DE605950C - Verfahren zum Aufschrumpfen von einander umfassenden metallischen Koerpern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
22. NOVEMBER 1934

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 491 GRUPPE

ν 29524114.91

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Mai 1933 ab

Als Schrumpfverbindung ist eine unverschiebbare Vereinigung zweier Körper bekannt, deren einer, der äußere oder Mantelkörper, den anderen, inneren oder Kernkörper, auf einer gewissen Länge mit geeigneter Flächenpressung an gewissen Stellen des Umfanges umfaßt. Um z. B. einen Voll- und einen Hohlzylinder durch Schrumpf zu vereinigen, wird der Kernkörper bzw. der Mantelkörper mit einem größeren Außen- bzw. Innendurchmesser angefertigt. Danach wird der Mantelkörper an der vorgesehenen Schrumpfstelle auf eine geeignete Temperatur erwärmt, über den Kernkörper geschoben und der Abkühlung überlassen. Bei der Abkühlung vermindern sich infolge gegenseitigen Zwanges die Abmessungen beider Körper an der Berührungsstelle, die starre Verbindung ist hergestellt.

In manchen Fällen wird es als Nachteil emp-

ao funden, daß zur Herstellung der Schrumpfverbindung ein Teil derselben auf höhere Temperaturen erwärmt werden muß.

Es gibt Fälle, bei denen z. B. ein Ring auf einem gehärteten Bolzen aufgeschrumpft werden muß. Hierbei läßt sich natürlich bei dem üblichen Verfahren eine gewisse Anlaßwirkung im Gefüge an der Haftstelle im Bolzen nicht vermeiden, wodurch eine örtliche Änderung der Härte bzw. Festigkeit herbeigeführt wird.

Weiter lehrt die Erfahrung, daß, wenn derart vereinigte Konstruktionselemente, somit auch die Verbindung selbst, Wechselbeanspruchungen ausgesetzt werden, die nächste Umgebung der Schrumpfverbindung oft eine auffällige Neigung zum Dauerbruch besitzt. Es ist klar, daß eine örtlich begrenzte Gefügeänderung, wie sie z. B. in dem obenerwähnten Bolzen auftreten würde, eine weitere Begünstigung zum Eintritt des Dauerbruches darstellt. Dieser Nachteil, der durch die Erwärmung eines der Verbindungsteile eintreten kann, läßt sich durch die heute üblichen Schrumpfverfahren nicht umgehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung von einander umfassenden metallischen Körpern, bei dem dieser Nachteil vermieden ist.

Die Erfindung besteht darin, die Verbindung durch Verformung der zu verbindenden Körper vorzunehmen, die durch Freimachung von inneren Spannungen infolge mechanischer Bearbeitung auftritt. Der Eigenspannungszustand wird in einem der zu verbindenden Teile oder auch in beiden durch bekannte Maßnahmen — z. B. beschleunigtes Abkühlen von höheren Temperaturen, Kaltverarbeitung — erzeugt und beim Zusammensetzen der Verbindung gestört mit dem Erfolg, daß in der gewünschten Verbindung keine Erwärmungen auftreten.

Es ist an sich bekannt, daß bei der spanabhebenden Bearbeitung von mit inneren Spannungen behafteten Körpern Kräfte frei werden, die Formänderungen der Körper bewirken. Die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Hans Bühler in Dortmund.

Kenntnis von diesen Vorgängen ist auch bereits dazu benutzt worden, um die inneren Spannungen zu messen.

Das neue Verfahren sei an Hand von zwei Beispielen erläutert.

