DE3519679A1 - Verfahren zur herstellung loesbarer verbindungen (schrauben-, formschluessige welle-nabe- und linienhafte formschlussverbindungen) durch formelemente aus klebstoff - Google Patents

Description

• Beschreibung der Erfindung zur Patentanmeldung:
• "Verfahren zur Herstellung lösbarer Verbindungen (Schrauben-, formschlüssige Welle-Nabe- und linienhafte Formschlußverbindungen) durch Formelemente aus Klebstoff".
• Die Erfindung betrifft die Gestaltung und Herstellung lösbarer Verbindungen von Bauteilen beliebiger Werkstoffkombinationen, insbesondere Schraubenverbindungen, formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen und linienhafte Formschlußverbindungen (z.B. Schwalbenschwanzverbindungen o.ä.).
• Schraubenverbindungen sind die in Maschinenbau und Feinwerktechnik am häufigsten verwendeten Bauteilverbindungen /1/ und sind in einer großen Variantenfülle bekannt und hinsichtlich ihres Tragverhaltens untersucht worden /2,3/. Der Formschluß ist für Welle-Nabe-Verbindungen eine gängige Verbindungsart und in vielen Ausführungsformen bekannt /4/. Linienhafte Formschlußverbindungen sind in verschiedenen Profilformen, z.B. Hammerkopf- oder Schwalbenschwanzausführung, bekannt und werden beispielsweise eingesetzt bei Geradführungen, Turbinen schaufelbefestigungen oder einfachen Steckverbindungen.
• Für alle drei Arten dieser lösbaren Verbindungen gilt jedoch, daß sie entweder einen aufwendigen Fertigungsprozeß für die Herstellung der Formelemente erfordern wie etwa bei metallischen Werkstoffen, oder daß die Herstellung der Formelemente der Verbindung für bestimmte Werkstoffe beispielsweise Keramik nur schwer oder gar nicht möglich ist. Darüber hinaus ist für derartige Bauteilverbindungen Voraussetzung, daß die Fertigung der Formelemente der Verbindung vor dem Fügen der Teile erfolgen muß, und daß die Montage einen weiteren, zum Teil aufwendigen (z.B. bei Schraubenverbindungen) Arbeitsschritt darstellt.
• Hier setzt die Erfindung an, die es ermöglicht, während des ersten Fügevorgangs auf einem glatten Verbindungspartner die für die Kraftübertragung und die erneute Füge- und Lösbarkeit notwendigen Formelemente zu erzeugen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Verbindungspartner mit unterschiedlicher Adhäsionsfestigkeit zum Klebstoff miteinander verklebt werden, und zwar so, daß der Formelemente enthaltende Verbindungspartner keine oder eine niedrige, der glatte Verbindungspartner eine hohe Adhäsionsfestigkeit zum Klebstoff aufweist, so daß der auf dem glatten Verbindungs- partner haftende Klebstoff dessen Formelemente zur Kraftübertragung bildet. Durch die universelle Einsatzbarkeit des Klebens sind mit diesem Verfahren lösbare Verbindungen beliebiger Werkstoffkombinationen möglich, insbesondere Schraubenverbindungen, formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen und linienhafte Formschlußverbindungen.
• Das beschriebene Verfahren bietet für Schraubenverbindungen die Möglichkeiten der Herstellung von Innen- und Außengewinden, der Gewindeherstellung in Sack- und Durchgangslöchern sowie der Herstellung von Norm- und Spezialgewinden für Bauteile beliebiger Werkstoffe, insbesondere auch für Keramik.
• Für Welle-Nabe-Verbindungen bietet das Verfahren die Möglichkeiten der Herstellung von bislang zur Kraftübertragung üblichen Profilen (Keil-, Kerbzahn-, Evolventen- und Polygonprofile) und von speziellen Formelementen, die sowohl auf einer Welle als auch in einer Nabe aus beliebigen Werkstoffen erzeugt werden können. Wegen der Anpassung der Belastbarkeit der einzelnen Verbindungselemente bietet sich bei Naben aus Kunststoff oder Keramik besonders eine Erzeugung von Formelementen aus Klebstoff auf einer Metallwelle an.
• Das Verfahren erlaubt linienhaften Formschlußverbindungen wie Schwalbenschwanzverbindungen oder ähnlichen die Variation von Profilform und - anzahl, die Herstellung konvexer und konkaver Profile sowie insbesondere die Befestigung derartiger Profile während ihrer Herstellung an ebenen Flächen oder Körpern aus beliebigen Werkstoffen.
• Für Anwendungen in der Reparaturtechnik bietet das Verfahren für alle angesprochenen Verbindungsarten den Vorteil, daß die mittels Klebstoff bzw. Klebstoff-Metall-Mischungen reparierten Verbindungsbereiche nicht mehr nachgearbeitet werden müssen, da während des Auftrags und der Aushärtung bereits die Formgebung durch den die Formelemente enthaltenden Verbindungspartner erfolgt.
