DE3809369C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zusammenfügen eines Rohrstückes mit zwei mit Abstand voneinander liegenden Scheibenkörpern, wobei diese an den äußeren Rohrquerschnitt angepaßte Durchgangsöffnungen haben und das Rohrstück mit den nach außen liegenden Stirnflächen der Scheibenkörper im wesentlichen bündig abschließt - insbesondere zum Verbinden eines Grund- oder Hubzapfens mit zwei Kurbelwangen -, mit einem Grundkörper, dessen Querschnitt etwa dem freien inneren Rohrquerschnitt entspricht und der ein System aus axialen und radialen Bohrungen zum Zuführen von Druckflüssigkeit und ggfs. zum Ableiten von Leckflüssigkeit aufweist und an einem Ende - insbesondere mittels einer Verschraubung - an einen Druckerzeuger anschließbar ist, sowie mit Dichtungen, die die innere Druckbeaufschlagung des Rohrstücks axial auf die Fügebereiche begrenzen und die sich bei axialer Druckbeaufschlagung an radialen Ringflächen axial abstützen.

Die Herstellung von Kurbelwellen durch das Verbinden von einzelnen Rohrstücken, die Grund- oder Hubzapfen bilden, mit jeweils zwei Scheibenkörpern, die die Kurbelwangen bilden, mittels hydraulischer Aufweitung der Rohrstücke in den Fügebereichen ist bereits vorbeschrieben worden, nämlich in den auf die gleiche Anmelderin zurückgehende Druckschriften DE 37 38 808 A1 und DE 38 03 688 A1. Vorrichtungen zum Herstellen solcher Anordnungen sind grundsätzlich aus vergleichbaren Anwendungsbereichen bekannt, nämlich zur Herstellung von aufgebauten Nockenwellen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in den ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden Veröffentlichungen DE 37 16 968 A1 und DE 37 20 487 A1 vorbeschrieben. Vorrichtungen zum Fest­ legen von Rohren in Rohrböden von Wärmetauschern sind aus der DE-OS 19 39 105 und der DE 34 08 863 C1 bekannt.

Bei den bisher bekannten Anwendungsfällen, nämlich dem Festlegen von Antriebselementen wie Nocken auf einem längeren Rohrkörper und beim Festlegen eines Wärmetau­ scherrohres im Rohrboden, konnte davon ausgegangen werden, daß sich der Rohrkörper axial zu beiden Seiten des jeweils festzulegenden Antriebselementes oder des Rohrbodens fortsetzt, wobei bei ausreichend gewähltem Abstand der Dichtungselemente der gesamte axiale Rohrabschnitt innerhalb der Antriebselemente oder des Rohrbodens ohne Probleme plastisch verformt werden konnte oder wobei auf eine Aufweitung des Rohres auf der gesamten Dicke des Antriebselementes oder des Rohrbodens verzichtet wurde. Die Dichtungen wurden hierbei so angeordnet, daß sie äußerstenfalls etwa in der Ebene der Stirnflächen der Antriebselemente unmittelbar gegenüber dem Rohrinneren radial wirksam werden konnten.