Es mag die Aufgabe gestellt sein, eine Verbindung zwischen einem Mantel- und Seelenrohr herzustellen, bei dem der Außendurchmesser der Rohrkonstruktion 300 mm, der Innendurchmesser der ganzen Konstruktion 210 mm, die Wandstärke des Mantelrohres 25 mm und des Seelenrohres 20 mm beträgt. Außerdem besteht die Forderung, daß das Mantelrohr gehärtet ist, während das Seelenrohr aus einem weichen Werkstoff besteht. Mit den bisher üblichen Verfahren wäre es nicht möglich, eine derartige Konstruktion einwandfrei auszuführen, da durch die Wärmebehandlung des Mantelrohres die geforderten Festigkeitseigenschaften infolge der Anlaßwirkung beim Erhitzen des Außenrohres geändert wurden. Erfindungsgemäß wird eine derartige Verbindung beispielsweise folgendermaßen hergestellt: Ein Vollzylinder aus Weicheisen von etwa 250 mm Durchmesser wird von 680 ° in Wasser abgeschreckt, so daß im Kern desselben Zugspannungen, im Rand hingegen Druckspannungen nach der Abkühlung zurückbleiben. Hierauf wird der Außendurchmesser leicht überdreht und auf 250 mm Durchmesser geschliffen. Das Mantelrohr wird nach dem Härten an der Innenfläche gleichfalls geschliffen, und zwar derart, daß sich das Rohr mit ganz geringem Kraftbedarf über den zylindrischen Kernkörper schieben läßt. Die nun noch lose zusammenhängende Verbindung wird auf die Hohlrohrbank gebracht und der Kernkörper bis auf das gewünschte Maß von 210 mm lichter Weite ausgebohrt. Bei dem Ausbohren spielt sich folgender Vorgang ab: Beim Herausnehmen des Kernes aus dem. Vollkörper werden die Zugspannungen der Kernzonen zum Teil beseitigt und hierdurch die Druckspannungen, die diesen Kernzugspannungen das Gleichgewicht hielten, frei; infolge davon tritt eine Vergrößerung des Durchmessers ein. Mit weitersteigender Bohrung wird ein immer größer werdender Anteil der Zugspannungen des Kernes beseitigt und durch die fortlaufend stattfindende Außendurchmesservergrößerung des Kernes dieser an das Mantelrohr angepreßt. Nach Fertigstellung der Bohrung von 210 mm Durchmesser konnte bei einem praktischen Versuch dieser Art festgestellt werden, daß eine einwandfreie Verbindung hergestellt war, ohne daß irgendwie eine Erwärmung beider Teile eingetreten wäre. Durch einen Parallelversuch, bei dem ein Kernkörper ohne Vorhandensein des Mantelrohres ausgebohrt wurde, konnte festgestellt werden, daß die freie Durchmesservergrößerung des Kernkörpers beim Ausbohren etwa 0,2 bis 0,3 mm betrug.

Ein zweites Beispiel für die Anwendbarkeit der Erfindung ist folgendes:

Ein gehärteter Bolzen von 30 mm Durchmesser soll mit· einem starr aufsitzenden Ring versehen werden. Eine Keilverbindung zwischen Ring und Bolzen ist, wenn auch nicht möglich, so doch mit sehr großen Herstellungskosten (Verarbeitbarkeit) verknüpft, und das Einarbeiten einer Nut bewirkt immer eine Schwächung des Maschinenteiles (Kerbgefahr). Ein Warmüberziehen des Ringes gemäß dem üblichen Sßhrumpfverfahren ist ebenfalls nicht möglich, da durch die Erwärmung eine Gefügeänderung und mithin eine Änderung der Härte bzw. Zugfestigkeit in der Nähe der Schrumpfstelle eintreten müßte. Gemäß der Erfindung wird ein Ring aus normalem Maschmenbaustahl St 50, der einen Außendurchmesser von etwa 150 mm besitzt, auf 650 ° erwärmt und von dieser Temperatur am Außenmantel mit Wasser abgespritzt. Der Ring wird vor dieser Behandlung mit einer Bohrung von 29,5 mm versehen. Nach dieser Wärmebehandlung wird die Bohrung des erkalteten Ringes leicht abgedreht und ausgeschliffen, so daß der Ring leicht auf den martensitischen Bolzen aufgeschoben werden kann. Die ganze Verbindung wird nun auf die Drehbank gespannt und der Ring außen auf das gewünschte Maß von 70 mm Durchmesser abgedreht. Bei dem Abdrehen werden die durch das Abschrecken mit Druckspannungen versehenen Außenzonen entfernt. Infolgedessen werden in der Nähe der Bohrung Zugspannungen frei, eine Folge hiervon ist ein Zusammenschrumpfen der Bohrung. Durch weiteres Abdrehen der Außenzonen wird die Verbindung immer starrer. So konnte z. B. durch einen Versuch kurz vor Erreichen des Fertigmaßes des Ringes durch Abdrücken auf einer Presse festgestellt werden, daß durch eine vorgeschriebene Belastung von 5000 kg der Ring von dem Bolzen nicht mehr verschoben werden konnte. Die beschriebenen Versuche, die nur Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, zeigen, daß in der Technik brauchbare Verbindungen durch das rieue Verfahren erzielt werden, ohne die zu verbindenden Körper selbst zu erwärmen.

