DE2912033A1

DE2912033A1 - Verfahren zum verbinden von zwei teilen mittels eines verbindungsstuecks

Info

Publication number: DE2912033A1
Application number: DE19792912033
Authority: DE
Inventors: Hisanobu Kanamaru; Moisei Okabe; Hideo Tatsumi; Akira Tohkairin
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1979-10-04
Also published as: AU522720B2; GB2016979B; DE2912033C2; US4249298A; JPS54126660A; AU4540479A; JPS5548895B2; SE7901999L; GB2016979A; CA1097040A; SE439130B

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Verfahren sum Verbinden von zwei Teilen mittels eines Verbindungsstücks

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen mittels eines Verbindungsstücks, das kaltgepreßt wird, so daß ein plastisches fließen in einen Spalt zwischen den Verbindtmgsflachen der beiden Teile erfolgt, wodurch diese starr miteinander verbunden werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Verbinden von Teilen aus Metall oder Kunststoff, die ein hohes Drehmoment übertragen sollen, z, B. für Verbindungen zwischen einer Welle und einer Scheibe, zwischen zwei Buchsen usv/.

Bisher sind als Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen Schweißen (einschließlich löten), Gießen und Meten bekannt.

Es ist bekannt, daß Schweißen nicht geeignet ist, um Teile mit hoher Präzision zu verbinden₉ da die beiden zu verbindenden Teile sowie die Verbindungsstücke aufgrund der beim Schweißen erzeugten Wärme eine thermisch bedingte Formänderung erfahren, femer ist Schweißen nur bei bestimmten Werkstoffkombinationen der zu verbindenden Teile und des Verbindungsstücks möglich* Auch

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muß für den Schweißstab oder das Lot ein bestimmter Werkstoff gewählt werden. Außerdem ergibt sich beim Schweißen nur eine geringe Produktivität, und es wird eine umfangreiche Ausrüstung benötigt. Beim Schweißen besteht außerdem die Gefahr, daß sich aufgrund möglicher Schwankungen der Arbeitsbedingungen Verminderungen in der Güte der Erzeugnisse ergeben.

Beim Gießen wird eine große, komplizierte Anlage benötigt, da innere Abschreckeinrichtungen, rotationsverhindernde Vorrichtungen usw. erforderlich sind, um eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zu erreichen. Außerdem besteht eine Begrenzung hinsichtlich der Auswahl der Werkstoffe für das Verbindungsstück. Auch hier ergeben sich eine geringe Produktivität und ungenügende Präzision.

Wenn die Verbindung zwischen zwei Teilen einem in zwei Richtungen schwingenden Drehmoment standhalten muß, wie das etwa bei der Verbindung zwischen der Welle und dem Schwungrad eines Schwungmagnetzünders für die Zündung kleiner Brennkraftmaschinen oder für Beleuchtungszwecke der Fall ist, werden die beiden Teile durch Niete verbunden. Die Nietverbindung hat jedoch mehrere Nachteile. Z. B. muß der Durchmesser des Flansche des Vorsprungs groß sein, um die Flächen für die Niete zu bilden. Gleichzeitig wird in axialer Richtung Raum benötigt, der nicht nutzbar ist. Ferner können die Niete keine sehr enge Verbindung der beiden Teile herstellen, und daher ist die Verbindung weniger zuverlässig.

Preßverbinden und Dichtstemmen sind als Verfahren zum unmittelbaren Verbinden von zwei Teilen bekannt. Beim Preßverbinden ergibt sich jedoch nur eine geringe Verbindungskraft, umd die Verbindung ist insbesondere gegen eine Schlagkraft nicht sehr widerstandsfähig. Außerdem ist es schwierig, eine hinreichend große Festigkeit zu erzielen, wenn der zu verbindende Werkstoff ein Metall mit nur geringer Dehnung, z. B. Stahlguß, ist.

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Das Dichtstemmverfahren ist nur mit bestimmten Werkstoffen, die einen geringen Yerformungswiderstand haben, anwendbar. Z. B. sind Stahlguß u. dgl. nicht verwendbar. Bei diesem Verfahren ergibt sich also keine ausreichend große Verbindungsfestigkeit für alle Werkstoffe.

