DE3425079C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von einer zentral verlaufen­ den Führungsstange und/oder Welle mit einem quader- und/oder zylin­ derförmigen Körper.

Derartige Körper können an Führungsstangen geführte und gegebenen­ falls über diese betriebene hydraulische oder pneumatische Kolben sein, es kann sich um Anker von Kleinmotoren, Generatoren oder Induktoren handeln, und die Körper können als Anker in Magneten benutzt werden, ohne daß diese veranschaulichende Aufzählung damit erschöpft wäre. In allen diesen Fällen ist es erforderlich, einen quaderförmigen bzw. zylindrischen Körper mit einer ihn durchdringen­ den Führungsstange bzw. Welle zu verbinden, wobei es notwendig ist, daß zwischen der Bohrung des Quaders bzw. Zylinders und der Füh­ rungsstange bzw.Welle enge Toleranzen und eine zentrische Anordnung eingehalten werden.

Um derartigen Forderungen zu genügen werden unterschiedliche Kon­ struktionen verwendet.

Verbreitet werden die Körper mit einer durchgehenden Bohrung ausge­ stattet, in die eine Führungsstange und/oder Welle eingesetzt wird, die bspw. durch Einpressen in den Körper, durch Aufschrumpfen des Körpers oder durch Vernieten bzw. Verstemmen eines Ansatzes der Welle mit dem Körper verbunden werden kann. Es ist noch bekannt, Wellen mit dem Körper durch Löten oder Kleben zu verbinden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Welle insbesondere in den Endbe­ reichen der sie aufnehmenden Bohrung mit Nuten auszustatten und die Grundflächen des Körpers im Mündungsbereich der Bohrungen einem so starken Preßdruck zu unterwerfen, daß die Verbindung durch in Nute der Welle fließendes Material des Körpers bewirkt wird. Es ist weiterhin bekannt, den Körper und die Welle mit einer vorzugsweise die Welle im wesentlichen tangierenden Querbohrung auszustatten, um die Welle mit dem Körper verstiften zu können.

Derart mit Führungsstangen und/oder Wellen verbundene Körper weisen wesentliche Nachteile auf. So ist zwar im allgemeinen durch die Verwendung einer durchgehenden Welle gesichert, daß diese für sich zentrisch läuft; die im Körper erforderliche lange Bohrung jedoch läßt sich in den vorzugebenden engen Toleranzen nicht oder nur schwierig herstellen, da während des Bohrvorganges langer Bohrungen die Gefahr besteht, daß das Bohrwerkzeug verläuft. Selbst ein Nachbohren auf den vollen Durchmesser oder ein Ausreiben solcher Bohrungen führen nicht zum gewünschten Ziel, da hierbei zwar die Bohrungswand nachgearbeitet wird, die nachgearbeitete Bohrung jedoch den Körper nicht mit enger Toleranz in der gewünschten Richtung durchdringt. Es wird daher zwingend erforderlich, nach dem Zusammen­ bau den Körper mittels der Wellen bzw. Führungsstangen nochmals einzuspannen und zu überarbeiten, bspw. bei zylindrischen Körpern zu überdrehen, um erforderlich enge Toleranzen einhalten zu können. Hinter diesem den einzelnen Lösungen gemeinsamen Problem treten die anderen Schwierigkeiten zurück, so bspw. die Schwierigkeiten des Aufschrumpfens relativ kleiner Teile, des Vernietens oder Verstem­ mens bzw. Fließpressens, ohne hierbei wesentliche Abmessungen zu ändern, und beim Kleben die erforderlichen mehrfachen und aufwendi­ gen sowie komplizierten Reinigungsverfahren, um der Klebung optimale Oberflächen bieten zu können, wobei das Erfordernis sehr enger Tolerierung der Bohrung und des zu verklebenden Schaftes bestehen bleibt und, da der Erfolg der Klebung von einer großen Anzahl nicht leicht überwachbarer Faktoren abhängt, zu denen bspw. die Witterung, insbesondere die Temperatur und der Feuchtigkeitsgehalt der Luft, aber auch bspw. deren Schwebstoffgehalt, gehören, wird es erforder­ lich, die zwischen Körpern und Pührungsstangen bzw. Wellen erzielten Verbindungen durch Einzelprüfung jedes Stückes auf die vorgegebene Mindestfestigkeit zu testen. Eine Klebung erweist sich jedoch auch für nur einseitige, in Sackbohrungen eines Körpers einführbare Führungsstangen bzw. Wellen als äußerst problematisch, da die gewünschte Eindringtiefe durch die Einwirkung der Klebstoffmenge, der eingeschlossenen Luft und des Arbeitens des Klebstoffes vor dem Abbinden beeinflußt wird, und die Positionierung damit nur ungenau erreichbar ist.