• Außerdem ist das Verfahren auch als reines Herstellungsverfahren für Gewinde und Formelemente von Welle-Nabe- und Formschlußverbindungen anwendbar, so daß auch Verbindungen hergestellt werden können, bei denen die Formelemente von beiden Verbindungspartnern aus Klebstoff bestehen. Dabei bietet sich Kunststoff wegen seiner billigen Urformmöglichkeit und seiner (z.B. bei Teflon) schlechten Adhäsion zu Klebstoff zu dessen Formgebung an.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen besonders darin, daß die Formelemente für die Kraftübertragung eines Verbindungspartners einer Bauteilverbindung erst während ihrer Fügung durch Klebstoff erzeugt werden. Dadurch werden die Vorteile der Klebetechnik, nämlich die Haftung an vielen Werkstoffen und beliebigen Oberflächenformen, ergänzt durch die Erfüllung der Forderung nach wiederholter Löse- und Fügbarkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Fertigungsaufwandes der dafür erforderlichen Formelemente, insbesondere dann, wenn die Herstellung des formgebenden Verbindungspartners billig ist, zum Beispiel durch die Verwendung von Normschrauben bei Schraubenverbindungen oder wegen seiner billigen Urformmöglichkeit durch die Verwendung von Kunststoff bei Schrauben-, Wellen-Naben- und Formschlußverbindungen.
• Außerdem erhöhen die Profile aus Klebstoff und deren feste Verklebung zum glatten Fügeteil die Korrosionsfestigkeit der Verbindung.
• Voraussetzung für die Realisierbarkeit der Erfindung ist die hohe Adhäsionsfestigkeit zum glatten Verbindungspartner und die hohe Eigenfestigkeit des Klebstoffs, beides Eigenschaften, die in der Klebetechnik erreichbar sind und bereits für ähnliche Klebstoffbeanspruchungen allerdings bei Schnappverbindungen /5/ nachgewiesen wurden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die drei wichtigen Phasen der jeweiligen Verbindungen, nämlich die Vorbehandlung (1), die erste Fügung (2) und das Lösen (3) werden für eine Schraubenverbindung (Fig. 1), für eine Keilwellenverbindung (Fig. 2) und eine linienhafte Formschlußverbindung (Fig. 3) gezeigt.
• Die Vorbehandlung (1) muß gewährleisten, daß der Klebstoff (c) zu den formgebenden Verbindungspartnern (a), dh. zur Schraube (Fig.1) zum Zahnrad (Fig.2) und zum profiliertem Körper (Fig.3), keine bzw.
• eine niedrige Adhäsionsfestigkeit und zu den glatten Verbindungspartnern (b), dh. zur Platte (Fig.1), zur Welle (Fig.2) und zum glatten Körper (Fig.3), eine möglichst hohe Adhäsionsfestigkeit aufweist. Ob überhaupt eine Vorbehandlung notwendig ist, hängt von den verwendeten Werkstoffen und deren Haftungsvermögen mit Klebstoffen ab. Darüber hinaus können haftungsfördernde Maßnahmen wie z.B.
• mechanisches Aufrauhen, Entfetten, Beizen usw. vorgenommen oder haftungshemmende Mittel wie z.B. Trennwachs, Öl, Fett usw. aufgetragen werden.
• Die erste Fügung (2) beinhaltet die eigentliche Verklebung der Verbindungspartner durch einfaches Zusammenstecken- evtl. unter Einbeziehung zusätzlicher zu fügender Teile wie beispielsweise der Zwischenplatte (e, Fig.1) bei der Schraubenverbindung- sowie die Aushärtung des Klebstoffs.
• Das Lösen (3) der Vorbindungen, dh. das Herausdrehen der Schraube (Fig.1), das gegenseitige Verschieben von Welle und Zahnrad (Fig.2) und profiliertem und glatten Körper (Fig. 3), kann anschließend genau wie weitere Fügungen beliebig oft erfolgen.
• Erkenntnisstand Bisher werden die angeführten Verbindungsarten durch aufwendige urformende, umformende und trennende Verfahren hergestellt.
• Bei allen Vorschlägen für hochfeste Klebverbindungen wird eine unlösbare Stoffschlußverbindung angestrebt. Eine Ausnahme bildet das in der Offenlegungsschrift DE 3341929 A 1 dargelegte Verfahren, das jedoch nur für formschlüssige Schnappverbindungen vorgesehen ist. Aufbauend auf diesem Verfahrensprinzip ist die erfindungsgemäße Gestaltung der angeführten lösbaren Formschlußverbindungen möglich.
• /1/ Roth, K.: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen; Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1982.
• /2/ Bögel, G.: Konstruktionskatalog Schraubenverbindungen"; VDI - Berichte Nr.493, 1983.
• /3/ Grote,K.-M.: Untersuchungen zum Tragverhalten von Mehrschraubenverbindungen. Schriftenreihe Konstruktionstechnik Nr. 6 der TU Berlin: Universitätsbibliothek 1981.
• /4/ Kollmann, F.G. : Welle-Nabe-Verbindungen. Konstruktionsbücher Bd. 32, Berlin: Springer-Verlag 1984.
• /5/ Hähn, G. : Verbinden von Metall- und Kunststoffbauteilen durch eine neuartige Schnappverbindung; Konstruktion 37 (1985), H 7.