!Ferner ist ein Verbindungsverfahren bekannt (US-PS 3 559 946), bei dem zwischen zwei zu verbindenden Teilen ein Verbindungsstück angeordnet und bleibend verformt wird. Dabei ist an den Verbindungsflächen der beiden Teile je eine Nut mit Rechteckquerschnitt ausgebildet. Ein Verbindungsstück wird zwischen den beiden zu verbindenden Teilen angeordnet. Das Verbindungsstück wird mit Druck beaufschlagt, so daß es bleibend verformt wird, und es erfolgt ein plastisches Hießen eines Teils des Verbindungsstücks in die Nut, Da jedoch bei diesem Verfahren die Nut Renhteckquerschnitt hat,,fließt das Verbindungsstück nicht vollständig in die Nut, so daß zwischen der Innenfläche der Nut und dem Verbindungsstück ein Zwischenraum verbleibt. Da ferner die Verbindungskraft zwischen den beiden zu verbindenden Werkstoffen eine Reibungskraft zwischen der ebenen Innenfläche der Nut und der Außenfläche des Verbindungsstücks ist, kann die Verbindung keinem hohen Drehmoment standhalten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Verbinden von zwei Teilen, bei dem keine Beschränkung hinsichtlich der Werkstoffe der Teile besteht, eine starre Verbindung erhalten wird, die einem hohen hin- und hergehenden Drehmoment standhalten kann, keine große Anzahl Arbeitsschritte benötigt wird und einfaches Arbeiten mit geringem Raumbedarf möglich ist.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird wie folge vorgegangen. Zwischen den gegenüberliegenden Verbindungsflächen der beiden zu verbindenden Teile wird ein Spalt ausgebildet. Der Spalt umfaßt eine in den jeweiligen Verbindungsflächen ausgebildete Nut. Die Nut ist an ihrer Innen- oder Grundfläche mit Uneben-

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heiten ausgebildet. Ein Verbindungsstück wird aus einem Werkstoff hergestellt, der die notwendige mechanische Festigkeit und einen geringeren Widerstand gegen Verformung als die zu verbindenden Teile hat. Die Höhe des Verbindungsstücks ist gleich oder annähernd gleich der Höhe des Spalts, und das Verbindungsstück hat eine einfache Form. Es wird in dem Spalt angeordnet. Dann wird es von den zu verbindenden Teilen und einem Werkzeug im wesentlichen umschlossen. Das Verbindungsstück wird mit einem Vorderende einer Werkzeughälfte kaltgepreßt, so daß ein plastisches Fließen in die Hüten des Spalts erfolgt und die beiden Teile fest miteinander verbunden werden.

Ein spezielles Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung besteht in den an den Innen- bzw. Grundflächen der Nuten der zu verbindenden Teile ausgebildeten Unebenheiten; dadurch kann die Verbindung einem hohen Drehmoment standhalten.

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen angegeben, das folgende Schritte umfaßt: Zuerst wird in den Verbindungsflächen der zu verbindenden Teile eine Umfangsnut ausgebildet. Zweitens werden an der Grundfläche der Fut axial verlaufende Vertiefungen ausgebildet. Drittens wird ein Verbindungsstück zwischen den zu verbindenden Teilen angeordnet. Das Verbindungsstück besteht dabei aus einem Werkstoff mit gerimgerem Verformungswiderstand als die zu verbindenden Teile und hat eine bestimmte mechanische Festigkeit. Schließlich wird das Verbindungsstück mit Druck beaufschlagt und bleibend verformt, so daß es in die Nuten und Vertiefungen fließt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Teilschnittansicht, die die Anordnung der zu verbindenden Teile und des Verbindungsstücks zeigt, die bei dem Verfahren angewendet werden;

eine Schnittansicht II-II nach Pig. I; eine Perspektivansicht des Verbindungsstücks; eine Teilschnittansicht der zu verbindenden Teile und des Verbindungsstücks vor dem Pressen; Teilschnittansichten eines Abschnitts der Teile nach dem Pressen;

Teilschnittansichten einer Verbindung, wobei die Nuttiefe in der Verbindungsfläche klein bzw. groß ist;

Teilschnittansichten einer Verbindung, wobei zwischen der Höhe des Verbindungsteils und derjenigen der zu verbindenden Teile ein großer Unterschied besteht;

Schnittansichten einer Verbindung, wobei die in der Nut der Verbindungsfläche vorhandene axiale Vertiefung klein bzw. groß ist;

Pig. 13 eine Schnittansicht eines Schwungmagnetzünders, bei dem das Verfahren anwendbar ist;

Pig. 14 eine Perspektivansicht des Vorsprungs nach Pig. 1-3.» Pig. 15 eine Schnittansicht des Schwungrads nach Pig. 13; Pig. 16 Beispiele, die die Herstellung der Vertiefungen bis 18 verdeutlichen;

Pig. 19 eine Grafik, in der das Drehmoment T, dem die Verbindung nach der Erfindung standhält, mit demjenigen verglichen wird, dem eine herkömmliche Verbindung mittels Nieten standhält;

Pig. 20 einen Vergleich zwischen der Anzahl N Dauerschläge, denen eine Verbindung nach der Erfindung bzw. eine herkömmliche Nietverbindung standhält; und

Pig. 21 Schnittansichten verschiedener praktischer Aus- und 22 führungsformen der Erfindung.