Eine weitere, dieHerstellung erheblich erschwerende und verteuernde Maßnahme ist durch das oft als Korrosionsschutz erforderliche Verzinken gegeben. In den meisten Fällen soll zwar der Körper gegen Korrosion geschützt werden; die aus weniger empfindlichem Material bestehenden Führungsstangen bzw. Wellen dagegen dürfen vom Zink nicht erfaßt werden, da dieses die erzielbaren Reibwerte der Halte­ rung bzw. Lagerung unzulässig beeinträchtigen würde. Es können daher keine einfachen, billigen Verzinkungsanordnungen, bspw. Trommeln, benutzt werden; die mit Führungsstangen bzw. Wellenenden bestückten Körper müssen nach und/oder unter Abdeckung der Wellen einzeln in Rahmen aufgesteckt Vorbereitungsbäderund die eigentliche Verzinkung passieren. Da es sich jedoch nicht völlig vermeiden läßt, daß die bereits verbundenen Wellen Zink aufnehmen wird es zusätzlich erfor­ derlich, die Führungsstangen bzw. Wellen in weiteren aufwendigen und kostspieligen Arbeitsgängen von etwa aufgenommenem Zink zu befreien.

Nach Prof. Dr.-Ing.Siegfried Hildebrand: Feinmechanische Bauelemen­ te, München, 1972, Seite 280, lassen sich Verbindungen von Zapfen oder Bolzen mit Metallplatten durch Einspreizen bewirken, indem die einzubringenden Endbereiche der Bolzen mit einer mittigen Bohrung versehen sind, in die eine Stahlkugel mittels des Grundes des Aufnahme-Sackloches unter aufweitender Pressung verlagerbar ist. Der konische Grund der Sacklöcher nimmt hierbei einen Teil der Kugel auf, so daß deren Eindringen in die Bohrung des Bolzens begrenzt und damit die erzielte Verbindung beeinträchtigt sind.

Eine ähnliche Verbindung ist aus der GB-PS 2 74 954, Fig. 16, be­ kannt, die eine Sackbohrung mit ebenem Grund zeigt. Zwar vermag die aufweitende Kugel tiefer in die Bohrung des zu verbindenden Bolzens einzudringen, ein derartiges Sackloch jedoch erweist sich als problematisch; es erfordert eine aufwendige Herstellung und ergibt eine zunächst nur punktförmige, jedoch plastisch nachgebende Ab­ stützung der weitenden Kugel auf dem Sacklochgrunde, so daß diese nicht erwünscht weit in die Bohrung des Zapfens einzudringen vermag und auf eine gegebenenfalls erwünschte Steuerung der Eindringtiefe des Zapfens verzichtet werden muß. Beiden Entgegenhaltungen ist nichts über eine Anbringung der Bolzen zu entnehmen, die beidseitig von einem Körper erfolgt, und die Bildung einer Welle mit einem dazwischen angeordneten Arbeitselement ermöglicht.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Verbindung der vorausgesetzten Gattung so weiterzubilden, daß die miteinander zu verbindenden Teile vor dem Zusammenfügen mechanisch völlig fertig bearbeitet und gegebenenfalls mit sie schützenden Überzügen ausge­ stattet werden können und mit einfachen Mitteln sowie ohne Nach­ bearbeitung eine zentrisch ausgerichtete Verbindung geschaffen wird, die für eimen das Arbeitselement bildenden Körper von größerer Länge geeignet ist, und daß diese Verbindung innerhalb für Wellenver­ bindungen üblicher enger Toleranzen liegt, so daß nach dem Zusammen­ fügen der Teile ein nochmaliges Überarbeiten derselben zur Ein­ haltung solcher Toleranzen entfällt.

