WO2002002952A1 - Verfahren zur herstellung einer mechanischen verbindung - Google Patents

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Christoph Heier
Juergen Bassler
Stefan Boell
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Robert Bosch Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/10Making tubes with riveted seams or with non-welded and non-soldered seams
    • B21C37/108Making tubes with riveted seams or with non-welded and non-soldered seams without continuous longitudinal movement of the sheet during the bending operation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K25/00Uniting components to form integral members, e.g. turbine wheels and shafts, caulks with inserts, with or without shaping of the components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B17/00Connecting constructional elements or machine parts by a part of or on one member entering a hole in the other and involving plastic deformation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17Stator cores with permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
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    • Y10T403/00Joints and connections
    • Y10T403/49Member deformed in situ
    • Y10T403/4966Deformation occurs simultaneously with assembly

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a mechanical connection according to the preamble of claim 1.
  • flare connections are known in which two workpieces are first inserted into one another in such a way that one workpiece is supported against a stop of the other and projects over this with an edge, the flanged edge.
  • the connection is carried out by folding, flanging, the flanging edge onto the one workpiece, so that the workpieces are joined in a form-fitting manner.
  • two workpieces are required and it is difficult to achieve a defined contour of the flanged edge.
  • a flanged edge must often be present all the way around a workpiece.
  • dovetail connections are also known, in which tolerances have to be kept very narrow.
  • a head part and a recess of the dovetail connection are placed one above the other and then pressed into one another, as described in DE 39 25 365 AI.
  • the parts must be there are placed one on top of the other and are not pushed into one another, so that the parts to be connected are designed to be somewhat longer and the tolerance, for example of an inner diameter of a tubular element, is greater.
  • connection method for a metal strip in which a tongue is caulked into a depression.
  • a voluminous tool and high forces are required to carry out the caulking.
  • a snap connection which consists of a tongue and a recess.
  • the tongue and the recess are pushed into each other to make a connection.
  • the areas around the recess are designed to be elastic so that they can widen and spring back when the tongue and recess are pushed together.
  • the method according to the invention for producing a mechanical connection with the characterizing features of claim 1 has the advantage that at least two sections of a workpiece are connected to one another in a simple manner and tolerances of the at least one workpiece do not have to be kept very closely.
  • the method steps or measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the method mentioned in claim 1 for producing a mechanical connection and the connection thus produced.
  • the connecting element has a centering element, because this makes assembly easier and / or centering is facilitated.
  • An advantageous embodiment of the connecting element arises from the fact that there is no radial and or axial projection on the workpiece.
  • the connecting element can be used advantageously for a tubular element if the tubular element is fastened to an inner part by the action of the connecting element and this inner part has two short guide lengths.
  • FIG. 2a, b show a connecting element and an inner part with short guide lengths
  • FIG. 3 shows a possibility of mounting the connecting element. Description of the embodiments
  • FIG. 1 a shows a connecting element 1 which can connect a first workpiece 5 and, for example, a second workpiece 6 to one another.
  • the two workpieces 5, 6 can also be sections of a workpiece 7, e.g. a tubular element 7 bent from a rectangular sheet metal strip.
  • One end 10 of the first workpiece 5 and one end 11 of the second workpiece 6 correspond to a modified dovetail contour 14 and form the connecting element 1.
  • the arrows 18 show, for example, the direction in which the ends 10, 11 are inserted into one another.
  • the ends 10, 11 are pushed into one another, for example, until the ends 10, 11 touch and are supported against one another. However, this is not absolutely necessary.
  • the workpieces 5, 6, 7 have a longitudinal or center line 16 which, for example, runs centrally through the centering element 24.
  • the end 11 has a projection and the end 10 has a corresponding recess into which the projection is inserted with the least possible play, if, for example, centering is required.