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Pig.	2
Pig.	3
Pig.	4
Pig.	5
und	6
Pig.	7
und	8
Pig.	9
und	10
Pig.	11
und	12

Die Pig. 1-12 verdeutlichen das bei der Erfindung angewandte Prinzip. Nach Pig. 1 sind zwei zu verbindende Teile 2 und 4 Metallscheiben, die z. B. aus Stahl bestehen. Ein ringförmiger Spalt 10 mit einer Breite Tq und einer Höhe Hq ist zwischen den Verbindungsflächen 6, 8 der Teile 2, 4- ausgebildet.

In den Verbindungsflächen 6, 8 sind durchgehende Umfangsnuten 12, 14 ausgebildet. In den Grundflächen der Nuten 12, 14 sind über deren Gesamtumfang kleine axiale Vertiefungen 16 ausgebildet, so daß die Grundflächen uneben bzw. rauh sind. Die mittlere Tiefe h_1Q von den Verbindungsflächen 6, 8 zu der neutralen Paser m-m der Vertiefungen 16 beträgt bevorzugt 0,2-1,0 mm, insbesondere 0,2-0,5 mm. Die Höhe It₁₁ der Vertiefungen 16 beträgt ebenfalls bevorzugt 0,2-1,0 mm, insbesondere 0,2-0,5 mm. Die genannten bevorzugten Werte für h-,_Q und h-,-, sind von der Größe der zu verbindenden Teile 2, 4 praktisch unabhängig.

Ein Verbindungsstück 18 besteht aus einem Metall, das- leichter als die Teile 2, 4 bleibend verformbar ist, d. h. einem Metall mit geringerem Verformungswiderstand ale die eu verbindenden Teile 2, 4. Z. B. sind Aluminium, Messing, Kupfer, Weicheisen od, dgl, vorteilhafterweise als Werkstoff für das Verbindungsstück 18 verwendbar. Insbesondere in Anbetracht der Tatsache, daß das Verbindungsstück 18 eine bestimmte mechanische Peetigkeit haben muß, ist Weicheisen ein bevorzugter Werkstoff, Die Breite T-, ist im wesentlichen gleich oder gering kleiner als die Breite T_Q des Ringspalts 10. Bevorzugt ist die Höhe H₁ im wesentlichen gleich oder etwas geringer als die Höhe Hq. Auch wenn die Höhe H₁ größer als die Höhe E_Q ist, wird der Höhenunterschied Δ Η bevorzugt so klein wie möglich gemacht, z. B. 0,2-0,3 mm, und zwar aus einem noch zu erläuternden Grund. Das Verbindungsstück 18 kann kreisrunden, ovalen, vieleckigen oder einen anderen einfachen Querschnitt sowie auch Rechteckquerschnitt haben. Da das Verbindungsstück 18 später bleibend ver-

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formt wird, ist seine Form nicht durch die Form des Ringspalts IO "beschränkt. Das Verbindungsstück 18 kann ein durch Biegen eines Drahts geformter Ring mit einem Endspielraum oder ein Vollring 18 sein, der durch Sintern od. dgl. hergestellt ist (Tgl. Pig. 3).

Zum Verbinden der Teile 2, 4 wird das Verbindungsstück 18 in dem Ringspalt 10 zwischen den Teilen 2, 4 angeordnet (vgl. Mg. 4).

Dann werden die Teile 2, 4 mit dem dazwischen angeordneten Verbindungsstück 18 auf eine Werkzeughälfte 20 (vgl. Fig. 5) gelegt. Das Verbindungsstück 18 wird durch einen Preßabschnitt 24 der zweiten Werkzeughälfte 22 mit Druck beaufschlagt, wobei der Preßabschnitt 24 eine Breite t hat, die kleiner als die Breite T_Q des Ringspalts 10 ist. Infolgedessen erfolgt ein plastisches Fließen des Verbindungsstücks 18 in die Nuten 12, 14. In dem Stadium nach Fig. 4 ist das Verbindungsstück 18 mit Ausnehme seines oberen und unteren Abschnitts, die den Werkzeughälften 22, 20 gegenüberliegen, von den Wandungen der Teile 2, 4 umschlossen, und der Höhenunterschied ΔΕ ist sehr klein, d. h, 0,2-0,3 mm. Man kann also sagen, daß das ganze Verbindungsstück unmittelbar vor dem Kaltpressen von den Wandungen 2, 4 T-ind den Werkzeughälften 20, 22 umschlossen ist.

Fig. 6 zeigt die Teile 2, 4 nach dem Herstellen der Verbindung. Im Verbindungsstück 18 wird dabei eine starke innere Kraft P erzeugt, die die Wandungen der Nuten 12, 14 und die Verbindungsflächen 6, 8 beaufschlagt.

