DE6926773U

DE6926773U - Presswerkzeug zum dauerhaften verbinden von umlaufenden teilen, wie wellenabschnitten oder dergleichen.

Info

Publication number: DE6926773U
Application number: DE6926773U
Authority: DE
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1968-07-09
Filing date: 1969-07-07
Publication date: 1973-04-26
Also published as: FR1581657A; ES369273A1; GB1264707A; DE1934339A1

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf. ^ LINDKMANIVSTHASSR Sl DIPL.-ING. K. SPARING PATENTANWÄLTE TELEFON <Ο2 11)β72ϊ4β

Beschreibung
zum Gebrauchsmustergesuch

der Firma Glaenzer Spicer S.A., lo, Rue Jean-Pierre Timbaud, Poissy (Yvelines) / Frankreich

betreffend:

"Presswerkzeug zum dauerhaften Verbinden von umlaufenden Teilen, wie Wellenabschnitten oder dergleichen^

Die Neuerung bezieht sich auf ein Presswerkzeug zum dauerhaften Verbinden von umlaufenden Teilen, wie Wellenabschnitten oder dergleichen, mittels Kerb- oder Rillenverzahnung zwischen einem rohrförmigen oder einem einen Rohrabschnitt aufweisenden äußeren Teil und einem geriffelten oder rillenartig profilierten Innenteil mit gegenüber dem äußeren Teil erhöhter Festigkeit, wobei das äußere Teil unter Einwirkung eines radialen Pressdruckes plastisch verformt und in die Riffelung des Innenteils eingepreßt wird, mit mindestens drei Preßbacken mit je einer glatten, im Querschnitt kreisbogenförmigen, konkaven Innenfläche,

Die Verwendung von Kerbverzahnungen, Rillen oder dgl. ist sehr bekannt bei der mechanischen Verbindung von zwei umlaufenden Maschinenteilen, die ein Drehmoment über- , tragen sollen. Man kann zwei Arten von Kerbverzahnungen unterscheiden, und zwar erscens die festen Verbindungen, bei denen die beiden zu kuppelnden Teile während ihrer Verwendung

eins gegenüber dem anderen axial unbeweglich sind, und zweitens die Gleitverbindungen, die außer ihrer Verkeilung in Drehrichtung noch eine gegenseitige axiale Verlagerung der miteinander zu kuppelnden Teile zulassen.

Bei den Anwendungsfällen der ersten Art von Kerbverzahnungen findet sich eine ganze Anzahl von Beispielen, wo die einmal hergestellte Verbindung später nicht mehr lösbar sein soll. Diese Art von Dauerverbindung mittels Kerbverzahnungen ist Gegenstand der vorliegenden Neuerung.

üblicherweise erfordert die Herstellung von festen Kerbverzahnungs-Verbindungen mittels bekannter Einrichtungen ein Einschneiden oder Rollen von Kerbrillen am Umfang der Welle oder des inneren Maschinenteils mit äußerst geringen Toleranzen, und zwar sowohl hinsichtlich der Form als auch der Abmessungen und des Durchmessers. Außerdem müssen an dem rohrförmigen Teil innenliegende Einschnitte entsprechend denen der Welle angebracht werden,und zwar allgemein mittels Räumen unter Einhaltung ebenso genauer Abmessungen und Toleranzen. Ferner ist eine axiale Festlegung erforderlich, beispielsweise mittels einer Schulter, eines Sprengringes, einer Mutter oder dgl., die geeignet ist, ein axiales Gleiten zu verhindern, welches die Zerstörung der Verbindung hervorrufen könnte.

Die Herstellung derartiger Verbindungen auf herkömmliche Art und Weise bringt folgende Nachteile mit sich:

1) die Serienfabrikation erfordert den Einsatz aufwendiger und teuerer Maschinen, und zwar von Maschinen zum Rollen der Kerbrillen und von Werkzeugmaschinen, die selbst mit teueren und zerbrechlichen Werkzeugen arbeiten und eine aufmerksame Wartung erfordern.

2) die an den inneren und äußeren Teilen herzustellenden Rillenprofile und die Abmessungen an den Flanken dieser

j; Rillen müssen sehr genau miteinander übereinstimmen, um

überhaupt eine Montage zu ermöglichen, und es müssen sehr

f enge Toleranzen zwischen den Teilen eingehalten werden,

was es oftmals erforderlich macht, die miteinander zu ver-

P bindenden inneren und äußeren Teile ganz genau einander

anzupassen und dann auch einheitlich zu kontrollieren.

