DE3940516C2 - Preßsitzverbindung eines ringförmigen Bauteils und einer Welle - Google Patents
Preßsitzverbindung eines ringförmigen Bauteils und einer WelleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Preßsitzverbindung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Preßsitzverbindung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Eine gattungsgemäße Preßsitzverbindung ist aus der
DE-PS 559 779 bekannt. Die Welle einer derartigen
Verbindung ist mit Längsriefen bzw. -rillen versehen. Bei der
Ausführung der Schrumpfverbindung wird der mit der Bohrung
versehene Maschinenteil soweit erwärmt, daß die kalte Welle
ohne Anstrengung in die Bohrung eingeführt werden kann. Beim
Abkühlen der Verbindung legt sich das Material des
Maschinenteils dicht auf die Welle und dringt in die Rillen
derselben ein, so daß ein Preßsitz entsteht. Die Herstellung
dieser Verbindung ist umständlich, weil der die Bohrung
aufweisende Maschinenteil erwärmt werden muß, so daß der dabei
entstehende Verzug Ungenauigkeiten bei der Ausrichtung des
Maschinenteils um die Achse der Welle hervorruft.
Bei einer anderen Verbindungsstruktur gemäß der
DE 3 813 272 A1 wird eine mit einer
gerillten Struktur versehene Welle mit Preßpassung in die
Durchgangsbohrung eines Rotors eingeschoben, wobei dieses
Preßpassen sowohl bei erhöhter Temperatur als auch ohne
Erwärmung durchgeführt werden kann. Durch das unter Druck vor
sich gehende Einschieben der gerillten Struktur der Welle in
die Bohrung wird die Innenumfangsfläche der Durchgangsbohrung
entsprechend der Ausbildung der Rillen an der Welle verformt,
so daß durch die erzeugten Verformungen eine feste Verbindung
entsteht.
Aus den Druckschriften US 21 19 334 und DE 29 39 037 A1 sind
Preßsitzverbindungen bekannt, bei denen die Welle mit
Spiralnuten und Vorsprüngen versehen ist. Dabei entsteht
zwischen der Welle und dem diese aufnehmenden Bauteil eine
doppelt formschlüssige Verbindung - einmal durch die
Einschneidung der Vorsprünge in die Bohrungswand und einmal
durch die infolge der Einschneidung erfolgende Verdrängung von
Bohrungsmaterial in die Spiralnuten.
Aus der DD 01 52 972 ist es bekannt,
verschiedene Arten von Schmierstoffen zur Verhinderung von
Passungsrostbildung einzusetzen. Es wird festgestellt, daß die
Anwendung von Ölen bei Preßverbindungen nachteilig ist, weil
sich zwischen den Paßflächen ein Schmierpolster bildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Preßsitzverbindung mit hoher
Verbindungsfestigkeit zu schaffen, bei der der Montagevorgang
leicht und unter Vermeidung einer Fehlausrichtung der zu
verbindenden Teile zueinander ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß diesen Merkmalen sind die
Rillen unter einer Winkelneigung zur Achse der Welle
ausgebildet und ein ein Fressen während der Preßsitzmontage
verhindernder Ölfilm ist an den zusammenzufügenden Flächen
zwischen dem ringförmigen Bauteil und der Welle beibehalten.
Die Aufgabe wird des weiteren durch ein Verfahren zur
Herstellung einer Preßsitzverbindung gemäß dem Patentanspruch 9
gelöst.
Gemäß der Erfindung schreitet die Preßsitzmontage der Welle
in das ringförmige Bauteil unter einer elastischen Verformung
der Innenumfangsfläche des ringförmigen Bauteils, das im Ver
gleich zu der Welle aus einem weicheren Material gefertigt
ist, fort, was auf den unzusammenhängenden oder getrennten
Rillen an der Welle beruht, wobei das Material des ringförmi
gen Bauteils, d. h. das Material der nachgiebig zu verformen
den Teile, in die Rillen der Welle eingepreßt wird und in
diese verzahnend eingreift.
