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Vorrichtung zu Verbinden von Teilen auf
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Wellen oder Achsen Die @rfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
für eine axial- und verdrehsichere Verbindung von Teilen, wie Scheiben, Rader, Kurbel-
und SIebelarmen oder dergl., insbesondere aus plastischen, dauerelastischen Kunststoffmaterialien
auf Wellen oder Achsen.
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Im ereich des feinmechanischen Gerätebaues ist es üblich und meist
aus fertigungstechnischen Gründen unumgänglich, @ie Einzelteile, wie beispielsweise
Scheiben, Steuerkurven, lluaer, Kurbel- und Ilebelarme, die bestimmungsgemäß eine
Dreh- oder Schwenkbewegung um einen Lagerpunkt durchführen, getrennt von Welle oder
Achse herzustellen. In vielen F@llen ist es auch zwingend erforderlich, für das
Sunktionsbauteil affinen anderen Werkstoff einzusetzen, als für das Lagerteil. So
werden an die chse oder Welle ganz andere knforderungen gestellt, als an das auf
ihr befestigte inzelteil, wo beispielsweise wie bei Steuerkurven, Räder oder Hebelarmen
zur übertragung von Drehmomenten besondere Laufeigenschaften hinsichtlich Reibungen
den in Verbindung miteinander gebr:ichten Oberflächen abverlangt werden. Nach einer
verbreiteten Methode werden bisher verdrehfeste Verbindungen zwischen den Einzelteilen
und den Achsen oder Wellen dadurch hergestellt, daß das Teil auf die Welle geschoben,
axial und radial in die richtige Position gebracht wird, schließlich Teil und Welle
gemeinsam gebohrt und durch Einschlagen eines entsprechenden Paßstiftes gegenseitig
gesichert wird. Diese allgemein bekannte Methode ist sehr aufwendig, da neben den
bekannten Schwierigkeiten, eine Welle zu durchbohren, meist umfangreiche Hilfsvorrichtunger
notwendig
sind für die Aufnahme der Teile, so daß auch die gesetzten
Fertigungstoleranzen eingehalten werden können. Zu dieser reinen fertigungstechnischen
Problematik kommt hinzu, da£ seit einiger Zeit die Teile (so Zahnräder, Steuerkurven,
Hebel usw.) aus vielen einsichtigen Gründen aus Kunststoff hergestellt werden. Sollen
solche Teile nach herkömmlicher Art mit einer Stahlwelle fest verbunden werden,
so gibt es schon beim Herstellen der Stiftbohrung aufgrund der unterschiedlichen
Materialien unvermeidbare Schwierigkeiten. Beispielsweise wird die Stiftbohrung
im Bereich des Kunststoffteiles durch den Metallspan beim Durchbohren der Welle
derar beschädigt, meist vergrößert, so daß ein absolut fester und maßgerechter Sitz
des Teiles auf der Welle nicht mehr gewährleistet ist. Der Paßstift muß bei der
Montage mit einem Hammer auf festen Sitz in die Welle eingeschlagen werden, was
dem Rundlauf einer Welle beträchtlich schaden kann. Umgekehrt ist das Austauschen
eines Teiles auf der Welle nur mit Hilfswerkzeugen (Hammer, Durchschlag, Zange)
möglich.
