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B e s c h r e i b ll n g
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Bauteils
am Außenumfang eines Rohrs, zur Verwendung bei der Herstellung von mit Flanschen
versehenen Rohren, mit Hebeln versehenen Rohren, Nockenwellen oder ähnlichem für
einen Automobilmotor oder andere Maschinen, ohne daß Material verschweißt oder zerschiiitten
wird.
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Herkömmlicherweise wurde ein Rohr mit einem senkrecht dazu stehenden
Bauteil im allgemeinen dadurch verbunden, daß ein Loch in das Bauteil gebohrt, das
Rohr in das gebohrte Loch eingesetzt und die Umfangskante verschweißt wurde. Ein
derartiges Verbindungsverfahren durch Schweißen hat jedoch die Nachteile, daß der
Schweißvorgang mühsam ist und ein häßlicher Wulst bzw. Ansatz an dem geschweißten
Teil entsteht. 4 Eine Nockenwelle zur Verwendung in einem Automobilmotor und ähnlichem
wurde herkömmlicherweise durch maschinelle Bearbeitung einer Metallstange hergestellt.
Dieses Verfahren ist jedoch in der Praxis außerordentlich kompliziert und kostspielig,
da ein großer Teil des Materials als Abfall anfällt.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Befestigung
eines Bauteils an dem Außenumfang eines Rohrs zu schaffen, mit dem die vorstehend
erläuterten Nachteile beseitigt werden.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, rasch und ohne weiteres mit
einem Flansch versehene Rohre, mit einem Hebel versehene Rohre und ähnliches herzustellen,
ohne daß Schweißverfahren oder ähnliches verwendet werden.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, rasch und ohne weiteres eine
Nockenwelle oder ähnliches für einen Automobilmotor oder ähnliches herzustellen,
in dem Teile des Bauteils und des Rohrs, auf welche ein großes Drehmoment wirkt,
ohne Verwendung von Schweiß- oder maschinellen Bearbeitungsverfahren zu verwenden.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Befestigung eines Bauteils
an dem Außenumfang eines Rohrs geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, a)
daß ein Loch in das Bauteil gebohrt wird, welches weit genug ist, um ein Rohr aufzunehmen,
auf dem das Bauteil zu befestigen ist, b) daß das Rohr in das Loch des Bauteils
eingesetzt wird, und c) daß der Verbindungsabschnitt des Rohrs mit dem Bauteil ausgeweitet
wird, wodurch das Bauteil an dem Außenumfang des Rohrs befestigt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine Längsschnittansicht des wesen*-lichen
Teils eines Rohrs und eines gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens damit zu verbindenden Bauteils; Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der
Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 eine Längsschnittansicht des wesentlichen Teils des
Rohrs und des mit der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens damit
verbundenen Bauteils;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht entlang
der Linie IV-IV der Fig. 3; Fig. 5 einen Längsquerschnitt einer Ausführungsform
einer Expandiervorrichtung, die gemäß einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet wird; Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der
Fig. 5; Fig. 7 eine Längsschnittansicht des wesentlichen Teils eines Rohrs und eines
mit einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens damit zu verbindenden
Bauteils; Fig. 8 eine vergrößerte Längsschnittansicht des wesentlichen Teils des
Rohrs und des mit der dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens damit
verbundenen Bauteils; Fig. 9 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht eines Rohrs
und eines damit gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung zu verbindenden Bauteils;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Rohrs und von zur Herstellung einer Nockenwelle
damit gemäß einer fünften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbindenden
Nockenelementen;
Fig. 11 ein vergrößerte Teillängsschnittansicht
der auf dem Rohr angeordneten und damit mittels eines Preßwerkzeuges zu verbindenden
Nockenelemente, wie in der Fig. 10 gezeigt; Fig. 12 eine Querschnittsansicht entlang
der Linie XII-XII der Fig. 11; und Fig. 13 eine Längsschnittansicht des wesentlichen
Teils des Rohrs und des damit gemäß der fünften Ausführung der Erfindung, wie in
den Fig. 10 bis 12 gezeigt, verbundener, Nockenelementes.
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In den Fig. 1 bis 4 ist die erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
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Bei der ersten Ausführungsform, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wird
ein Loch 3, das zur Aufnahme eines Rohrs 1 weit genug ist, durch einen geeigneten
Abschnitt eines Bauteils 2 gebohrt, das an dem Außenumfa:#g des Rohrs 1 befestigt
werden soll, und es werden dreieckige Verzahnungen 4, deren Höhe geringer ist als
die Dicke der Wand des Rohrs 1, am Innenumfang des Loches 3 in axialer Richtung
mittels Stanz-, Walz- oder Fräsverfahren geformt.