Während der Preßsitzmontage wird eine geringe Menge des Öls
durch die Kanten der an der Welle ausgebildeten Rillen abge
schabt, jedoch wird, da zwischen benachbarten Rillen eine
glatte Fläche vorhanden ist, ein durchgehender Ölfilm auf
den gesamten zusammenzufügenden Flächen belassen, so daß die Herstellung der
Preßsitzverbindung glatt und störungsfrei im Zustand
einer Grenzreibung abläuft.
Obgleich der Ölfilm an den zusammenzufügenden Flächen belas
sen wird, wird der Widerstand gegen eine Bewegung zwischen
der Welle und dem ringförmigen Bauteil sowohl in der Achs-
als auch Drehrichtung auf Grund dessen, daß das ringförmige
Bauteil in die Rillen verzahnend eingreift, erhöht.
Die unzusammenhängende und getrennte Anordnung der Rillen
gewährleistet das Zurückhalten des dünnen Ölfilms in einer
ausreichenden Menge, so daß das Fressen oder Einkerben verhin
dert werden kann, d. h., eine Grenzreibung bewerkstelligt wird.
Der Begriff "Grenzreibung" wird dadurch bestimmt, daß zwei
reine Flächen der festen Körper mit einer adsorbierten Schicht
von flüssigen Molekülen, die zwischen den Körpern vorhanden
ist, im Reibungszustand sind. Die Rillen werden zumindest
teilweise innerhalb der zusammenzufügenden Flächen der beiden
Bauteile ausgebildet. Gemäß der Erfindung wird Rostschutzöl
wirksam als das Öl verwendet, das ein Fressen verhindert,
was darüber hinaus von großem Vorteil ist insofern, als die
ses Öl die zusätzliche Anwendung eines unterschiedlichen Öls
neben dem Rostschutzöl, wie es üblicherweise verwendet wird,
unnötig macht. Vorzugsweise erstrecken sich die Rillen über
eine Länge von einem Viertel bis einem Drittel der gesamten
axialen Länge der zusammenzufügenden Fläche der Welle. Der
Neigungswinkel ist größer als 0° und kleiner als 90° mit Be
zug zur Achse der Welle, und er wird in geeigneter Weise
in Abhängigkeit von den verschiedenen Anforderungen an die
Verbindungskonstruktion bestimmt. Vorzugsweise liegt der
Neigungswinkel zwischen 30 und 60°, und in mehr bevorzugter
Weise beträgt er 45° mit Bezug zur Achse der Welle.
Für die Rillen wird eine Breite von 0,1 bis 0,4 mm und eine
Tiefe von etwa 0,05 bis 0,2 mm bevorzugt. Jedoch unterlie
gen diese Abmessungen der Rillen entsprechend den Größen so
wie den Materialien der Welle und des ringförmigen Bauteils
Änderungen.
Aus dem Obigen und der folgenden detaillierten Beschreibung
wird insgesamt deutlich, daß durch die Erfindung eine Anord
nung geschaffen wird, wonach das an der Außenumfangsfläche
der Welle aufgebrachte Beschichtungsöl im wesentlichen im
gesamten Preßsitzbereich erhalten bleibt, so daß die Preß
sitzmontage unter den Bedingungen einer Grenzreibung fort
schreiten kann, wodurch ein glatter und von einem Fressen
oder Einkerben freier Preßsitz erlangt werden kann. Darüber
hinaus wird der Widerstand der Welle sowie des ringförmigen
Bauteils sowohl in der Achs- als auch in der Drehrichtung
durch das verzahnende Eingreifen des ringförmigen Bauteils
in die an der Welle ausgebildeten Rillen verstärkt, so daß
nachteilige Wirkungen der Rest-Ölschicht an den zusammenzufü
genden Flächen minimiert und folglich die beiden Bauteile
sehr fest miteinander verbunden werden können. Auf diese
Weise wird eine Verbindungskonstruktion zwischen einem ring
förmigen Bauteil und einer Welle geschaffen, wobei nicht nur
die Präzision im Preßsitz, d. h. eine verbesserte axiale Aus
richtung, gewährleistet wird, sondern auch die beiden Bauteile
stabil und zuverlässig sowohl in der Achs- als auch Drehrich
tung verbunden werden können.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Patent
ansprüchen 2 bis 8 und 10 und 11 definiert.