Erreicht wird dieses, indem jeder von der Führungsstange und/oder Welle durchdrungenen Grundfläche des Körpers ein gesondertes Füh­ rungsstangen- und/oder Wellenstück zugeordnet ist, und der Körper an seinen Grundflächen je eine in enger Toleranz dem maßgeblichen Durchmesser des Führungsstangen- und/oder Wellenstückes angepaßte Sackbohrumg aufweist, in der je zwei Stahlkugeln aufeinanderliegend angeordnet sind, wobei die untere, auf dem Grund der Sackbohrung aufliegende Kugel dem Sackbohrungsdurchmesser angepaßt ist, während die auf dieser aufliegende obere Kugel in eine ihren Durchmesser unterschreitende axiale Bohrung des eingeführten Führungsstangen­ und/oder Wellenstückes so eingepreßt ist, daß die Stahlkugel diese aufweitet. Bei dieser Lösung wird auf eine durchgehende, infolge der Gefahr des Verlaufens zu Problemen Anlaß gebende Bohrung ver­ zichtet, und es werden die Führungsstangen- und/oder Wellenstücke durch zentrisch wirkende Klemmvorgänge mit dem Körper verbunden, wobei jede Neigung zum Verkanten bzw. zu zentrischen Abweichungen wirksam unterbunden wird. Damit sind der Körper und die Wellenstücke vor Durchführung der eigentlichen Verbindung inklusive einer schüt­ zenden Beschichtung völlig fertig bearbeitbar, ehe die Verbindung vorgenommen wird, und die Verbindung selbst erweist sich nicht nur als hochbeanspruchbar, es ist gleichzeitig auch gesichert, daß sich bei der Verbindung keine der die axiale Führung bzw. den Rundlauf betreffenden Faktoren störend auswirken.

Als vorteilhaft stellte sich hierbei heraus, daß die die Aufwei­ tungskugel steuernde Stahlkugel gleichzeitig zur Kalibrierung der sie aufnehmenden Sackbohrung herangezogen werden kann.

Als einzupressender Zapfen kann das Endstück eines Führungsstangen­ und/oder Wellenstückes benutzt werden, es ist aber auch möglich, einen Zapfen von einem Führungsstangen- und/oder Wellenstück größe­ ren Durchmessers abzusetzen oder aber einen Zapfen zu verwenden, dessen Außendurchmesser den des anschließenden Führungsstangen­ und/oder Wellenstückes überschreitet.

Die durch Verformen erwirkte Verbindung erweist sich als besonders fest, wenn der Mantel des eingepreßten Abschnittes des Führungs­ stangen- und/oder Wellenstückes im von der Stahlkugel passierten Längenbereich seiner axialen Bohrung mindestens eine Ringnut auf­ weist, die mit einem sägezahnartigen Profil ausgestattet sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen hierbei:

Fig. 1 einen mit zwei Wellenstücken verbundenen Körper,

Fig. 2 eines der beiden Wellenstücke der Fig. 1, und

Fig. 3 vergrößert, abgebrochen und geschnitten einen Abschnitt der Wandung des Wellenstückes der Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Körper 1 gezeigt, der bspw. als Kolben eines Hydraulikzylinders benutzbar ist, aber auch bspw. der mit Führungs­ stangen verbundene Kolben des Ankers eines Hubmagneten sein kann.

