DE3044291A1

DE3044291A1 - "verfahren und vorrichtung zum dauerhaften verbinden von umlaufenden teilen, wie wellenteile o.dgl.

Info

Publication number: DE3044291A1
Application number: DE19803044291
Authority: DE
Inventors: Peter 5202 Hennef Harz; Alfons Jordan; Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Krude
Original assignee: Uni Cardan AG
Current assignee: GKN Automotive GmbH
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1982-06-24
Also published as: JPS5797905A; BR8106182A; ES8206243A1; ES504748A0; IT8107058V0; FR2494613A1; GB2087770A; IT8105210A0

Description

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Verfahren und 'Vorrichtung zum dauerhaften Voi.bindun von.
umlaufenden Teilen, wie Wellenteile oder dergleichen'

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung
zum dauerhaften .Verbinden von umlaufenden Teilen, wie.Wellenteile oder dergleichen zwischen einem rohrförmigen oder- einem einen Rohrabschnitt aufweisenden äußeren Teil und einem Außentei.l bzw. Innenteil mit einer gegenüber dem äußeren Teil erhöhten Festigkeit, wobei durch Kaltverformung mittels einer,
hydraulischen oder andersartigen Presse und durch gleichzeitiges Ausüben eines starken radialen Druckes auf den Umfang des ' äußeren Teiles durch ein Werkzeug, so daß das äußere Teil unter Schrumpfen oder Aufweiten plastisch verformt und zusammengepreßt wird. . " .

Es sind Verfahren bereits bekannt (z.B. .DE-OS 1 934 339), bei denen Wellenteile mit einem inneren Teil verbunden werden,' jedoch muß hier ein Werkzeug verwendet werden, welches genau den Abmessungen der zu verbindenden Teile entspricht. Darüber hinaus ist zu beachten, daß die zu verbindenden Teile entsprechende Toleranzen aufweisen, da nur dann eine Verbindung ohne Verzüge Deformationen gewährleistet ist:

U0052.000 ~ St/Nb ' .V./L.- ... .':. ' \.^::,21. November 1980

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu· schaffen, bei dem gewährleistet ist, daß hohle Teile mit relativ dünnei: Wandstärke fehlerfrei/ ohne Verzug oder Deformation, mit einoni Köln: verbunden werden können. Darüber hinaus sol lon !''οι- !(Juni-!:;! ο] eranzon dor zu verbi ndooden Bauteile für .die Verbindung se"lbßt unerheblich sein.

Z.ur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Preßdruck in Richtung der Längsachse des Werkzeuges erzeugt wird und. auf ein elastisch verformbares" .Material einwirkt, wob'ei dieses Material den in Richtung der Längsachse wirkenden Druck radial auf .die zu verbindenden Werkstücke umlenkt.

Nach einem derartigen Verfahren können z.B. Außenteile von ■GIe ichlaufdrehgelenken mit einer Rohrwelle zu einer Antriebswelle verbunden werden, wobei es unerheblich ist, ob es sich um· Rohre aus Stahl oder Aluminiuni handelt. Die zu verbindenden Teile können ohne Verzug oder Deformation mit einem Rohr verbunden werden. Die Form des Rohrprofiles ist dabei nicht von Bedeutung. Der notv/endige Formschluß kann z.B. mittels einer Verzahnung verwirklicht werden, die durch Rändelung auf der Außenseite· des Innenteiles angebracht wird. Das zu verbindende Rohr ist dann ohne Verzahnung und kann mit größeren Durchmessertoloranzen hergestellt sein.

Eine Vorrichtung bzw.-ein Werkzeug zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß ein Druckring in einer Hülse geführt ist, wobei die Hülse auf der Seite des Druckringes zum Werkstück hin einen ringförmigen Hohlraum besitzt, der mit elastischem Material ausgefüllt ist, welche?; bei Di uckboauf sch! aejung auf dan Werkstück wirkt.