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden unter Bezugnahme auf die bei
gefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Wasserpumpe eines Kraft
fahrzeugs, bei dem der Erfindungsgegenstand zur
Anwendung kommt;
Fig. 2 teils einen Längsschnitt, teils eine Ansicht des
Lagerungsteils von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 den Querschnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Darstellung der Rillen
und der eingreifenden Teile von Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Zustandes der Öl
strömung im Verlauf der Preßsitzmontage eines Riemen
scheibensitzes;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Ölfilms bei
Beendigung der Preßsitzmontage des Riemenscheiben
sitzes.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Wasserpumpe ist ein Pumpengehäu
se 1 an einem (nicht dargestellten) Motorblock befestigt.
Ein Außenring einer Lagereinheit 2 ist in eine Bohrung des
Pumpengehäuses 1 eingepaßt. Eine als Innenring der Lagerein
heit verwendete Pumpenwelle 3 wird durch diese Lagereinheit
2 gelagert. Durch Preßsitz sind ein Pumpenrad 4 und ein Rie
menscheibensitz 5 auf dem einen (rechten) und dem anderen
(linken) Ende der Pumpenwelle 3 befestigt. Zwischen das Pum
penrad 4 und die Pumpenwelle 3 ist eine mechanische Dichtung
6 eingefügt, während am Riemenscheibensitz 5 die treibende
Riemenscheibe 7 für ein (nicht dargestelltes) Kühlgebläse
befestigt ist.
Wie die Fig. 2 zeigt, besteht die Lagereinheit 2 aus einem
hohlzylindrischen Außenringmantel 8, einer Mehrzahl von zwi
schen dem einen Ende des Ringmantels 8 und der Pumpenwelle
3 angeordneten Kugeln 10, die durch einen Käfig 9 in glei
chen Winkelabständen am Umfang der Lagereinheit gehalten
werden, einer Mehrzahl von zylindrischen Rollen 12, die zwi
schen dem anderen Ende des Ringmantels 8 sowie der Pumpen
welle 3 angeordnet sind und durch einen Käfig 11 in gleichen
Winkelabständen am Umfang der Lagereinheit gehalten werden,
sowie aus Dichtungen 13 und 14, die an beiden Enden des Ring
mantels 8 befestigt sind und das Innere der Lagereinheit ab
dichten.
Bei dieser Wasserpumpe ist die Pumpenwelle 3, die in den An
sprüchen lediglich als Welle bezeichnet wird, aus einem Lager
stahl, wie SUJ2, gebildet, während der Riemenscheibensitz
5, der in den Ansprüchen als das ringförmige Bauteil bezeich
net wird, aus einem Feinkornstahl, wie S25C, welcher weicher
als das Material der Pumpenwelle ist, gefertigt ist. Der Rie
menscheibensitz 5 hat eine Bohrung 5a, die im Durchmesser
beispielsweise in der Größenordnung von µm (vorzugsweise
50-70 µm) kleiner ist als der Durchmesser der Pumpenwelle
3, um einen geeigneten, angemessenen Preßsitzeingriff hervor
zurufen. Die Pumpenwelle 3 kann bis zum Kern oder lediglich
an der Oberfläche durch eine Aufkohlungsbehandlung in bekann
ter Weise gehärtet sein.
Am einen Endbereich der Pumpenwelle 3 sind zueinander paral
lele Kehlen oder Rillen 20 in einer Mehrzahl ausgebildet.