3) da solche Verbindungen ganz von selbst ein Spiel haben, sei es auch noch so klein, tritt an den Berührungsflächen häufig ein Berührungsverschleiß in Form von Berührungskorrosion auf. Im übrigen bringt dieses Spiel, selbst wenn es bei neuen Kupplungsverbindungen sehr gering ist, die Gefahr mit sich, daß es durch die bei der Umkehrung des übertragenen Drehmomentes auftretenden Lastwechsel, womit ein entsprechendes Gegeneinanderschlagen der einander mit Spiel gegenüberliegenden Flächen verbunden ist, oder durch Biegemomente, die an der Verbindung angreifen, anwächst.

4) die axiale Festlegung der beiden miteinander gekuppelten Teile macht die Anbringung eines Sprenijringes oder einer anderen axialen Festlegeeinrichtung erforderlich, was dann wiederum mit einer entsprechenden Bearbeitung verbunden ist und die auf diese Weise zu verbindende Welle schwächt.

Ein zweites bekanntes Verfahren besteht darin, lediglich einen Einschnitt am Umfang der Welle herzustellen und die Welle nach dem Härten unter Kraftanwendung in eine an dem anderen Maschinenteil hergestellte Bohrung einzutreiben. Dieses Verfahren erfordert, daß das aufgebohrte Maschinenteil eine ausreichend große Wanddicke hat, danit die Zähne der Welle einigermaßen gekennzeichnete Furchen oder Rillen in der Bohrung

bilden können. Ist das äußere Teil nicht massiv genug, so dehnt es sich beim Eintreiben der Welle aus, und in seine Bohrung werden keine Rillen oder Furchen eingearbeitet, die erst die Kupplungsverbindung bewirken würden.

Ein anderer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Verbindung in axialer Richtung lediglich durch Reibung festgehalten wird, was für die meisten Anwendungsfälle nicht zulässig ist.

Der Erfindung liegt die Aifgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, eine axial feste Kerbverzahnungsverbindung ohne die oben dargelegten Nachteile herzustellen.

Die Vorrichtung mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung ist gemäß der Neuerung dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pressbacken einen im allgemeinen sechseckigen Querschnitt hat, bei dem die beiden Seitenflächen beiderseits der Konkaven, einen Teil einer zylindrischen Bohrung bildenden Innenseite radial zu der gemeinsamen Mittelachse liegen, daß mindestens eine der Preßbacken mit einem an dem Stempel der Presse befestigten Zwischenteil in Berührung steht, während die anderen 'Preßbacken mit in V-Form gegeneinander geneigten und jede Preßbacke radial gegen die Mittelachse bewegenden Führungsflächen in Gleitbe-rührung stehen, und daß die Preßbacken derart ausgebildet sind, daß die konkaven Innenflächen nach dem Zusammenbewegen der Backen eine zylindrische Bohrung oder einen zylindrischen Raum zwischen sich einschließen, deren bzw. dessen Achse mit der Achse der zu verbindenden Teile zusammenfällt.

Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5

Das Preßwerkzeug kann aus vier Backen bestehen mit einer glatten Unterseite, die mit zwei Blöcken zusammenwirken, von denen jeder einen V-förmigen Einschnitt hat, in den die Backen jeweils paarweise eingreifen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

zwei miteinander zu verbindende Teile, eine erste Phase des Zusammenbaus,

die Teile nach Herstellung der neuerungsgemäßen Verbindung,

einen Schnitt gemäß Linie IV-IV von Fig. 3,

die zu verbindenden Teile vor ihrer Bearbeitung mittels eines Preßwerkzeuges mit drei Preßbacken,

Fig. 6 die Teile am Ende des Preßvorganges,

Fig. 7 die Verbindung zweier Teile mittels eines Preßwerkzeuges mit vier Preßbacken,

Fig. 8 eine mittels eines Preßwerkzeuges mit drei Preßbacken hergestellte Verbindung,

Fig. 9 ein Werkzeug mit drei Angriffsstellen,

Fig. Io und 11 zwei Verbindungen zwischen den

äußeren Enden eines rohrförmigen Teiles und einer Welle,

Fig. 12 eine Verbindung zwischen einem rohrförmigen Teil eines Werkstückes oder dgl. und einem Zwischenabschnitt einer mit Rillen oder einer Kerbverzahnung versehenen Welle,

Fig. 13 im Schnitt eine Verbindung eines rohrförmigen Teiles und einer Welle, die an zwei Stellen ihres Umfanges mit Rillen oder Kerbverzahnungen versehen ist,

Fig. 14 und 15 besondere Verbindungen,

Fig. 16 eine Anwendung des Verfahrens gemäß der

Neuerung zum Anbringen von homokinetischen Gelenken an den äußeren Enden einer Transmissionswelle, und

Fig. 17 eine besondere Form von Rillen an einer Welle.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann bei der Verbindung eines rohrförmigen Teils oder eines einen rohrförmigen Abschnitt aufweisenden sonstigen Teiles und eines anderer. Teiles, das mit Rillen oder Kerben irgendwelcher Formen und Anordnungen versehen ist, Anwendung finden.