Beim vorliegenden Anwendungsfall ist es im Hinblick auf ein möglichst hohes übertragbares Drehmoment zwischen Rohrkörper und Scheibenkörper von gleich großer, wenn nicht von noch größerer Bedeutung als bei den bisher bekannten Anwendungsfällen, daß eine plastische Verformung des Rohrstückes im gesamten Fügebereich zwischen Rohrstück und Scheibenkörper erfolgt, es ist hierbei auf die bei Kurbelwellen für Verbrennungskraftmaschinen auftretenden hohen Kräfte zu verweisen, weiterhin auf den Umstand, daß die Belastungsfälle hierbei nicht durch reine Verdrehung des Antriebselementes gegenüber dem Rohrkörper, sondern zusätzlich durch umlaufende Biegebelastungen gekenn­ zeichnet sind. Da die Rohrstücke beim fertigen Erzeugnis bündig mit den äußeren Stirnflächen der Scheibenkörper abschließen sollen, entstehen bezüglich der Abdichtung Probleme, wenn die jeweils äußeren Dichtungen nahe an die Ebene der Stirnfläche des Scheibenkörpers herangebracht wird. Werden andererseits die Dichtungen nach innen zurückversetzt, geht ein wirksamer Fügebereich verloren.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln ein hydraulisches Aufweiten unter plastischer Verformung der Rohrstücke in dem die gesamte Breite der Scheibenkörper erfassenden Fügebereich ermöglicht. Die Lösung hierfür besteht darin, daß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die Dichtungen unmittelbar im Bereich der nach außen liegenden Stirnflächen der Scheibenkörper angeordnet sind und daß sich axial an die Stirnflächen anschließende, innere Ringnuten vorgesehen sind, an denen sich die Dichtungen bei axialer Druckbeaufschlagung durch Druckflüssigkeit axial und radial abstützen. Erfindungs­ gemäß wird hiermit sichergestellt, daß die Dichtungen an den äußeren Stirnflächen weiter nach außen gesetzt werden können, so daß das Rohrstück bis zu seinem Ende von innen mit Druck beaufschlagbar ist und daß die Abdichtung gegenüber einem sich axial an die Scheibenkörper anschließenden Körper erfolgt, der somit in der Wirkung einer Fortsetzung des Rohrstückes gleichkommt, wobei die Abdichtung jedoch auf einem anderen Durchmesser erfolgen kann als bei den Dichtungen im Bereich der inneren Stirnflächen der Scheibenkörper. Diese können in ganz konventioneller Weise ausgeführt sein, d. h. insbesondere in Umfangsnuten auf dem Grundkörper liegen, die wiederum axial so angeordnet sind, daß die Druckbeaufschlagung und plastische Umformung des Rohrstückes bis an die Ebene der Stirnflächen heranreicht. Die Anordnung und Wirkungsweise dieser zuletzt genannten Dichtungen zeichnet sich allenfalls durch von der runden Form abweichende Querschnitte des Grundkörpers vom Stand der Technik aus.

Die erfindungsgemäßen im Bereich der äußeren Stirnflächen liegenden Dichtungen können nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung zumindest an einer der Stirnflächen, insbesondere am freien Ende des Grundkörpers, gegenüber einer Ringnut wirken, die an einem auf den Grundkörper mit Spielpassung aufgeschobenen Ringkörper oder Kappenkörper ausgebildet ist, der gegenüber dem Scheibenkörper axial vorspannbar ist. Da in bevorzugter Weise nicht nur jeweils einer der Fügebereiche zur Zeit, sondern beide gleichzeitig verformt werden, ist die bevorzugte Vorrichtung von einer Seite in das Rohrstück einschiebbar, so daß sie an dessen Innenquerschnitt angepaßt sein muß. Die erfindungsgemäß notwendige Gegenfläche ist dann in günstiger Weise zumindest am freien Ende des Grundkörpers an einem besonderen Ringkörper auszubilden, der auf den Grundkörper aufschiebbar ist.

Eine die vorstehende Ausgestaltung ergänzende bevorzugte Ausführung kann dahingehen, daß die zweite der Ringnuten, gegenüber der die im Bereich der äußeren Stirnflächen liegenden Dichtungen wirksam werden, an einem stirnseitigen Einstich an einem Absatz des Grundkörpers ausgebildet ist, der als Anschlag an einer der Stirnflächen beim Einschieben des Grundkörpers in das Rohrstück ausgebildet werden kann. Dies gilt insbesondere für das mit den Anschlußmöglichkeiten für das Druckmittel versehene Ende des Grundkörpers.

Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich und in mancher Hinsicht günstiger, wenn auch an dem zuletzt genannten Ende des Grundkörpers bei axial weitergeführtem Außendurchmesser ein zweiter Ringkörper vor dem Einführen in das Rohrstück zunächst aufgeschoben wird, an dem die benötigte Ringnut zur Abdichtung ausgebildet ist. Sofern hier von Ringkörpern die Rede ist, bedeutet dies nicht, daß diese einen runden Innenquerschnitt aufweisen müssen, da das Rohrstück mit den entsprechenden Durchgangsöffnungen in den Scheibenkörpern sowohl rund als auch polygonartig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sein kann.

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungen der Dichtungen beschrieben, wobei jeweils nur die im Bereich der außenliegenden Stirnflächen angeordneten Dichtungen angesprochen sind, die den Gegenstand der Erfindung bestimmen.