  • the workpiece 5, 7 and the workpiece 6, 7 each have outer boundary lines 64, 66, which are shown here in dashed lines, and which continue in a straight line beyond the ends 10, 11. Lines 64, 66 do not run approximately parallel to one another if the mechanical connection has not yet been established. If the ends 10, 11 or two workpieces 5, 6 are inserted into one another, then at least one existing edge 27 of a workpiece 6, which projects beyond the other workpiece 5, acts by means of a force F in a certain direction, which is indicated by the arrows 21 is curved.
  • the dovetail-like contour 14 is formed, for example, at the end 10 by a head part 49, which is followed by a constricted neck section 53.
  • the end 11 is provided with a depression 57, which is delimited, for example, on both sides by an edge 27.
  • the free ends of the edges 27, which are pulled slightly outwards from the trough 57, are directed towards one another.
  • Lugs 61 are provided, between which the head part 49 can be pushed into the trough 57.
  • the lugs 61 have a contour such that they engage in the neck section 53 after the application of the force F.
  • the centering element 24 is provided in the head part 49 or in the depression 57.
  • FIG. 1b The workpieces 5, 6 connected to one another in accordance with the method according to the invention are shown in FIG. 1b.
  • the ends 10, 11 are supported against one another in this exemplary embodiment.
  • the connecting element 1 is, for example, designed such that there is no radial and / or no axial protrusion and the workpieces 5, 6 are connected to one another in a form-fitting manner.
  • the boundary line 64, 66 now run approximately parallel to one another.
  • the dovetail-like contour 14 is designed, for example, in such a way that tensile stress is exerted on the two workpieces 5, 6 in the circumferential direction when the edge 27 is bent.
  • Figure 2a shows the tubular element 7 in the open state. In this state it has a larger inner diameter than the largest outer diameter of an inner part 30, so that the tubular element 7 can be pushed over the inner part 30.
  • the tubular element 7 is guided by, for example, two radially projecting guide lengths 33 of the inner part 30.
  • the connecting element 1 is closed, the tubular element 7 lies tightly against the guide lengths 33 and is thereby fastened on the inner part 30 (FIG. 2b).
  • Figure 2b shows how the tubular element 7 is attached to the inner part 30.
  • the inner part 30 has, for example, two short guide lengths 33. Briefly here means that a contact length in the axial direction of the tubular element 7 with the inner part 30 is significantly shorter than an axial length of the inner part 30. However, the contact length can also cover the entire axial length of the inner part 30 correspond.
  • the inner part 30 is, for example, a coil body, for example for a stator of an electric motor, which has a coil space 38, in which, for example, a coil (not shown) is wound.
  • the tubular element 7 forms, for example, a magnetic yoke element. In the case of a positive connection, the magnetic flux lines in the return element can run from end 10 to end 11 without great magnetic resistance.
  • FIG. 3 shows how, for example, a tubular element 7 in the open state can be pushed over an inner part 30, which has areas with two different outer diameters dg and dk, in an insertion direction, indicated by an arrow 42.
  • the diameter dg is larger than the diameter dk and the area with the outside diameter dk is surrounded by areas which have a larger outside diameter.
  • the tubular element 7 can thus dk on the inner part 30 in the region of the smaller outer diameter are attached without the ends of the tubular element 7 having to be widened such that the distance between the ends (10, 11) corresponds to that of the outside diameter dk.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung nach dem Stand der Technik erlauben nur geringe Toleranzen oder sind aufwendig herzustellen. Diesen Nachteil behebt ein erfindungsgemasses Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung bestehend aus Ende (10, 11), die ähnlich einer Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet sind und miteinander verbunden werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Es sind sogenannte Bördelverbindungen bekannt, bei denen zwei Werkstücke zunächst so ineinander gesteckt werden, dass das eine Werkstück sich gegen einen Anschlag des anderen stützt und dieses mit einem Rand, dem Bördelrand, überragt. Das Verbinden wird durch Umlegen, dem Bördeln, des Bördelrands auf das eine Werkstück durchgeführt, so dass die Werkstücke formschlüssig gefügt sind.' Bei dieser Art von Verbindung sind zwei Werkstücke erforderlich und es lässt sich nur aufwendig eine definierte Kontur des umgelegten Bördelrands erreichen. Ein Bördelrand muss oft ganz umlaufend um ein Werkstück vorhanden sein.
