DE2012451A1 - Verfahren zum Herstellen einer Presss i t zve rb indung - Google Patents

Description

8220-70/Dr. ν .B/Ro. 2 0 1 2 A 5 1

US-Ser.No. 808 266
Pileds March 18, I969

ROTRON INCORPORATED, Hasbrouck Lane Woodstock, New York 12498 (V.St.A.)

Verfahren zum Herstellen einer Preßsitzverbindung.

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Preßsitzverbindung, insbesondere für Bauteile mit verschiedenen thermischen und elastischen Eigenschaften, sowie ein Verfahren zum Herstellen . einer solchen Verbindung.

Bei Konstruktionen mit zwei oder mehreren durch Preßsitz verbundenen Teilen müssen die jeweiligen Eigenschaften und Beanspruchungen der miteinander verbundenen Teile berücksichtigt' werden, damit eine möglichst feste, sichere und dauerhafte Verbindung erreicht wird. Wenn beispielsweise eine empfindliche Hohlwelle oder Rohrmuffe in einem relativ widerstandsfähigen und massiven Körper durch eine Preßsitz- oder Schrumpfverbindung befestigt werden soll, müssen die Paßgrößen der Bauteile einen solchen Preßsitz ergeben, daß beim Zusammentreffen der ungünstigsten thermischen und sonstigen Belastungsbedingungen, die zu erwarten sind, die Gesamtbeanspruchung gleich (oder vorzugsweise wesentlich geringer) als die maximal zulässige Dehnungsbeanspruchung des schwächeren Bauteiles ist.

Vorzugsweise werden für die Bauteile von Preßsitzverbindun«- gen Materialien mit identischen oder ähnlichen thermischen und elastischen Eigenschaften gewählt. Hierdurch werden die unerwünschten physikalischen Wechselwirkungen, wie z.B» ungleichmäßige Dehnung oder Schrumpfung, die sonst" auftreten könnten, weitestgehend oder sogar ganz vermieden. Bei Verwendung von Materialien mit

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gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung kann auch keine chemische Beeinflussung auftreten.

Oft müssen jedoch für die Paßteile der Verbindung Materialien mit verschiedenen thermischen und elastischen Eigenschaften verwendet werden, und es ist dann erforderlich dem Elastizitätsmodul und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien Rechnung zu tragen. Ohne Berücksichtigung dieser Faktoren würden bei größeren Temperaturänderungen beträchtliche Zug- und Druckkräfte in den verbundenen Teilen auftreten, die u.U. eine Beschädigung eines oder beider Bauteile zur Folge haben können, insbesondere, wenn eines der miteinander verbundenen Bauteile relativ empfindlich ist.

Beim Entwurf einer Preßsitzverbindung muß ferner die relative Größe der Bauteile berücksichtigt werden. Je kleiner die durch Preßsitz zu verbindenden Teile sind, desto schwieriger ist es, eine genaue Passung zwischen ihnen zu erreichen. Das ist insbesondere auf die sehr engen Abmessungstoleranzen zurückzuführen, die bei jedem Bauteil eingehalten werden müssen. Beispielsweise kann ein Zehnzoll-Nenndurchmesser-Preßsitz leicht hergestellt werden, wobei bei jedem Bauteil eine Toleranz von + 0,002 Zoll eingehalten wird, wogegen die gleiche Beanspruchung auf Grund von Toleranzen in einer kleinen Konstruktion bei beispielsweise 1 Zoll Nenndurchmesser es erforderlich machen würde, daß jeder Bauteil mit einer Genauigkeit von + 0,00002 Zoll bearbeitet wird, was kostspielig und bei Massenfertigung nicht möglich ist.