Es werden jetzt die zum Erzielen der erwünschten Wirkung we= sentliehen Faktoren erläutert _o Diese sind: (I) der Neigungswinkel θ der Seitenwand des Preßabschnitts 24 der Werkzeughälfte 22_r, (II) die Lage der in den Verbindungsflächen 6_S 8 der Teile 2j 4 susgsbiläs-fcen lut©n 12, 14 ₀ (III) die mittler® Tiefe h_1Q

der Nuten 12, 14, (IV) die Neigungswinkel OC^, O<₂ ^der Seitenwand der Nuten 12, 14, (V) die Beziehung zwischen der Höhe H-, des Verbindungsstücks 18 und der Höhe H_Q der Teile 2, 4, (VI) die Höhe h-,-, der in den Nuten 12, 14 ausgebildeten Vertiefungen 16, und (VII) der Winkel ß zwischen den Oberenden der Vertiefungen 16.

(I) Zuerst j.rci der Neigungswinkel θ der Seitenwand des Preßabschnitts 24 der Werkzeughälfte 22 erläutert.

Wie aus Pig, 5 hervorgeht, ist die Seitenwand des Preßabschnitts 24 um einen Winkel θ zu der senkrecht zur Endfläche der Werkzeughälfte 22 verlaufenden Einführrichtung geneigt. Der Winkel θ beträgt bevorzugt 3-15°. Ein zu kleiner Winkel θ erschwert das Herausziehen der Werkzeughälfte 22 nach dem Pressen. Andererseits ermöglicht ein zu großer Winkel θ ein fließen des Werkstoffs des Verbindungsstücks 18 entgegengesetzt zur Einführrichtung der Werkzeughälfte 22, d. h. ein Fließen aus dem Ringspalt 10 nach außen. Gleichzeitig kann bei einem zu großen Winkel θ die Werkzeughälfte 22 nicht tief in den Ringspalt 10 getrieben werden, so daß in dem Verbindungsstück 18 nur eine geringe Spannung erzeugt und keine ausreichende Festigkeit der Verbindung erzielt wird.

(II) Es wird jetzt die Lage der in den Verbindungsflächen 6, der Teile 2, 4 ausgebildeten Nuten 12, 14 erläutert.

Nach Fig. 5 ist der Preßabschnitt 24 der Werkzeughälfte 22 so tief wie. möglich in den Ringspalt 10 einführbar, so daß der Abstand S zwischen der Endfläche der Werkzeughäl£te 22 und dem Oberende der Nuten 12, 14 der Teile 2, 4 so klein wie möglich ist; d. h. die Endfläche der Werkzeughälfte 22 befindet sich nahe den Nuten 12, 14. Der Abstand S bildet einen Abschnitt einer Reibungsfläche zwischen den Teilen 2, 4 und dem Verbindungsstück 18. Je kleiner der Abstand S ist, desto geringer

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ist der Reibungsverlust durch plastisches Fließen. Infolgedessen kann das Verbindungsstück 18 vollständig in die Muten 12, 14 fließen.

Die Einruhrtiefe der Werkeseughälfte 22 genügt, um die Nuten 12, 14 -vollständig mit dem Werkstoff des Verbindungsstücks 18 auszufällen, nrobei gleichzeitig eine erwünschte Restkraft im Verbindungsstück 18 erhalten wird«,

(III) ITunmehr wird die mittlere Tiefe h_1Q der Nuten 12, 14 erläutert. Versuche haben geneigt, daß eine Tiefe h₁₀ von weniger als 0,2 sram einen Schlupf des Verbindungsstücke 18 in den Nuten 12, 14 "bewirkt (vgl. FIg, T)ρ wenn das sau verbindende Teil 2 mit einer axialen Kraft beaufschlagt wird. Somit wird im Verbindungsstück 18 keine Scher- oder Querkraft erzeugt. Damit können die beiden Teile 2, 4 der axialen Kraft nicht standhalten, und es erfolgt ein Schlupf in axialer Richtung,

Anderer seit ß wltA bei einer Tiefe h-,Q der Nuten 12, 14 von mehr als 1,0 mm ein vollständiges Fließen des Verbindungsstücks 18 in die Nuten 12, 14 nicht erreicht, obwohl das Verbindungsstück 18 von der Werkaeughälfte 22 mit Druck beaufschlagt wird und sich bleibend verformt. Nach Fig, 8 entsteht dabei ein Spalt zwischen den Innenflächen der Nuten 12, 14 und dem Verbindungsstück 18, Wenn das zu verbindem.de Teil 2 mit einer axialen Kraft beaufschlagt wird, erfolgt eiae bleibende Verformung des Verbindungsstücks 18, Infolgedessen erfolgt ein Schlupf der Teile 2, 4 gegeneinander in axialer Richtung wie im Pail einer Tiefe Ton weniger als 0_?2 mm,