Nach einer ersten günstigen Ausführung liegen die Dichtungen innerhalb einer Ringnut des Grundkörpers und umfassen einen überwiegend axial außerhalb der Scheibenkörper liegenden Stützring, der mit einer Konusfläche an einer die Ringnut nach radial außen erweiternden Konusfläche anliegt. Bei axialer Druckbeaufschlagung eines ersten Teils der Dichtung, üblicherweise eines konventionellen O-Rings, wird der genannte Stützring axial belastet und durch die bezeichnete Konusfläche radial vergrößert, wobei er sich gegen die genannte Ringnut anlegt und einen wesentlichen Teil der Abdichtung bewirkt. Der O-Ring hat hierbei eine Position, die eine Druckbeaufschlagung bis zum Ende des Rohrstückes zuläßt. Günstig an der genannten Ausführung ist es, daß die verwendeten Dichtungen an beiden Stirnseiten der jeweiligen Scheibenkörper gleiche Form und gleiche Größe aufweisen können. Zusätzliche Abdichtungen durch O-Ringe in den Stirnflächen der an den Scheibenkörpern anliegenden Ringkörper sind möglich.

Nach einer zweiten günstigen Ausführung sind die Dichtungen einzeln oder zu mehreren in Einstichen bzw. inneren Umfangsnuten in den Ringkörpern bzw. Kappenkörpern aufgenommen, wobei die Ringfläche zur Abdichtung durch den Nutgrund gebildet wird. Hierbei ist eine plastische Verformung des Rohrstückes bis ans Ende in vollkommener Weise möglich, wobei sich insbesondere Mehrfachanordnungen von Dichtungen in den Ringkörpern leicht verwirklichen lassen. Dies kann sowohl die Abdichtung des Ringkörpers gegenüber dem Grundkörper durch mehrere Dichtungen gleichen Durchmessers als auch die Abdichtung des Ringkörpers gegenüber dem Scheibenkörper durch mehrere Dichtungen unterschiedlichen Durchmessers betreffen. Besonders günstig ist es, jeweils die erste wirksame Dichtung in einem Kanteneinstich unmittelbar innerhalb des Rohrquerschnittes anzuordnen, so daß keine Druckflüssigkeit zwischen Rohrstück und Scheibenkörper gelangen kann.

Bei allen genannten Ausführungen ist es erforderlich, die Ringkörper zur Aufnahme der Dichtungen axial auf dem Grundkörper festzulegen, wobei insbesondere eine mechanische Verspannung denkbar ist. Hierbei ist darauf zu achten, daß reproduzierbare Vorspannungswerte eingehalten werden, um nicht bereits vor dem hydraulischen Aufweiten Verformungen des Rohrendes zu bewirken.

Nach einer besonders günstigen Ausführung ist die axiale Verspannung des die Dichtungen aufnehmenden Ringkörpers in der Weise möglich, daß ein von Druckmittel beaufschlagbarer Ringraum vorgesehen wird, wobei der Ringkörper mit den Dichtungen axial verschieblich und ein zweiter Ringkörper oder Kappenkörper axial mit dem Grundkörper fest verbunden wird. Die Druckmittelzufuhr zu diesem Ringraum kann bevorzugt durch das System von Bohrungen im Grundkörper erfolgen; besonders günstig ist es, die Druckmittelzuführung zum Ringraum zum axialen Verspannen unabhängig von den Druckmittelzuführungen zu den Ringräumen zum hydraulischen Umformen auszubilden, so daß nach einem bevorzugten Verfahren zunächst das erste System beaufschlagt und somit die Fügebereiche abgedichtet und anschließend das zweite System beaufschlagt und der Umformungsprozeß durchgeführt werden kann.

Anstelle eines besonderen Systems von Bohrungen für die Leckflüssigkeit können auch im Grundkörper großvolumige Sammelnuten vorgesehen werden.

Drei bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit Dichtungen, die in Nuten im Grundkörper aufgenommen sind,

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit Dichtungen, die in Nuten axial festlegbarer Ringkörper ausgebildet sind,

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit Dichtungen, die in Nuten in hydraulisch vorspannbaren Ringkörpern aufgenommen sind.

