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Verfahren zum Ein-und Ausbau von Press-oder Schrumpfverbindungen und Pressverband zur Ausübung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Press-oder Schrumpfverbindungen, und ihr Zweck ist, den Zusammenbau und insbesondere auch das Auseinandernehmen der so verbundenen Teile zu erleichtern. Der Einbau und besonders der Ausbau solcher Verbindungen hat bisher grosse Schwierigkeiten bereitet, u. zw. nicht nur mit Rücksicht auf den erforderlichen Temperaturunterschied der aufeinander zu schrumpfenden oder voneinander zu lösenden Teile, sondern auch wegen der zum gegenseitigen Verschieben der auf die genannte Weise verbundenen Teile erforderlichen Kräfte.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass ein Druckmittel, beispielsweise eine Druckflüssigkeit oder ein Gas, in die Pressfuge zwischen die vereinigten Teile so eingepresst wird, dass die metallische Berührung zwischen den Flächen, zumindest zum grössten Teil, aufgehoben wird und dadurch die gegenseitige Verschiebung der verbundenen Teile leichter vorgenommen werden kann.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Die Fig. 1 bis 3 zeigen im Schnitt die Anwendung der Erfindung bei einer Kupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden, Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung für eine zusammengebaute Kurbelwelle, Fig. 5 ihre Anwendung für den Lagersitz eines Wälzlagers, Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3, Fig. 7 zeigt die Erfindung in Anwendung auf einen abnehmbaren Kupplungsflansch, Fig. 8 zeigt die Befestigung eines Rollenlagers auf einer Welle mittels einer kegeligen Hülse und Fig. 9 einen Schnitt durch die Hülse längs der Linie IN-EX der Fig. 8.
Gemäss Fig. 1 sind zwei Wellenenden 1 und 2 mit Abdrehungen 3 versehen, auf welche ein Dichtungsring 4 aufgepresst ist. Der Deutlichkeit halber ist dieser Ring breiter und stärker gezeigt, als er in Wirklichkeit ist. Auf den Wellenenden befindet sich die Kupplungshülse 5, deren Bohrung im Verhältnis zu den Wellendurchmessern so gewählt ist, dass eine kräftige Presspassung zwischen Hülse 5 und den Wellen besteht. In der Hülse 5 befindet sich ein Kanal 6, der zweckmässig in eine Nut 7 in den Innenumfang der Hülse mündet (auch die Nut ist in der Figur vergrössert gezeigt). Der Kanal 6 ist an seinem äusseren Ende mit einem Gewinde 8 oder einer anderen Einrichtung zum Anschluss an eine Leitung für ein geeignetes Druckmittel, beispielsweise öl, versehen.
Die Hülse 5 kann auf das eine Wellenende 1 auf bekannte Weise, z. B. durch Erwärmung und darauf folgende Schrumpfung, aufgebracht werden, wie dies die strichpunktierten Linien in Fig. 1 zeigen. Die beiden Wellenenden werden hierauf stirnseitig gegeneinander gesetzt und der Dichtungsring aufgepresst. Hierauf wird die Kupplungshülse mit Hilfe einer geeigneten Ziehvorrichtung verschoben, bis sie die beiden Wellenenden gleichmässig überbrückt. Während dieses Vorganges wird die Erfindung in der Weise angewendet, dass das Anschlussloch 8 mit einer Leitung verbunden wird, in welcher ein Druckmittel, beispielsweise Öl, zur Verfügung steht, dessen Druck wenigstens so hoch ist wie der spezifische Schrumpfdruck zwischen den Pressflächen.
Das Öl dringt zwischen die Pressflächen von Hülse und Welle ein, bildet einen Flüssigkeitsfilm und ermöglicht dadurch eine Verschiebung der Hülse auf der Welle ohne Aufwand sehr hoher Verschiebungsdrücke und ohne Gefahr für eine Beschädigung der Pressflächen. Der entstehende Ölfilm. kann so dünn sein, dass er gerade eben die metallische Berührung zwischen den Flächen aufhebt, ohne dass die durch Pressung verbundenen Teile nennenswert aufgeweitet bzw. zusammengedrückt werden. Durch den Öldruck wird zugleich der verhältnismässig dünne Dichtungsring 4 gegen die Abdrehung 3 gepresst und dadurch verhindert, dass das Öl zwischen die beiden Wellenenden eindringt und eine die beiden Wellen stirnseitig auseinanderdrückende Kraft ausübt.
Auch beim Ausbau kann die Verhinderung einer Axial-Verschiebung der Wellen wünschenswert sein, u. zw. aus Platzgründen und mit Rücksicht darauf, dass die Verschiebung eine Beschädigung der Pressflächen verursachen könnte, wenn sich diese in einer unmittelbaren metallischen Berührung miteinander befinden.