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Ein anderes Herstellungsverfahren zur Erzielung eines festen Sitzes
besteht darin, die Teile direkt auf die Welle aufzuspritzen. Dieses Verfahren bringt
für die Fertigung den erheblichen Nachteil, daß hier jeweils eine Welle in die Spritzform
eingelegt werden muß. Diesem Verfahren haftet außerdem der Nachteil an, daß hiermit
ausschließlich eine unlösbare Verbindung zwischen den Teilen herstellbar ist, die
in vielen Fällen nicht erwünscht ist, sogar unzweckmäßig erscheint, denkt man an
die Problem bei der Montage oder bei einem Austausch von Teilen im Rahmen der Serviceleistung
bei solchen Geräten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung für eine verdrehsichere
Befestigung von Bauteilen, wie Scheiben, Räder, Hebel oder dergl., insbesondere
aus Kunststoffmaterial auf beispielsweise metallischen Wellen oder Achsen unter
weitgehender Vermeidung von kostspieligem Montageaufwand, wie z. B. spanabhebenden
Arbeitsgängen und Hilfsvorrichtungen zu schaffen. Neben den angestrebten
Vorteilen
für die Montage ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine lösbare Verbindung
zu schaffen, die es einem Kundendienst-Service ermöglicht, ebenfalls ohne Hilfewerkzeuge
die Teile leicht auszutauschen.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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In vorteilhafter Weise kann bei der angezeigten Lösung ganz allgemein
die Stiftbohrung bereits bei der Wellenherstellung gebohrt werden. Es ist ein Preßsitz
des Stiftes nicht mehr erforderlich, so daß die Stiftbohrung mit leicht einzuhaltenden
Toleranzen gefertigt werden kann. Die Nute einschließlich der hinterschnittenen
Abschnitten entsteht bei allen vorschlagsgemäßen Ausbildungsformen durch entsprechende
Formgebung des Werkzeuges in einem Spritzteil, und es bedarf keiner Nacharbeitsgänge.
Gegenüber der herkömmlichen Ausführungsform, bei der am montierten. Teil gebohrt
und verstiftet werden muß, läßt sich die Ausführung mit Nut und Stift überdies in
axialer Ausdehnung auf einer Welle sehr viel raumsparender ausbilden, da das über
den Stiftdurchmesser hinausgehende Material beispielsweise an einem Buchsenteil
oder an einer Radscheibe entfallen kann. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt
darüber hinaus sogar das Einlassen des Stiftes in die Radscheibe oder in das entsprechende
Bauteil, was in der herkömmlichen gemeinsam gebohrten Fertigungsart von Bauteil
und Welle technisch unmöglich ist. Für die Montage von erfindungsgemäß ausgebildeten
Bauteilen auf eine Welle ist keinerlei Werkzeug erforderlich. Das Bauteil wird einfach
auf die Welle geschoben, ein Zylinderstift in die Bohrung der Welle gesteckt und
schließlich die Nut des Bauteiles auf den Stift gedrückt. Aufgrund des elastischen
Kunststo-ffmaterials und der hinterschnittenen Flächen schnappt der Zylinderstift
nach Überwindung der Engpaßstelle
in die hinterschnittene Zone und
wird auf der Grundfläche der Nut unter Spannung gehalten. Zwischen Stift und Bauteil
entsteht dadurch eine völlig spielfreie Verbindung. Es wird weder für die Montage
ein Hilfswerkzeugnoch ist umgekehrt für die Demontage bei Austausch von Teilen ein
Werkzeug erforderli oh.
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Nachfolgend sind einige Ausführungabeispielebeschrieben und anhand
von Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigt die Fig. 1 in Perspektivdarstellungeine Welle mit drei verschiedenen
Ausftlhrungsbeispielen an Zahnrädern montiert; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Zahnradscheibe
mit U-förmig ausgebildten Stegen; Fig. 3 einen Schnitt durch die Zahnradscheiben
nach Fig. 2; Fig. 3a eine Einzelheit aus Fig. 3 mit eingespanntem Zylinderstift;
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein kombiniertes Stirn- und Kegelzahnrad mit freigetauchtem
Buchsenteil; Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 4; Fig. 6 eine weitere
einfache Ausführungsform an einer Zahnradscheibe; Fig. 7 eine Drauf8iohtauf eine
jusbildungsform an einem Flansch mit vorgesogenem Buchsenteil und mit in lotstereg
integrierter Nut-Stiftverbindung.
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In der Fig. 1 ist eine Welle 4 dargestellt auf der drei Zahnräder
1, 2, 3 mit einer axial- und verdrehsicheren Verbindung in der erfindungsgemäßen
Weise montiert sind. Alle drei angezeigten Gestaltungsformen der Verbindungen eines
Bauteiles mit einer Welle gehen von vem'vorgesehlagenen Prinzip einer durch besondere
Merkmale gekennzeichneten spielfreien Nut-Stiftverbindungmit Schnappeffekt aus.
