DE2537815C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einführen eines Bolzens mit Preßsitz in eine Bohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einführen eines Bolzens nul Preßsitz in eine Bohrung.

Üblicherweise werden Stifte oder Bolzen dadurch in Bohrungen mit Preßsitz eingetrieben, daß sie mit einem Hammer eingeschlagen oder von hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten mit Druck Deaufschlagt werden. Gelingt ein Eintreiben mit Hammerschlägen oder hydraulischem Druck, können aufgrund eines sogenannten Fressens zwischen dem Bolzenmantel und der Bohrungswandung Riefen entstehen. Überschreitet der Bolzen ein gewisses Toleranzmaß, ist ein Eintreiben überhaupt nicht mehr möglich und bei dem Versuch des Eintreibens kann es zu Beschädigungen an den Bautc<-len kommen.

Überdies sind häufig Bolzen an Stellen zu montieren, die für hydraulische Einpreßvorrichtungen nicht zugänglich sind und an denen sich mangels ausreichenden Raumes auch nicht mit Hämmern arbeiten läßt.

Beispielsweise ist es häufig zu Inspektionszwecken erforderlich, mit Preßsitz eingetriebene Bolzen wieder herauszunehmen, wofür es eine Voraussetzung ist, daß die Bohrungswandung weder beim Eintreiben noch beim Herausnehmen des Bolzens beschädigt wird.

Aus der DE-AS 12 63 639 ist ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken durch Kerbnägel bekannt, bei dem der Kerbnagel während des Eintreibens durch Hammerschläge oder durch den Druckstempel einer Presse zu Ultraschallschwingungen angeregt wird. Diese Ultraschallschwingungen vermindern die Reibung zwischen der Innenwand der Bohrung und der Mantelfläche des Kerbstiftes, so daß sich die plastische Verformung des Kerbstiftes während des Eintreibens verringert. Auch nach diesem bekannten Verfahren muß mit Hammerschlägen oder mit einer hydraulischen Einpreßvorrichtung gearbeitet werden, so daß dieses nur an gut zugänglichen Stellen einsetzbar und auch eine Beschädigung des Kerbstiftes und der Innenwand der Bohrung nicht ausgeschlossen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das das Einführen eines Bolzens mit Preßsitz in eine Bohrung gestattet. ohne die Bohrung bzw. den Bolzen zu verletzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß durch elektromagnetische Abstoßung zweier Ma gnetfelder eine Spannungswelle erzeugt und derart durch den Bolzen geleitet wird, daß diese den Bolzen bei ihrer Reflektion am freien Bolzenende streckt und der

Bolzen in die Bohrung hineingezogen wird. Aus der DE-OS 21 66 650 ist es bereits bekannt, durch

ίο elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder eine Spannungswelle zu erzeugen und diese auf eine Stelle zu konzentrieren. Nach dem aus der DE-OS 21 66 650 bekannten Verfahren wird die auf eine Stelle konzentrierte Spannungswelle jedoch zum Punktschweißen zweier miteinander in Berührung stehender metallischer Werkstücke verwendet

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ruft die durch elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder erzeugte Spannungswelle eine hohe Teilchenbe- schlcunigung ir« ihrer Fcrtpfianzungsrichiung hervor, die eine hohe Beanspruchung des einzuführenden Bolzens zur Folge hat Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren bewirkt die erfindungsgemäß verwendete Spannungswelle keine plastische Verformung des ein zutreibenden Bolzens, sondern dieser erfährt eine elasti sche Verformung. Die kinetische Energie, die durch die fokussierte Spannungswelle auf den einzutreibenden Bolzen übertragen wird, führt zu einer Dehnung des Bolzens aufgrund einer Zugbeanspruchung und infolge dessen zu einer Kontraktion des Bolzens rechtwinklig zur Fortpflanzungsrichtung der Spannungswelle. Diese Zugbeanspruchung ergibt sich aus der Reflektion der Spannungswelle am freien Ende des einzutreibenden Bolzens. Die Zugdehnung des Bolzens richtet sich nach der Poissonschen Zahl, d. h. im Verhältnis zwischen der Beanspruchung in Querrichtung und der unmittelbaren Zugbeanspruchung. Bei der vom freien Ende des Bolzens reflektierten Spannungswelle 'nndelt es sich um eine Zugspannungswelle, wobei sich aufgrund der Re flektion die Geschwindigkeit am freien Ende verdop pelt, so daß der Bolzen eingetrieben bzw. in die Bohrung hineingezogen wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die aus der DE-OS 21 39 092 bekannte Span- nungswelle erzeugende Einrichtung mit der Abwandlung verwendet werden, daß die Fokussiereinrichtung statt mit einer einen Zug ausübenden Einrichtung an ihrem Spannungswellen verstärkenden Ende mit einem Ansatz zur Aufnahme des einzutreibenden Bolzens ver sehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der die Spannungswellen

erzeugenden und verstärkenden Einrichtung in schematischer Darstellung mit in die Bohrung eingetriebenem Bolzen und

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung des den Bolzen aufnehmenden Ansatzes der Vorrichtung nach F i g. 1 zu Beginn des Eintreibens des Bolzens in die Bohrung.