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Dann wird ein Ende des Rohrs 1 senkrecht in das Loch 3 des Bauteils
2 eingepaßt, und während das Rohr 1 und das Bauteil 2 mit einer geeigneten Lehre
(nicht gezeigt) gehalten werden, wird ein Stempel 5, der einen sich verjüngenden
Kopf aufweist und einen etwas größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des
Rohrs 1, wird zwangsweise in das Rohr 1 von einem Ende eingeführt, um ein
Ende
des Rohrs 1 auszuweiten bzw. zu expandieren.
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Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wird auf diese Weise der ausgeweitete
äußere Umfangsabschnitt des Rohrs 1 in die Verzahnungen 4 des Bauteils 2 hineingepreßt,
so daß das Rohr 1 fest in das Bauteil 2 eingepaßt ist.
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Gemäß der ersten Ausführung können das Rohr 1 und das Bauteil 2 einfach
dadurch miteinander verbunden werden, daß der Stempel 5 in das Rohr 1 eingeführt
wird; der ineinander kämmende Eingriff zwischen den Zahnungen 4 und dem Außenumfang
des Rohrs 1 erhöht die Festigkeit der Verbindung und beseitigt die Möglichkeit der
Drehung des Bauteils 2 um das Rohr 1 oder eine Ablösung des Bauteils 2 von dem Rohr
1 durch Krafteinwirkung.
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Uberdies ist die Verbindung zwischen dem Rohr 1 und dem Bauteil 2
frei von irgendwelchen hindernden oder häßlichen Wulsten bzw. Ansätzen, wie es beim
Schweißen der Fall wäre.
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Obgleich bei der ersten Ausführung die Verzahnungen 4 in dem Loch
3 vorgesehen sind, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Bauteil 2
und dem Rohr erhött wird, kann in einigen Fällen die gewünschte Festigke t der Verbindung
auch dadurch erzielt werden, daß das Bauteil ohne derartige Verzahnungen 4 in Kontakt
mit dem Rohr gepreßt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Art der Materialien.
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Zusätzlich zu der Anordnung der Verzahnungen 4, die nacheinander seitlich
nebeneinander angebracht sind, wie in der Zeichnung gezeigt, kann auch eine kleinere
Anzahl von Zahnungen getrennt entlang des Umfangs des Loches angeordnet werden.
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Überdies kann anstelle der Zahnungen 4 das Loch 3 mit einer polygonalen
Gestalt geformt sein.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Expandier- bzw. Ausdehnvorrichtung 6,
die für die zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
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Eine Vielzahl von konkaven Nuten 8 sind radial in dem äußeren Umfang
eines sich verjüngenden zylindrischen Körpers 9 der Exp#'ndiervorrichtung 6 auuyctlöhlir,
und zwar in geeignetem Abstand voneinander um den Umfang herum; dabei sind Walzen
9, von denen jede eine sich in Richrung der Tangentenlinie des Umfangs des zylindrischen
Körpers erstreckende Achse 9a hat drehbar in jeder der konkaven Nuten 8 derart eingesenkt,
daß ein Teil jeder Walze mit einer bestimmten Höhe über den äußeren Umfang des Körpers
7 hinausragt.
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Bei der zweiten Ausführungsform wird anstelle des Stempels bzw. Preßwerkzeuges
5 der ersten Ausführungsform die Expandiervorrichtung 6 zwangsweise von einem Ende
her in das Rohr 1 eingeführt, um das Rohr 1 mittels der rollenden Walzen 9 auszuweiten
bzw. zu expandifren.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung arbeitet n der gleichen Weise
wie die erste Ausführungsform mit Bezug auf andere Gesichtspunkte.
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Bei der ersten Ausführungsform wird eine große Reibungskraft zwischen
dem Rohr 1 und dem Stempel 5 erzeugt, während die zweite Ausführungsform den Vorteil
aufweist, daß die Verwendung der rollenden Walzen 9 es gestattet, eine derartige
Reibungskraft bemerkenswert zu vermindern, so daß das Rohr durch eine kleinere Kraft
ohne weiteres ausgeweitet werden kann.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen die dritte Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der dritten Ausführungsform wird ein Loch 12, welches zur Aufnahme
eines Rohrs 10 weit genug ist, durch einen geeigneten Teil eines Bauteils 11 gebohrt,
und eine ringförmige Nut 13, deren Breite im wesentlichen so groß ist wie die Dicke
der Wand des Bauteils 11 wird in einen geeigneten Umfangsabschnitt des Rohrs 10
ausgehöhlt; ferner wird eine Vielzahl von ringförmigen feinen Nuten 14 im Boden
der ringförmigen Nut 13 geformt, wie in der Fig. 7 gezeigt.