BAD ORIGINAL

UO052.000 - St/Nb

30U791

'..* '-.2I. November 3.980

Die Verwendung eines elastischen Materials bzw. einer Hydraulikmaose wirkt sich besonders vorteilhaft darin, aus, daß eine senkrecht- eingeleitete Kraft in eine radial wirkende Kraft auf dar. Werkstück umgeleitet wird, wobei sich das elastische Material gleichmäßig auf die Oberfläche der zu verbindenden Teile anlegt und somit decs Material gleichmäßig zum Fließen bringt.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß auf jeder Stirnseite des Materials mindestens ein elastischer Dichtring, insbesondere aus Kunststoff mit einer höheren Festigkeit als die des elastischen Materials angeordnet ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, daß ohne weiteres Rohre verbunden werden können, deren Außendurchmesser einer bestimmten Toleranz unterliegen, so daß durch Verwendung einer zusätzlichen Dichtung diese Toleranzen ausgeglichen werden können,, ohne daß das clastisehe'Malerial am Druckring oder an der Hülso vorbei durch den -Preßdruck vorbeigedrückt wird.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß bei Verbindung von einem hohlen Innenteil ein Stützdorn im Innenteil aufgenommen ist.

Vorteilhaft ist hierbei, daß durch den Stützdorn hohle Teile verbunden werden können ohne daß sich ein nachteiliges Federn der zu verbindenden. Werkstücke auf die Qualität der Verbindung auswirkt. · .

Des weiteren ist vorgesehen, daß das elastische Material aus mindestens zwei Segmenten besteht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestel.lt.

BAD

\)0i)'j7.000 - üt/Nb ' .'*>&.*-' ..I. .:, \.·*.21. Noveraber 1980

Fig. 1 eine Maschine mit einer Vorrichtung zum Verbinden von umlaufenden Teilen

Fig. 2 . ein Werkzeug entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten als Schnitt

Fig·. 3 die zu verbindenden Teile sowie ein Teil des Werkzeuges im Schnitt

Fig. 4 die zu verbindenden Teile nach Durchführung des Verfahrens

Fig. 5 die. verbundenen Werkstücke nach Entlastung des Werkzeuges ■

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie I—I der Fig. 5

Fig. 7 die fertig verbundenen Werkstücke beim Entfernen aus dem' Werkzeug

Fig. 8 die Dichtringe zwischen elastischem Material und Hü] 53Ο in ent.! cir. to tem /Uistand

Fig. 9 die in Fig. 8 gezeigten Dichtringe v/ährend der Druckbeaufschlagung

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines Dichtringes aus Kunststoff

Fig. 11 . eine weitere Ausführungsform eines Werkzeuges

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Fig. 12 einen Schnitt A-B des in Fig. 11 gezeigten Werkzeuges. . ·

Fig. 13 das elastische Material als Einzelheit

Fig. 14 einen Schnitt C-D des in Fig. 11' gezeigten Werkzeuges.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine besteht im wesentlichen aus dem Maschinentisch 1, der zum'Verbinden notwendigen Vorrichtung 2, der Hydraulikanlage 3 und dem Werkzeug 4. Das zu verbindende Rohr 5 wird durch den Werkstückhalter 6 gehalten.

Das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug 4, zum Verbinden von umlaufenden Teilen, besteht im.wesentlichen aus einer Zylinderhülse 7, in deren. Innenraum eine Hülse 8 mittels Schrauben 9 befestigt iiit. Jn dan ringi örmigon Hohlraum 30 greift ein Druck r i mi

11 hinein. Dieser Druckring 11 wird von einem Zylinder 12 mit Druck beaufschlagt, wobei die Hydraulikflüssigkeit über Kanäle 13 und 14 zu- bzw. abgeführt wird. Im Zentrum ist der Werkstückauswerfer 15 angeordnet, der nach Beendigung des Verbindungsvorganges die verbundenen Werkstücke 16 und 17 auswirft. Im ringförmigen Hohlraum 10 ist das elastische Material 18 angeordnet und gegenüber der Hülse 8 durch einen Dichtring 19 sowie einem weiteren Dichtring 20 abgedichtet. Das Werkstück- 16 besitzt auf seiner Außenfläche eine Rändelung 21, die eine einwandfreie Verbindung gewährleistet.