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Der Kanal 6 wird zweckmässigerweise ungefähr in der Mitte der Hülse angebracht, so dass sich die Druckflüssigkeit gleichmässig nach beiden
Seiten verteilt.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine Zwischenhülse 9 zwischen der Kupplungs- hülse 5 und den Wellen 1 und 2 vorgesehen ist.
Diese Zwischenhülse hat eine so weite Bohrung, dass die Hülse in freiem Zustand leicht auf die
Wellenenden geschoben werden kann, aber sie ist gleichzeitig so schwach, dass sie durch die
Kupplungshülse 5 leicht zusammengedrückt wer- den und dadurch zur Verbindung der Wellen- enden benutzt werden kann. Die Zwischen- hülse 9 ersetzt auf eine besonders wirksame
Weise den in Fig. 1 gezeigten Ring 4. Sie kann besonders in solchen Fällen verwendet werden, in denen man aus irgendeinem Grunde die Kupp- lungshülse 5 nicht unmittelbar gegen die Wellen- enden zur Anlage bringen kann, z. B. wenn der
Wellenwerkstoff oder die Bearbeitung mit Rück- sicht auf die Anforderungen an die Pressverbindung ungeeignet sind.
Die Zwischenhülse 9 soll wenigstens so lang sein, dass der auf der einen
Seite der Fuge zwischen den Seitenflächen liegende Teil ungefähr so lang ist wie die Kupplungshülse 5.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die
Kupplungshülse 5 an den Enden mit Abschrägungen 10 versehen ist. Durch diese Anordnung endigt die vom eingepressten Druckmittel berührte Pressfläche der Hülse 5 ein Stück innerhalb der Hülsenenden. Dadurch wird erreicht, dass der spezifische Flächendruck am Rand der Pressfläche durch den Flüssigkeitsdruck nicht gemindert und daher etwas grösser wird als in dem dazwischen liegenden Teil der Pressfläche.
Man erreicht dadurch, dass Flüssigkeit über den grössten Teil der Pressfläche eingepresst werden kann, ohne ein Durchlecken der Flüssigkeit an den Hülsenenden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Hülse 9 durch die Hülse 11, deren Aussenfläche kegelig ist, ersetzt ist. Die Bohrung der Kupplungshülse 5 ist kegelig und passt zu der Kegelfläche der Hülse 11. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Kupplungshülse 5 nach einer verhältnismässig kleinen Längsverschiebung ganz frei wird. Ausserdem kann die Hülse bereits von Anfang an unter Anwendung der Erfindung, d. h. ohne Erwärmung aufgesetzt werden. Bei einer Pressverbindung mit kegeliger Hülse ist der Flächendruck auf der Seite des kleineren Durchmessers grösser als auf der anderen Seite.
Um einen Ausgleich zu schaffen und um zu verhindern, dass das Druckmittel auf der Seite des grösseren Lochdurchmessers ausdringt, bevor es sich über die ganze Fläche bis zum kleineren Durchmesser ausbreitet, kann es zweckmässig sein, die Bohrung 6 näher zu der kleineren Bohrung der Hülse anzubringen. Ein entsprechendes Ergebnis kann allerdings auch dadurch erreicht werden, dass die Wandstärke der Hülse 5 über ihre Länge entsprechend geändert wird. Der Kegel kann so gewählt werden, dass der Ausbau lediglich durch das Einpressen von Drucköl zwischen die Pressflächen ausgeführt wird, wobei die Kupplungshülse 5 von der Hülse 11 abgleitet, u. zw. durch den Einfluss der Längskomponente des Pressdruckes, welcher durch die Kegelsteigung bestimmt ist.
Fig. 4 zeigt einen Teil einer zusammengesetzten Kurbelwelle, wobei die Zapfen 12 und 13 in den Kurbelarm 14 eingesetzt sind. Die Pressflächen beim Zapfen 12 sind kegelig, wodurch die Verbindung durch eine verhältnismässig kurze Verschiebung zwischen Zapfen und Kurbelarm gelöst wird. Die Kegelfläche des Zapfens ist etwas kürzer als die Kegelfläche im Kurbelarm, und dies bringt den praktischen Vorteil mit sich, dass die Länge der Pressflächen, welche sich berühren, unveränderlich bleibt, bis die Verbindung gelöst wird. Dadurch wird es leichter, ein Gleichgewicht des Druckes zu beiden Seiten des Zufuhrkanales für das Druckmittel beizubehalten. Beim Zapfen 12 in Fig. 4 befindet sich der Zufuhrkanal 6 im Zapfen und mündet ungefähr in der Mitte der Kegelfläche auf dem Zapfen. Bei zylindrischer Verbindung des Zapfens 13 dagegen geht der Zufuhrkanal 6 durch den Kurbelarm.