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Danach wird das Rohr 10 in das Loch 12 des Bauteils derart eingesetzt,
daß die ringförmige Nut 13 mit dem Loch 12 ausgerichtet ist. In diesem Zustand werden
das Rohr 10 und das Bauteil 11 durch in geeigneter Weise ausgebauchte Formen 15
und 16 gehalten und danach wird ein unter Druck stehendes Fluid in das Rohr 10 von
einem Ende her eingeführt, während das andere Ende des Rohrs 10 mit 17 einem Stopfenelement/verschlossen
wird, um einen mittleren Abschnitt des Rohrs 10 auszubeulen.
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Dadurch wird der mittlere Abschnitt des Rohrs 10 ausgebaucht bzw.
ausgebeult, so daß die ringförmige Nut 13 auf den Umfangsrand des Loches 12 des
Bauteils 11 aufgepaßt und die ringförmigen feinen Nuten bzw. Rillen 14 in die Innenwand
des Loches 12 eingepreßt werden, wodurch das Rohr 10 fest mit dem Bauteil 11 verbunden
wird.
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Bei der dritten Ausführungsform wird nicht nur die gleiche Wirkung
wie bei der ersten Ausführungsform erzielt, sondern auch der Vorteil, daß die Festigkeit
gegen Relativbewegung zwischen dem Rohr 10 und dem Bauteil 11 in axialer Richtung
bemerkenswert erhöht wird, da der Kantenabschnitt des Loches 12 des Bauteils 11
mit der
Seitenfläche der ringförmigen Nut 13 in Eingriff tritt.
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Obgleich bei der dritten Ausführungsform im Boden der ringförmigen
Nut 13 die ringförmigen feinen Nuten 14 vorgesehen sind, können diese ringförmigen
feinen Nuten auch spiralig gestaltet werden oder es können Verzahnungen wie die
des ersten Ausführungsbeispiels im Boden der ringförmigen Nut 13 geformt werden.
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Anstelle der ringförmigen Nut 13 können in einigen Fällen auch ringförmige
feine Nuten 14 oder Verzahnungen unmittelbar in dem Außenumfang des Rohrs 10 oder
am Innenumfang des Loches 12 des Bauteils 11 geformt werden.
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Überdies kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit in Abhängigkeit
von den verwendeten Materialien ohne eine derartige ringförmige Nut 13 und ringförmige
feine Nuten 14 erzielt werden.
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Obgleich bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der
äußere Umfangsabschnitt des Rohrs 1 in das Loch 3 des Bauteils 2 entlang des geslmten
Umfangs des Loches eingepaßt ist, ist die Erfindung nicht auf derartige Fälle begrenzt
sondern auch auf andere Fälle anwendbar, bei denen das Loch 3 des Bauteils 2 und
der äußere Umfangsabschnitt des Rohrs 1 nur teilweise miteinander verbunden sind.
Wie in der vierten Ausführungsform der Erfindung in der Fig. 9 gezeigt ist, sind
der Teil des Bauteils 2 und das Rohr 1 in der gleichen Weise wie vorstehend erläutert
miteinander verbunden.
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Die Fig. 9 ist ein der Fig. 2 ähnlicher Längsschnitt des Rohrs 1 und
des damit zu verbindenden Bauteils 2, in welchem Zahnungen 4a in einem Teil des
inneren Umfangs des Loches 3 des Bauteils 2 geformt sind, das mit dem
Rohr
1 verbunden werden soll; das Rohr und das Bauteil werden in der gleichen Weise wie
bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen miteinander verbunden.
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Die Positionen und die Fläche des Verbindungsteils können in Abhängigkeit
von der Anwendung und der erforderlichen Festigkeit abgewandelt werden.
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Die Fig. 10 bis 13 zeigen eine Ausführungsform zur Herstellung einer
Nockenwelle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei dieser Ausführung werden eine
entsprechende Anzahl von mit einem Rohr 21 zu verbindenden Nockenelementen 22 in
dem in der Fig. 10 gezeigten ersten Verfahrensschritt auf das Rohr 21 aufgepaßt.