In den Figuren sind sich entsprechende Einzelheiten jeweils mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils ein Rohrstück 1 erkennbar, auf das zwei Scheibenkörper 2, 3 aufgeschoben sind, wobei die Enden 4, 5 des Rohrkörpers mit den äußeren Stirnflächen 6, 7 der Scheibenkörper bündig abschließen. Die Scheibenkörper 2, 3 haben erste Durchgangsöffnungen 8, 9, in die das Rohrstück 1 als Hubzapfen eingesteckt ist, während weitere Durchgangsöffnungen 10, 11 zum Einstecken eines Grundzapfens vorgesehen sind. Ausgehend von der polygonförmigen Querschnittsform des Rohrstücks 1 ist zwischen den Scheibenkörpern 2, 3 eine außen runde Hülse 12 auf das Rohrstück 1 aufgeschoben, die einen Lagersitz bildet und zugleich einen Schmiermittelraum 13 erzeugt. Die jeweils unteren Teile 14, 15 der Scheibenkörper 2, 3 können als Gegengewichte gedeutet werden. Alle bis hierhin beschriebenen Einzelheiten stimmen in den verschiedenen Ausführungen überein.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zeigt einen Grundkörper 16 auf, der ein System von Axialbohrungen 17, 18 und radialen Bohrungen 19, 20, 21 aufweist, das einerseits zum Zuführen von Druckmittel in Ringräume 22, 23 im Bereich der Scheibenkörper 23 dienen und andererseits Leckflüssigkeit nach außen führen können. Der Grundkörper 16 weist einen Schraubstutzen 24 zum Anschluß an eine Druckmittelversorgung auf. Daran anschließend ist ein im Durchmesser vergrößerter Absatz 25 vorgesehen, der einen Anschlag für einen auf den Grundkörper 16 aufgeschobenen Ringkörper 26 bildet. Am freien Ende des Grundkörpers 16 ist ein Kappenkörper 27 aufgeschoben, der eine einzelne radiale Entlastungsbohrung 28 aufweist. Der Absatz 25 bzw. der Ringkörper 26 einerseits und der Kappenkörper 27 sind axial gegeneinander mit nicht im einzelnen dargestellten Mitteln verspannbar, wie durch Pfeile angedeutet ist. Die Ringräume 22, 23 werden jeweils von Dichtungen begrenzt, die in Ringnuten 29, 30, 31, 32 im Grundkörper 16 liegen, die sich im Längsschnitt jeweils nach außen konisch erweitern. Die einzelnen Dichtungen umfassen jeweils einen O-Ring 33, 34, 35, 36 und einen demgegenüber außenliegenden Stützring 37, 38, 39, 40. Während sich die inneren Stützringe bei Druckbeaufschlagung durch die zusammenwirkenden Konusflächen unmittelbar gegen die Innenwandung des Rohrstückes 1 anlegen, liegen die außenliegenden Stützringe 37, 40 jeweils in Ringnuten 41, 42 und dichten gegenüber im Kappenkörper 27 und im Ringkörper 26 jeweils innenliegenden Ringflächen. Die axiale Anordnung der jeweils außenliegenden Stützringe 33, 37, 36, 40 der Dichtungen ist dergestalt, daß das Rohrstück 1 bis unmittelbar an die freien Rohrenden 4, 5 von innen druckbeaufschlagt wird. Aus der Ansicht in Achsrichtung ist die Polygonform der Durchgangsöffnungen 8, 9, 10, 11 des Rohrkörpers 1, der Dichtringe und des Grundkörpers 16 zu erkennen.

In Fig. 2 legt sich der Absatz 25 des Grundkörpers 16 unmittelbar gegen die Stirnfläche 7 des Scheibenkörpers 3 an, während ein Ringkörper 43 auf das freie Ende des Grundkörpers 16 aufgeschoben und mittels einer auf einen Gewindefortsatz 44 aufgeschraubten Mutter 45 gegen die Stirnfläche 6 des Scheibenkörpers 2 verspannt wird. Der Ringkörper 43 weist eine einzelne Entlastungsbohrung 28 auf sowie zwei innere Einstiche bzw. Nuten 46, 47, die in diesem Falle als O-Ring ausgebildete Dichtungen 48, 49 aufnehmen. Ein stirnseitiger Einstich 50 am Absatz 25 nimmt einen weiteren O-Ring 51 als Dichtungselement auf. Gegenüber in Ringnuten 30, 31 im Grundkörper 16 aufgenommenen O-Ringen 34, 35 weisen die O-Ringe 48, 49, 51 größeren Durchmesser auf.

