-
Lösbare Verbindung Es sind lösbare Verbindungen zylindrischer Teile
bekannt, bei denen eine halbrunde Ringrille in der inneren Oberfläche des äußeren
Teils und eine solche in der äußeren Oberfläche des inneren Teils sich in verbundenem
Zustand derart gegenüberliegen, daß sie zusammen einen Ringkanal bilden. In diesen
wird ein scherfestes Verbindungs- oder Verriegelungsmittel, z. B. ein Draht, eine
biegsame Stange, eine Schraubenfeder oder Kugeln, durch eine Öffnung in der Wand
des äußeren Teils eingeführt. Hierdurch wird eine formschlüssige Verbindung beider
Teile hergestellt.
-
Derartige Verbindungen zeichnen sich durch ihren einfachen Aufbau
aus; jedoch haften ihnen einige für die allgemeinere Verwendbarkeit störende Nachteile
an: Das Einbringen der Verbindungselemente in die Ringrillen ist wegen der leichten
Neigung zum Klemmen schwierig oder erfordert besondere Werkzeuge. Die eingeführten
Verbindungsmittel liegen auch im Betrieb mit reichlichem Spiel in den Ringrillen,
damit überhaupt ein störungsfreies Einführen und Herausnehmen möglich ist. Die Auflagefläche
für das Verbindungsmittel in den Rillen ist daher sehr klein und die Belastbarkeit
verhältnismäßig gering, insbesondere bei einer Schraubenfeder, die sich infolge
der Biegungsbeanspruchung leicht verformt. Vor allem aber ist es mit diesen Bauarten
nicht möglich
bzw. sind keine Vorschläge bekanntgeworden, einen
Dichtungsdruck und eine Vorspannung zwischen den zu verbindenden Teilen zu erzielen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Beseitigung dieser
Nachteile und die Erschließung neuer Anwendungsgebiete, wie z. B. das der dichtenden
Rohrverbindungen, Deckelverschlüsse, Deckelbefestigungen bei Getriebegehäusen, Werkzeugbefestigungen
für Strangspritzköpfe usw.
-
Eine solche Verbindung muß .einfach im Aufbau und in der Bedienung
bleiben, hoch belastbar sein, und sie muß .ermöglichen, bei geringem Kraftaufwand
einen verhältnismäßig großen Dichtungsdruck bzw. eine Vorspannung zwischen den verbundenen
Teilen zu erzeugen. Hierbei soll das Verbindungsmittel mit reichlichem Spiel leicht
und ohne zu klemmen eingeführt und herausgenommen werden können und in Betriebsstellung
bei geringem oder ohne Spiel glit allseitiger Anlage und Anpressung in dem Ringkanal
liegen. Zudem muß die Verbindung unbeweglich-starr sein.
-
Als erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird nun vorgeschlagen,
eine Schraubenfeder als Verbindungsmittel zu benutzen und deren Durchmesser vorzugsweise
durch ein Verdrehen der Federenden gegeneinander vor oder nach dem Einführen in
den Ringkanal zu verändern, derart, daß nach dem Einführen durch die eigene freigegebene
Federspannung und bzw. oder durch eine von außen eingeleitete Kraft eine Vorspannung
auf die verbundenen Teile ausgeübt und bzw. oder das Spiel zwischen der Feder und
der Wand des Ringkanals verrdngert wird. ' An Hand der Fig. i und 2 sei der Erfindungsgedanke
am Beispiel eines Deckelverschlusses von Behältern erläutert.
-
Fig. i zeigt einen Längsschnitt parallel zur Achse und Fig. 2 einen
Querschnitt senkrecht zur Achse der Verbindung.