Fig. 1 bis 4 zeigen beispielsweise eine nach diesem Verfahren hergestellte Verbindung zwischen einem rohrförmigen Teil 1 und einer Welle 2, die an ihrem Ende mit zu der Wellenachse parallelen Rillen 2a bzw. mit einer Kerbverzahnung versehen ist.

Fig. 1 zeigt die beiden Teile getrennt, während Fig. 2 sie in dem Zustand zeigt, wo die Welle 2 in das äußere rohrförmige Teil 1 eingesteckt ist, und Fig. 3 die Teile nach ihrer Verbindung nach dem neuerungsgemäßen Verfahren zeigt.

Es ist von Vorteil, das äußere Ende la des rohrförmigen Teils 1 über den Anfang der Rillen 2a der Welle 2 überstehen zu lassen und an der Welle 2 eine Ringnut 2b vorzusehen, in die das überstehende Ende la eingedrückt werden kann. Dies erlaubt eine sichere Abdichtung des Rillen- oder Kerbverzahnungsbereichs und eine Verstärkung der hergestellten Verbindung, indem ein durchgehender Kranz ohne Rillen hergestellt wird, der somit äußerst widerstandsfähia ^{und keinen} Spannungen ausgesetzt ist.

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Gemäß der Neuerung wird die plastische radiale Schrumpfverformung des äußeren Teils 1 auf der mit Rillen 2a versehenen, vorher gehärteten Welle 2 mittels eines Preßwerkzeuges mit drei oder vier Verformungselementen erhalten.

Fig. 5 und 6 zeigen eine erste Ausführungsform dieses Preßwerkzeuges, bei der die Verformungselemente aus drei glatten Preßbacken 3, 4 und 5 bestehen. Die obere Preßbacke 3 kann unmittelbar an dem Kolben der Presse montiert sein und sich in Richtung des Pfeiles f verlagern, während die beiden unteren PreßbaTten 4 und 5 sich unter Winkeln von 120° beiderseits der senkrechten Achse verlagern und bewegen können, indem sie an Rampen 7 und 8 entlanggleiten, die an voneinander unabhängigen Blöcken angebracht sind, oder noch vorteilhafter an einem einzigen Block 9, der in V-Form bearbeitet und auf dem Pressentisch befestigt ist. Der Winkel <=£ der Schrägen oder Rampen 7 und 8 mit der senkrechten Achse ist kleiner als 30°, um unter Berücksichtigung der vorhandenen Gleitreibung denselben radialen Druck in allen drei Preßbacken sicherzustellen.

Es kann damit auch ein sehr großer radialer Druck, der erforderlich und ausreichend ist, um die Wandung des rohrförmigen Teiles 1 zum Fließen zu bringen und zur Aufnahme des Profils der auf der Welle 2 hergestellten Rillen 2a, gleichzeitig auf den ganzen Umfang des Teiles 1 ausgeübt werden, und zwar in einer einfachen und wirtschaftlichen Weise.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform bestehen die Preßwerkzeugteile aus vier Preßbacken 10, 11, 12 und 13, die zwischen zwei Blöcken 14 und 15 gelagert sind. Die beiden Blöcke 14 und 15 sind mit einem V-förmigen Einschnitt versehen zur Ausbildung von Schrägen oder Rampen IG, 17, 18 und 19, auf denen die Preßbacken gleiten können. Der obere Block 14 steht unter dem Druck des Kolbens der Presse, während der untere Block 15 auf dem Pressentisch aufruht.

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Man kann natürlich auch die Anzahl der Preßbacken vergrößern, doch würde diese Vervielfachung der Preßbacken keinen zusätzlichen Vorteil bringen.

Es ist möglich, daß das rohrförmige Teil 1 nach dem Pressen an seiner Außenfläche entsprechend den Verbindungslinien zwischen den Preßbacken zurückgebliebene Grate Ib (Fig. 8) aufweist, und zwar drei Grate in dem in Betracht gezogenen Fall entsprechend der Ausführungsform von Fig. 5, doch können auch vier Grate vorhanden sein bei der in Fig. gezeigten Ausführungsform. Um diese Grate Ib zu vermeiden, genügt es, die Presse nach einem Verdrehen der Verbindung noch einen zweiten Preßhub ausafuhren zu lassen.

