DE3808302A1 - Anordnung zur kraftschluessigen befestigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kraftschlüssigen Befestigung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Durch die DE-OS 30 36 702 ist es bereits bekannt, einen mit einer Ringnut versehenen Bolzen in die Bohrung eines Blechteils einzupressen. Die Bohrung hat gegenüber dem Bolzen einen geringeren Durchmesser, so daß sich eine Preßpassung ergibt, die eine kraftschlüssige Befestigung auf der Mantelfläche des Bolzens verursacht. Weiterhin zieht sich ein geringfügig wulstförmiger Ringabschnitt des Blechteils durch die Elastizität des Materials aus der Bohrungsfläche in die Ringnut des Bolzens ein. Dadurch entsteht neben der kraftschlüssigen Befestigung ein Formschluß in axialer Richtung. Diese Art der Befestigung ist einfach und kostengünstig bei geringem Fertigungsaufwand durchführbar. Insbesondere für Bolzen mit relativ großem Durchmesser im Vergleich zur axialen Befestigungslänge ist die Festigkeit der Verbindung bei starken Kippbelastungen nicht ausreichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur kraftschlüssigen Befestigung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber bekannten Ausführungen höher belastbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mantelfläche des Bolzens feinbearbeitet und mindestens die Bohrungsfläche des Blechteils mit einer Weichbeschichtung versehen, vorzugsweise verzinkt ist.

Durch diese Maßnahme werden insbesondere die zylindrischen Sitzbereiche beiderseits der Ringnut in ihrem Festigkeitsverhalten optimiert. Obwohl unter Fachleuten die Meinung herrscht, daß die Preßverbindung von verzinkten oder ähnlich weichbeschichteten Maschinenteilen eher einen loseren Sitz geringer Festigkeit ergibt, soll nachfolgend die auch durch Versuche bestätigte Verbesserung des Sitzes beschrieben werden. Die durch spanlose Verformung mit geringem Aufwand hergestellte Bohrung im Blechteil weist einen sich axial fortsetzenden, hülsenförmigen Absatz auf, dessen axiale Länge beispielsweise etwa der Blechstärke entspricht. Die Wandstärke soll dabei relativ groß sein. Axiale Länge und Wandstärke sind jedoch begrenzt, da sich der Absatz aus dem maximal zur Verfügung stehenden Materialvolumen innerhalb der nach dem Verformen entstandenen Bohrung bildet. Die Bohrung und insbesondere die Bohrungsfläche werden durch das Formwerkzeug kalibriert und weisen in der Regel nicht die Qualität einer geschliffenen oder geriebenen Oberfläche auf. Die geometrische Form weist Abweichungen von der Kreis- bzw. Zylinderform auf. Insbesondere eine präzise Zylinderform kann durch spanlose Herstellverfahren nicht erwartet werden, da die Elastizität im Bereich des ebenen Abschnittes des Blechteils, d. h. über die Blechstärke hinweg, erheblich von der im Bereich des Absatzes abweicht. Die Bohrung wird demnach im Bereich des Absatzes weiter sein und sich auch beim Einpressen des Bolzens elastischer verhalten.

Weiterhin muß mit Formfehlern in der Bohrungsfläche, d. h. mit nicht homogener Oberflächenstruktur gerechnet werden. Vertiefungen bzw. Überhöhungen relativ zur idealen Form bilden die Grundlage für nur abschnitt-, in ungünstigen Fällen punktförmige Sitzbereiche des Bolzens an den zylindrischen Flächen beiderseits der Ringnut.

Durch die erfindungs-wesentliche Verzinkung der Bohrungsfläche werden die Vertiefungen weitgehend ausgefüllt. Der einzupressende Bolzen weist eine durch Feinbearbeitung ideale Form und präzise Abmessungen auf. Durch das Einpressen wird zunächst eine starke Verdichtung der Zinkschicht erzielt, überschüssiges Zinkmaterial durch den Rand des Bolzens abgeschabt und aus der Bohrung gefördert. Der Rand des Bolzens ist meist mit einer Kantenkürzung versehen, so daß die Verdichtung des Zinkmaterials durch Keilwirkung begünstigt wird. Bei dem beschriebenen Vorgang bleiben alle Vertiefungen in der Bohrungsfläche mit nunmehr verdichtetem Zinkmaterial gefüllt. Weiterhin füllen sich auch die durch die Restrauhigkeit der fein bearbeiteten Mantelfläche des Bolzens bedingten kleinsten Vertiefungen, wobei bereits eine innige Verbindung durch einen Kaltschweißeffekt auftritt.