Ehe der Körper 1 mit seinen beiden Wellenstücken 6, 7 verbunden wird, wird er mechanisch fertig bearbeitet und im Ausführungsbei­ spiel zum Schutze gegen Korrosion verzinkt. Der Körper 1 selbst ist in diesem Falle zylindrisch, und seine einander gegenüberliegenden Grundflächen 2 und 3 weisen gleichachsig je eine Sackbohrung 4 und 5 auf. Nach der Fertigstellung des Körpers 1 werden zur Herstellung der Verbindung in seine Sackbohrungen 4 und 5 Kugeln 14 und 15 eingepreßt, die gleichzeitig die Sackbohrungen auf ihre Sollweite kalibrieren. Anschließend werden die Wellenstücke 6 und 7 angesetzt, wobei das Wellenstück 6 am freien Ende in eine mit einem Querloch 8 ausgestattete Gabel 9 endet und der in den Körper 1 einzuführende Abschnitt des Wellenstückes durch einen abgesetzten Zapfen 10 gebildet wird. Dieser Zapfen 10 weist eine axiale Bohrung 11 auf, und in den Außenmantel des Zapfens 10 ist gemäß Fig. 2 und 3 eine mit sägezahnförmigem Profil ausgestattete Ringnut 12 eingestochen.

Das Wellenstück 7 ist über seine ganze Länge ursprünglich gleich stark, so daß ein gesonderter Zapfen nicht erkennbar ist. Der in den Körper 1 einzuschiebende Abschnitt jedoch ist ebenfalls mit einer axialen Bohrung 13 ausgestattet.

Zum Zusammenbau werden auf die Kugeln 14 und 15 jeweils Kugeln 16 und 17 geringeren Durchmessers aufgelegt, und anschließend werden die Zapfen 10 des Wellenstückes 6 und der mit einer Axialbohrung 13 versehene Abschnitt des Wellenstückes 7 in die Sackbohrungen 4 und 5 eingeführt. Da die Stahlkugeln 16 und 17 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisen als die axialen Bohrungen 11 bzw. 13, erfaßt die etwas angesenkte Mündung dieser axialen Bohrungen zunächst die Kugel 16 bzw. 17 und zentriert sie auf der sie ab­ stützenden Kugel 14 bzw. 15. Beim weiteren, unter Druck bewirkten Einpressen der einzuführenden Abschnitte der Wellenstücke dringen die Kugeln 16 und 17 in die axialen Bohrungen 11 und 12 unter deren Verformung ein: Sie weiten diese Bohrungen 11 und 13 auf, und dementsprechend werden auch deren Mäntel vergrößert. Beim weiteren Einführen der Wellenstücke 6 bzw. 7 und damit Eindringen der Stahl­ kugeln 16 bzw. 17 in die Bohrungen 11 bzw. 13 verschiebt sich der im wesentlichen geweitete Bereich, da diese Erweiterung der axialen Bohrungen und damit von deren Mänteln zu einem gewissen Anteil als elastische und zu einem anderen als plastische Verformung erfolgen. Das Maximum der Aufweitung wird daher jeweils in der achsnormalen Ebene der Kugeln 16 bzw. 17 erreicht. Die hier auftretende Pressung ist so groß, daß nicht nur das Wellenstück verformt wird, sondern auch Material dieses Abschnittes des Wellenstückes den von der Kugel bewirkten Spreizdruck weitergibt, indem die betreffende Mantelzone als Preßwulst 18 in die Wandung der Sackbohrung 4 bzw. 5 des Körpers 1 eindringt.

Mit dem Einpressen der Wellenstücke wird eine zentrische und sicher wirkende Verbindung erreicht. In Anbetracht der relativ kurzen Sack­ bohrungen kann das Bohrwerkzeug nicht verlaufen, so daß diese Sackbohrungen mit sehr engen Toleranzen zentrisch gerichtet sind, und die nachfolgende Festlegung der Wellenzapfen am Körper erfolgt ebenso zentrisch, so daß keinerlei Fluchtungsfehler oder zentrische Abweichungen aufzutreten vermögen. Es wird hier von der Beobachtung Gebrauch gemacht, daß bei der Fertigung von Bohrungen mit relativ kleiner Tiefe der Nachteil des Verlaufens nicht merkbar auftritt; dieses Verlaufen würde sich erst bei tiefen Bohrungen störend auswirken. Hinzu kommt, daß von den Sackbohrungen 4 bzw. 5 nicht deren gesamte Tiefe für die Herstellung der Verbindung ausgenutzt wird, sondern nur deren oberer Teil, innerhalb dessen ein Verlaufen des Bohrwerkzeuges noch nicht auftritt, so daß nur mit ganz geringen zentrischen Abweichungen zu rechnen ist, welche innerhalb der üblichen Toleranzen liegen. Entsprechend wird auch die Passung der Sackbohrungen und der einzuführenden Abschnitte der Führungsstangen­ und/oder Wellenstücke derart gewählt, daß nach Möglichkeit die Durchmesserdifferenzen geringer als 0,02 mm, möglichst geringer als 0,01 mm, bleiben. Durch die Kalibrierung mittels der Kugeln 14 und 15 bieten diese Toleranzen keine Schwierigkeiten.