In Fig. 3 sind erste axial verschiebliche Ringkörper 52, 53 vorgesehen, die sich an die Stirnflächen 6, 7 der Scheibenkörper 2, 3 anlegen und gegenüber axial auf den Grundkörper 16 fixierbaren Ringkörpern 54, 55 verstellbar sind, wobei zwischen den Ringkörpern 52, 53 und den Ringkörpern 54, 55 jeweils ein Ringraum 56, 57 eingeschlossen ist, der zur axialen Druckbeaufschlagung der Ringkörper 52, 53 erweiterbar ist. Hierzu ist ein zweites System mit einer zusätzlichen Axialbohrung 70 und radialen Bohrungen 71, 72 im Grundkörper 16 vorgesehen, das mit den Ringräumen 56, 57 verbunden ist. Die Ringkörper 52, 53 sind gegenüber dem Grundkörper 16 und gegenüber den Stirnflächen 6, 7 der Scheibenkörper 2, 3 durch im einzelnen in ihrer Anordnung erkennbare in Einstichen 58, 59 und Ringnuten 60, 61 gehaltene O-Ringe 62 bis 65 abgedichtet. Weitere O-Ringe 73, 74, 75, 76 in Ringnuten 77, 78, 79, 80 dienen der Abdichtung der Ringkörper 54, 55 gegenüber dem Grundkörper 16 und den Ringkörpern 52, 53. Wie in Fig. 1 sind Pfeile für die von außen aufzubringenden Kräfte zur Verspannung der Teile der Vorrichtung mit nicht im einzelnen dargestellten Mitteln eingezeichnet. In der Ausführung nach Fig. 2 sind diese Mittel vollständig erkennbar, so daß auf eine Verwendung der Pfeile verzichtet worden ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Zusammenfügen eines Rohrstückes mit zwei mit Abstand voneinander liegenden Scheibenkörpern, wobei diese an den äußeren Rohrquerschnitt angepaßte Durchgangsöffnungen haben und das Rohrstück mit den nach außen liegenden Stirnflächen der Scheibenkörper im wesentlichen bündig abschließt - insbesondere zum Verbinden eines Grund- oder Hubzapfens mit zwei Kurbelwangen -, mit einem Grundkörper, dessen Querschnitt etwa dem freien inneren Rohrquerschnitt entspricht und der ein System aus axialen und radialen Bohrungen zum Zuführen von Druckflüssigkeit und gegebenenfalls zum Ableiten von Leckflüssigkeit aufweist und an einem Ende - insbesondere mittels einer Verschraubung - an einen Druckerzeuger anschließbar ist, sowie mit Dichtungen, die die innere Druckbeaufschlagung des Rohrstückes axial auf die Fügebereiche begrenzen, und die sich bei axialer Druckbeaufschlagung an radialen Ringflächen axial abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (33, 37; 36, 40; 49, 51; 62, 63) unmittelbar im Bereich der nach außen liegenden Stirn­ flächen (6, 7) der Scheibenkörper (2, 3) angeordnet sind und daß sich axial an die Stirnflächen (6, 7) anschließende, innere Ringnuten (41, 42) vorgesehen sind, an denen sich die Dichtungen (33, 37; 36, 40; 49, 51; 62, 63) bei axialer Druckbeaufschlagung durch Druckflüssigkeit axial und radial abstützen (Fig. 1-3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Ringflächen (42) an einem auf den Grundkörper (16) mit Spielpassung aufgeschobenen Ringkörper oder Kappenkörper (26, 27; 43, 52; 53) ausgebildet ist, der gegenüber dem anliegenden Scheibenkörper (2, 3) axial vorspannbar ist (Fig. 2 und 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ringnuten (41) an einem stirnseitigen Einstich (50) an einem Absatz (25) des Grundkörpers (16) ausgebildet ist (Fig. 2).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (33, 37; 36, 40) jeweils innerhalb einer Ringnut (29, 32) des Grundkörpers (16) liegen und einen überwiegend axial außerhalb der Scheibenkörper (2, 3) liegenden Stützring (37, 40) umfassen, der mit einer Konusfläche an einer die jeweilige Ringnut (29, 32) nach außen erweiternden Gegenkonusfläche anliegt (Fig. 1).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörper (52, 53) zur Aufnahme der Dichtungen (62, 63) mit einem axial jeweils anschließenden, gegenüber dem Grundkörper (16) festliegenden Ringkörper (54, 55) einen abgedichteten und axial erweiterbaren Ringraum (56, 57) bilden, der zur Beaufschlagung mit Druckmittel mit einem aus mehreren Bohrungen (70, 71, 72) bestehenden Bohrungssystem im Grundkörper (16) in Verbindung steht (Fig. 3).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (70, 71, 72) im Grundkörper (16) zur Beaufschlagung der vergrößerbaren Ringräume (56, 57) zwischen den Ringkörpern (52, 54; 53, 55) unabhängig von den Bohrungen (17, 19, 20) im Grundkörper (16) zur Beaufschlagung der Ringräume (22, 23) in den Fügebereichen sind (Fig. 3).