Wenn zwei oder mehr Teile durch Preßsitz verbunden werden, wird außerdem meistens Material von den Paßflächen der Bauteile abgeschabt. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Legierungen mit einem ziemlich geringen Elastizitätsmodul unerwünscht, da hierdurch die gewünschte Vorspannung und dementsprechend die Belastbarkeit der Verbindung verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Probleme zu vermeiden und eine Preßsitzverbindung zwischen Bauteilen mit ungleichen Eigenschaften oder aus ungleichen Materialien anzugeben, bei der keine so engen Toleranzgrenzen für die Paßflächen der zu verbindenden Bauteile erforderlioh sind,

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wie bei den bekannten Preßsitzverbindungen, und gleichzeitig übermäßige Beanspruchungen des empfindlicheren Teils vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Ereßsitzverbindung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine der Paßflächen bezüglich der anderen verformbar ist und diese mit Unterbrechungen berührt. - " " .

Ein Verfahren zum Herstellen einer Preßsitzverbindung zwischen einem inneren und einem äußeren Bauteil, die eine äußere bzw. innere Paßfläche ähnlicher Querschnittsform aufweisen, von denen die innere einen größeren Umfang hat als die äußere, durch Einsetzen des inneren Bauteiles in den äußeren ist gemäß .der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen des inneren Bauteiles in das äußere in der Paßfläche des einen der beiden Bauteile eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter Längsnuten sowie in diesem Bauteil parallel zu den Nuten verlaufende Löcher, die gleiche Abstände, von den zwischen den Nuten stehengebliebenen Streifen der Paßfläche haben, gebildet werden.

Vorzugsweise wird bei dem vorliegenden Verfahren der äußere, hohle ("weibliche") Teil durch einen Stech- und Bohrvorgang bearbeitet, um eine relativ flexible Eingriffsstruktur zu schaffen, was größere Toleranzen und weiterhin eine Verkleinerung der Oberfläche der Tei..e im Berührungsbereich ermöglicht. Durch die Stoßoder Stechbearbeitung der Bohrung des äußeren Bauteiles wird eine mit Nuten versehene bzw. gerippte öffnung geschaffen, die am Umfang dünne Streifen der Umfangsfläche des ursprünglichen Loches aufweist, die den kleineren Durchmesser der genuteten Öffnung bilden. Durch das Bohren wird injäußeren Bauteil eine Anzahl von Bohrungen gebildet, die in einem zu der genuteten öffnung kon- . zentrischen Ring angeordnet sind und außerdem radial mit den stehengebliebenen Streifen fluchten. Diese Bearbeitung ergibt eine relativ flexible, kontinuierliche, bogenförmige Außenstruktur, die wie bei einem relativ großen Preßsitz relativ stark radial verformt werden kann.

Der innere Teil weist einen etwas größeren Außendurchmesser auf als der Durchmesser der stehengebliebenen Teile des äußeren

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Teils und wird in die genutete Öffnung eingeschoben, um einen Preßsitz ader Schrumpfsitz zu bilden. Bei dieser Technik sind sowohl beim äußeren als auch beim inneren Bauteil verhältnismäßig große Toleranzen zulässig, die mit konventionellen Herstellungsund Feinbearbeitungsverfahren leicht eingehalten werden können.

Beim Herstellen der Verbindung wird der innere Bauteil vom äußeren nur längs relativ weniger, in Umfangsrichtung beabstandeter Flächen erfaßt. Dement sprechend werden z.B. bei einer Konstruktion, bei der der äußere Bauteil einen größeren Ausdehnungskoeffizienten hat als der innere Bauteil, die thermisch bedingten Beanspruchungen die etwa auftreten, wenn die Verbindung einer Temperatur ausgesetzt wird, die erheblich unter der bei der Montage herrschenden Raumtemperatur liegt, durch lokale Ablenkungen innerhalb der flexiblen, bogenartigen Struktur des äußeren Bauteils auf ein Minimum reduziert.

Durch die Erfindung wird weiterhin der Radialdruck, der aus dem Preßsitz resultiert, auf ein Niveau reduziert, das die Tendenz begrenzt oder beseitigt, daß Material bei dem Montieren des Preßsitzes abgekratzt oder entfernt wird.