Die axialen Bohrungen 11 bzw. 13 sind in jedem Fall mit geringerem Durchmesser zu wählen als die Kugeln 16 und 17. Das Maß, um das die Kugeln größer sind als die Bohrungen, bestimmt später den Preßsitz, so daß die Preßfestigkeit durch Wahl geeigneter Durchmesser der Kugeln 16, 17 sowie der zentrischen Bohrungen 11, 13 beeinflußbar bleibt. Als vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, daß die Ein­ preßlänge des Zapfens des Wellenstückes die Festigkeit der Ver­ bindung nicht wesentlich beeinflußt, wenn die Aufweitungskugel eine Mindesteindringtiefe erreicht hat. Das bedeutet, daß vorgefertigte Wellenstücke entsprechend den vorgegebenen Maßen einpreßbar sind, so daß ohne Auswirkung auf die Sicherheit der Verbindung die Endmaße der freien Wellenstückenden durch den Einpreßvorgang korrigierbar sind und dadurch jedwede Nacharbeiten vermieden werden. Außerdem zeigt sich, daß die Wellenstücke stets zentrisch ausgerichtet sind, so daß ein Nachrichten oder Nacharbeiten entfällt und schützende Oberflächenmaßnahmen vor dem Einbringen der Wellenstücke abgeschlos­ sen werden können.

Für die Kugeln haben sich übliche Stahlkugeln bewährt, wie sie bspw. in Kugellagern verwendet werden, und die mit geringem Gestehungs­ preis in engen Toleranzen und mit ausreichender Härte erhältlich sind.

Claims (5)

1. Verbindung von einer zentral verlaufenden Führungsstange und/oder Welle mit einem quader- und/oder zylinderförmigen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von der Führungsstange und/oder Welle durchdrungenen Grundfläche (2, 3) des Körpers (1) ein gesondertes Führungs­ stangen- und/oder Wellenstück (6, 7) zugeordnet ist, und der Körper (1) an seinen Grundflächen (2, 3) je eine in enger Toleranz dem maßgeblichen Durchmesser des Führungsstangen­ und/oder Wellenstückes angepaßte Sackbohrung (4, 5) aufweist, in der je zwei Stahlkugeln (14 bis 17) aufeinanderliegend angeordnet sind, wobei die untere, auf dem Grund der Sackboh­ rung aufliegende Kugel (14, 15) dem Sackbohrungsdurchmesser (4, 5) angepaßt ist, während die auf dieser aufliegende obere Kugel (16, 17) in eine ihren Durchmesser unterschreitende axiale Bohrung (11, 13) des eingeführten Führungsstangen­ und/oder Wellenstückes (6, 7) so eingepreßt ist, daß die Stahlkugel diese aufweitet.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere, für den Grund der Sackbohrung (4, 5) bestimmte Stahlkugel (14, 15) unter Kalibrierung der Sackbohrung (4, 5) in diese eingepreßt ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Körper (1) eingepreßte Abschnitt des Führungs­ stangen- und/oder Wellenstückes als Zapfen (10) gegenüber dem freien Führungsstangen- bzw. Wellenstück (6) abgesetzt ist.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des eingepreßten Abschnittes des Führungsstan­ gen- und/oder Wellenstückes (10, 7) im von der Stahlkugel (16, 17) passierten Längenbereich seiner axialen Bohrung (11, 13) mindestens eine Ringnut (12) aufweist.

5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (12) ein sägezahnartiges Profil aufweist, dessen flache Flanke zum Zapfenende hin angeordnet ist.