Indessen können gemäß der Neuerung diese leichten Grate, wenn sie lästig sein sollten, vollständig vermieden werden durch Anbringen ebenso vieler Flächen auf dem Umfang des rohrförmigen Teiles vor dem VerbindungsVorgang, wie das Preßwerkzeug Preßbacken aufweist. Fig. 9 zeigt ein an der Presse angebrachtes besonderes Werkzeug, bestehend aus einem Stempel 20 mit ebener Stirnfläche und einem Block 21 mit einem V-förmigen Einschnitt, der die Herstellung dieser Flächen gestattet, wenn das Verformungswerkzeug drei Preßbstken hat. Handelt es sich um ein Verformungswerkzeug mit vier Preßbacken, so ersetzt ein anderer V-förmig eingeschnittener Block den Stempel 20 und ist an dem Stempel oder Kolben der Presse angebracht.

Im Augenblick der Schrumpfverbindung an der gerillten oder mit einer Kerbverzahnung 2 versehenen Welle muß offensichtlich dafür gesorgt werden, die an dem rohrförmigen Stück 1 so erhaltenen Flächen rechtwinklig zu den Verbindungslinien der Preßbacken einzusenken.

Die Vorteile der Verbindung gemäß der Neuerung sind folgende:

a) die üblicherweise für die herkömmlichen Verbindungen verwendete Räummaschine wird hier ersetzt durch eine wesentlich weniger kostspielige Presse, die auch eine wesentlich erhöhte Produktionsgeschwindigkeit zuläßt. Die Formwerkzeuge sind wesentlich billiger herzustellen, und die Instandhaltungskosten sind vernachlässigter klein.

b) Indem man die genaue Einstellung der Maschinen zum Rollen oder Walzen der Rillen und zum Anpassen der zu verbindenden Teile vermeidet, können die Kupplungsverbindungen nach der Neuerung mit Leichtigkeit durch ein nicht spezialisiertes Personal hergestellt werden.

c) Die so hergestellte Verbindung hat auch keinerlei radiales, torsionsmäßiges und axiales Spiel, ihr Verhalten gegenüber Kerbspannungen ist b verbessert, indem sie radialen Beanspruchungen dauerhaft standhält, und die Berührungskorrosion ist ausgeschaltet.

d) Die Einrichtungen für eine axiale Festlegung, wie Sprengringe, haben keine Daseinsberechtigung mehr.

Es können Rillen oder Kerben jeglicher Art Verwendung finden, und die Anwendungsgebiete für das neuerungsgemäße Verfahren sind äußerst zahlreich.

Die Achse der Rillen hann parallel zu der Achse der innenliegenden Welle verlaufen, was der häufigste Fall ist, oder auch schraubenförmig auf dem Umfang der Welle angeordnet sein mit irgendeiner geeigneten Steigung. Die Rillen oder Kerbverzahnungen können durch eine oder mehrere Nuten 22 (Fig_o 10) unterbrochen sein. Die Rillen 2a (Fig. 11) können auf einer Erweiterung 2c der Welle 2 angeordnet sein und eine gegenüber dem Außendurchmesser des Rillenteiles stark verringerte Länge haben. Die Verbindung kann auch an irgendeiner Stelle einer Welle hergestellt werden, ohne daß eine

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Durchmessererweiterung der Welle an der betreffenden Stelle erforderlich wäre. Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Welle 2, die an einer Stelle zwischen ihren Enden in einer Buchse 23 eines Teiles 24 befestigt ist.

Man kann auch beispielsweise eine Verbindung mit über zwei einander symmetrisch gegenüberliegenden Bögen von 90° verteilten Rillen herstellen, wie Fig. 13 zeigt, denn es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Rillen gleichmäßig über den Umfang des Innenteiles 2 verteilt sind. Ihr Profil kann sich ebenso ändern wir ihre Verteilung.

Die Rillen können alle kreisförmig sein in den Grenzen, wie sie Fig. 14 zeigt, in der eine Welle 25 eine Reihe von kreislörmigen Üllen 25a trägt, was die auf diese Weise hergestellte Verbindung für sehr hohe Zugbeanspruchungen geeignet macht.

Die beschriebene Verbindung kann mit einer vorherigen Einschnürung It (Fig. 15) des zu verbindenden Rohres 1 kombiniert sein, wobei das Innere dieses Rohres an der erforderlichen Stelle zum Einsetzen der mit einer Kerbverzahnung oder mit ELllen 2 versehenen Welle vor dem endseitigen Einziehen des Rohres 1 etwas verengt wird.