Weiterhin schafft die Erfindung eine Verbindung zwischen den Endflächen des äußeren Bauteils, die gegebenenfalls einen Druckausgleich ermöglicht, wenn dieser durch den inneren Bauteil oder auf andere Weise außerhalb des äußeren Bauteils nicht herbeigeführt werden kann.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Preßsitzverbindung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs einer Ebene 2-2 der Flg. 1 zeigen.

In Fig. 1 und 2 ist vereinfacht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein empfindlicher Hohlwellen- oder Rohrteil 1 in einen relativ festen Körper, bzw. äußeren Bauteil 2

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eingepaßt ist.

In der Bohrung bzw. dem Loxsh ,3 des äußeren Bauteils 2., in das der innere Bauteil 1 eIngeschoben wird, wird aj, durch Stoßen oder Stechen eine Anzahl Nuten /bzw» Auskehlungen h gebildet, zwischen denen Zähne oder Hippen stehen "bleiben. "Von der ursprünglichen ümfangswand der Bohrung 3 -bleiiben in Omfangsrißhtung beabstandete Streifen 5 Sarig;, die eine segmentierte Zylinderfläche zum Erfassen des äiaßeren Bauteils 1 bilden» Im äußeren Bauteil 2 wird außerdem eine /Anzahl von Bohrungen 6 gebildet, die auf einem aur genuteten Bohrung 3 konzentrischen Kreis liegen. Vorzugsweise ist die Anzahl dieser Bohrungen gleich der der Nuten 4 und letztere fluchten in Badialrichtung mit den Streifen 5, die die segmentierte, zylindrische Oberfläche bilden.

Um einen Preßsitz zu erhalten, hat der äußere Bauteil 1 einen Außendurchraesser, der etwas größer ist als der kleinere Durchmesser der genuteten öffnung 3. Wenn der innere Bauteil 1 in die Bohrung 3 des äußeren Bauteils 2 entweder durch einen Preß- oder SchrumpfVorgang eingeführt wird, kommen nur die Streifen 5 am Innendurchmesser der genuteten Bohrung 5 in Berührung mit der Außenfläche 7 des äußeren Bauteils 1 und greifen an dieser an.

Die verringerte Berührungsfläche vermindert eine etwaige chemische Wechselwirkung zwischen den Bauteilen, falls diese aus verschiedenen Materialien bestehen sollten. Wenn eine möglichst große Vorspannung der Verbindung gefordert wird, kann diese durch Erwärmen des äußeren Bauteils 2 und durch Aufschrumpfen auf das innere Bauteil 1 erreicht werden.

Wenn die beiden Bauteile zum Preßsitz verbunden werden, wird wegen der relativ flexiblen Struktur des äußeren Bauteils 2 nur ein Minimum an Material entfernt, bzw. abgeschabt werden. In ähnlicher Weise werden thermische Beanspruchungen, die aus einem Schrumpfsitz resultieren, durch die Flexibilität des welblichen-Bauteils 2 auf ein Minimum reduziert,,

Die Flexibilität der bogenartlgen Struktur des äußeren Bauteils ermöglicht offensichtlich die Einpassung von Bauteilen mit größeren Außendurchmessertoleranzen, als dies bei den bekannten Verfahren der Fall 1st. Dies wiederum reduziert die Anforderungen

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an die Bearbeitungstoleranzen des äußeren Bauteils, woraus sich dementsprechend Kostenersparnisse ergeben. Die Elastizität der fertigen Verbindung erhöht außerdem die Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbeanspruchungen, die die empfindliche Hohlwelle 1 sonst beschädigen könnten.

Obwohl in Fig. 1 acht Auskehlungen oder Nuten 4 am Umfang der Bohrung 3 dargestellt sind, kann selbstverständlich in der Praxis in Abhängigkeit von der Größe der Verbindung und des vorgesehenen Verwendungszwecks auch eine andere Anzahl von Nuten verwendet werden. Wenn beispielsweise die Verbindung keinen wesentlichen Temperaturechwankungen oder Spannungskonzentrationen ausgesetzt ist, oder aber wenn die Verbindung relativ groß ist, können z.B. nur drei Nuten 4 vorgesehen werden. Auch die Form der Nuten 4 kann nach Wunsch variiert werden.

