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Verfahren zum Verbinden zweier Drehteile aus verschiedenen metallischen
Werkstoffen Um Drehteile für Maschinen oder Bauzwecke ohne Zuhilfenahme besonderer
Halteglieder, beispielsweise von Maschinenelementen, fest miteinander zu verbinden,
kann von einem Aufschrumpfen Gebrauch gemacht werden. Es sind auch andere Verfahren,
beispielsweise ein An- oder Umgießen oder Löten sowie ein Aufplattieren, bekannt.
Beim Schrumpfen werden durch vorübergehende Temperaturunterschiede bewirkte Maßänderungen
vorteilhaft zur Erzeugung einer festen Haftung bzw. Verbindung ausgenutzt. Dabei
wird in der Regel so verfahren, daß der eine Teil des späteren Verbundkörpers erhitzt
oder der andere Teil unterkühlt oder auch beide Maßnahmen zugleich angewendet wurden.
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Es ist ferner nicht mehr neu, zum Einschrumpfen einen Hilfskörper
zu verwenden, dessen genügend große Metallmasse einen zu raschen Temperaturausgleich
verhindert. Der vorteilhaft aus einzelnen Segmenten bestehende Hilfskörper wird
vor dem Unterkühlen oder Erwärmen in den Körper eingesetzt, der mit einem anderen
Körper durch
Schrumpfung verbunden werden soll. Erst dann erfolgt
die Erwärmung bzw. Unterkühlung: .
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bisherigen Schrumpfverfahren nicht
mit Sicherheit allen Beanspruchungen gewachsen sind und daß bei Verbundkörpern,
die einem Wechsel in der Temperatur, beispielsweise einer Wiedererwärmung, unterworfen
sind, eine Lockerung der Verbindung entstehen kann.
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Die -Erfindung befaßt sich mit einem gegenüber den bisher allgemein
angewendeten Maßnahmen wesentlich einfacheren Verfahren zum Zustandebringen fester,
einwandfreier Verbindungen zwischen Drehteilen aus verschiedenen metallischen Werkstoffen,
vorzugsweise für Lagerzwecke oder auch allgemein für gleitende Maschinenteile, insbesondere
für Kolben von Brennkraftmaschinen. Durch die Erfindung wird so z. B. die Aufgabe
gelöst, Verbundkolben oder Verbundlager herzustellen, ohne daß bei einem Wiedererwärmen
der vorerwähnte Nachteil des Lockerwerdens sich zeigt.
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Die guten Gleiteigenschaften von Grauguß hallen immer wieder veranlaßt,
Kolben durchzubilden, deren Schaft aus diesem Werkstoff besteht, während die übrigen
Teile des Kolbens, wie der Ringteil, -der Kolbenkopf und die Kolbenbolzenaugen,
aus Leichtmetall gefertigt sein sollten, um das Gewicht des Kolbens herabzusetzen.
Auf- recht mannigfache Art und Weise sind diese aus zwei verschiedenen Metallen
bestehenden Teile bisher miteinander verbunden worden. Die dabei angewendeten Maßnahmen
und Mittel haben jedoch keineswegs vollauf befriedigt, weil der Kolben entweder
zu schwer wurde oder seine Lebensdauer noch nicht' groß genug gemacht werden konnte,
um praktisch von Bedeutung zu sein. Es ist zwar schon gelungen, durch Anwendung
bestimmter An- oder Aufgußverfahren unter Verwendung von Zwischenschichten in Verbindung
mit der Nutzbarmachung der Schrumpfwirkung Verbundkolben zu erzeugen, die dem gesteckten
Ziel bereits näher kommen. Jedoch sind die Herstellungskosten nach diesem Verfahren
noch zu hoch.
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Die Erfindung geht von der Tatsache aus, däß Lagerwerkstoffe ohne
ausreichende Schmierfilme bei einer bestimmten Belastung zum Fressen auf der rotierenden
Welle neigen und nützt die Erkenntnis des Zustandekommens einer solchen für Lagerzwecke
nachteiligen Wirkung vorteilhaft für die Herstellung einer festen und sicheren Verbindung
zwischen zwei verschiedenartigen metallischen Drehteilen aus.