Vorteilhaft bei einer gemäß dem neuen Verfahren hergestellten Verbindung ist noch folgendes :

Vor Herstellung der Verbindung können beide Teile, Kern sowohl wie auch Mantelkörper, sauber bearbeitet und genau ineinander eingepaßt sowie die Oberflächen beider Teile sorgfältig beobachtet und gereinigt werden, so daß nach Fertigstellung der gesamten Verbindung die Gewähr für eine fehlerfreie und allseitig tragende Verbindung gegeben ist. Bei den Paßflächen handelt es sich nicht nur um ebene oder zylindrische Flächen. Mit Hilfe des neuen

Verfahrens können auch Konstruktionsteile mit Gewindefiächen (Mutter und Bolzen) oder anderen Paßflächen verbunden werden. Die Verbindung gemäß der Erfindung ist in erster Linie für Fälle gedacht, bei denen ein Teil der Verbindung aus werkstofftechnischen Gründen nicht erwärmt werden darf. Es ist in diesem Zusammenhang nicht nur an Konstruktionselemente mit Härtungsgefüge gedacht, sondern

ίο auch an Fälle, bei denen eine Erwärmung von Konstruktionsteilen ihre magnetischen, elektrischen und sonstigen Eigenschaften ändern würden.
Naturgemäß kann die Verbindung gemäß der Erfindung auch durch eine Formänderung beider Einzelelemente (Kern- undMantelkörper) herbeigeführt werden. Diese Möglichkeit kann z. B. bei Verbindungen in Anwendung kommen, die aus zwei Ringen bestehen sollen. Hierzu wird in beiden Körpern z. B. ein Spannungszustand mit Zugspannungen in den Innenzonen und Druckspannungen in den äußeren Randzonen erzeugt. Nachdem beide Körper an ihren Berührungsflächen bearbeitet und ineinandergepaßt sind, wird der Hohlkörper (z.B. Ring) ausgebohrt, wobei sein Außendurchmesser sich vergrößert; der Mantelkörper wird außen abgedreht oder geschliffen und zieht sich hierbei zusammen. Beide Formänderungen, die Ausdehnung des Kernkörpers und die Zusammenziehung des Mantelkörpers, stellen die starre Verbindung der beiden Einzelelemente her.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufschrumpfen von einander umfassenden metallischen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Körper durch Formänderung eines oder beider Körper erfolgt, die dadurch entsteht, daß bei einem oder beiden Körpern ein Kraftfeld innerer Spannungen durch mechanische Bearbeitung gestört oder beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Körper durch Formänderung" des äußeren Körpers erfolgt, die dadurch entsteht, daß ein Kraftfeld innerer Spannungen mit Zugspannungen an der Berührungsstelle durch Beseitigung der äußeren Zonen gestört wird.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Körper durch Formänderung des inneren Körpers erfolgt, die dadurch entsteht, daß ein Kraftfeld innerer Spannungen mit Druckspannungen an der Berührungsstelle durch Beseitigung der inneren Zonen gestört wird.