Die Erfindung ist auch auf andere Querschnittsformen als die dargestellte runde Form, wie z.B. Polygone, elliptische oder massive Querschnitte anwendbar. Der äußere Bauteil 2 kann selbstverständlich jede Querschnittsform oder Struktur aufweisen. Außerdem kann die elastisch nachgiebige Paßfläche auf der Außenseite des inneren Bauteils 1 anstatt in dem äußeren Bauteil 2 vorgesehen werden, wenn beispielsweise ein mit einem Flansch versehenes Bauteil oder eine Scheibe in einer Bohrung eines großen Bauteils 2 im Preßsitz eingepaßt werden soll.

Die flexible, bogenartige Struktur auf dem inneren Bauteil 1 oder dem äußeren Bauteil 2, kann auch durch andere Verfahren, wie z.B. Präzisionsguß oder Pressen hergestellt werden. Wenn der flexible Bauteil durch eines der letztgenannten Verfahren hergestellt wird, dann erfordern lediglich die am Umfang angeordneten, in Abstand voneinander angeordneten Zähne oder Rippen eine Nachbearbeitung.

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Claims (7)

1. P a te η t ans ρ r ü c h e

   /.) Preßsitzverbindung zwischen einem inneren und einem äußeren ^Bauteil, die eine äußere bzw. innere Paßfläche mit ähnlicher Querschnittsform aufweisen, d a d u r cn S e k e η η ζ ei ch η et, daß eine der Paßflächen bezüglich der anderen verformbar ist und diese mit Unterbrechungen berührt.
2. 2.) Preßsitzverbindung nach Anspruch 1 für Bauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften, dadurch g e k e η η ze lehnet, daß der äußere Bauteil (2) eine genutete öffnung aufweist, bei der die Streifen (7) zwischen den Nuten die Paßfläche des äußeren Bauteils (2) bilden, daß im äußeren Bauteil eine der Anzahl der Nuten gleiche Anzahl von Bohrungen (6) vorgesehen sind, die parallel zu den Nuten (4) verlaufen und im wesentlichen in gleichen Abständen von den Streifen, die die Paßflache bilden, angeordnet sind, und daß die Streifen des äußeren Bauteils an der Außenfläche eines inneren Bauteils (l), das eine etwas größere Abmessung hat als die öffnung des äußeren Bauteils, im Preßsitz anliegen. .
3. 3.) Preßsitzverbindung nach Anspruch 2, da d u r c h ge kennzeichnet, daß die. Paßflächen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
4. 4.) Verfahren zum Herstellen einer Preßsitzverbindung zwischen einem inneren und einem äußeren Bauteil, die eine äußere bzw. innere Paßfläche ähnlicher Querschnittsform aufweisen, von denen die innere einen größeren Umfang hat als die äußere, durch Einsetzen des inneren Bauteiles in den äußeren, dadurch gekennzei eh net , daß vor dem Einsetzen des inneren Bauteiles (l) in das äußere (2) in der Paßfläche (5) des einen (2) der beiden Bauteile eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter Längsnuten (4) sowie in diesem Bauteil parallel zu den Nuten verlaufende Löcher (6), die gleiche Abstände von den zwischen den Nuten stehengebliebenen Streifen (7) der Paßfläche haben, gebildet werden.

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5. 5♦) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfläche einen kreisförmigen Querschnitt haben und dadurch, daß die Nuten und Bohrungen im äußeren Bauteil gebildet werden.
6. 6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßsitz durch Aufschrumpfen des äußeren Bauteils auf den inneren Bauteil hergestellt wird.
7. 7.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßsitzverbindung durch Einpressen des inneren Bauteils in den äußeren Bauteil hergestellt wird.

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