-
Im Behälter a (bzw. äußerem Teil) und Deckel b (bzw. innerem Teil)
ist je eine halbkreisförmige Ringrille c und d so angeordnet, daß beide sich bei
eingesetztem, auf einer Dichtung i bzw. direkt auf der Anschlagschulter aufliegendem
Deckel nicht wie in üblicher Weise genau gegenüberliegen, sondern um ein geringes
Maß in axialer Richtung zueinander versetzt sind, derart, daß bei einer Bewegung
des Deckels im Sinne eines Druckes auf die Dichtung dieses Maß kleiner wird, bis
die Ringrillen sich genau gegenüberliegen und einen Ringkanal von kreisförmigem
Querschnitt bilden. Der Außendurchmesser der als Verbindungsmittel dienenden Schraubenfeder
f ist um etwa das gleiche Maß gegenüber dem Querschnittsdurchmesser der Ringrillen
kleiner. Die Feder kann durch eine vorzugsweise tangential auf den Ringkanal gerichtete
Bohrung e in den Ringkanal eingeführt werden. Der Federanfang h stößt bei eingeführter
Feder vor einen. Stift 1, der in die Ringrille c ragt; oder der entsprechend gebogene
Federanfang wird durch Drehung der Feder mit dem Stift verhakt usw. Am Federende,
das eventuell zum Teil aus der Bohrung e herausragt, ist ein Kupplungsstück m mit
etwa gleichem Durchmesser wie der Außendurchmesser der Feder befestigt. Mit diesem
Kupplungsstück kann ein Schlüsseln lösbar gekuppelt werden.
-
Zum Zwecke der Vorspannungsausübung bzw. Spielverringerung wird nun
die eingeführte, an ihrem Anfang k im Ringkanal durch den Stift
l fastgehaltene Feder mittels des Schlüssels n am Federende m in Steigungsrichtung
der Federwindungen - bei rechtsgängiger Feder also rechtsherum -aufgedreht. Hierdurch
vergrößert sich der Durchmesser der Feder auf der ganzen Länge gleichmäßig. Bei
dieser Ausdehnung üben alle Federwindungen einen Druck auf die Fläche der Ringrillen
aus, die von @ den Windungen berührt wird. Die Berührungsfläche wird mit zunehmendem
Federdurchmesser größer, bis die Feder die Ringrillen völlig ausgefüllt hat und
die Rillen sich genau gegenüberliegen. Die Windungen der Feder berühren dann mit
ihrem ganzen Umfang die Wandfläche der Ringrillen und sind in diesen ohne Abstand
fest eingespannt. Auch bei eventuellen Ungleichmäßigkeiten im Durchmesser des Ringkanals
passen sich die einzelnen Pederwindungen selbsttätig an und füllen den Ringkanal
überall ganz aus.
-
Bei eintretender Scher- und Biegebeanspruchung (z. B. durch Druck
im Behälter) kann sich der Kreisringquerschnitt der Federwindungen nicht elliptisch
verformen, wie es beim Vorhandensein eines Spiels zwischen Rillenwandung und Feder
möglich wäre. Nur wenn die Scherbeanspruchung die: Scherfestigkeit übersteigt, erfolgt
Zerstörung der Verbindung durch Abscherung der Feder, jedoch,erst bei erheblich
höherer Belastung als die, bei der Deformation infolge Biegebeanspruchung in den
bekannten Verbindungen eintreten würde.
-
Etwa bis zum Erreichen der Fließgrenze des Feder- bzw. Wandwerkstoffes
ist bei ansteigendem Druck im Behälter die Dichtwirkung der Verbindung .also kaum
vermindert, da ein ellipsenförmiges@ Verbiegen wegen der völligen Ausfüllung der
.Kreisform des Kanalquerschnittes durch die _ Feder unmöglich ist.
