DE2058021C3 - Verfahren zum Befestigen eines an einem Radialbund einer Hohlwelle anliegenden Rotationskörpers mittels ElektronenstrahlschweiBu ng - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines an einem Radtalbund einer Hohlwelle anliegenden Rotationskörpers mittels Eiektronenstrahlschweißung gemäß dem Oberbegriff des Haupianspruchs.

Ein derartiges Verfahren kann der Fachmann beispielsweise einem Aufsatz von Karl-Heinz Steigerwald und Helmut Schultz. München. »Elektronenstrahlschweißen fertig bearbeiteter Präzisionsteile unter Berücksichtigung von konstruktiver Gestaltung und metallurgischer Beeinflussung«, veröffentlicht auf den S. 592 bis 596 der Zeitschrift »Schwei- ßen und Schneiden«. Heft 12, Jahrgang 1966, insbesondere dem ersten Absatz und den Zeilen 1 bis 4 der linken Spalte der Seite 594 dieses Aufsatzes in Verbindung mit Bild I Ob, ebenfalls auf S. 534. als bekannt entnehmen.

Bei dem in der genannten Literaturstelle beschriebenen und dargestellten Beispiel handelt es sich um das Anschweißen einer kreisrunden Verschlußscheibe an der Stirnseite eines hohlzylindrischen Drehteils. Das Drehteil ist an seiner Bohrungsmündung mit einer zweifach abgesetzten, zur Bohrung koaxialen Mündungsausdrehung versehen. Der innere Mündungsabsatz hat eine axiale Tiefe gleich der Dicke der einzuschweißenden Verschlußscheibe und einen Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser SS der Verschlußscheibe, so daß diese, wenn sie in die Drehteilmündung eingesetzt ist mit ihrer nach innen weisenden Stirnfläche an der ihr zugewandten achssenkrechten, ringförmigen Bundfläche des inneren Drehteilabsatzes anliegt während ihre nach außen wei-Sende Stirnfläche bündig mit der achssenkrechten, ringförmigen Bundfläche des äußeren Mündungsabsatzes des Drehteils verläuft. Die zylindrische Umfangsfläche der Verschlußscheibe ist, ausgehend von der nach innen weisenden Scheibenstirnfläche und etwa bis zur Hälfte ⁶S der Scheibendicke reichend, durchmessermäßig etwas zurückgesetzt, während ein diesem zurückgesetzten Außenumfangsbereich der Verschlußscheibe zugewandter Bereich der hohlzylindrischen Innenfläche des inneren Mündungsabsatzes des hohlzylindrischen Drehteils dementsprechend auf einen geringfügig größeren Durchmesser hinterdreht ist Beim Schweißen wird der Elektronenstrahl in axialer Richtung so auf die Stoßfuge zwischen dem innerin Mündungsabsaiz des in Umlauf gesetzten Drehteils und der Umfangsfläche der in diesen eingesetzten Verschlußscheibe gerichtet daß er im wesentlichen senkrecht auf die gemeinsame, nach außen weisende achssenkrechte Rache dieses Mündungsabsatzes und der Verschlußscheibe auftrifft und unter Verschweißung dieser Stoßfuge bis zu dem durch den genannten Umfangsflächenabsatz und die genannte Hinterdrehung gebildeten, mit einer Entlüftungsöffnung versehenen ringförmigen Hohlraum, der sogenannten Bearbeitungsnut vordringt

Nach diesem Verfahren ist es möglich, aus fertig vorbearbeiteten Teilen ohne Verzug bzw. Verwerfung sehr genau maßhaltige, einstückig-homogene Fertigstücke herzustellen.