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Die Nockenelemente 22 umfassen eine erwünschte Anzahl von Lagerringen
22a, exzentrische Treibstoffpumpen-Nocken 22b und Verteilerantriebs-Schraubenritzel
22c, von denen jedes eine axiale Bohrung 23 aufweist, die ähnlich der beim ersten
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist, und die weit genug ist, um auf das Rohr 21 zu
passen. Es sind dreieckige unebene Abschnitte mit einer Höhe, die geringer ist als
die Dicke der Wand des Rohrs 21, und die sich in axialer Richtung erstrecken, wie
die Zahnungen 24, auf dem inneren Umfang jeder Axialbohrung 23 geformt. Diese Zahnungen
24 sind durch Stanzen, Walzen oder Fräsen in der gleichen Weise wie bei dem vorstehend
erläuterten Ausführungsbeispiel geformt.
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Das Rohr 21 wird also in die Axialbohrungen 23 der Nockenelemente
22 eingeset:.t, um die Nockenelemente 22 auf das Rohr 21 aufzupassen.
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Dann wird das Rohr 21, auf welches die Nockenelemente 22 aufzupassen
sind, durch eine in der Fig. 11 gezeigte Expansionsvorrichtung 25 ausgeweitet.
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In einer Plattform 26 der Expansionsvorrichtung 25 wird eine umgekehrt
T-förmige Nut 27 ausgehöhlt und eine Vielzahl von Haltern 28 werden gleitend auf
der Plattform derart vorgesehen, daß ihre Schenkel 28a in die Nut 27 eingepaßt sind.
Die Halter 28 können im geeigneten Abstand zueinander an der Plattform 26 festgelegt
werden.
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Wie in der Fig. 12 gezeigt ist, ist der Halter 28 derart aufgebaut,
daß der Körper in einer horizontalen Ebene in untere und obere Halbelemente 28b
und 28c unterteilt werden kann. Die unteren und oberen Halbelemente 28b und 28c
sind schwenkbar mit einem Stift 29 in ihrer einen Seite verbunden und ihre andere
Seite kann mit einem Bolzen 30 zusammengeklemmt werden.
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Die unteren und oberen Halbelemente 28b und 28c sind mit Aushöhlungen
31 in ihren Kontaktoberflächen versehen und die Aushöhlungen 31 entsprechen der
Außengestalt der Nockenelemente 22.
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Wie in der Fig. 11 gezeigt ist, wird daher die Außenumfangsfläche
des Nockenelements 22 durch die Aushöhlungen 31 der unteren und oberen Halbelemente
28b und 28c des Halters 28 gehalten, so daß die Relativposition des Nockenelements
22 bezüglich des Rohrs 21 positioniert ist.
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21 Es sollte angemerkt werden, daß das Rohr/durch andere Halter (nicht
gezeigt) in der gleichen Weise festgehalten ist.
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Nachdem die Nockenelemente 22 fest in den gewünschten Positionen auf
dem Rohr 21 angeordnet sind, wird ein Stempel 32 mit einem sich verjüngenden Kopf
32a, dessen Außendurchmesser etwas größer ist als die Bohrung des
Rohrs
21 zwangsweise von einem Ende in das Rohr 21 eingeführt, um das Rohr 21 über die
gesamte Länge auszudehnen, wie in der Fig. 11 gezeigt.
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Wie in der Fig. 13 gezeigt ist, wird daher der äußere Umfangsabschnitt
des ausgeweiteten Rohrs 21 in die Zahnungen 24 des Nockenelements 22 (siehe Fig.
4) hineingepreßt, um das Nockenelement 22 mit dem Rohr 21 zu verbinden, wodurch
eine Nockenwelle ohne Schweißen oder Zerschneiden der Materialien hergestellt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann das Nockenelement 22 ohne weiteres
an dem Rohr 21 einfach dadurch befestigt werden, daß der Stempel 32 in das Rohr
21 eingeführt wird, wobei ein starker Eingriff der Verzahnungen 24 mit dem äußeren
Umfangsabschnitt des Rohrs 21 in der gleichen Weise auftritt, wie bei den vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen.
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Anstelle der Verwendung von kontinuierlichen Zahnungen 24, kann auch
eine kleinere Anzahl von Zahnungen an der Oberfläche des Loches oder der Nockenelemente
vorgesehen sein, die voneinander in Richtung des Umfanges im Abstand angeordnet
sind. Überdies kann anstelle der Zahnungen eine ringförmige Nut oder eine Spiralnut
geformt sein.
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Obgleich der Stempel 32 als Ausweitung- bzw. Expansionsvorrichtung
bei den vorstehenden Ausführungsformen verwendet wurde, kann statt dessen auch eine
Stahlkugel, deren Durchmesser etwas größer ist als die Bohrung des Rohrs 21, zwangsweise
in das Rohr eingeführt werden.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird gemäß der
Erfindung eine Verbindung mit ausreichender Festigkeit in vorteilhafter Weise durch
einen einfachen Arbeitsvorgang erzielt werden.
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