(IV) ITunmehr v/erden die Neigungswinkel OC, ^p der Seitenwandungen der Nuten 12, 14 erläutert«, Der Neigungswinkel (K-, der oberen Seitenwand beträgt bevorzugt 45°; in dieser Richtung erfolgt das plastische Fließen des Verbindungsstücks 18„ Der Neigungswinkel OC₁ ist innerhalb eines Bereichs von 20-70° prak»

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tisch anwendbar. Die obere Seitenwand ist bei dieser Ausführungsform eben; eine ebene Fläche ist zwar bevorzugt anwendbar, es kann sich jedoch auch um eine Krümmungsflache handeln. In diesem Fall ist diese bevorzugt so ausgebildet, daß der Winkel von der Tangentiallinie am oberen Ende der Krümmungsfläche kleiner als ein rechter Winkel ist und an einem Mittelabschnitt der Fläche in einem Bereich von 20-70° liegt.

Der Neigungswinkel 0<₂ der unteren Seitenwand ist bevorzugt nicht größer als ein rechter Winkel, da das Verbindungsstück 18 längs dieser unteren Seitenwand nicht aus den Nuten 12, fließt. Die untere Seitenwand kann zwar sowohl eine Krümmungsfläche als auch eine ebene Fläche sein, eine ebene Fläche wird jedoch bevorzugt.

(V) Die Beziehung zwischen der Höhe H-^ des Verbindungsstücks 18 und der Höhe H_Q des Ringspalts 10 zwischen den Teilen 2, 4 wird nunmehr erläutert.

Wenn das Volumen des Verbindungsstücks 18 dem Volumen des Ringspalts 10 zwischen den beiden Teilen 2, 4 entspricht, genügt dies, um den Ringspalt 10 gut auszufüllen. Wenn die Verbindung mit einem Verbindungsstück 18 hergestellt wird, das einen relativ großen Höhenunterschied ΔH aufweist (vgl. Fig. 9), wird das Verbindungsstück 18 an beiden Endabschnitten unvorteilhaft verformt (vgl. Fig. 10). Somit verbleiben unausgefüllte Zwischenräume £-,, <5o ¹^ äie Nuten 12, 14, und zwar auch dann, wenn das Verbindungsstück 18 ein größeres Volumen als der Ringspalt 10 hat, so daß sich die gleichen Nachteile wie bei dem herkömmlichen Verfahren mit Anwendung von Nieten ergeben. Dieser Nachteil ergibt sich aus folgendem Grund: Wenn nach Fig. 10 das ringförmige Verbindungsstück 18 in axialer Richtung zusammengedrückt wird, werden im Verbindungsstück 18 eine axiale Spannung er eine Umfangsspannung 6\ (nicht gezeigt) und eine radiale Spannung 6"·* erzeugt.

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Mit K_f als dem Widerstand des Werkstoffs des Verbindungsstücks 18 gegen Verformung ergibt sich die axiale Spannung ö"-, durch die folgende G-leichung (l):

Q--L = (l-l,5)K_f (1).

Da die beiden Endabschnitte des Verbindungsstücks 18 in radialer Richtung während der Druckbeaufschlagung nicht begrenzt sind, wird die Spannung <5~-? am kleinsten, wenn die Spannung σ% ihren höchsten Wert erreicht.

Aus der Trescaschen G-leichung, die die Bedingung für die Fließgrenze angibt, wird daher die folgende Gleichung (2) abgeleitet:

Ferner wex&en die Gleichungen (2') und (3) durch Substitution der Gleichung (l) für die Gleichung (2) abgeleitet:

σ-₅ = (T₁- K_f (2·)

= (l-l,5)K_f - K_f

= (O-O,5)K_f (3).

Diese Gleichung zeigte daß eine ausreichend hohe radiale Spannung, die eine bleibende Verformung des Verbindungsstücks 18 in die Nuten 12, 14 bewirken würde, überhaupt nicht erzeugt werden kann.

Andererseits wird nach dem Verfahren entsprechend Fig_e 5 die Spannring Cf*., durch die folgende Gleichung (4) be stimmt ₉ da

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das gesamte Verbindungsstück 18 von den Wandungen der Teile 2, 4 und den Werkzeughälften 20, 22 im wesentlichen umschlossen und begrenzt ist:

ST₁ = (2-4)Κ. (4).