Bei der Befestigung von an einem Radialbund einer Hohlwelle anliegenden Rotationskörpern tritt häufig die Forderung auf, die Befestigung später wieder lösen zu können. Ein Beispiel für einen solchen Fall ist die Befestigung eines Wälzlager-Laufringes an einer Hohlwelle, wobei die Bedingung erfüllt werden muß, daß im Falle einer Auswechselung des Wälzlagers der an der Hohlwelle befestigte Laufring ohne Beschädigung der Sitzfläc^en am Wellenbund und am Wellenumfang entfernt und durch einen neuen Laufring ersetzt werden kann.

Diese Forderung wurde bis jetzt beispielsweise dadurch erfüllt, daß der betreffende Ringkörper mittels einer auf die betreffende Hohlwelle auf- bzw. in diese eingeschraubten Mutter drehfest gegen den Wellenbund gespannt wurde, wobei zwischen der Mutter und dem Ringkörper eine ein Losdrehen der Mutter erschwerende Sicherungsscheibe angeordnet wurde. Abgesehen davon, daß das Einschneiden eines die Mutter aufnehmenden Gewindes in die Hohlwelle Kosten verursacht, ist eine solche Verbindung außerdem nicht absolut zuverlässig, da sich die Spannmutter beispielsweise infolge von Vibrationen trotz des Vorhandenseins der Sicherungsscheibe lösen kann.

In der US-PS 33 04 139 ist die Befestigung von mit Hohlkonussen versehenen Wälzlager-Laufringen auf entsprechend außenkonischen Mühlenwalzen-Achszapfen beschrieben. Die Laufringe werden durch mittels einer ringförmigen hydraulischen Presse erzeugten axialen Druck auf die konischen Zapfen aufgezogen und anschließend durch gegeneinander verschraubbare Spannringe unter Beibehaltung des zum Aufziehen ausgeübten Axialdrucks in Stellung gehalten, wonach die festgezogenen Spannringe durch gegenseitige Verstiftung gegen Lösen gesichert und die hydraulische Ringpresse nach vorheriger Entspannung abgenommen werden kann. Diese bekannte Anordnung ist zwar wesentlich sicherer als die zuvor beschriebene bloße Festspannung mittels einfacher Spannmutter, stellt jedoch andererseits einen erheblichen technischen Aufwand dar, der ihre Anwendung nur auf wenige Spezialfälle beschränkt. Auch ist diese Anordnung nur zum Befestigen von die Welle umgreifenden Ringkörpern geeignet. Eine Befestigung von Ringkörpern im Inneren von Hohlwellen ist mit dieser bekannten Anordnung nicht möglich.

In vielen Fällen, insbesondere im Leichtturbinenbau, wäre es schon lange wünschenswert, die bisher übliche

Befestigung von Ringkörpern auf Wellen mittels Spannmutter- bzw. anderen Gewindespannvorrichtungen durch eine Schweißverbindung nach Art der eingangs dargelegten bekannten Elektronenstrahlschweißung zu ersetzen, die nicht nur sicherer und hinsichtlich ihrer Anwendung einfach ist, sondern vor allem auch hinsichtlich der Bearbeitung der betreffenden Teile vie-Je Vorteile bieten würde. Die Anwendung des bekannten Verfahrens scheiterte jedoch bisher an der geforderten Lösbarkeit der herzimeilendv.il Verbindung.

Durch die Erfindung soll infolgedessen die Aufgabe gelöst werden, das an sich bekannte Elektronenstrahlschweißen zur Befestigung von Ringkörpern an Wellen verwenden zu können, wobei die herzustellende Schweißverbindung eine spätere Lösung der Verbindung zum Zwecke des Austausches des Ringkörpers zulassen muß, ohne daß die betreffenden Teile und insbesondere die Welle beim Lösen der Schweißverbindung so beschädigt werden, daß eine neuerliche Aufbringung eines solchen Ringkörpers ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Schweißverfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs dargelegten bekannten Art, gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs unter Schutz gestellte Merkmalskombination gelöst.