Wenn die vor der Ringnut liegende Mantelfläche des Bolzens bereits in der Bohrung eingepreßt ist, beginnt die scharfkantige Nut aktiv zu werden. Die scharfe, durch die Genauigkeit beim Feinbearbeiten präzise, kreisförmige Kante schabt, nunmehr als Werkzeug wirkend, nahezu die gesamte Zinkschicht bis auf das in den Vertiefungen liegende Zinkmaterial ab und erzeugt eine formgenaue zylindrische Oberfläche der Bohrung. Dieser Vorgang erfolgt unter starker radialer Pressung durch den hülsenförmigen Absatz, so daß auch hier Gefügeverbindungen durch einen Kaltschweißeffekt auftreten. Die wesentlichen Vorzüge ergeben sich jedoch durch im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte zylindrische Oberfläche verteilte Preßkräfte infolge Ausfüllens der sonst nicht zur Befestigung beitragenden Vertiefungen ausgehend von Formfehlern, Rauhigkeit etc.

Weitere die erfindungsgemäße Befestigung optimierende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten und werden nachfolgend an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt eines Blechteils mit darin befestigten Bolzen,

Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung nach Fig. 1 zu Beginn des Einpressens des Bolzens,

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 bei fortgeschrittenem Einpressen und

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 2 nach dem Einpressen.

Das in Fig. 1 dargestellte Blechteil 1 weist eine Bohrung 2 auf, die durch Fließformen hergestellt ist. Ein hülsenförmiger Absatz 3 ist dabei in axialer Fortsetzung des Blechteils 1 entstanden und vergrößert die axiale Länge der Bohrung 2 auf mehr als das Doppelte. Der Durchmesser der Bohrung 2 wird durch ein nicht dargestelltes Fließformwerkzeug bestimmt. Alle Oberflächen des Blechteils 1 einschließlich der Bohrung 2 sind verzinkt, d. h. wie nur aus den weiteren Figuren hervorgeht, mit einem Zinkbelag 4 versehen.

Der in dieser Darstellung bereits eingepreßte Bolzen 5 ist an der Mantelfläche 9 feinbearbeitet, so daß eine präzise Zylinderform bei geringsten Oberflächenfehlern und kleinster Rauhtiefe besteht. Der Durchmesser des Bolzens 5 ist um ca. 60 µm größer als der der Bohrung 2 des Blechteils 1 ohne Zinkbelag 4. Das freie Ende des Bolzens 5 weist eine Kantenkürzung 6 mit ca. 0,5 mm Breite und einer Neigung zur Achse von ca. 20° auf. Im Abstand dazu ist eine Ringnut 7 eingearbeitet, deren Übergänge von den Nutflanken 8 zur Mantelfläche 9 scharfkantig, d. h. nach der Feinbearbeitung der Mantelfläche 9 nicht nachbearbeitet sind. Die Ringnut 7 ist etwa im Bereich der Seitenfläche 10 des Blechteils 1 angeordnet.

Die einzelnen Einpreßphasen des Bolzens 5 in die Bohrung 2 des Blechteils 1 gehen aus den Fig. 2, 3, 4 hervor, die einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 1 wiedergeben. Dabei wird von einem in allen Figuren an gleicher Stelle positionierten Blechteil 1 ausgegangen.

Wie bereits beschrieben, ist die Bohrungsfläche 11 des Blechteils 1 mit einem Zinkbelag 4 versehen. Sie weist Formfehler bzw. Vertiefungen 12 auf, die durch den Fließform- Vorgang entstanden sind. Sie sind der besseren Erkennbarkeit wegen übertrieben tief dargestellt und mit Zinkmaterial 14 gefüllt. In ähnlicher Weise, jedoch infolge der Feinbearbeitung in geringerem Ausmaß, weist die Mantelfläche 9 des Bolzens 5 geringste Formfehler durch z. B. die Restrauhigkeit 13 auf, die ebenfalls überdimensioniert dargestellt sind. Die kegelförmige Kantenkürzung 6 am freien Ende des Bolzens 5 hat in Fig. 2 bereits die rechts dargestellte Vertiefung 12 in der Bohrungsfläche 11 passiert. Dabei wurde das Zinkmaterial 14 stark verdichtet, zum größten Teil entsprechend der zylindrischen Mantelfläche 9 des Bolzens 5 abgetragen und axial als überschüssiges Material 15 verschoben. Am Endbereich der Vertiefung 12 in Einpreßrichtung 16 bilden sich durch den Zieheffekt Schmierflächen 17 mit geringfügig über das Niveau der Bohrungsfläche 11 hinwegreichenden Zinkmaterial-Anteilen, die besonders nach dem Verlassen des linken Bolzenabschnittes 18 im Bereich der Ringnut 7 sichtbar sind bzw. hervortreten. Die im Bereich der Mantelfläche 9 links dargestelle Vertiefung 12 in der Bohrungsfläche 11 des Blechteils 1 ist noch mit stark verdichtetem Zinkmaterial 14 gefüllt. Ebenso haben sich durch das Einpressen die durch die Restrauhigkeit 13 bedingten, kleinsten Vertiefungen in der Mantelfläche 9 des Bolzens 15 mit Zinkmaterial gefüllt.