Bei Druckbeauf sch3a<jung über d:ie Kanäle 13,14- wird der Zy.l i mlor

12 auf das Wer.kr.tuck zubewegt und schicht dan Druck*, ing 3 3 gegen die Feder 22 in den Hohlraum 10 hinein, so daß das e3ar;tische Material 18 verdichtet wird. Durch diese Verdichtung entsteht ein radialer Druck auf das rohrförmige Werkstück 17

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UO 0 5 2. 00b -. St/N'b

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November 1980

hinoin in die. Rändelung 21 auf das Werkstück 16 so lange bis das Material des Werkstückes 17 in die .Rändelung hinein geflos sen ist. Beim.Verbinden wird die Fließgrenze des Materials überwunden. Da das.Werkstück 16 hohl ausgebildet ist, ist ein iitüt.zdorn 23 vorgesehen, der ein Federn der Werkstücke verhindern soll. · ' · ■ · '

In Fig. 3 ist. als Einzelheit die Zylinderhülse 7 zinn Teil dargestellt, die Hülse 8 mit dem Druckring 11 und dem Werkstückauswerfer 15. Im ringförmigen Hohlraum 10 befindet sich das ■ elastische Material 18 Und die Dichtringe 19 und 20, die verhindern, daß. bei Druckbeaufschlagung· des Druckringes 11 und so mit des elastischen Materials 18 dieses Material zwischen dem rohrförmigen Werkstück 17 und der Hülse 8 vorbei entweichen kann.. Des weiteren ist das Werkstückinnenteil 16 mit der Rände lung · 21 gezeigt. Die Fig. 3 zeigt die Anordnung im unbeaufr.chleigten Zustand, d.h. es ist auf dem Druckring 11 kein Druck haiiden. . . "

In der Fig. 4 ist die Anordnung in der Weise gezeigt, daß der Druckring 11 mit Druck beaufschlagt wurde und das elastische Material verdichtet wurde. Der Dichtring 19 hat sich an die Hülse 8 angelegt, wobei der'Dichtring- 20 über die Schräge auf das rohrförmige Werkstück 17 rutscht und damit ein Entweichen . des elastischen Materials 18 verhindert. Dutch die Beaufschlagung mit Druck auf .das elastische Material 18 wird ein radialer Druck in Richtung der Mittelachse erzeugt, so daß sich das rohrförmige Werkstück 17 in die Rändelung bzw. Verzahnung '21 hinein verformt. Durch Überschreiten der· "Fließgrenze des Material r. .wird ei no· gleichmäßige Anlage über den gesamten Umfang erzielt. .· · - · ■

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Figur 5 zeigt die verbundenen Werkstücke 16 und 17 nach Entlastung des Druckringes 11 und damit nach· Entlastung des elastischen Materials 18. Die Dichtringe 19 und 20 sind bereits in ihre ursprüngliche Lage zurückgerutscht unter Zuhilfenahme, der Schrägen 24.. Wie auch in Fig. 6 zu sehen ist, wurde das rohrförmige Werkstück 16 in. die Verzahnung bzw. Rändelung 21 hinein verformt, so daß ein Formschluß entsteht, der von einer genügenden Qualität ist um auch bei umlaufenden Teilen wie z.B. Antriebswellen, ein Drehmoment von dem einen Werkstück auf das' andere übertragen kann. In Fig. 7 wurde der Druckring .13· sowie das elastische Material IB entlastet und unter Zuhilfenahme: tier, Werkstückauswerfers 15 werden die Werkstücke Ib und 17 aus. der Vorrichtung hinausgedrückt. ■ . '·

Die Figuren 8 bis 10.zeigen die Hülse 8 und das elastische Material 18, wobei zwischen dem elastischen Material 18 und. dem rohrförmigen. Werkstück.16· ein Freiraum 25 besteht. Bei diesem Freiraum 25 handelt es sich um die übliche Materialtoleranz des Außendurchmessers vom Rohr 16. In Fig. 8 ist das elastische Material 18 nicht mit Druck beaufschlagt. In der Fig. 9 dagegen wurde bereits auf das elastische Material 18 ein Druck ausgeraubt, so daß sich dieses elastische Material 18 zunächst an den Dichtring 19 anlegt, wobei, dieser· wiederum über die Kraft PR radial auf das'Werkstück .16 gedrückt wird und der Dichtring 19 radial nach außen auf die Hülse 8. Damit' ist .gewährleistet, daß auch bei Toleranzen des zu verarbeitenden Materials das elastische Material nicht zwischen Hülse 8 und Rohr 16 vorbei gelangen kann. Bei Verwendung der Dichtringe 19 und 20 und deren ■ einander zugewandte Schräge 24 wird der in Längsachse wirkende Preßdruck aufgeteilt in die Normalkraft P und die Radialkraft. PR durch deren Größe die Abdichtung bestimmt wird.