Aus einem Aufsatz von H. N y f e 1 e r »Elektronenstrahlschweißungen, der Elektronenstrahl für industrielle Schweißungen«, erschienen in der Zeitschrift »Technische Rundschau«, Nr. 24 vom 4. Juni 1965, insbesondere S. 3, Bild 10 und zugehöriger Text, ist es bereits bekannt, beim stumpfen Zusammenschweißen von Kupferrohren unter gleichzeitigem Einschweißen eines Verstärkungsbodens an der Stoßstelle bzw. beim stirnseitigen Einschweißen eines Abschlußbodens in ein Rohrende den Elektronenstrahl radial von außen auf das in Umdrehung versetzte Rohr zu richten. Der Aufsatz gibt aber darüber hinaus dem Fachmann keinen Hinweis im Sinne des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem bekannten Verfahren den technischen Fortschritt, daß eine derartige Schweißverbindung im Falle eines Austausches des betreffenden Ringkörpers wieder auftrennbar ist, ohne daß dabei die betreffenden Wellenbereiche so beschädigt werden, daß eine erneute Befestigung eines solchen Ringkörpers mittels des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens ausgeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es sich sowohl zur Befestigung von die Welle umgreifenden Ringkörpern als auch zur Befestigung von im Inneren einer Hohlwelle anzuordnenden Ringkörpern eignet. Ein unbeabsichtigtes selbsttätiges Lösen der erfindungsgemäßen Befestigung, beispielsweise unter der Wirkung von Vibrationen, ist ausgeschlossen.

Da das Schweißen zunächst infolge der Erwärmung eine Expansion der zu verschweißenden Teile und anschließend beim Abkühlen eine Kontraktion dieser Teile zur Schweißnaht hin bewirkt und da diese Expansion und Kontraktion jeweils proportional zu der sich ausbreitenden Wärmemenge und demzufolge auch proportional zur Schweißnahtbreite, d. h. zur Abmessung der Schweißnaht in Axialrichtung ist, bewirkt das Merkmal des Anspruchs 2 eine besonders gute Spannwirkung der erfindungsgemäßen Befestigung in Axialrichtung.

Das im Anspruch 3 unter Schutz gestellte Merkmal träet wesentlich zur Verbesserung und leichteren Herstellung der erfindungsgemäßen Schweißverbindung bei.

Patentschutz wird nur für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruchs, also einschließlich seiner Rückbeziehung begehrt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können an Hohlwellen beliebige Ringkörper befestigt werden, also beispielsweise Wälzlagerringe, Zahnkränze od- dgl.

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden näher an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Axialschnitt einer Hohlwelle mit einem auf dieser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigten Rollenlager und

F i g. 2 einen schematischen Axialschnitt einer Hohlwelle mit einem in dieser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigten Rollenlager.

F i g. 1 zeigt ein auf eine Hohlwelle 13 aufgeschobenes Rollenlager 12, dessen Innenring 11 an einem Absatz 14 der Hohlwelle anliegt. Ein ebenfalls auf die Hohlwelle aufgesetzter Haltering 19 drückt infolge einer von außen auf ihn einwirkenden Axialkraft 22 den Lagerinnenring 11 gegen den Wellenabsatz 14. Die durch Pfeile 22 angedeutete Axialkraft einer nicht dargestellten äußeren Druckquelle wird nur während des Anschweißens des Halterings 19 aufgebracht.

Der Übergang 15 des Absatzes 14 mit der Hohlwelle weist einen kleineren Radius auf als der angrenzende Außenuiiifangsrand 16 des Lagerinnenringes, so daß die Stirnfläche 17 des Lagerinnenrings an der Stirnfläche 18 des Absatzes 14 satt anliegt.