Weiterhin bekannt sind sogenannte Schwalbenschwanz- Verbindungen, bei denen Toleranzen sehr eng gehalten werden müssen. Beim Verbindungsprozess werden ein Kopfteil und eine Aussparung der Schwalbenschwanz-Verbindung übereinander gelegt und anschliessend ineinander gepresst, wie es in der DE 39 25 365 AI beschrieben ist. Die Teile müssen dabei übereinandergelegt werden und werden nicht ineinander geschoben, so dass die zu verbindenden Teile etwas länger auszubilden sind und die Toleranz, z.B. eines Innendurchmessers eines Rohrelements, grösser ist.
Aus der DE 38 15 927 AI ist eine Verbindung von Formteilen durch elastische Haltearme bekannt. Bei dieser Ausgestaltung entstehen jedoch zwangsläufig Lücken zwischen den Formteilen. Ein lückenloser Übergang zwischen den Formteilen ist nicht möglich.
Aus der US-PS 2,283,918 ist eine Verbindungsmethode für ein Metallband bekannt, bei der eine Zunge in eine Vertiefung verstemmt wird. Um die Verstemmung durchzuführen, sind ein voluminöses Werkzeug und hohe Kräfte notwendig.
Aus der US-PS 3,502,922 ist eine Rastverbindung bekannt, die aus einer Steckzunge und einer Vertiefung besteht. Die Steckzunge und die Vertiefung werden, um eine Verbindung herzustellen, ineinander geschoben. Dabei sind die Bereiche um die Vertiefung elastisch ausgelegt, damit sie sich beim Ineinanderschieben von Steckzunge und Vertiefung weiten und wieder zurückfedern können.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsge ässe Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise zumindest zwei Abschnitte eines Werkstücks miteinander verbunden werden und Toleranzen des zumindest einen Werkstücks nicht sehr eng gehalten werden müssen. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Verfahrensschritte bzw. Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Verfahrens zur Herstellung einer mechanischen Verbindung und der so hergestellten Verbindung möglich.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass das Verbindungselement ein Zentrierelement hat, weil dadurch die Montage erleichtert ist und/oder eine Zentrierung erleichtert ist.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Verbindungselements entsteht dadurch, dass kein radialer und oder axialer Überstand am Werkstück vorhanden ist.
Das Verbindungselement kann in vorteilhafter Weise für ein Rohrelement genutzt werden, wenn das Rohrelement auf einem Innenteil durch die Wirkung das Verbindungselement befestigt ist und dieses Innenteil zwei kurze Führungslängen hat.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nächfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur la, lb ein Verbindungselement im offenen beziehungsweise verbundenen Zustand,
Figur 2a, b ein Verbindungselement und ein Innenteil mit kurzen Führungslängen, und Figur 3 eine Montagemöglichkeit des Verbindungselements . Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur la zeigt ein Verbindungselement 1, das ein erstes Werkstück 5 und bspw. ein zweites Werkstück 6 miteinander verbinden kann. Die zwei Werkstücke 5, 6 können auch Abschnitte eines Werkstücks 7, z.B. eines aus einem rechteckförmigen Blechstreifen gebogenen Rohrelements 7, sein.
Ein Ende 10 des ersten Werkstücks 5 und ein Ende 11 des zweiten Werkstücks 6 entsprechen einer modifizierten Schwalbenschwanzkontur 14 und bilden das Verbindungselement 1.
Die Pfeile 18 zeigen bspw., in welcher Richtung die Enden 10, 11 ineinander gesteckt werden. Die Enden 10, 11 werden beispielsweise soweit ineinander geschoben, bis sich die Enden 10, 11 berühren und gegeneinander abstützen. Dies ist aber nicht zwingend notwendig.
