Druck auf den Steg 2b des Spannelements 2 ausgeübt wird, so daß der Steg 2b un­ ter Aufwölbung der Aufnahme 2c vom scheibenförmigen Kör­ per 3 weggedrückt wird. Durch die Aufwölbung der Aufnahme 2c entsteht das notwendige Spiel, damit der Einzugsbolzen 1 vom Spannelement 2 gelöst werden kann bzw. in umgekehr­ ter Weise ein Einzugsbolzen 1 in die Aufnahme 2c einge­ setzt werden kann.

Zu bemerken ist, daß während der elastischen Verformung des Stegs 2b dessen Innenkante immer an dem axialen Vor­ sprung 3a des scheibenförmigen Körpers 3 anliegt, so daß nur wenig oder gar kein Hydraulikmittel aus der Druckkam­ mer 4 entweichen kann.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Verbindungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, mit dem ein in der Zeichnung nur angedeute­ ter Hohlkörper 1 wie beispielsweise eine Hohlwelle außen­ seitig gespannt werden kann. Das Verbindungssystem be­ sitzt ein im wesentlichen scheibenförmiges Spannelement 2 mit einem stabilen Grundkörper 2a und einem von diesem nach außen abragenden, ringförmigen elastischen Steg 2b, der an seinem Außenumfang eine mit dem zu spannenden Bau­ teil 1 unter Pressung in Berührung kommende Spannfläche 2d aufweist. Auch hier ist die Spannfläche 2d mit axialem Versatz zur Verbindungsstelle zwischen dem elastischen Steg 2b und dem Grundkörper 2a vorgesehen, um optimale Hebelverhältnisse zu schaffen.

Wenn die in Figur dargestellte Preßverbindung zwischen Hohlkörper 1 und Spannelement 2 gelöst werden soll, wer­ den, wie in Fig. 5 angedeutet ist, auf den Außenbereich des Spannelements 2 nahe der Spannfläche 2d axiale Druck­ kräfte ausgeübt, wobei das Spannelement 2 mittig an sei­ nem Grundkörper 2a abgestützt wird. Durch diese axialen Druckkräfte wird der elastische Steg 2 nach oben ge­ drückt, wobei er sich leicht nach innen wölbt, so daß zwischen der Spannfläche 2d und dem Bauteil 1 ein Spiel entsteht, das ausreichend ist, damit das Spannelement 2 vom Bauteil 1 getrennt werden kann bzw. in ungekehrter Weise auch das Bauteil 1 auf das Spannelement 2 aufge­ schoben werden kann.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen (1, 2) im ineinandergesteck­ ten Zustand, bei dem eines der Bauteile (2) - das Spannelement - derart elastisch verformt wird, daß eine wirksame Umfangskontur entsprechend der wirksa­ men Umfangskontur des anderen Bauteils (1) mit vorge­ gebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinander gesteckt werden können, und bei dem nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druckverbindung hergestellt wird, indem die elastische Verformung zumindest teilweise rückgängig gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (2) elastisch verformt wird, indem es durch axiale Druckkräfte nahe der wirksamen Umfangs­ kontur beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Druckkräfte gleichmäßig verteilt über die wirksame Umfangskontur des Spannelements (2) aus­ geübt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axialen Druckkräfte über einen Stempel auf das Spannelement (2) aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Spannelement (2) mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt wird, um die elastische Verformung zu bewirken.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum lösbaren Verbinden eines Bauteils (1) in einer Auf­ nahme (2c) eines als Hohlkörper ausgebildeten Spann­ elements (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (2) außenseitig abgestützt wird und die axialen Druckkräfte auf einen elastisch auslenkbaren Bereich des Spannelements (2) nahe der Innenkontur ausgeübt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannelement (2) ein Hohlkörper verwendet wird, dessen wirksame Innenkontur im ungespannten Zustand vollständig innerhalb der Außenumfangskontur des zu spannenden Bauteils (1) liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum lös­ baren Spannen eines elastisch verformbaren Spann­ elements (2) in einer Ausnehmung eines anderen Bau­ teils (1), dadurch gekennzeichnet, daß die axia­ len Druckkräfte auf einen elastisch auslenkbaren Be­ reich nahe des Außenumfangs des Spannelements (2) ausgeübt werden und das Spannelement (2) dabei etwa mittig abgestützt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannelement (2) verwendet wird, dessen wirk­ same Außenkontur im ungespannten Zustand vollständig außerhalb der Umfangskontur des anderen Bauteils (1) liegt.

9. Verbindungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 zum lösbaren Spannen eines Bauteils (1) in einer Aufnahme eines als Hohlkörper ausgebil­ deten Spannelements (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (2) einen insbesondere ringför­ mig ausgebildeten und ortsfest anbringbaren Grundkör­ per (2a) aufweist, von dessen Innenumfang nach innen wenigstens ein elastischer Steg (2b) abragt, an des­ sen freiem Ende die Aufnahme (2c) für das zu spannen­ de Bauteil (1) ausgebildet ist.

10. Verbindungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elastische Steg (2b) als ein sich zwischen dem Grundkörper (2a) und der Aufnahme (2c) erstreckender, geschlossener Ring ausgebildet ist.

11. Verbindungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steg (2b) im Bereich seines freien Endes einen Teil einer Druckkammer (4) bildet, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um axiale Druckkräfte auf das freie Ende auszuüben.

12. Verbindungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steg (2b) druckseitig an der Stirnseite eines im wesentlichen scheibenförmigen Körpers (3) anliegt und mit diesem die Druckkammer (4) definiert.

13. Verbindungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der scheibenförmige Körper (3) einen Vorsprung (3a) aufweist, der in Eingriff mit einem am Steg (2b) vorgesehenen Absatz (2d) steht, um die Druckkammer (4) innenseitig zu begrenzen.

14. Verbindungssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem scheibenförmigen Körper (3) und dem Steg (2b) Dichtungselemente (5, 6) vorgesehen sind, die den ringförmigen Druckraum be­ grenzen.

15. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2a) des Spannelements (2) auf den scheibenförmigen Körper (3) aufgeschraubt ist.

16. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (2c) für das zu spannende Bauteil (1) gegenüber der Verbin­ dungsstelle zwischen Steg (2b) und Grundkörper (2a) axial versetzt ist.

17. Verbindungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 zum lösbaren Spannen eines elastisch verformbaren Spannelements (2) in einer Ausnehmung eines anderen Bauteils (1), dadurch gekennzeich­ net, daß das Spannelement (2) einen insbesondere ringförmig ausgebildeten und ortsfest anbringbaren Grundkörper (2a) aufweist, von dessen Außenumfang nach außen wenigstens ein elastischer Steg (2b) ab­ ragt, an dessen freiem Ende die wirksame Umfangskon­ tur ausgebildet ist.

18. Verbindungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steg (2) als ein sich zwischen dem Grundkörper (2a) und dem die wirksame Umfangskontur definierenden Außenrandbereich erstreckender, ge­ schlossener Ring ausgebildet ist.

19. Verbindungssystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in Kontakt mit dem anderen Bauteil (1) kommende Außenfläche des Spannelements (2) gegenüber der Verbindungsstelle zwischen Steg (2b) und Grundkörper (2a) axial versetzt ist.