Die radiale Spö^nung G-? wird wie folgt durch Substitution der Gleichung (4) durch die Gleichung (2^!) abgeleitet:

= (2-4)K_f - K_f

Es ist zu beachten, daß eine radiale Spannung erzeugt wird, die größer als der Widerstand K~ gegen Verformung ist. Daher erfolgt ein plastisches Fließen des Werkstoffs des Verbindungsstücks 18, so daß die Nuten 12, 14 vollständig ausgefüllt werden. Damit das Verbindungsstück 18 während der Druckbeaufschlagung in der erläuterten Weise umschlossen und begrenzt ist, muß die Höhe H-, des Verbindungsstücks 18 im wesentlichen gleich, oder kleiner als die Höhe H₀ des Ringspalts 10 sein. Wenn die Höha H-, allerdings zu gering ist, muß der Hub der Werkzeughälfte 22 größer gemacht werden. Dabei ergibt sich jedoch eine Begrenzung, da der Neigungswinkel θ der Seitenwandung des Preßabschnitts 24 nicht so klein gemacht werden darf. Es ist also erforderlich, das Volumen des Verbindungsstücks 18 etwas kleiner als dasjenige des Ringspalts 10 zu wählen und die Höhe Ηη unter Berücksichtigung des Neigungswinkels θ der Werkzeughälfte 22, der Breite T_Q des Ringspalts 10 und anderer Paktoren zu bestimmen.

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(VI) Es wird nunmehr die mittlere Tiefe Ia₁₁ der in den Nuten 12, 14 ausgebildeten kleinen Vertiefungen 16 erläutert.

Die mittlere Tiefe Ix₁₁ kann in gleicher Weise wie die Tiefe h-|Q der Muten 12, 14 "behandelt werden. D. h. es wurde gefunden, daß die mittlere Tiefe Ia₁₁ der Vertiefungen 16 bevorzugt 0,2-1,0 mm, insbesondere 0,2-0,5 mm beträgt.

Insbesondere, wenn die nahezu Dreiecksquerschnitt aufweisenden Vertiefungen 16 durch Rändeln gebildet werden, hängt die Scherkraft des in die Ausnehmungen 16 fließenden Verbindungsstücks 18 vom Querschnittsbereich A ab (vgl. Pig. 11), der im Fall einer Tiefe h-,-, von weniger als 0,2 mm vergleichsweise klein ist. Infolgedessen ist die Scherkraft relativ klein, und das Verbindungsstück 18 wird zerstört, so daß ein kleines Drehmoment übertragen wird. Andererseits kann das Verbindungsstück 18 im Pail einer Tiefe h-,-, von mehr als 1,0 mm (vgl. Pig. 12) nicht leicht in die Vertiefungen 16 fließen, und zwar aufgrund der Reibungskraft an der Innenfläche B der Vertiefungen 16, so daß sich am Grund der Vertiefungen 16 ein unausgefüllter Zwischenraum 26 ergibt. Infolgedessen wird das Verbindungsstück 18 mittels einer Umfangskraft bleibend verformt, und einem hohen Drehmoment kann nicht standgehalten werden.

(VII) Pernex· beträgt der Winkel ß am Oberende der Vertiefungen 16 bevorzugt 60-120°. Ein Winkel von weniger als 60° erschwert das Pließen des Verbindungsstücks 18 in die Vertiefungen; ein Winkel ß von mehr als 120° macht das durch die Vertiefungen übertragbare Drehmoment zu klein.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, ist die Erfindung nur in Pällen anwendbar, wo zwischen den beiden zu verbindenden Teilen ein vorbestimmter Zwischenraum aufrechterhalten, wird, ζ_Φ B. für eine Verbindung zwischen zwei konzentrischen Scheiben, zwischen einer Welle und einer Scheibe usw„

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Daher ist die Verbindtmgsfestigkeit bei einer Verbindung, bei der der Spalt zwischen den Teilen nicht von diesen gleichbleibend gehalten wird, also z. B. bei einer Verbindung zwischen zv/ei zueinander parallelen ebenen Platten, nicht zu erzielen, selbst wenn ein Verbindungsstück in den Spalt gepreßt wird, D. h., zur Erzielung der Vorteile des Verfahrens ist es notwendig, daß das Verbindungsstück die beiden zu verbindenden Teile mit einer Kraft beaufschlagt.