-
Festigkeitsmäßig ist es hierbei nicht nachteilig, daß die auf Druck
und Abscherung beanspruchte Feder naturgemäß rohrförmig hohl, der Federquerschnitt
also nicht kreisflächen-, sondern kreisringförmig ist; denn eine Beschädigung der
Verbindung, in der an Stelle einer vorgespannten Feder z. B. ein massiver Draht
- also mit Spiel in. den Rillen - verwendet wird, tritt bei Überbeanspruchung zuerst
infolge Überschreitung der Druckfestigkeit der Rillenwandungen ein. Dies ist darin
begründet, daß die Druckfestigkeitswerte, unter Berücksichtigung der in den belasteten
Rillenkanten auftretenden Druckspannungsspitzen, vor den Scherfestigkeitswerten
erreicht werden und daß der Behälterwerkstoff meistens weicher ist als der Werkstoff
des Verbindungsmittels.
-
Bei der erfindungsgemäßen Verbindung ist gegenüber den bekannten der
spezifische Flächendruck
ganz wesentlich herabgesetzt durch die
Spielaufhebung nach dem Einführen und damit Verteilung der Druckkraft auf eine sehr
viel größere Fläche. Die ganze axiale Projektion der Rillenwandfläche kann praktisch
für die Kraftaufnahme ausgenutzt werden, was bei den bekannten ähnlichen Verbindungen
nicht möglich ist.
-
Das Aufdrehen der Feder hat also neben dem Zweck, eine Vorspannung
zwischen den verbundenen Teilen zu erzeugen und das Spiel zwischen Feder und Rillen
zu verringern oder ganz aufzuheben, noch die Wirkung, daß die Belastbarkeit erhöht
wird.. Die Druckspannungsspitzen in den belasteten Rillenkanten und die Beanspruchung
der Feder. auf Biegung werden durch diese, Maßnahme stark abgebaut bzw. vermieden.
-
Der Deckel bewegt sich infolge des Ausdehnungsdruckes der Feder um
das Maß der Federvergrößerung auf die Dichtfläche zu und drückt sich je nach der
Beschaffenheit des Dichtflächenwerkstoffes in denselben ein. Da diese Bewegung nur
gering zu sein braucht, genügen normalerweise wenige Umdrehungen Federaufzug. Der
Kraftaufwand ist im Verhältnis zur erzielten Druckwirkung gering.
-
Die Federlänge verringert sich bei jeder Umdrehung um eine Windung.
Zum Ergänzen der kleiner werdenden Länge müssen sich daher zweckmäßigerweise vor
dem Aufdrehen ungefähr so viele Federwindungen in der Bohrung e befinden, wie Umdrehungen
ausgeführt werden sollen. Die Schraubenwirkung der Feder beim Aufdrehen unterstützt
diese Nachschubbewegung und hält die Windungen im Verein mit der hoch zu wählenden
inneren Vorspannung der Feder zusammen.
-
Das Kupplungsstück m ist nach dem Aufdrehen so weit in die Bohrung
e hineingewandert, daß es durch einen Gewindestift oder einen einfachen Zylinderstift
o od. dgl. festgeklemmt und gesichert werden kann. Jetzt befinden sich alle Teile
des Verbindungsmittels innerhalb des Außendurchmessers des Behälters. Die äußere
Behälterform wird also nicht durch vorstehende Verschlußteile gestört.
-
Um eine bessere Übertragung der Drehkraft bis zum Anfang k zu erreichen
und um die Druckspannungen im Federdrahtquerschnitt zu senken, können die Flächen
der Federwindungen, die sich gegenseitig berühren, zur Vergrößerung der Reibung
aufgerauht bzw. verzahnt werden (z. B. vor dem Federwickeln mittels einer üblichen
Rändelvorrichtung'). Auch kann die Feder zu dem selben Zweck zwei- oder mehrgängig
sein, d. h. daß die Feder aus zwei oder mehreren nebeneinanderliegenden Drähten
gewickelt ist. Die Fig. 3 zeigt diese Merkmale.