Die zylindrische Bohrung des Kurbelarmes ist hier mit einer schiefliegenden Nut 15 längs des Umfanges in der Nähe der einen Seitenfläche versehen. Diese Nut hat eine Kante 16, welche durch die Einwirkung des Druckes der Druckflüssigkeit gegen die Oberfläche des Zapfens 13 gepresst wird und dadurch wirksam dichtet. Deshalb kann der Kanal 6 in diesem Falle in der Nähe der einen Seiten- kante der Pressfläche münden, z. B. in der Nut 15, wodurch es ermöglicht wird, den Ölfilm zwischen den Pressflächen bei einer Verschiebung des Zapfens während des ganzen Verlaufes des Ausbaues aufrechtzuerhalten. Die Anordnung macht es auch möglich, das neue Verfahren beim Zusammenbau auszunutzen.
Fig. 5 zeigt ein Rollenlager 17 mit kegeliger Bohrung, auf einem kegeligen Zapfen 18 angebracht, mit einer Anordnung gemäss der Erfindung.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist die Kupplungshülse 5 inwendig mit einer schraublinienförmigen Nut 19 versehen, die sich an den Zufuhrkanal 6 des Druckmittels anschliesst, und nahe den Enden der Hülse in über den ganzen Umfang sich erstreckenden Ringnuten 20 endet. Die Nute 19 hat den Zweck, das Druckmittel zwischen den Pressflächen schneller zu verteilen. Die linke äussere Fläche der Kupplungshülse 21 ist kegelig, so dass an den beiden Enden die Wandstärke im wesentlichen die gleiche ist, wodurch der Pressdruck gleichmässig verteilt wird. Die äusseren Endkanten sind bei 22 abgeschrägt, um die Kantenpressung zu vermindern.
Fig. 7 zeigt einen losnehmbaren Kupplungsflansch 23, der durch eine aussen kegelige Hülse 24 auf einem Wellenende 25 befestigt ist. Der Kanal 6
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geht durch den Flansch und mündet an der kegeligen Hülse 24 in den Flansch. Der Kanal 6 liegt somit in der grössten Nähe derjenigen
Stelle des Kupplungsflansches, wo die Wand am stärksten ist, wodurch gewährleistet ist, dass das Druckmittel an die Flächen, wo der Flächen- druck am grössten ist, herangeführt wird.
In Fig. 8 wird ein auf eine Welle 26 durch eine bei 27 aufgeschnittene, aussen kegelige Hülse 28 festgesetztes Rollenlager 29 gezeigt. Von dem stärkeren Ende der Hülse her ist ein Kanal 30 eingebohrt, der sich an einen radial durch- gehenden Kanal 31 anschliesst. An diesen schliesst sich eine Verteilungsnut 32 an, die in der inneren Bohrung der Hülse 28 angeordnet ist. Da diese bei 27 aufgeschnitten ist, kann die
Nut 32 nicht um den ganzen Umkreis der
Hülse herum angeordnet sein, aber endet in der
Nähe des Schlitzes. Von der Nut 32 gehen mehrere radiale Bohrungen 33 aus. Das Druck- mittel wird in dieser Weise sowohl über die innere als auch über die äussere Fläche der kegeligen Hülse verteilt, wodurch das Einpressen und Abziehen wesentlich erleichtert wird.
Als Beispiel für das, was mit der Anordnung gemäss der Erfindung erreicht werden kann, mag erwähnt werden, dass bei einem Versuch mit einer Presshülse, die auf eine 100-mm-Welle gepresst wurde, zum Verschieben der Hülse eine
Kraft von 170 t notwendig war, während bei Einführung von Drucköl zwischen die Flächen gemäss der Erfindung nur etwa 5 t zum Verschieben notwendig waren, d. h. nur etwa 3% der sonst erforderlichen Kraft.
Die Versuche haben gezeigt, dass das zwischen die Flächen eingepresste Druckmittel, z. B. Öl, nach verhältnismässig kurzer Zeit verschwindet, und dass die Festigkeit der Verbindung und ihr Kraftübertragungsvermögen in keiner Weise vermindert wird.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Fälle beschränkt, sondern kann praktisch genommen überall Anwendung finden, wo Press-oder Schrumpfverbindungen zweckmässig sind.
Die Erfindung kann demzufolge z. B. auch beim Einbau und Ausbau von Schwungrädern oder anderen Rädern, die auf einer Welle sitzen, ausgenutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ein-und Ausbau von Press-oder Schrumpfverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die mit Pressoder Schrumpfspannung aufeinanderliegenden Flächen der miteinander vereinigten oder zu vereinigenden Teile ein Mittel (Flüssigkeit, Gas) mit so hohem Druck eingepresst wird, dass die metallische Berührung der Flächen so weit aufgehoben wird, dass die gegenseitige Bewegung der Teile erleichtert wird.