DE682168C

DE682168C - Nichtloesbare Verbindung eines Bundes mit einer Welle

Info

Publication number: DE682168C
Application number: DEK147446D
Authority: DE
Inventors: Max Kleeberger
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1937-08-03
Filing date: 1937-08-03
Publication date: 1939-10-09

Description

Um eine Welle mit einem nicht lösbaren Bund zu versehen, sind verschiedene Verfahren bekannt, die aber alle mehr oder weniger umständlich und teuer sind. Bund und Welle können entweder in der Weise aus einem Stück hergestellt werden, daß der Durchmesser der Rohwelle mindestens so groß gewählt wird wie der Bunddurchmesser, Die Welle muß dann vor und hinter dem Bund auf den gewünschten Wellendurchmesser abgedreht werden, wodurch in der Regel ein Mehrfaches des Gewichtes der fertigen Welle durch Schneidwerkzeuge in Späne verwandelt wird. Dies Verfahren bedingt nicht nur einen sehr hohen Werkstoffaufwand, sondern ist auch wegen der zeitraubenden Bearbeitung sehr teuer.

Bund und Welle können auch in der Weise aus einem Stück gefertigt werden, daß die Rohwelle, welche nur wenig stärker als die Fertigwelle zu sein braucht, an der gewünschten Stelle ihellrotwarm in einer Matrize auf den gewünschten Bunddurchmesser und die gewünschte Bundhöhe zusammengestaucht wird. Für dies Herstellungsverfahren sind besondere Schmiedemaschinen (Stauchpressen) und schwere Matrizen aus hochwertigem Stahl erforderlich. Für jeden Wellendurchmesser und jede Bundhöhe ist ein besonderer Matrizensatz notwendig. Außerdem müssen Welle und Bund nach dem Anstauchen gedreht werden.

Eine weitere unlösbare Verbindung von Bund und Welle kann durch elektrische oder autogene Schweißung erzielt werden. Diese Art der Verbindung hat ein Verziehen der Welle zur Folge. Außerdem wird, insbesondere bei starken Weilenbuinäen, eine über die ganze Ringhöhe reichende homogene Verschweißung nicht erzielt. Das Verziehen der Welle bedingt eine kostspielige Nachbearbeitung, während das Aufschweißen von beiden Stirnflächen aus bei nicht sehr sorgfältiger Schweißung Veränderungen in der Struktur

des Wellenwerkstoffes und damit unkontrollierbare Festigkeitseinbußen nach sich zieht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer nichtlösbaren Verbindung eines Bundes mit einer Welle für hohe Beanspruchungen innerhalb einer Welleneinschnürung mittels Stauchen des Bundes im warmen, verformbaren Zustand. Das Verfahren besteht darin, daß ein den Bund bildender, ίο im Querschnitt rhombus- oder trapezförmiger Ring in xotwarmem Zustand über die Weile geschoben und mittels eines Gesenkes in eine vorzugsweise durch Drehen hergestellte ringförmige Einschnürung von dreieckigem Querschnitt hineingeschwenkt und dabei gleichzeitig in Achsenrichtung gestaucht wird, wobei die drei Außenflächen des Ringes durch die Gesenkwandung geformt werden.

In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Grundfläche der Einschnürung in an sich bekannter Weise mit axial verlaufenden Riefen oder Einkerbungen zu versehen. Für die meisten Anwendungsfälle ergibt jedoch das neue Befestigungsverfahren eine derart innige klangharte Verbindung, daß auf solche Einkerbungen verzichtet werden kann.

Man hat schon vorgeschlagen, Scheiben in einer Welleneinschnürung durch Verspreizen zu befestigen, wobei die Scheiben von der Bohrung aus radial geschlitzt sind und im kalten Zustand lediglich durch Verschwenken aufgespreizt werden. Eine solche Befestigungsart gibt keine Sicherheit gegen Verdrehen und vermag nur schwache axiale Kräfte aufzunehmen. Sie kommt für die klangharte Befestigung von Wellenbunden u. dgl., die einen vollwertigen Ersatz für aus einem Stück mit der Welle hergestellte Bunde bieten soll, ebensowenig in Frage, wie die bekannte Verbindung von sich kreuzenden Gitterstäben oder von Stiften mit der Platte von Riemenverbindern, wobei ebenfalls im kalten Zustand der Werkstoff des einen Teiles in eine entsprechende ringförmige Auskerbung des anderen Teiles hineingestaucht wird. Der im kalten Zustand gestauchte Werkstoff wird nach Aufhören des Stauchdruckes stets etwas zurückfedern, so daß eine klangharte Verbindung ohne weiteres nicht zu erzielen ist. Wesentlich für das neue Verfahren ist, daß die Verbindung durch gleichzeitiges Einschwenken, Stauchen und Schrumpfen erzielt wird.