-
Eine Vergrößerung des Federdurchmessers zur Erzeugung der Vorspannung
kann auch dadurch erreicht werden, daß die Feder mit Spielraum zwischen den Windungen
hergestellt ist und daß die eingeführte Feder statt des Aufdrehens zusammengedrückt
wird. Dies bringt aber folgende Nachteile mit sich: Um eine genügende Durchmesservergrößerung
zu erreichen, muß bei entspannter Feder (vor dem Einführen) der Spielraum zwischen
den Windungen etwa doppelt so groß sein wie die Drahtstärke, d. h. also, die Steigung
muß etwa das Dreifache des Drahtdurchmessers betragen. Die Feder wird dadurch unhandlich
lang, und das Zusammendrücken ist schwer durchführbar. Auch wird die Gefahr des
Verklemmens und Verkratzens größer.
-
Das Lösen der Verbindung geschieht in umgekehrter Reihenfolge. Ein
Klemmen der Feder beim Herausnehmen und Einführen ist völlig unmöglich. Es wird
dadurch mit Sicherheit vermieden, daß der Federdurchmesser nach dem Entspannen kleiner
als der Durchmesser der Ringrillen geworden ist. Eine zusätzliche Verkleinerung
läßt sich noch durch Drehen der Feder entgegen der Gangrichtung erreichen. Aus diesen
Gründen ist die Bedienung der Verbindung besonders einfach, und das gefürchtete
sogenannte Fressen, wie es beim Lösen von Gewindeverbindungen z. B. nach Temperaturbelastungen
oft auftritt, ganz ausgeschlossen.
-
Um zu verhindern, daß bei hohen Anpreßdrücken zwischen Deckel und
Behälter bzw. bei größerem Federaufzug die noch in der Bohrung e befindlichen Federwindungen
durch das Aufdrehen sich übermäßig ausdehnen - wodurch die Nachschubbewegung gebremst
würde - empfiehlt es sich, in der Deckelrille d ein Paßstück p anzubringen,
das den Raum zwischen der tangierenden Feder und der Deckelrille ausfüllt.
-
Zur Vergrößerung der Belastbarkeit der Verbindung können mehrere Ringkanäle
axial untereinander angeordnet werden, wobei für jeden Kanal eine Feder notwendig
ist. Als weiterer Vorteil gegenüber ähnlichen Verbindungen ohne Vorspannung braucht
der Abstand der Ringrillen voneinander nicht genau eingehalten zu werden, denn die
Differenzen lassen sich durch verschiedenes Aufdrehen ausgleichen.. Auch kann der
Kanal gewindeartig in Deckel und Behälter eingearbeitet sein, derart, daß die Mittellinie
des Kanals eine Schraubenlinie um die Behälterachse beschreibt, wobei nur eine entsprechend
längere Feder erforderlich ist. An Stelle des Federaufzuges läßt sich die Vorspannung
bei dieser Ausführung durch eine geringe Drehung des Deckels in Gangrichtung des
Kanals erzielen.
-
Nach dem bis hierher beschriebenen neuen Verfahren soll die in entspanntem
Zustand gegenüber dem Kanalquerschnittsdurchmesser kleinere Feder nach dem Einführen
in Gangrichtung der Federwindungen aufgedreht werden. Als weitere ergänzende Möglichkeit
für andere Anwendungsfälle und um bei eingeführter Feder auch das andere, in dem
Ringkanal befindliche Ende (bzw. den Anfang h) verdrehen zu können, wird die Umkehrung
des Verfahrens vorgeschlagen, nämlich den Federdurchmesser in entspanntem Zustand
größer als den Kanaldurchmesser zu wählen und diese Feder vor dem Einführen durch
Verdrehen entgegen der Gangrichtung auf einen kleineren, etwa dem Kanalquerschnitt
entsprechendenDurchmesser zu bringen. Nach dem Einführen entsteht durch Freigeben
der
Federvorspannung und/oder durch Einleitung einer äußeren Drehkraft
der Schließdruck. Die Notwendigkeit der Sicherung der Feder entfällt hierbei, und
die inneren Biege- und Druckspannungen werden verringert.