Diese Rillen 20 sind im Querschnitt allgemein V-förmig und
mit Bezug zur Umfangsrichtung unzusammenhängend oder getrennt
ausgestaltet, wobei sie eine Neigung unter einem Winkel R
mit Bezug zur Achse 0 der Pumpenwelle 3 haben. Im einzelnen
wird der Winkel R dieser Rillen so festgesetzt, daß
0° < R < 90° ist, wobei die Rillen bei Betrachtung von Fig. 2
von links oben nach rechts unten verlaufen.
Diese Rillen 20 sind in einem axial mittigen Teil des Riemen
scheibensitzes 5, welcher Sitz der zusammenzufügenden Fläche
entspricht, ausgebildet. Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen
ist, wird der Innenumfang des Riemenscheibensitzes 5 teilweise
expandiert oder ausgewölbt, um einen eingreifenden Vorsprung
21 in einer Größenordnung zu bilden, die dem Preßsitzeingriff
entspricht, so daß dieser Vorsprung in die Rillen 20 verzah
nend eingreift. Die Rillen 20 können an einem Endabschnitt
anstatt im mittigen Abschnitt des Riemenscheibensitzes 5 vor
gesehen werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß die erwähnte
Expansion oder Auswölbung lediglich eine äußere Erscheinung
ist, weil die zusammenzufügende Fläche nachgiebig expandiert
wird und der Vorsprung zu seinem ursprünglichen Durchmesser
hin sich bewahrt oder radial in einem relativ geringeren
Ausmaß expandiert als die zusammenzufügende Fläche.
Das Verfahren zur Herstellung der Preßsitzverbindung, nämlich der
Vorgang zum Anbringen des Riemenscheibensitzes 5 an der
Pumpenwelle 3 wird im folgenden erläutert.
Ein geeignetes Rostschutzöl 30, das die im folgenden erwähn
ten Eigenschaften hat, wie RL55, mit einer Viskosität von
2,6 cSt/40°C wird auf die Außenumfangsfläche der Pumpenwelle
3 aufgebracht. Das eine Ende der Pumpenwelle 3 wird an das
eine Ende der Bohrung 5a des Riemenscheibensitzes 5 herange
führt. Die Welle 3 wird in koaxialer Ausgestaltung zur Boh
rung 5a in Anlage gebracht und längs des Pfeils A in der
Fig. 5 wird auf den Sitz 5 ein Preßdruck ausgeübt. Obgleich
das Rostschutzöl 30 teilweise mit dem Fortschreiten des Auf
pressens abgeschabt wird, fließt das Öl an der glatten Fläche
zwischen den einzelnen benachbarten Rillen 20, wie durch die
Pfeile in Fig. 5 dargestellt ist, so daß ein ununterbroche
ner Ölfilm 31 auf der gesamten glatten Fläche zwischen den
Rillen 20 und an den front- sowie rückseitigen Bereichen der
Rillen gehalten wird. Auf diese Weise geht die Preßsitzmontage
unter den Bedingungen einer Grenzreibung vor sich. Wenn der
Preßsitz des Riemenscheibensitzes 5 vervollständigt ist, wie
in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Ölfilm 31 an den einander
angepaßten Flächen bzw. dem geringen Zwischenraum zwischen
diesen zurückgehalten, ohne an den Rillen 20 unterbrochen
zu werden. Andererseits wird der Innenumfang der Bohrung 5a
des Riemenscheibensitzes 5 verformt und elastisch erweitert,
um in die an der Pumpenwelle 3 ausgebildeten Rillen 20 ein
zugreifen.