Über die fertig bearbeitete Welle wird ein Ring in ,rotwarmem Zustand geschoben, welcher rhombus- oder trapezförmigen Querschnitt hat und zu der Einschnürung eine solche Lage einnimmt, daß der innere spitze Winkel des Rhombusquerschnittes der tiefsten, etwa rechtwinkligen Ecke des. Dreieckquerschnittes der Einschnürung gegenüberliegt. Bis dicht an die rechtwinklige Kante der Dreieckseinschnürung wird eine Stahlpatrize geschoben, gegen welche sich die innere spitzwinklige Kante des rotglühenden Ringes legt. Von der anderen Seite wird über die Welle eine Matrize geschoben, auf welche unter Verwendung beliebiger Mittel ein ausreichender Druck ausgeübt wird, um einerseits die innere spitzwinklige Kante des Ringes in die Einschnürung satt hineinzudrücken, andererseits den Ring- so weit in Adhsenridh.-tung zu stauchen, daß er den Hohlraum zwischen Matrize und Patrize vollständig ausfüllt und dadurch auf seinen drei Außenseiten eine glatte Oberfläche erhält, die eine Nachbearbeitung unnötig macht.

Dies neue Verfahren hat gegenüber den bekannten mehrere wichtige Vorteile. Zunächst kann die Welle, welche mit dem Bund versehen werden soll, vollständig fertig bearbeitet sein. Ein Verziehen der Welle durch das warme Aufziehen des Ringes tritt nicht ein, denn die Temperatur des Ringes braucht nur so hoch bemessen zu werden, daß er sich satt in die Einschnürung einzulegen vermag und sich dabei etwas in Achsenrichtung zusammenstauchen läßt. Sobald der Ring die Einschnürungswandung berührt, wird er durch die kalte oder nur leicht vorgewärmte Welle so weit abgekühlt, daß eine Erwärmung der Welle, die zum Verziehen führen könnte, nicht eintritt.

Da Ring, Welle und Einschnürung aufeinander abgestimmt sind, genügt ein relativ geringer Stauchdruck, um den Ring in seine endgültige Lage zu bringen. Das hat zur Folge, daß die Stahlmatrizen, welche dem Bund die fertige Form geben, wesentlich leichter gehalten werden können als etwa Matrizen, die zum Anstauchen eines Bundes aus der teilweise hellrotwarm gemachten Welle verwendet werden. Besondere Schmiedemaschinen sind für das neue Verfahren nicht erforderlich. Der Stauchdruck kann über ein über die Welle geschobenes Rohr auf die Matrize übertragen werden.

Einen besonderen Vorteil bringt das neue Verfahren dann mit sich, wenn der Bund aus einem hochwertigen, z. B. nicht rostenden Stahl hergestellt werden soll, welcher durch Glühen und allmähliches Erkalten in seinen Festigkeitseigenschaften verbessert wird. Bei solchen Stählen ist mit dem Stauchvorgang ohne jedes weitere Zutun eine Vergütung des Ringwerkstoffes verbunden. Auch in solchen Fällen ist für die weitaus meisten Anwendungsfälle eine spanabhebende Nachbearbeitung nicht erforderlich.

Da die Bundringe aus Stangen oder Rohrmaterial hergestellt und von diesem abgestochen werden können, die Welle außerdem aus

Stangenmaterial gefertigt werden kann, das der verlangten Bearbeitung gemäß nach dem Fertigdurchmesser der Welle gewählt werden kann, bei blank gezogenem Material also überhaupt keiner mechanischen Bearbeitung be-■ darf, ist eine bisher unbekannte Werkstoffersparnis bei mechanischen Arbeitsverfahren mit Wärmebehandlung möglich.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die spitzwinklige Flanke der Einschnürung an der Welle mit etwa axial verlaufenden Zähnen oder Einkerbungen zu versehen. Die vorspringenden Kanten der Rillen drücken sich bei dem Stauchvorgang in den '5 noch rotwarmen Ring ein und erhöhen dadurch die Sicherheit gegen Verdrehen des Bundes auf der Welle. Ein solches Verdrehen ist bei normalen Beanspruchungen eines so hergestellten Wellenbundes auch ohne die Einkerbungen in der Welleneinschnürung nicht zu befürchten, denn das neue Verfahren gewährleistet auch bei mäßiger Aufmerksamkeit während der Herstellung eine klangfeste Verbindung, die eine Fuge zwischen

*5 Ring und Welle auch bei nachträglichem Ausdrehen der Stoßstelle zwischen Wellenoberfläche und BundsrirnfLäche nicht erkennen läßt. Als besonders günstig für die Bemessung des der Einschnürung zugekehrten spitzen Winkels des Rhombus quierschnittes hat es sich erwiesen, den Komplementwinkel β dieses spitzen Rhombus- oder Trapezwinkels um wenige Grade größer zu machen als den spitzen Flankenwinkel α der Welleneinschnürung.