Bei dem Verfahren ergeben sich folgende Vorteile: Erstens wird ein hohes Drehmoment zuverlässig von dem einen auf das andere der zu verbindenden Teile 2, 4 übertragen, da die feinen Vertiefungen 16 in der Grundfläche der Nuten 12, der Teile 2, 4 vorgesehen sind. Ferner wird eine mechanisch stabile Verbindungsfestigkeit erzielt, da das Verbindungsstück 18 auf die Verbindungsflächen 6, 8 und die Wandungen der Vertiefungen 16 der Teile 2, 4 eine innere Kraft P ausübt. Da die Vertiefungen 16 vollständig mit dem Verbindungsstück 18 ausgefüllt sind, wird ferner ein hoher Widerstand gegen eine axiale Kraft erzeugt. Dieser Widerstand ist ein Produkt der Scherfestigkeit des Werkstoffs des Verbindungsstücks 18 und des Scherquerschnitts desselben. Viertens erfahren die beiden Teile 2, 4 während des Eindrückens und des plastischen Fließens des Verbindungsstücks 18 keine Formänderung, da sie aus einem Werkstoff bzw. aus Werkstoffen mit höherem Verformungswiderstand als das Verbindungsstück 18 bestehen. Dadurch wird ein Hochpräzisions-Erzeugnis erhalten. Dies bedeutet ferner, daß die zu verbindenden Teile 2, 4 vor dem Herstellen der Verbindung vorteilhafterweise einer Endbearbeitung in bezug auf Endform und -größe sowie Oberflächengüte unterzogen werden können. Außerdem ist zu beachten, daß für die beiden Teile 2, 4 jeder Werkstoff, der für das Endprodukt geeignet ist, verwendbar ist, da das Verfahren durchführbar ist, indem für das Verbindungsstück 18 ein Werkstoff gewählt wird, der einen geringeren Verformungswiderstand als die Teile 2, 4 hat. Weiterhin ist zu

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"beachten, daß das Verbindungsstück 18, da es eine einfache Form hat, leicht herstellbar ist. Da die Verbindung durch Kaltpressen erfolgt, ist die Arbeit leicht mit großer Produktivität und relativ geringem Maschinenaufwand, z. B. mit einer hydraulischen Presse, durchführbar.

Es werden nun einige praktische Anwendungsbeispiels für das Verfahren in Verbindung mit den erzielten Vorteilen erläutert.

Fig. 13 zeigt einen wichtigen Teil eines Schwungmagnetzünders, der nach dem Verfahren hergestellt ist. Dabei hat eine von einer Brennkraftmaschine getriebene Welle 40 ein konisches Ende 42. Auf der Welle 40 ist mit einer Mutter 46 ein Vorsprung 44 befestigt. Ein Schwungrad 48 ist an dem Vorsprung 44 mittels des Verfahrens gesichert. Ein Magnet 50 ist am Schwungrad 48 befestigt, und eine Wicklung 53 ist auf einer ortsfesten Platte 52 angeordnet. Da sich das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine periodisch oder intermittierend ändert, muß die Verbindung zwisehen dem auf der Welle 40 festgelegten Vorsprung 44 und dem Schwungrad 48 einem großen hin- und hergehenden Drehmoment standhalten. Der Vorsprung 44 "und das Schwungrad 48 sind durch ein Verbindungsstück 55 verbunden.

lach Pig. 14 weist der Vorsprung an seiner äußeren Umfangs- bzw, Verbindungsfläche eine Umfangsnut 54 mit feinen axialen Vertiefungen 56 in ihrer G-rundflache auf. Die Vertiefungen 56 werden entweder durch Rändeln (vgl. Fig. 16) oder durch einen Meißen (vgl« die Fig. 17 und 18) geformt.

Mach Fig. 16 wird ein Rändelwerkzeug 62 in Pfeilrichtung (vgl. Pfeil 66) gegen den Vorsprung 44 gedruckt, und während der Vorsprung in Richtung des Pfeils 64 gedreht wird, werden feine Vertiefungen 56 am Grund der Nut 54 geformt«,

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Nach Fig. 17 wird der Vorsprung 44 mittels einer Welle auf einem umlaufenden Bett 68 gehalten. Während das Bett 68 umläuft, wird ein schwingender bzw. hin- und hergehender Meißel 70 in Richtung des Pfeils 72 bewegt und formt die Vertiefungen.

Es ist auch möglich, die Vertiefungen nach Pig. 18 auszubilden, wobei der hin- und hergehende Meißel 74 schräg (vgl. den Pfeil 76) bewegt wird. In diesem Pail werden die Nut 54 und die Vertiefungen 56 gleichzeitig geformt.

Pig. 19 zeigt ein Versuchsergebnxs; der Versuch wurde durchgeführt, um die Festigkeit der nach dem Verfahren hergestellten Verbindung (A) gegenüber dem Drehmoment (T), bei dem die Verbindung gelöst tfird, im Vergleich mit einer herkömmlichen, mit sechs Nieten hergestellten Verbindung (B) zu prüfen. Insbesondere wurde bei der Verbindung (A) ein Weicheisen als Werkstoff für das Verbindungsstück verwendet. Der Außendurchmesser des Vorsprungs war 38 mm. Der Innen- bzw, der Außendurcltmesser des Schwungrads waren 42 mm bzw. 102 mm. Die mittlere Tiefe h₁₀ der ümfangsnut und die mittlere Höhe h-^ der axialen Vertiefungen betrug jeweils 0,3 mm. Die Neigungswinkel Of-,, <* der Seitenwände der Ümfangsnut waren jeweils 45°. Die Breite der Ümfangsnut betrug 2 mm. Bei Beaufschlagung mit einem statischen Drehmoment hielt die Verbindung diesem stand, bis es auf 135 kg.m erhöht wurde. Bei der herkömmlichen Verbindung war der Außendurchmesser des Vorsprungs 38 mm. Der Innen- bzw. der Außendurchmesser des Schwungrads waren 42 mm bzw, 102 mm. Sechs Niete mit einem Durchmesser von jeweils 6 mm wurden benutzt und auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 60 mm angeordnet. Diese herkömmliche Verbindung löste sich, als das statische Drehmoment auf 92,5 kg.m erhöht wurde.