Hierzu ist, wie das Beispiel aus Fig. 2 und 3 an einem Zahnrad 1 zeigt, eine auf
dem Durchmesser diametrisch surLagerbohrung 6 angeordnete Nute 5 vorgesehen. Die
Nute 5 wird gebildet durch U-förmig angeordnete, zur Zentrale hin geöffnete Stege
7, 8, die auf vorteilhaft'e Weise zur gleichzeitigen Verbesserung der Lagereigenschaften
auf der Welle 4 in ein halbkreisförmiges Buchsenteil 11 übergeleitet sind. Das Profil
der Nute 5 in Axialrichtung ist so ausgebildet, daß die beiden Stege 7 in der achslagerparallelen
Ausdehnung von der offenen Seite in das Material hinein eine keilförmig nach innen
divergierende Materialanhäufupg 9, 10 aufweisen, die man in der Fachsprache auch
mit dem Begriff "Hinterschneidung2' bezeichnet. Die Hinterschneidung kann sich auf
die ganze Länge der Innenseite der Stege 7 ausbreiten. Eine bevorzugte Ausbildungsform
sieht eine Hinterschneidung nur auf einem bestimmten Teilbereich bezogen auf die
Nutlänge vor, wie dies in Fig. 2 angezeigt ist. Mit dem bestimmten Teilbereich ist
insbesondere auch die Zone des Steges 7 gemeint, die beim AufdrUcken auf den im
Durchmesser größeren Zylinderstift 12, verglichen mit der Abmessungder Engpaßstelle,
elastisch ausweichen und nachfedern kann. Die durch die streifenförmige Materialanhäufung
9 bzw. 10 gebildete Hinterschneidung ist so bemessen, daß der zur Aufnahme in der
Nute 5 vorgesehene Zylinderstift 1; durch den Engpaßan der Öffnung gepreßt und aufgrund
der Spannung des elastischen Materials der Stege 7 über einen Sehnappeifekt in der
Nute 5 aufgenommen und völlig spielfrei gefaßt wird. Der Zylinderstift 12 gelangt
durch den Anpreßdiuekder Hinterechneidungen an den Stegen 7 zur direkten Auflage
auf der GrundflEche20 der Nute 5 (siehe Fig. Da), beispielsweise in der Radechelbe
la
des Zahnrades 1. Die eigentliche Breite der Nute 5 ist an den
Durchmesser des zur Verwendung vorgesehenen Zylinderstiftes 12 angepaßt. Durch den
von den Stegen 7 ausgehenden Anpreßdruck ist folglich zwischen dem Zylinderstift
12 und dem Zahnrad 1 sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung eine eindeutig
definierte Position und gleichzeitig eine völlig spielfreie Verbindung herstellbar.
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Als Begrenzungsanschlag zur Sicherung des Zylinderstiftes 12 in radialer
Richtung nach der Aufnahme desselben in der Nute 5 ist der querverbindende Steg
8 der U-förmig angeordneten Stege 7, 8 vorgesehen.
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Neben der hier erklärten und dargestellten Ausführungsform läßt sich
die erfindungsgemäße Nute 5 mit den angegebenen Merkmalen selbstverständlich auch
in jede Scheibe oder in jedes flache Lagerteil mit ausreichender Materialstärke
einformen, so daß ein buchsenähnlich vorspringender Ansatz entbehrlich ist. Die
zuletzt genannte Ausführungsform ist insbesondere dann von erheblichem Vorteil,
wenn mit einer in der Länge räumlich begrenzten Welle eine Vielzahl an Bauteilen,
wie z.B. bei einer Anordnung eines mehrteiligen Steuerkurvensatzes zu verbinden
sind.
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Ein weiteres nach den vorschlagsgemäßen Merkmalen ausgebildetes Ausführungsbeispiel
ist in der Fig. 4 und 5 dargestellt.