Das zumindest eine Werkstück 5, 6, 7 hat bspw. weiterhin zumindest ein Zentrierelement 24, das an den Enden 10, 11 ausgebildet ist und/oder die Montage erleichtert. Die Werkstücke 5,6,7 haben eine Längs- bzw. Mittellinie 16, die bspw. mittig durch das Zentrierelement 24 verläuft. In diesem Ausführungsbeispiel hat zur Bildung des Zentrierelements 24 das Ende 11 einen Vorsprung und das Ende 10 eine entsprechende Vertiefung, in die der Vorsprung mit möglichst geringem Spiel hineingeführt wird, wenn bspw. eine Zentrierung erforderlich ist.
Das Werkstück 5,7 und das Werkstück 6,7 haben jeweils äussere Begrenzungslinien 64, 66, die hier gestrichelt gezeichnet sind, und die geradlinig fortgesetzt über die Enden 10, 11 hinaus verlaufen. Die Linien 64, 66 verlaufen nicht annähernd parallel zueinander, wenn die mechanische Verbindung noch nicht hergestellt ist. Sind die Enden 10, 11 oder zwei Werkstücke 5, 6 ineinander gesteckt, so wird zumindest ein vorhandener Rand 27 eines Werkstücks 6, der das andere Werkstück 5 überragt, mittels einer Kraft F, wirkend in eine bestimmte Richtung, die durch die Pfeile 21 gekennzeichnet ist, verbogen.
Die schwalbenschwanzähnliche Kontur 14 wird beispielsweise am Ende 10 gebildet durch ein Kopfteil 49, an das sich ein eingeschnürter Halsabschnitt 53 anschließt. Passend dazu ist das Ende 11 mit einer Mulde 57 versehen, die bspw. beiderseits von einem Rand 27 begrenzt wird. Die freien Enden der Ränder 27, die etwas nach außen von der Mulde 57 weggezogen sind, sind aufeinander zugerichtet. Nasen 61 sind vorgesehen, zwischen denen hindurch der Kopfteil 49 in die Mulde 57 geschoben werden kann. Die Nasen 61 haben eine solche Kontur, dass sie nach dem Aufbringen der Kraft F in den Halsabschnitt 53 passend eingreifen. Das Zentrierelement 24 ist im Kopfteil 49 bzw. in der Mulde 57 vorgesehen.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren so miteinander verbundenen Werkstücke 5, 6 sind in Figur lb abgebildet. Die Enden 10, 11 stützen sich in diesem Ausführungsbeispiel gegeneinander ab. Das Verbindungselement 1 ist bspw. so ausgebildet, dass kein radialer und/öder kein axialer Überstand vorhanden ist und die Werkstücke 5, 6 formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Begrenzungslinie 64, 66 verlaufen jetzt annähernd parallel zueinander.
Die schwalbenschwanzähnliche Kontur 14 ist dabei bspw. so gestaltet, dass es beim Verbiegen des Rands 27 zu einer Zugspannung auf die beiden Werkstücke 5, 6 in Umfangsrichtung kommt.
Figur 2a zeigt das Rohrelement 7 im geöffneten Zustand. Es hat in diesem Zustand einen grösseren Innendurchmesser als der grosste Aussendurchmesser eines Innenteils 30, so dass das Rohrelement 7 ber das Innenteil 30 geschoben werden kann. Bei der Montage des Rohrelements 7 auf das Innenteil 30, wird das Rohrelement 7 von bspw. zwei radial überstehenden Fuhrungslangen 33 des Innenteils 30 gefuhrt. Wenn das Verbindungselement 1 geschlossen ist, liegt das Rohrelement 7 an den Fuhrungslangen 33 dicht an und ist dadurch auf dem Innenteil 30 befestigt (Fig. 2b) .