Der Haltering 19 wird mittels eines Elektronen Strahls 23 an die Hohlwelle 13 angeschweißt, indem der Elektronenstrahl 23 im wesentlichen radial zur Achse 24 der Hohlwelle 13 zur Wirkung gebracht wird. Hierbei wird der Elektronenstrahl in eine in der Innenwandung der Hohlwelle gebildete Ringnut 25 gerichtet und es wird in Umfangsrichtung in der gesamten Nut geschweißt, indem die Hohlwelle um ihre Achse 24 gedreht wird. Der Elektronenstrahl durchdringt die Wellenwandung und den Haltering 19 vollständig, so daß sich eine im Querschnitt im wesentlichen radial erstrekkende, ringförmige Schweißnaht 26 ergibt, durch welche der Haltering 19 mit der Hohlwelle 13 verschweißt ist.

Die durch die Abkühlung hervorgerufene Kontraktion der Hohlwelle auf eine Länge a (zwischen der Schweißnaht 26 und der Stirnfläche 18) ist größer als die Kontraktion des Halterings 19 zusammen mit dem Lagerinnenring 11 auf die gleiche Länge a, da sich in der Hohlwelle mehr Wärme ausbreitet. Wenn nach dem Schweißen die äußere Kraft 22 von dem Haltering 19 weggenommen wird, so bleibt infolge dieser Kontraktion der Lagerinnenring 11 dauernd zwischen dem Wellenabstand 14 und dem Haltering 19 eingespannt. Diese den Lagerinnenring zusammendrückende Kraft steht mit einer in der Wellenwandung vorhandenen axialen Zugkraft in Gleichgewicht.

Falls es später notwendig werden sollte, kann der Haltering wieder entfernt und durch einen anderen Haltering in der oben beschriebenen Weise ersetzt werden. Hierbei wird die in der Bohrung der Hohlwelle vorhandene Ringnut 25 erneut hinterdreht. Anschließend wird ein neues Lager und ein neuer Haltering auf die Hohlwelle aufgesetzt und der Haltering in der oben beschriebenen Weise angeschweißt.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung liegt ein in der Bohrung einer Hohlwelle 32 untergebrachtes La-

£i\J OO

ger 31 an einem Wellenabsatz 33 an und ein ebenfalls in der Wellenbohrung untergebrachter Haltering 34 drückt infolge einer von außen auf ihn einwirkenden, durch Pfeile 22 dargestellten Kraft gegen den Außenring 35 des Lagers 31. Ähnlich der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Außenring 35 durch eine z. B. mittels eines Elektronenstrahls hergestellte Schweißnaht zwischen dem Wellenabsatz 33 und dem Haltering 34 mit Bezug auf die Hohlwelle bewegungsfest eingespannt. Beim Schweißen wird der Elektronenstrahl im wesentlichen achssenkrecht gegen die äußere Mantelfläche der Hohlwelle 32 gerichtet und die Hohlwellenwandung und der Haltering 341 werden mittels des Elektronenstrahls um den ganzen Umfang herum durchdrungen, so daß diese beiden Teile miteinander verschweißen und sich anschließend im Lageraußenring 35 eine verbleibende Druckkraft ergibt. Die während des Verschweißens einwirkende Axialkraft 22 ist nach dem Erkalten der Schweißstelle nicht mehr erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. J.

   Patentansprüche:

   !. Verfahren zum Befestigen eines an einem Radiaibund einer Hohlwelle anliegenden Rotations- S körpers mittels Elektronenstrahlschweißung. wobei die zu schweißenden Teile relativ zum Elektronen strahl gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung von Ringkörpern auf oder in Hohlwellen vor den am Wellenbund an· liegenden Ringkörper ein auf die Hohlwelle auf- bzw. in diese eingeschobener Haltering vorgesetzt, mit einer zum Wellenbund hin gerichteten Axialkraft beaufschlagt und mit der Hohlwelle verschweißt wird, indem der Elektronenstrahl derart radial zur Hohlwelle eingestellt wird, daß er zuerst die Hohlwelle und dann den Haltering durchdringt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl so gesteuert wird, daß die mittlere AxialaLmessur.g der Schweißzone ·η der Hohlwelle größer als im Haltering ist
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle an der vom Elektronenstrahl zu beaufschlagenden Fläche mit einer Ringnut versehen wird.