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Erfindungsgemäß ;führt einer der beiden Drehteile, während "diese
in axialer Richtung ihre endgiz@tige -Lage zueinander einnehmen oder nachdem sie
-diese Lage eingenommen haben, beim Aufschrumpfen gegenüber dem anderen Drehteil
eine D-rehbewegüng aus.
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»Jm das. Verfahren durchzuführen, werden die beideri'sich drehenden
Teile.: so mit Untermaß daß der eine'Teil über den anderen nur bei -Vorhandensein
eines Temperaturunterschiedes geschoben werden kann. Die Erwärmung richtet sich
nach dem jeweils verwendeten metallischen Werkstoff und wird im Falle der Verschweißung
zwischen Grauguß und Leichtmetall bei etwa Zoo bis 35o° C gewählt. Einer der beiden
Drehteile ist vorzugsweise gegen Verdrehung gesichert. Hierzu dient vorteilhaft
eine verstellbare Reibungs- oder Rutschkupplung oder - auch die Anordnung von Schei#stiften.
Beim Überschreiten eifies bestimmten Drehmomentes wird die Relativbewegung der beiden
Teile aufgehoben.
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Die Erfindung ist an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert, das im Schema das Aufschrumpfen zweier zylindrischer Teile veranschaulicht.
In einem Drehbankfutter a ist ein aus Leichtmetall bestehender Kolbeninnenteil b
für eirW, Brennkraftmaschine festgehalten und mittels Kolbenbolzen c gegen Verdrehen
gesichert. Eine aus Grauguß bestehende Hülse d, die mit dem Innenteil b unlösbar
verbunden werden soll, ist in einer Büchse e untergebracht, die beheizt wird. Zur
Beheizung dienen elektrische Widerstandskörper f. Die Büchse e ist an einem Drehbankreitstock
g befestigt, der sich längs des Drehbankbettes in axialer Richtung zur Kolbenachse
verschieben läßt.
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Beim Erwärmen weitet sich die Graugußhülse d zunächst auf und läßt
sich daher bequem über den kalten Kolbeninnenteil b schieben, der in drehende Bewegung
versetzt wird. Beim Abkühlen und damit erfolgtem Wärmeübergang auf den Kolbeninnenteil
b wächst der Anpreßdruck zwischen den beiden Schrumpfteilen b und
d immer mehr mit zunehmender Abnahme der Schrumpftemperatur, so daß die Graugußhülse
d auf dem Teil b immer fester aufsitzt.
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Zu der dabei entstehenden Schrumpfverbindung wird aber durcludie drehende
Relativbewegung der beiden Teile zueinander zusätzlich noch eine metallische Verbindung
infolge des Zerreißens"des Oxydfilms hinzutreten, so daß eine wesentlich festere
Verbindung der beiden miteinander zu verbindenden Teile eintritt als beim ruhenden
Aufeinanderschrumpfen. Die Verbindung erfolgt nach der Zerstörung des Oxydfilms
durch Fressen und führt zu einem Verschweißen. Das Drehmoment - steigt dabei sehr
stark an. Durch-- eine Schwungmasse h kann jedoch die von der Drehbank abzugebende
lebendige Kraft wesentlich gesteigert werden. Bei Übersteigen eines bestimmten Drehmomentes
löst eine Kupplung i die Festhaltevorrichtung der Graugußhülse d. Die Kupplung kann
als Schlupfkupplung ausgebildet sein oder auch als Brechkupplung wirken, wobei die
vorspringenden Haltezapfen k am Graugußteil d abscheren. Die Auslösung der Kupplung
muß dabei so eingestellt sein, daß die einwandfreie Bindung auf dem gesamten Umfang
außer durch Schrumpfen auch durch Festfressen gewährleistet wird.
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Die Büchse e, die die aufzuschweißende Hülse d umfaßt, dient als Ofen.
Die Beheizung kann auf jede beliebige bekannte Art und Weise, vorzugsweise, wie
erwähnt, elektrisch oder durch Gas erfolgen. Der aufzuschrumpfende Teil kann auch
in einem besonderen Ofen, getrennt von der Vorrichtung
zum Verbinden
der beiden Teile, angewärmt werden.