Beim weiteren Einpressen des Bolzens 5 passiert die rechts dargestellte scharfe Kante 19 der Ringnut 7, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Vertiefung 12, trägt durch ihre Funktion als Werkzeug, das noch über die Bohrungsfläche hinwegreichende Zinkmaterial 14 ab und schiebt es axial, in der Ringnut 7 verbleibend, vor sich her. Durch das Abtragen werden die partiellen, radialen Preßkräfte über den Umfang gesehen homogenisiert, bzw. die Flächenpressungen im Bereich der Vertiefung 12 denen in den benachbarten Oberflächenbereichen angeglichen. Der links dargestellte Bolzenabschnitt 18 hat bereits eine weitere Vertiefung 12 erreicht und eine Verdichtung des Zinkmaterials 14 in der oben beschriebenen Weise verursacht. Das Volumen des überschüssigen, aus der Bohrung 2 heraustransportierten Materials 15 im Bereich der Kantenkürzung 16 ist größer geworden.

In Fig. 4 ist der Endzustand des Einpressens ausschnittweise dargestellt. In der Ringnut 7 hat sich ein größerer Anteil überschüssigen Zinkmaterials 15 angehäuft. Um den Einpreßvorgang insbesondere hinsichtlich des Zinkbelages 4 klarer herausstellen zu können, ist die axiale Formschlußwirkung im Bereich der Ringnut 7 nicht in die Fig. 2 und 3 einbezogen, obwohl dies auch in den Zwischenphasen der Fall ist. Der durch Fig. 4 repräsentierte Endzustand zeigt jedoch deutlich und ebenfalls wegen besserer Erkennbarkeit übertrieben dargestellt einen wulstförmigen, in die Ringnut 7 radial hineinreichenden Ringabschnitt 20, der sich durch die Entlastung des Blechteils 1 in diesem Bereich und durch die Elastizität des Blechmaterials ergibt. Der Ringabschnitt 20 bewirkt an den Kanten 19 der Ringnut 7 einen axialen Formschluß. Die auch in Fig. 2, 3 gezeigten Vertiefungen 12 sind mit Zinkmaterial 14 gefüllt, während die restliche Bohrungsfläche 11 weitgehend ohne Zinkzwischenbelag direkt auf der Mantelfläche 9 des Bolzens 5 unter radialer Vorspannung aufliegt. Auf der gesamten Mantelfläche 9 haben sich an den mit Zinkmaterial 14 versehenen Stellen durch einen Kaltschweißeffekt verfestigte Verbindungszonen gebildet.

Neben dem dargestellten Beispiel mit einer Ringnut 7 können bei größeren Sitzlängen auch zwei oder mehr Ringnuten vorgesehen werden. Weiterhin führen andere Beschichtungen aus weichem Material beispielsweise Cadmieren, Verzinnen, Verkupfern etc. zu gleichen Ergebnissen.

Claims (6)

1. Anordnung zur kraftschlüssigen Befestigung durch Einpressen eines Bolzens mit im Mantel eingearbeiteter Ringnut in die durch einen herausgeformten, hülsenförmigen Absatz gebildete, gegenüber dem Bolzen mit Untermaß ausgeführte Bohrung eines Blechteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9) des Bolzens (5) feinbearbeitet und mindestens die Bohrungsfläche (11) des Blechteils (1) mit einer Weichbeschichtung versehen, vorzugsweise verzinkt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche von der Ringnut (7) zur Mantelfläche (9) scharfkantig ausgeführt sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formfehler der Mantelfläche (9) des Bolzens (5) kleiner 5 µm beträgt.

4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Untermaß der nicht verzinkten Bohrung (2) gegenüber dem Durchmesser des Bolzens (5) mehr als 50 µm beträgt.

5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie, dem Einpreßbereich zugeordnete Ende des Bolzens (5) eine Kantenkürzung (6) von mindestens 0,5 mm bei einem Winkel von ca. 20° gegenüber der Achslinie aufweist.

6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenüber dem Durchmesser des Bolzens (5) größeren Einpreßlängen mehr als eine Ringnut im Abstand zueinander angeordnet sind.