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Die Ansicht nach Fig. 4 zeigt als einstückiges Bauteil ein kombiniertes
Stirn- und Kegeleahnrad 2 mit einer freigetauchten Buchse 13 als Lagerteil. Die
Buchse 13 im Inneren des Stirn- und Kegelrades 2 entsteht aufgrund der Anwendung
einer bekannten gießtechnischen Maßnahme, nämlich einer Materialausnehmung 14, mittels
welcher man ganz allgemein bei der Herstellung von Spritzgießteilen einer Formschrumpfung
entgegenwirkt. Bei diesem Anwendungsfalle ist die diametrisch verlaufende Nute 5
in die Buchse 13 einbezogen und die hinterschnittene Zone zur Aufnahme des Zylinderstiftes
12 unter Spannung erstreckt sich beispielsweise auf die Wandstärke der Buchse 13.
Die Begrenzungsanschläge 15 werden hier gebildet
durch die Innenwand
eines um die freigetauchte Buchse 13 entstehenden Hohlzylinders 14 oder durch in
diesem angeordnete, auf die entsprechende Zylinderstiftlänge abgestimmten Nocken
16. Diese Art der lösbaren Verbindung eines Bauteiles auf der Welle hat wiederum
den erheblichen Vorteil, daß sie keinerlei zusätzlichen Raum in der axialen Ausdehnung
für die Befestigungsmittel beansprucht.
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In der Fig. 6 ist nochmals eine andere Weiterbildung des Erfindungsgedankens
gezeigt, bei der die Nute 5 durch über die Radscheibe 17 vorstehende angegossene
Federarme 18, 19 gebildet wird. Dadurch daß die Verbindungen der einzelnen Federarme
18 und 19 untereinander fortgelassen wurden, können letztere sich beim Aufdrücken
auf den Zylinderstift 12 unabhängig voneinander bewegen. Folgerichtig läßt sich
bei dieser Ausbildungsform an den Federarmen 18 mehr Federweg und Federspannkraft
durch eine stärker ausbildungsfähige Hinterschneidung entwickeln. Versieht man außerdem
noch die stirnseitig die Länge der Nute 5 begrenzenden Federarme 19 mit einer entsprechenden
Hinterschneidung, so wird ein in der Länge hierauf abgestimmter Zylinderstift 12
auch in Radialrichtung spielfrei gehalten. Es entsteht hierdurch eine offene, lösbare
Schnappsitzverbindung, die einen absolut festen Sitz zwischen Bauteil 3 und Zylinderstift
12 mit hoher Sicherheit gewährleistet.
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Noch in einem weiteren Beispiel ist in der Fig. 7 eine erfindungsgemäße
Ausbildungsform an einem Flansch 21 gezeigt, der für eine verdrehfeste Verbindung
mit einer Welle 4 bestimmt ist. Der Flansch 21 besteht aus einem Buchsen- oder rohrähnlichen
Teil 22, das als Lagerbuchsenteil 22 auf eine Welle 4 aufsteckbar ist und aus einer
mit diesem einstückig verbundenen Scheibe 23, die als Befestigungselement oder Kurbelarm
mit weiteren Funktionsteilen verbindbar ist. Das vorgezogene Lagerbuchsenteil 22
ist dabei zur gleichzeitigen Aufnahme der Nut-Stiftverbindung entsprechend in diametrischer
Anordnung mit U-förmigen Ausbuchtungen 24 versehen,
in welchen
die Nut 5 mit entsprechender Hinterschneidung eingeformt ist. Neben der vorteilhaften
Unterbringung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zur verdrehfesten und raumsparenden
Verbindung eines Bauteiles mit einer Welle, dient die vorgeschlagene Ausbildungsform
des Buchsenteiles 22 zusätzlich der Verbesserung des Bauteiles im Bereich der Lagereigenschaften
sowie der Stabilisierung in der Übergangszone zwischen Buchsenteil 22 und Scheibe
23 an kritischer Bruchstelle.
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Über die angezeigten Vorschläge für eine lösbare, verdrehfeste Verbindung
eines Bauteiles mit einer Welle unter Benutzung der erklärten Nut-Stiftverbindung
hinaus lassen sich, ohne die wesentlichen Merkmale zu verlassen, durch geringe konstruktive
Abwandlungen noch weitere Ausbildungsformen ableiten.
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L e e r s e i t e