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In der Fig. 10- dagegen ist zwischen der Hülse 8 und dem elastischen Material 18 ein Dichtring 26 in Form einer Scheibe verwendet worden. .Diese Ausführungsform kommt nur dort in Frage wo aufgrund.des Rohmaterials mit geringen Toleranzabweichungon vom Auiiondurehme.sser des Werkstückes 16 zu rechnen ist. Bei größeren Toleranzen werden Dichtringe 26 aus Kunststoff verwendet, wegen deren Nachgiebigkeit.

In Fig. 11 ist eine Vorrichtungsvariante gezeigt, bei der der lichte Durchmesser des Werkstückes 17 -größer ist als der. des Werkstückes 16. Zur einwandfreien Funktion einer derartigen Verbindung muß' dahe.r die Hülse 8 geteilt sein, so daß sie über die Schräge 27 und einer entsprechenden Führung 28 gewährleistet, daß der Innendurchmesser der Hülse (8) vergrößert werden kann. Das ebenfalls geteilte elastische Material 18 ist wiederum im ringförmigen Hohlraum 10 angeordnet, so daß über den Druckring. 11 der Preßdruck aufgebracht werden kann.

In Fig. 12. ist ein Schnitt A-B der Fig. 11 dargestellt, wobei der Außenring -29 über die Führung 28 mit· der Hülse 8 zusammenarbeitet und das elastische Maerial 18 auf die Werkstücke 16 und 17 wirkt. . ■ '

Da die Hülse -8 in diesem Ausführurigsbeispiel geteilt ist, muß das elastische Material 18 in einer schwalbenschwanzförmigeri Nut angebracht sein, wie auch die Dichtringe 30 und 31, damit beim Auseinanderfahren des Werkstückes das elastische Material nicht herausfallen kann.

Figur 14 zeigt einen Schnitt C-D der Fig. 11, wobei das geteilte elastische Material 18 um das Werkstück ]7 herum angeordnet ist.

Claims

Pat e η t a η s ρ r ü c h e

Verfahren zum dauerhai ten Verbinden von umlaufenden Teilen.,· wie Wellenteile oder dergleichen zwischen einem rohrförmigen oder einem einen Rohrabschnitt aufweisenden äußeren Teil und einem Außenteil bzw. Innenteil mit einer gegenüber dem äußeren Teil erhöhten Festigkeit, wobei durch'Kaitvej;~ formung mittels einer hydraulischen oder andersartigen Presse und durch g]eichzeitiges Ausüben eines starken radialen Druckes auf den Umfang des äußeren Teiles durch eiu Werkzeug, so daß dcis äußere Teil unter Schrumpfen oder Aufweiten plastisch verformt und zusammengepreßt v/ird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Preßdruck in Richtung der Längsachse des Werkzeuges erzeugt wird und'auf ein elastisch verformbares Material einwirkt, wobei dieses Material den in Richtung der Längsachse wirkenden Druck radial auf die zu verbindenden Workstücke umlenkt.
2. Werkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dnß ein Druckring (.11) in einer Hülse (8) geführt int,

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^{: :}21. November 1980

wobei di.e Hülse (8) auf der Seite des Druckringes (11) zum Werkstück (16,17) hin einen ringförmigen Hohlraum (10) besitzt, der mit elastischem Material (18) ausgefüllt ist, welches bei Druckbeaufschlagung auf dar» Werkstück (16,17) wirkt; ■ ■
3. Werkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet,

daß auf joder Stirnseite des elastischen.Materials (18) minder.tens ein (19,20,26,30,33) insbesondere aus Kunststoff mit einer höheren Festigkeit als die des elastischen Materials (18) angeordnet ist.
4. Werkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß bei Verbindung von einem hohlen Innenteil ein Stützdprn (23) im Innenteil aufgenommen ist.
5. Werkzeug.zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das el.istische Material (18) aus mindestens zwei Segmenten besieht·

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