Figur 2b zeigt, wie das Rohrelement 7 auf dem Innenteil 30 befestigt ist. Das Innenteil 30 hat beispielsweise zwei kurze Fuhrungslangen 33. Kurz bedeutet hier, dass eine Beruhrungslange in axialer Richtung des Rohrelements 7 mit dem Innenteil 30 deutlich kurzer ist als eine axiale Lange des Innenteils 30. Die Beruhrungslange kann aber auch der gesamten axialen Lange des Innenteils 30 entsprechen.
Das Innenteil 30 ist beispielsweise ein Spulenkorper bspw. für einen Stator eines Elektromotors, der einen Spulenraum 38 hat, in den beispielsweise eine Spule (nicht gezeigt) gewickelt ist. Dabei bildet das Rohrelement 7 beispielsweise ein magnetisches Ruckschlusselement. Bei einer formschlussigen Verbindung können die magnetischen Flusslinien im Ruckschlusselement ohne grossen magnetischen Widerstand vom Ende 10 zum Ende 11 verlaufen.
Figur 3 zeigt, wie bspw. ein Rohrelement 7 im offenen Zustand ber ein Innenteil 30, das Bereiche mit zwei verschiedenen Aussendurch essern dg und dk hat, in einer Einsteckrichtung, gekennzeichnet durch einen Pfeil 42, geschoben werden kann. Der Durchmesser dg ist grosser als der Durchmesser dk und der Bereich mit dem Aussendurchmesser dk ist von Bereichen umgeben, die einen grösseren Aussendurchmesser haben. Das Rohrelement 7 kann so auf dem Innenteil 30 im Bereich des kleineren Aussendurchmessers dk befestigt werden, ohne dass die Enden des Rohrelements 7 so geweitet werden müssen, dass der Abstand zwischen den Enden (10,11) dem des Aussendurchmessers dk entspricht.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung von zumindest einem Werkstück (5,6,7), insbesondere zumindest eines Bauelements eines Elektromotors, mit einem Verbindungselement (1) , das aus zwei Enden (10,11) besteht, die zumindest teilweise ineinandersteckbar und ähnlich einer Schwalbenschwanzkontur (14) ausgebildet sind, und ein Ende (10) das andere Ende (11) zumindest teilweise mit wenigstens einem Rand (27) überragt,
dadurch gekennzeichnet, dass
zuerst die Enden (10,11) ineinander geschoben werden, bis sie sich höchstens gegeneinander abstützen, wobei der Rand (27) höchstens teilweise elastisch aufgebogen wird, und dann der wenigstens eine Rand (27) des einen Endes (11) durc eine Krafteinwirkung (21) zum anderen Ende (10) hin verbogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
3. die Enden (10,11) formschlüssig miteinander verbunden werden.
4. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1) zumindest ein Zentrierelement (24) hat.
5. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1) im verbundenen Zustand keinen radialen Überstand hat .
6. Verbindungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1) im verbundenen Zustand keinen axialen Überstand hat .
7. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,
dass das Werkstück (5,6) ein Rohrelement (7) bildet, dass das Rohrelement (7) auf zumindest einem Innenteil (30) befestigt ist, und dass das Innenteil (30) zumindest zwei radial überstehende Führungslängen (33) hat, deren axiale Längen im Vergleich zu einer axialen Länge des Rohrelements (7) klein sind.
8. Verbindungseiement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das Innenteil (30) ein Spulenkörper (36) eines Elektromotors ist .
9. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück (5,6) ein Rohrelement (7) bildet, und dass das Rohrelement (7) als ein Rückschlusselement dient.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das zumindest eine Werkstück (5,6,7) zwei über die Enden (10,11) geradlinig fortgesetzte äussere Begrenzungslinien (64,66) hat, die vor dem Ineinanderschieben nicht parallel 'zueinander sind, und dass der Rand (27) zur Mittellinie durch eine Krafteinwirkung (21) verbogen wird, bis die äusseren Begrenzungslinien (64,66) ungefähr parallel zueinander sind.
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