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Perner hielt die Verbindung mit den feinen axialen Vertiefungen in der Nutinnenfläche τοη Vorsprung und Schwungrad einem dreifach höheren Drehmoment als die Verbindung ohne feine axiale Vertiefungen stand.

Pig, 20 zeigt das Ergebnis eines mit den unter Bezugnahme auf Pig, 19 angegebenen Verbindungen durchgeführten Dauerschlag-Tersuchs (Winkelbeschleunigung),, Das Schwungrad hatte ein Gewicht von 1,4 kg. Die Winkelbeschleunigung■ω betrug 5 rad/s . Die Verbindung (A) nach der Erfindung hielt einer Anzahl (IT) Dauerschläge τοη 6·1Ο stand, während die herkömmliche Verbindung (B) nur einer Anzahl τοη 5'1CT Dauerschlägen standhielt.

Nach Pig, 13 erfolgt die Verbindung nur an einer Nut τοη Vorsprung und Schwungrad; um eine höhere Verbindungsfestigkeit zu erreichen, können jedoch Vorsprung und Schwungrad auch an zv/ei axial beabstandeten Nuten 78, 80 (TgI, Fig. 21) Terbunden sein.

Nach Pig, 22 ist ein Zahnrad mit einer Welle Terbunden, Das Zahnrad 82 hat eine zentrale Bohrung mit einem Durchmesser, der dem Außendurchmesser der Welle 84 entspricht. In der Bohrungsxvandung ist eine Nut mit einer Torbestimmten Tiefe τοη der Endfläche des Zahnrads 82 ausgebildet. Axiale Vertiefungen, die denen des ersten Ausführungsbeispiels gleichen, sind im Grund der Nut des Zahnrads 82 ausgebildet.

Die Welle 84 weist eine Nut auf, die derjenigen des Zahnrads 82 entspricht. Auch die Nut der Welle 84 ist in ihrem Grund mit axialen Vertiefungen 86 Tersehen, Welle 84 und Zahnrad 82 werden im wesentlichen in der bereits erläuterten Weise miteinander Terbunden, Nachdem die Welle 84 in die Bohrung des Zahnrads 82 eingesetzt ist, wird ein Verbindungsstück 88 in den die Nut umfassenden Spalt hinein kaltgepreßt. Die so er-

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haltene Verbindung hält einem hohen Drehmoment stand und wird durch Beaufschlagung mit einem Schlag-Drehmoment nicht zerstört.

Die erläuterten praktischen Anwendungsbeispiele für das Verfahren sind nur beispielhaft; das Verfahren ist für viele Verbindungsarten anwendbar, z. B. zum Verbinden eines Zylinders mit einer Welle, einer Welle mit einer ebenen Platte sowie für Verbindungen zwischen Scheiben, Zylindern, Wellen, Ständern, ebenen Platten, Stäben usw.

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Claims

£ at entansprüche

( 1,^Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen mittels eines Verbindungsstücks,

gekennzeichnet durch

a) Ausbilden einer Umfangsnut an den Verbindungsflächen der beiden au verbindenden Teile,

b) Ausbilden von Unebenheiten an der Innenfläche der Umfangsnut,

c) Anordnen des Verbindungsstücks zwischen den Verbindungsflächen der zu verbindenden Teile, wobei das Verbindungsstück aus einem Werkstoff besteht, der leichter als die beiden zu verbindenden Teile bleibend verformbar ist und eine erforderliche mechanische Eestigkeit hat, und

d) Pressen und bleibendes Verformen des Verbindungsstücks, so daß die Umfangsnut und die Unebenheiten mit dem Verbindungsstück ausgefüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Umfangsnut über den Gesamtumfang der Verbindungsflächen der beiden zu verbindenden Teile kontinuierlich ausgebildet

wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umfangsnuten in axialer Richtung voneinander beabstandet ausgebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten durch Rändeln geformt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten durch einen schwingenden oder hin- und hergehenden Meißel ausgebildet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten axial verlaufende Vertiefungen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Tiefe der Nut bevorzugt mit 0,2-1,0 mm gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Unebenheiten bevorzugt mit 0,2-1,0 mm gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Winkel am Oberende der Vertiefung bevorzugt im Bereich von 60-120° gewählt wird.

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