Eine solche Verbindung erlaubt z.B. die Herstellung von Tran.smissionswellen 26 (Fig. 16) , die an ihren beiden äußeren Enden mit homokinetischen Gelenken 27 und 28 mit nach Bedarf veränderbaren Rohrlängen ausgestattet sind, ohne daß die homokinetischen Gelenke auseinandergenommen werden müssen, wobei die Verbindung in sehr kurzer Zeit hergestellt werden kann. Das Rohr 27 braucht keiner vorbereitenden Bearbeitung /or der Verbindung mit den homokinetischen Gelenken unterzogen zu werden, außer daß es auf die für den gewählten Anwendungsfall in Frage kommende Länge geschnitten werden muß.

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Die Verbindung eines Wellenendes im Inneren eines Rohres kann also gemäß der Neuerung ohne jegliche Änderung durchgeführt werden, und zwar auch ohne Änderung der Basisdurchmesser dieser Welle, während es bei den bekannten und laufend angewendeten Verfahren erforderlich ist, eine Durchmessererweiterung der Welle vorzusehen und auch eine Vergrößerung des Durchmessers des Rohres, um der durch Schweißen oder durch andere Verfahren hergestellten Verbindung eine mit der Widerstandsfhähigkeit der Grundfläche der Welle und des anzuschlieffnden Rohres ausreichend homogene Widerstandsfähigkeit zu geben.

Wie bereits oben gesagt, eignen sich alle Arten von Rillen oder Kerbverzahnungen für diese Art von Verbindung_p einerlei wie sie hergestellt sind. Derartige Rillen können gerade Flanken haben oder nach Art einer Evolvente mit veränderbaren Druckwinkeln und passend gewählten Abmessungen ausgebildet sein. Die /pillen können schraubenförmig im gleichen Sinne oder auch in umgekehrtem Sinne verlaufen, wobei sie dann eiene Art rautenförmige Rändelung 27 (Fig. 17) bilden. Die in Fig. 14 gezeigten kreisförmigen Rillen oder Nuten können allein oder in Verbindung mit allen anderen Rillen oder Nuten Verwendung finden.

(Schutzansprüche)

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Claims

-K- Schutzansprüche

1) Preßwerkzeug zum dauerhaften Verbinden von umlaufenden Teilen, wie Wellenabschnitten oder dergleichen, mittels Kerboder Rillenverzahnung zwischen einem rohrförmigen oder einem einen Rohrabschnitt aufweisenden äußeren Teil und einem geriffelten oder rillenartig profilierten Innenteil mit gegenüber dem äußeren Teil erhöhter Festigkeit, wobei das äußere Teil unter Einwirkung eines radialen Preßdruckes plastisch verformt und in die Riffelung des Innenteils eingepreßt wird, mit mindestens drei Preßbacken mit je einer glatten, im Querschnitt kreisbogenförmigen, konkaven Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Preßbacken (3, 4, 5, 10, 11, 12, 13) einen im allgemeinen sechseckigen Querschnitt hat, bei dem die beiden Seitenflächen beiderseits der konkaven, einen Teil einer zylindrischen Bohrung bildenden Innenseite radial zu der gemeinsamen Mittelachse liegen, daß mindestens eine der Preßbacken (3, 10, 11) mit einem an dem Stempel der Presse befestigten Zwischenteil (14) in Berührung steht, während die anderen Preßbaoken (4_r- 5_r- 12- 13) mit in V-Form gegeneinander geneigten und jede Preßbacke radial gegen die Mittelachse bewegenden Führungsflächen (7_/ 8, 18, 19) in Gleitberührung stehen,und daß die Preßbacken derart ausgebildet sind, daß die konkaven Innenflächen nach dem Zusammenbewegen der Backen eine zylindrische Bohrung oder einen zylindrischen Raum zwischen sich einschließen, deren bzw. dessen Achse mit der Achse der zu verbindenden Teile (1, 2, 25) zusammenfällt.

2) Preßwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Preßbacken (3, 4, 5),von denen eine unmittelbar unter dem Druck der Presse steht und die beiden anderen in Berührung mit den geneigten Gleitflächen (7, 8) eines feststehenden Führungsteiles (9) stehen.

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3) Preßwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier Preßbacken (10, 11, 12, 13), von denen zwei (lo, 11) unter dem Druck eines an dem Stempel der Presse befestigten Zwischenteiles (14) mit zwei gegeneinander geneigten Flächen (16, 17), an denen die Backen anliegen, stehen, während die beiden anderen Backen (12, 13) an den geneigten Führungsflächen (18, 19) des feststehenden Führungsteiles (15) anliegen.