Die in der Zeichnung dargestellte Spannungswellen erzeugende Einrichtung weist eine Stromquelle 8, einen aus einer Scheiben- oder Flachspule 12 und einem Treiborgan 14 bestehenden Spannungswellengenerator 6, eine Einrichtung 16 zum Konditionieren und Fokussieren einer Spannungswelle sowie eine Stoßdämpferanordnung 10 auf. Zu der Energiequelle 8 gehören eine Wechselstrom-

quelle 3Z ein Gleichrichter 20 und eine Schalteinrichtung 30, die sämtlich mit einem Kondensatorenblock 28 in Reihe geschaltet sind; von dem Kondensatorenblock 28 ist in F i g. 1 nur ein Kondensator schematisch angedeutet; der Kondensatorenblock kann mittels einer Schalteinrichtung 26 elektrisch mit dem Spannungswellengenerator 6 verbunden werden, zu dem eine Scheiben- oder Flachspule 12 und ein Treiborgan 14 aus Aluminium gehören, welche gleichachsig nebeneinander angeoirdnet sind. Die in dem Treiborgan 14 aus Aluminium erzeugten Spannungswelle durchläuft die Konditionier- bzw. Fokussiereinrichtung 16, um dann durch einen damit aus einem Stück bestehenden Ansatz 24 auf ein mit Festsitz einzubauendes Befestigungselement, z. B. einen Bolzen 18, übertragen zu werden, der in eine gemeinsame öffnung 23 eingebaut werden soll, mit der zwei zu verbindende Bauteile 25 und 27 versehen worden sind.

Zunächst wird der Kondensatorenblock 28 mit Hilfe der Stromquelle 32 aufgeladen, nachdem der Schalter 30 geschlossen worden ist Nach dem Aufladen des Kondensatorenblocks wird der Schalter 30 geöfinet, während der Schalter 26 geschlossen wird, um der Flachspule 12 einen Stromimpuls von kurzer Dauer bei sehr hoher Stromstärke zuzuführen. Die Dauer dieses Stromimpulses liegt in der Größenordnung von 100 Mikrosekunden. Hierbei wird in der Umgebung der Flachspule 12 ein starkes Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien durch das Treiborgan 14 aus Aluminium verlaufen, welches als eine nur eine Windung aufweisende Sekundärwicklung eines Transformators zur Wirkung kommt, so daß darin ein Strom induziert wird. Der durch die Fläche des Treiborgans 14 fließende induzierte Strom erzeugt ein starkes Magnetfeld in dem Treiborgan. Die elektromagnetische Abstoßung, die durch die Wechselwirkung zwischen den beiden starken Magnetfeldern hervorgerufen wird, führt zur Erzeugung einer Spannungswelle in dem Treiborgan 14 aus Aluminium, die sich durch die Konditioniereinrichtung 16 an deren Ansatz 24 zu dem Bolzen 18 fortpflanzt

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat sich als geeignet erwiesen, Bolzen aus nichtrostendem Stahl und Titan mit Festsitz einzubauen. Die Vorrichtung läßt sich an einem Gestell so befestigen, daß ihr jeweils ein einzubauender Bolzen zugeführt werden kmn, oder sie kann als tragbare Vorrichtung ausgebildet sein, um vom Benutzer in der Hand gehalten zu werden. Der einzige konstruktive Unterschied, der sich bei diesen beiden Gebrauchsweisen ergibt, besteht darin, daß bei der tragbaren Ausführung der Vorrichtung eine Schraube in den mittleren Teil, der Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut ist, und daß sich diese Schraube durch den Stoßdämpfer 10 hindurch erstreckt, um eine Mutter 19 aufzunehmen, welche die genannten Teile der Vorrichtung fest zusammenhält; ist die Vorrichtung in ein Gestell eingebaut ragt ein Bolzen oder dergl. durch den Stoßdämpfer 10 hindurch bis in die Konditioniereinrichtung 16 hinein, um die Vorrichtung zu zentrieren.

Bei einem Versuch wurde die Vorrichtung nach der Erfindung in ein Gestell eingebaut und zum Eintreiben von Bolzen benutzt; es zeigte sich, daß sich Bolzen aus nichtrostendem Stahl einwandfrei eintreiben ließen. Der Kondensatorenblock 28 besaß eine geringe Induktivität, und wenn die Flachspule 12 angeschlossen und elektromagnetisch mit dem Treiborgan 14 gekoppelt wurde, ergab sich eine Betriebsfrequenz von 5,OkHz. Der Flachspule 12 wurde durch· den Kondensatorenblock 28 ein Strom von hoher Stärker zugeführt. Die Spule 12 hatte 18 Windungen aus einem rechteckigen Kupfermaterial mit einer Breite von 12.7 mm und einer Dirke vor. etwa 2 mm. Die Spule war in eine Polyurethanmassc eingegossen, die in hohem Maße elastisch war. Die Spu-Ie hatte eine Dicke von etwa 18 mm und einen Durchmesser von etwa 152 mm und besaß eine zentrale durchgehende Bohrung mit einem Durchmesser von 25,4 mm. Das Treiborgan 14 bestand aus Aluminium und hatte eine Dicke von 635 mm und einen Durchmesser