Da der Ölfilm auf der gesamten Preßsitzfläche der Pumpenwelle
3 aufrechterhalten wird, wird ein glatter, von einem Fressen
oder Einkerben freier Preßsitz gewährleistet. Wenngleich man
befürchten mag, daß die Verbindungskraft durch den an den
einander angepaßten Flächen verbleibenden Ölfilm geschwächt
wird, werden, da der Riemenscheibensitz 5 in die in der Pum
penwelle 3 unter einem geeigneten Winkel ausgebildeten Rillen
20 verzahnend eingreift, die Wirkungen des verbleibenden Öl
films 31 vermindert, so daß der Widerstand in der Dreh- sowie
Achsrichtung erhöht wird und somit die beiden Teile fest und
sicher miteinander verbunden sind.
Die Rillen 20 können in einer geeigneten Weise ausgebildet
werden, vorzugsweise mit einem gleichen Winkelabstand, und
zwar beispielsweise 9-23 geradlinige Rillen für z. B. eine
Welle, die einen Durchmesser von 12-25,4 mm hat. Jedoch
werden die Rillen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anfor
derungen, Materialien und Abmessungen der beiden zu verbin
denden Bauteile ausgestaltet.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Wasser
pumpe beschrieben worden ist, so sollte klar sein, daß sie
auch auf verschiedene andere Vorrichtungen oder Ausrüstungen
und nicht nur auf eine Wasserpumpe, wobei ein ringförmiges
Bauteil und eine Welle zu verbinden sind, Anwendung finden
kann.
Claims (11)
1. Preßsitzverbindung eines ringförmigen Bauteils und
einer Welle, welche Welle härter als das ringförmige
Bauteil ist, eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche
ohne Vorsprünge aufweist und mit im wesentlichen
zueinander parallelen sowie in Umfangsrichtung
ungeschlossenen Rillen versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - die Rillen (20) unter einer Winkelneigung zur Achse der Welle (3) ausgebildet sind und
- - ein ein Fressen während der Preßsitzmontage verhindernder Ölfilm (31) an den zusammenzufügenden Flächen zwischen dem ringförmigen Bauteil (5) und der Welle (3) beibehalten ist.
2. Preßsitzverbindung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rillen (20) sich zumindest über
einen Teil der axialen Länge der zusammenzufügenden
Fläche der Welle (3) erstrecken.
3. Preßsitzverbindung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rillen (20) sich lediglich
innerhalb der axialen Länge der zusammenzufügenden Fläche
der Welle (3) erstrecken.
4. Preßsitzverbindung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rillen (20) sich über eine Länge
von einem Viertel bis einem Drittel der axialen Länge der
zusammenzufügenden Fläche der Welle (3) erstrecken.
5. Preßsitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Rillen
(20) etwa 45° beträgt.
6. Preßsitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (20) eine Breite
von 0,1 bis 0,4 mm haben.
7. Preßsitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (20) eine Tiefe
von 0,05 bis 0,2 mm haben.
8. Preßsitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilm (31) aus einem
Rostschutzöl besteht.
9. Verfahren zur Herstellung einer Preßsitzverbindung
zwischen einem mit einer Bohrung versehenen ringförmigen
Bauteil und einer Welle, die eine im wesentlichen
zylindrische Oberfläche ohne Vorsprünge aufweist, indem
die Welle mit einem entlang ihres Umfangs ausgebreiteten
Öl versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- - vor dem Aufbringen des Öls die Welle (3) mit im wesentlichen zueinander parallelen, unter einer Winkelneigung zur Achse der Welle (3) verlaufenden und in Umfangsrichtung ungeschlossenen Rillen (20) versehen wird und
- - nach dem Aufbringen des Öls an die Bohrung des ringförmigen Bauteils (5) ein Preßsitzdruck derart aufgebracht wird, daß die Innenumfangsfläche der Bohrung verzahnend in die Rillen (20) der Welle (3) hinein expandiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rillen (20) zumindest teilweise innerhalb der mit
dem ringförmigen Bauteil zusammenzufügenden Fläche der
Welle (3) ausgebildet sind.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Öl ein Rostschutzöl ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8381 | Inventor (new situation) |
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