-
Das Verbindungsmittel muß zu diesem Zweck nach Fig. q. abgeändert
werden: Über einen Stahldraht f3 ist eine Feder f2 festgewickelt. Eine zweite
Feder f1 mit entgegengesetzter Gangrichtung ist über die erste geschoben. Zwischen
beiden befindet sich ein geringes radiales Spiel. Die Anfänge der drei Teile (Einführungsseite)
sind fest miteinander verbunden. Vor dem Einführen. in den Kanal werden die freien
Enden beider Federn entgegen ihren Gangrichtungen verdreht. Hierzu ist z. B. am
Ende der inneren Feder f2 eine einfache Scheibe und am Ende der äußeren Feder f1
eine hülsenartig ausgebildete Scheibe angebracht. Beide Scheiben liegen nebeneinander
und können gegeneinander fixiert werden, z. B. indem ein Stift durch sich deckende
Löcher in beiden Scheiben gesteckt wird.
-
Durch das Drehen beider Federn entgegen ihren Gangrichtungen verkleinert
sich der Durchmesser der äußeren Feder f1, bis ihre Windungen auf der inneren Feder
f2 - deren Durchmesser univerändert bleibt - aufliegen. Er ist in diesem Zustand
etwas kleiner als der Durchmesser des Ringkanals.. Die Federenden bzw. Scheihen
werden festgehalten oder gegeneinander fixiert, und das Verbindungsmittel kann nun
in den Ringkanal eingeführt werden. Löst man die Fixierung, so drehen sich beide
Federn wieder zurück. Die äußere Feder dehnt sich gleichmäßig aus und erzeugt damit
die Vorspannung. Diese kann noch vergrößert werden, indem man die beiden Scheiben
jetzt in Gangrichtung der entsprechenden Federn gegeneinander verdreht. Dabei dehnt
sich auch die innere Feder und legt sich mit Druck - von innen gegen die Windungen
der äußeren Feder. Die Scher- und Biegefestigkeit des Verbindungsmittels sind auf
diese Weise etwa verdoppelt.
-
Ein anderer Verwendungszweck der Verbindung ergibt sich dadurch, daß
nach Fig. 6 der Querschnitt des Ringkanals ellipsenförmig oder oval ausgebildet
und der Durchmesser der Feder gleich oder annähernd gleich der kleinen Ellipsenachse
ist, wobei die Tiefe der Ringrillen in Deckel und Behälter bzw. innerem und äußerem
Teil der halben großen und die Breite der Ringrillen der kleinen Ellipsenachse entspricht.
Ein gegen Querschnittsverformung festes Seil h od. dgl. kann in der Feder f als
Hubbegrenzung und Versteifung dienen. Die Federspannung bzw. Elastizität wird auf
einfache- Weise durch entsprechendes Aufdrehen reguliert und so die Federkennlinie
dem Verwendungszweck ängepaßt. Diese Ausführung erlaubt eine spielfreie elastische
Verschiebung der verbundenen Teile in axialer Richtung. Sie ist z. B. sehr geeignet
für die federnde Lagerung von vibrierenden Maschinenteilen.
-
Die neue Verbindung kann an Stelle von Schraubverbindungen überall
dort vorteilhaft bei-. nutzt werden, wo diese unbrauchbar sind; z. B. bei Verbindungen,
die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, oder für Verschlüsse, bei denen der Deckel
gegenüber dem Behälter nicht gedreht werden darf und im Betrieb eine bestimmte Umfangsstellung
einnehmen muß, oder dort, wo Flanschverbindungen zu große Baumaße ergäben. Selbstverständlich
läßt sich der Erfindungsgedanke auch für die Verbindung von eckigen und unrunden
Teilen - wie bei Kastendeckeln oder Mannlochverschlüssen - und insbesondere von
Kunststoffteilen anwenden.
-
Als weiteres Anwendungsbeispiel zeigt Fig. 5 eine Rohrkupplung.