Claims (4)

Patentansprüche zur Anmeldung mit dem Titel: Verfahren zur Herstellung lösbarer Verbindungen (Schrauben-, formschlüssige Welle-Nabe- und linienhafte Formschlußverbindungen) durch Formelemente aus Klebstoff. Hauptanspruch: 1. Verfahren zur Herstellung und Gestaltung von lösbaren Bauteilverbindungen unter Nutzung des an sich bekannten Verbindungsprinzips, bei dem der die Formelemente enthaltende Verbindungspartner eine niedrige Adhäsionsfestigkeit zum Klebstoff, der glatte Verbindungspartner jedoch eine hohe Adhäsionsfestigkeit zum Klebstoff aufweist (Offenlegungsschrift DE 3341929 A 1), dadurch gekennzeichnet, daß mit diesem Verfahren Schraubenverbindungen, formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen und linienhafte Formschlußverbindungen beliebiger Gestalt als lösbare Verbindungen beliebiger Werkstoffkombination mit einem Klebevorgang einfach herstellbar sind. Unteransprüche: 1. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs für Schraubenverbindungen folgende Möglichkeiten bietet: 1.1 die Herstellung von Außengewinde.

1.2 die Herstellung von Innengewinde.

1.3 die Gewindeherstellung in Sacklöchern.

1.4 die Gewindeherstellung in Durchgangslöchern.

1.5 die Herstellung von genormten Gewinden.

1.6 die Herstellung von Spezialgewinden.

2. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs für formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen folgende Möglichkeiten bietet: 2.1 die Herstellung der Formelemente der Verbindung auf einer Welle 2.2 die Herstellung der Formelemente der Verbindung in einer Nabe.

2.3 die Herstellung der für Welle-Nabe-Verbindungen üblichen Formelemente (Keil, Evolventenprofil, Kerbzahn, Polygonprofil).

2.4 die Herstellung von speziellen Formelementen für Welle-Nabe-Verbindungen.

3. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs für linienhafte Formschlußverbindungen (z.B. für Schwalbenschwanzverbindungen o.ä.) folgende Möglichkeiten bietet: 3.1 die Herstellung konvexer Profilformen.

3.2 die Herstellung konkaver Profilformen.

3.3 die Änderung von Profilform und Profilanzahl.

3.4 die Befestigung konvexer oder konkaver Profile an ebenen Flächen oder Körpern.

4. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs für Schraubenverbindungen, Welle-Nabe-Verbindungen und linienhafte Formschlußverbindungen folgende Möglichkeiten bietet: 4.1 für die Werkstoffpaarung Kunststoff-Metall eine billige, der Belastung angepaßte-Herstellmöglichkeit der Formelemente lösbarer Verbindungen auf der Metallseite.

4.2 für alle Werkstoffe, insbesondere für Keramik, die Herstellung komplizierter Formelemente lösbarer Verbindungen an ebenen bzw. geometrisch einfachen Wirkflächen.

4.3 für Anwendungen in der Klebstoffe bzw. Klebstoff-Metall-Mischungen nutzenden Reparaturtechnik die Erzeugung der gewünschten Formelemente von Verbindungen ohne zusätzlichen Bearbeitungsaufwand.

4.4 als reines Herstellungsverfahren für Gewinde und Formelemente von Welle-Nabe- und Formschlußverbindungen durch z.B. Kunststoffbauteile zur Formgebung des Klebstoffs.

4.5 zur Steigerung der Korrosionsfestigkeit der Verbindungen.