ίο von 152 mm und war mit einer zentralen Bohrung von 25,4 mm Durchmesser versehen. Aluminium wurde verwendet da βε eine gute Leitfähigkeit hat und seine Festigkeit ausreicht um den auftretenden Kräften standzuhalten. Die Konditionier- oder Fokussiereinrichtung 16, die aus gehärtetem Stahl bestand, hatte einen zylindrischen Basisabschnitt mit einer Dicke von 12,7 mm und einem Durchmesser von etwa 152 mm, dieser Basisabschnitt ging in einen Kegelstumpf mit einer Länge von etwa 152 mm über, der an seinem dünnen Ende einen Durchmesser von etwa 19 mn: hatte; an diesem dünnen Ende schloß sich ein zylindrischer Abschnitt mit einem Durchmesser von 12,7 mm an. Der Ansatz 24 der Konditioniereinrichtung 16 wurde zur Anlage an dem einzubauenden Bolzen 18 gebracht Der Bolzen bestand aus Stai] oder Titan und hatte einen Durchmesser von 25,4 mm bei einer Länge von 25,4 mm bzw. einen Durchmesser von 19,05 mm bei einer Länge von 883 mm bzw. einen Durchmesser von 28,6 mm bei einer Länge von 76,2 mm. Der Stoßdämpfer 10 bestand aus mehreren an der Spule 12 befestigten Gummipuffern. Ein Zentrierzapfen mit einem Durchmesser von 25,4 mm wurde in die runden Bohrungen der verschiedenen Teile der Vorrichtung sowie in eine Bohrung von 25,4 mm Durchmesser und 25,4 mm Tiefe in der Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut Uni Bolzen mit den vorstehend genannten verschiedenen Abmessungen einzutreiben, wurde für die Vorrichtung eine Betriebsspannung von 7 bzw. 8 bzw. 9 kV benötigt

Bei einem weiteren Versuch, bei dem es sich lediglich um eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen handelte, wurde die Vorrichtung nicht in Gestalt eingebaut, sondern in der Hand gehalten, um Bolzen einzutreiben. Die einzige Änderung gegenüber dern vorstehenden Beispiel bestand in einer Änderung der Abmessung der Bauteile. Der Durchmesser der Spule 12 wurde ebenso wie der Durchmesser des Treiborgans 14 aus Aluminium auf etwa 230 mm vergrößert Alle übrigen Abmessungen einschließlich derjenigen der Kcnditioniereinrichtung 16 blieben unverändert Anstelle eines Zentrierbolzens wurde außerdem ein Gewindebolzen in die Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut und gemäß Fig. 1 mittels einer Mutter 19 und einer nicht da.'gesteiiten Beilegescheibe am hinteren Ende des Stoßdämpfers 10 befestigt.

Die erzeugte Spannungswelle pflanzt sich von links nach rechts in Form einer Druckwelle in dem Bolzen 18 mit einer Geschwindigkeit Kfort, sie erreicht schließlich das entfernte freie Ende 22 des 3olzens, und sie wird dann als Zugspannungswelle mit einer Geschwindigkeit von 2 Fin axialer Richtung reflektiert, wie es in F i g. 2 durch den Pfeil angedeutet ist. Hat der Impuls aine ausreichende Dauer, d. h. ist seine Länge größer als die Länge des Bolzens 18, wird der gesamte Bolzen mit der Geschwindigkeit 2 V^:..i Bewegung gesetzt. Diese kinetisehe Energie, die auf das entfernte Ende 22 des Bolzens 18 aufgebracht wird, genügt, um die statischen Reibungskräfte zwischen der Aufnahmeöffnung 23 und dem Bolzen 18 zu überwinden, so daß der Bolzen in die

Aufnahmeöffnung eingetrieben bzw. hineingezogen wird. Nach jeder Entladung des Kondensatorenblocks 28 wird der Bolzen 18 teilweise in die öffnung 23 eingetrieben, wobei jeweils die Reibungskräfte überwunden werden. Durch wiederholtes Entladen des Kondensatorenblocks 28 ist es möglich, den Bolzen weiter einzutreiben, bis er die gewünschte Lage erreicht hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einführen eines Bolzens mit Preßsitz in eine Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß durch elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder eine Spannungswelle erzeugt und derart durch den Bolzen geleitet wird, daß diese den Bolzen bei ihrer Reflektion am freien Bolzenende streckt und der Bolzen in die Bohrung hineingezogen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer aus einer elektromagnetischen Flachspule, einer einen Stromimpuls mit vorbestimmter Anstiegszeit, Amplitude und Dauer liefenden Spannungsquelle, einem mit der Flachspule elektromagnetisch gekoppelten Treiber und aus einer mit diesen verbundenen Fokussiereinrichtung bestehendes, Spannungswellen erzeugenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, dsS die Fckussiereinrichtung (16) an ihrem die Spannungswellen verstärkenden Ende mit einem Ansatz (24) zur Verbindung mit dem einzutreibenden Bolzen (18) verbunden ist