Für die Winkelbemessung selbst hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,, den Komplementwinkel zwischen I2° und 30⁰, den spitzen Flankenwinkel der Welleneinschnürung zwischen io° und 25 ° zu wählen. Das schließt jedoch nicht aus, bei sehr geringen Bundbeanspruchungen den Flankenwinkel der Einschnürung noch etwas spitzer oder bei sehr niedrigen Bunden den Flankenwinkel der Einschnürung noch etwas stampfer zu machen. Bei Wellen, die vorwiegend auf Zug beansprucht und teilweise mit Gewinde versehen sind, ist es zweckmäßig, die Einschnürung nicht oder nur wenig tiefer zu wählen als den Kerndurchmesser des Gewindes. Infolge des flachen Verlaufes der Einschnürung tritt die gefürchtete Kerbwirkung wie bei scharfkantigen Welleneinschnitten kaum in Erscheinung, so daß aus diesem Grunde der Kerndurchmesser der Einschnürung etwas kleiner gewählt werden darf als der Kerndlurchmesser eines vorhandenen Gewindes, wenn die Welle auf Grund einer Festigkeitsberechnung bemessen ist.

Die Einschnürung braucht auch nicht streng dreieckigen Querschnitt aufzuweisen. Bei besonders seichter Einschnürung kann beispielsweise der spitzere Flankenwinkel relativ stumpf etwa mit 30⁰ gewählt werden und die an diesen Winkel anschließende Flanke nicht ^5 geradlinig, sondern hohl gewölbt (konkav) ausgebildet sein. Wichtig für die Verbindung ist nur, daß der spitzere Flankenwinkel an der Kante der Einschnürung liegt, um welche das Ringprofil in die Einschnürung hineingeschwenkt wird.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zwar zeigt

Abb. ι einen teilweisen Längsschnitt durch die Welle mit übergeschobenem, im Quer- ^7S schnitt dargestelltem Bundring vor Herstellung der Verbindung,

Abb. 2 einen entsprechenden Schnitt durch die fertige Verbindung,

Abb. 3 einen Radialschnitt nach der Ebene *° A-B durch die fertige Verbindung bei gezahnter Einschnürungsflanke der Welle.

Die Welle α ist miteinerE'inschnürungcvon etwa dreieckigem Querschnitt versehen. Dieser Dreiecksquerschnitt braucht keine scharfen Winkel aufzuweisen; insbesondere ist es zweckmäßig, den Winkel am kleinsten Kerndurchmesser der Welle auszurunden, um eine Kerbwirkung zu vermeiden. Die dem spitzen Flankenwinkel agegenüberliegendekurzeDreiecksseite kann auch als Bogenstück eines Kreises ausgebildet sein, dessen Mittelpunkt im Scheitel des Winkels« Hegt, also in der stumpfwinkeligen Kante, um welche der hier trapezförmige Ring b beim Zusammenpressen der Matrize h gegen die Patrize η in _f. die Einschnürung c hineingeschwenkt wird. Die spitzen Winkel des Rhombusquerschnittes d werden aus Herstellungsgründen zweckmäßigerweise etwas abgerundet. Die später die zylindrische Außenfläche des fertigen Bundes (Abb. 2) bildende Fläche 1 kann vor dem Zusammendrücken schwach kegelig verlaufen, so daß der Querschnitt trapezförmig wird und die Stirnfläche / etwas, breiter ist als die ihr etwa parallele Stirnfläche e.

Die spitzwinklige Flanke g ist mit etwa axial verlaufenden Einkerbungen d versehen, in welche sich die einwärts geschwenkte innere Zylinderfläche des Ringes b eindrückt. Die Ausbildung dieser Riefen kann ganz beliebig sein, sie kann gegebenenfalls auch nur in einer Aufrauhung oder Rändelung der Fläche g bestehen.

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung einer nichtlösbaren Verbindung eines Bundes mit einer Welle für hohe Beanspruchungen innerhalb einer Welleneinschnürung mittels Stauchen des Bundes im warmen,

verformbaren Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Bund bildender, im Querschnitt rhombus- oder trapezförmiger Ring (b) in rotwarmem Zustand über die Welle (ß) geschoben und mittels eines Gesenkes in eine vorzugsweise durch Drehen hergestellte ringförmige Einschnürung (c) von dreieckigem Querschnitt hineingeschwenkt und dabei gleichzeitig in Achsenrichtung gestaucht wird, wobei die drei Außenflächen (k_t I, m) des Ringes durch die Gesenkwandungen geformt werden.
2. Nichtlösbare Verbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (g) der Einschnürung (c) in an sich bekannter Weise mit axial verlaufenden Riefen oder Einkerbungen (d) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen