DE3037518C2 - Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände unter Verwendung plastischer Verformung, und insbesondere betrifft sie ein Verbindungsverfahren, das sich zur Verwendung beim starren Verbinden von Metallgegenständen, wie z. B. Wellen, Zylinder, Scheiben usw., miteinander eignet.

Bei einem bekannten Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände untereinander wird eine ringförmige Nut an jedem der Metallgegenstände gebildet, und ein Metallring wird mit Zwang zwischen die beiden Metallgegenstände eingepreßt, um eine plastische Verformung eines Teils des Metallringes und dessen Fließen in die Nuten in den Metallgegenständen zu bewirken. Der beschriebene Stand der Technik ist z. B. in den US-PS 35 59 946 und 28 04 679 offenbart.

Dieses Verbindungsverfahren hat den Vorteil, der Verbindung eine höhere Scherfestigkeit als ein Verfahren zur Verbindung zweier Metallgegenstände lediglich durch Preßsitz zu verleihen. Jedoch wurden die in den genannten Druckschriften offenbarten Verfahren zum Verbinden stationärer Gegenstände miteinander durchgeführt, und es wurden keine Versuche jemals unternommen, diese Arbeitsweise zum Verbinden von ein Drehmoment übertragenden Metallgegenständen anzuwenden. Wenn die Metallgegenstände ein Drehmoment übertragen, muß die durch ihr Verbinden geschaffene Verbindung eine höhere Scherfestigkeit oder Torsionsfestigkeit als die Verbindung haben, die durch Verbinden von kein Drehmoment übertragenden Gegenständen gebildet ist Versuchsergebnisse der

Anmelderin zeigen, daß es unmöglich ist, eine ausreichend hohe Festigkeit, mit der die beiden Metaligegenstände miteinander verbunden werden, zu erhalten, indem man lediglich die Abmessungen der Nuten oder die Tiefe und Breite der Nuten oder die Zahl der Nuten steigert. Diese Maßnahmen dienen zur Vergrößerung des in die Nuten fließenden Volumens an metallischem Material. Doch konnten, wenn diese Maßnahmen verwendet werden, keine befriedigenden Ergebnisse erhalten werden, da die Strecke der Bewegung des metallischen Materials wächst und dies eine Steigerung des Reibungsverlusts verursacht, der beim Fließen metallischen Materials auftritt. So wäre es, auch wenn man einen höheren Druck aufbringt, unmöglich, ein befriedigendes Einfließen des metallisehen Materials in die Nuten zu erreichen, und es würden Poren in den Nuten vorliegen. Als Ergebnis würde die Festigkeit, mit der die beiden Metallgegenstände verbunden sind, nicht wachsen, und es würde sich eine mögliche Korrosionsquelle bilden. Eine Erhöhung des Drucks, mit dem die Verbindung vorgenommen wird, würde zur Folge haben, daß solche Teile der Metallgegenstände, die am Verbindungsvorgang nicht teilnehmen, eine plastische Verformung erleiden, wodurch die Abmessungsgenauigkeit des Erzeugnisses unerhältlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände, bei dem die Verbindung durch Bewirken eines Fließens

von metallischem Material durch plastische Verformung in wenigstens eine an einer Stelle, wo die Verbindung erfolgen soll, gebildete Nut vorgenommen wird, zu entwickem, das das Erhalten einer Verbindung hoher Festigkeit unter Anwendung niedrigen Drucks zur Herstellung der Verbindung ermöglicht.

Das Lösungsprinzip der Erfindung beruht darauf, daß wenigstens ein ringförmiger eckiger Körper in einer Nut gebildet wird, um das Volumen des in die Nut einzufüllenden metallischen Materials zu verringern und dadurch dis Kontaktfläche in der Verbindung zu vergrößern und die Festigkeit zu steigern, mit der die beiden Metallgegenstände verbunden sind.

Die Erfindung ist zum Verbinden zweier Metallgegenstände unter Verwendung eines Verbindungsringes oder direkt ohne Verwendung eines Verbindungsringes anwendbar.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist nach einer Alternative ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände mit je einer derart angeordneten Verbindungsfläche, daß die Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände unter Abstand einander gegenüberstehen, gemäß dem man auf jeder der Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände eine ringförmige Nut bildet, einen metallischen Verbindungsring in einen zwischen den Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände begrenzten Spalt einsetzt und auf den Verbindungsring zum Bewirken des Fließens eines Teils von dessen Material in die ringförmigen Nuten zur Bildung einer Verbindung ausübt, mit dem Kennzeichen, daß men in jeder ringförmigen Nut gleichzeitig mit oder nach dar Bildung der ringförmigen Nut wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprung mit einer nicht größeren Höhe als der Tiefe der ringförmigen Nut und mit im Axialquerschnitt im wesentlichen dreieckiger Form bildet.

Nach der zweiten Alternative ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände mit je einer derart angeordneten Verbindungsfläche, daß die Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände unter Abstand einander gegenüberstehen, gemäß dem man auf der Verbindungsfläche eines der beiden Metallgegenstände mit höherem Verformungswiderstand eine ringförmige Nut bildet und auf den anderen Metallgegenstand niedrigeren Verformungswiderstandes Druck zum Bewirken des Fließens eines Teils von dessen Material in die ringförmige Nut zur Bildung einer Verbindung ausübt, mit dem Kennzeichen, daß man in der ringförmigen Nut gleichzeitig mit oder nach der Bildung der ringförmigen Nut wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprung mit einer nicht größeren Höhe als der Tiefe der ringförmigen Nut und mit im Axialquersohnht im wesentlichen dreieckiger Form bildet.

Vorzugsweise bildet man in der ringförmigen Nut 1 —3 ringförmige eckige Vorsprünge.

Es ist vorteilhaft, daß der wenigstens eine ringförmige eckige Vorsprung mit einem vertikalen Winkel im Bereich von 80 bis 130° gebildet wird.

Vorzugsweise bemißt man die Höhe h des wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprungs und die Tiefe H der Nuten der Beziehung V₂WSAS V₈ H genügend.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der wenigstens eine ringförmige eckige Vorsprung mit an seinem Umfang zusammenhängenden Unregelmäßigkeiten ausgebildet wird; diese Unregelmäßigkeiten werden zweckmäßig durch Riffeln erzeugt.

Die Erfindung gibt also ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände durch Bilden einer ringförmigen Nut an wenigstens einem der beiden zu verbindenden Metallgegenstände und Bewirken des Fließens eines Teils des Materials eines Metallgegenstandes in die ringförmige Nut durch plastische Verformung zur Bildung einer Verbindung an, bei dem in der ringförmigen Nut wenigstens ein ringförmiger eckiger Vorsprung gebildet wird. Der sich über den gesamten Umfang der ringförmigen Nut erstreckende ringförmige eckige Vorsprung ist im Axialquerschnitt im wesentlichen dreieckig. Die Verbindung hat eine erhöhte Festigkeit und läßt sich mit verringertem Druck herstellen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 einen Vertikalquerschnitt der wesentlichen Teile einer elektromagnetischen Kupplung, bei der die Erfindung verwirklicht ist;

F i g. 2—6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Verbinden der in F i g. 1 gezeigten Scheibenplatten, wobei F i g. 2 sie vor dem Verbinden zeigt, F i g. 3 den zwischen der ersten Scheibenplatte und der zweiten Scheibenplatte eingefügten Verbindangsring zeigt, Fig.4 die Art darstellt, in der der Druck unter Verwendung einer Form zur Einwirkung gebracht wird, und Fig.5 die beiden Scheibenplatten nach dem Verbinden zeigt;

F i g. 6 und 7 Vertikalschnitte der Scheibenplatte zur Darstellung der Form und Gliederung der Nut im einzelnen;

Fig.8—11 Diagramme zur Darstellung der Beziehung zwischen der Gliederung der Nut und der Festigkeit der Verbindung;

Fig. 12 eine Abänderung der Nut gemäß der Erfindung;

F i g. 13 eine Perspektivansicht der Scheibenplatte zur Darstellung einer weiteren Abwandlung der Nut gemäß der Erfindung; und

Fig. 14 einen Vertikalschnitt der wesentlichen Teile des unter Anwendung der Erfindung hergestellten Schwungradmagnets.

Es wird zunächst ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Verbindungsring zur Vornahme der Verbindung verwendet wird, im Rahmen einer elektromagnetischen Kupplung erläutert, in der von der Erfindung Gebrauch gemacht wird.

F i g. 1 zeigt in einem Vertikalschnitt die wesentlichen Teile einer zum Verbinden eines Kompressors 4 mit einer nicht dargestellten Maschine verwendeten elektromagnetischen Kupplung 2. Der Kompressor 4 trägt eine Welle 6, an der eine Nabe 8 befestigt ist, mit der eine Scheibenplatte 100 über eine Feder 10 verbunden ist. Die Scheibenplatte 100 ist einem Rotor 200 zugewandt. Die Scheibenplatte 100 enthält eine erste, aus magnetischem Material oder Stahlblech gebildete Scheibenplatte 110, eine zweite, ebenfalls aus magnetischem Material gebildete Scheibenplatte 120 und einen aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. Kupfer, gebildeten Verbindungsring 130 zur mechanischen Verbindung der beiden Scheibenplatten 110 und 120 miteinander.

Der Rotor 200 ist in einem Lager 202 gelagert, das am Kompressor 4 befestigt ist, und enthält eine erste Rotorplatte 210, eine zweite Rotorplatte 220 und eine dritte Rotorplatte 230 (sämtlich aus Stahlblech gefertigt), die mechanisch untereinander durch einen ersten

• Verbindungsring 240 und einen zweiten Verbindungsring 242, die aus Kupfer gefertigt sind, verbunden sind. Die erste Rotorplatte 210 ist an ihrem Außenumfang mit einer V-Seilscheibe 260 ausgebildet. Die Bezugsziffer 270 bezeichnet eine elektromagnetische Spule, in der ein Magnetfluß Φ längs eines durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Weges erzeugt wird.

Es soll nun das Verfahren zur Bildung der Scheibenplatte 100 erläutert werden. Dieses Verfahren kann auch bei der Herstellung des Rotors 200 angewandt werden.

Gemäß Fig.2 werden die erste Scheibenplatte 110 und die zweite Scheibenplatte 120 durch Stanzen von Stahlblech hergestellt und weisen Verbindungsflächen 111 bzw. 121 auf, die durch einen ringförmigen Spalt 140 einer Breite To und einer Höhe Ho getrennt sind. Die Verbindungsflächen 111 und 121 sind mit einer Mehrzahl von ringförmigen Nuten 112 bzw. 122 ausgebildet, die sich über den gesamten Umfang der Scheibenplatten 110 und 120 erstrecken. Die Nuten 112 und 122 können unter Verwendung eines Formwerkzeugs mit einer in seiner Form mit der Querschnittsform der Nuten übereinstimmenden Schneidkante hergestellt werden.

Ringförmige eckige Vorsprünge 113 und 123 sind in den Nuten 112 und 122 ausgebildet. Diese eckigen Vorsprünge können nicht nur gleichzeitig mit dem Formen der Nut, sondern auch durch Walzen des Bodens einer flachen Nut gebildet werden. Eine nähere Beschreibung der Form und Gliederung der Nuten wird weiter unten gegeben.

Außerdem wird der Verbindungsring 130 aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. Kupfer, hergestellt, das leichter eine plastische Verformung als die ersten und zweiten Scheibenplatten 110 und 120 durchmacht und eine Breite Γι, die im wesentlichen der Breite 7i des Spalts 140 gleich ist, und eine Höhe H\ aufweist, die im wesentlichen der Höhe H₀ des Spalts 140 gleich ist. Jedoch kann, wenn die Höhe Wo des Spalts 140 groß ist, die Höhe H\ des Verbindungsringes 130 unter die Höhe Ho verringert werden, solange der Verbindung die erforderliche Festigkeit verliehen werden kann.

Der Verbindungsring 130 kann durch Schneiden eines Kupferrohres oder durch Pressen und Biegen eines Kupferblechs oder Kupferdrahtes hergestellt werden. Man kann auch Kupferpulver sintern, um den Verbindungsring 130 herzustellen.

Das Verfahren der Verbindung der ersten Scheibenplatte HO mit der zweiten Scheibenplatte 120 unter Verwendung des Verbindungsringes 130 soll nun beschrieben werden.

Zunächst wird der Verbindungsring 130 in den Spalt 140 zwischen den beiden Scheibenplatten HO und 120 eingesetzt, wie F i g. 3 zeigt.

Dann werden, wie in F i g. 4 dargestellt ist, die beiden Scheibenplatten 110 und 120 mit dem in den Spalt 140 dazwischen eingesetzten Verbindungsring 130 auf einem unteren Formteil 40 angeordnet, und man läßt mittels eines oberen Formteils 30 eine Last auf den Verbindungsring 130 derart einwirken, daß das Material des Verbindungsringes 130, wie z.B. Kupfer, eine plastische Verformung erleidet und ein Teil des Materials in die Nuten 112 und 122 fließt Die in den F ■ g. 3 und 4 gezeigten Schritte werden als Kaltverformung durchgeführt

Fig.5 zeigt die beiden Scheibenplatten 110 und 120 nach ihrer Verbindung miteinander. Durch Einsetzen des Verbindungsringes 130 in den Spalt 140 zwischen der ersten und der zweiten Scheibenplatte 110 bzw. 120 wirkt eine Kraft F, die den Spalt zwischen den beiden Scheibenplatten zur Ausdehnung treibt, auf den Verbindungsring 130 ein, so daß die beiden Scheibenplatten 110 und 120 in einer konstanten radialen Relativstellung gehalten werden. Außerdem führt das Einfließen eines Teils des Verbindungsringes 130 in die Nuten 112 und 122 zu einer Scherkraft Q, die in der Richtung der Achsen der beiden Scheibenplatten 110 und 120 ausgerichtet ist.

So bilden die erste und die zweite Scheibenplatte UO und 120 die einheitliche Scheibenplatte 100, wobei die erste und zweite Scheibenplatte HO und 120 mechanisch durch den Verbindungsring 130 miteinander verbunden, jedoch voneinander durch den Ring 130 magnetisch getrennt sind.

Die Form und Gliederung der Nuten soll nun im einzelnen beschrieben werden. Fig.6 ist ein in vergrößertem Maßstab wiedergegebener Vertikalschnitt der Scheibenplatte zur Darstellung eines Beispiels der Nuten. Der Verbindungsring 130 fließt in die Nuten in der Richtung eines Pfeils. Ein eckiger Vorsprung 113 oder 123 wird in jeder der Nuten 112 und 122 der Scheibenplatten 110 bzw. 120 gebildet. Die in den Nuten 112 und 122 gebildeten eckigen Vorsprünge 113 bzw. 123 sind von der gleichen Form und Gliederung, so daß lediglich der in der Nut 112 gebildete eckige Vorsprung beschrieben wird. Der eckige Vorsprung 113 ist von dreieckiger Querschnittsform und erstreckt sich längs des gesamten Umfanges der Nut 112.

Wie in F i g. 7 gezeigt ist, können auch zwei eckige Vorsprünge 113a und 1136 (bzw. 123a und 123tyin der Nut 112 (bzw. 122) gebildet werden. Die Querschnittsform der Nut 112 wird durch die Tiefe H der Nut die Breite B der Nut (am Einlaßende), den Neigungswinkel ix. der Seitenwand der Nut, auf die der Seitendruck einwirkt, die Zahl η der eckigen Vorsprünge und die Höhe h der eckigen Vorsprünge bestimmt. Die praktischen Wertbereiche dieser Faktoren werden im folgenden erläutert.

Die Tiefe H der Nut liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,2 und 0,6 mm. Wenn die Tiefe zu gering ist, würde die Seitenfläche der Nut leicht eine plastische Verformung durchmachen, da eine äußere Kraft darauf in einer Axialrichtung einwirkt, wodurch es unmöglich wird, der Verbindung eine ausreichend hohe Scherfestigkeit zu verleihen. Wenn die Tiefe zu groß ist würde ein ausreichendes Einfließen des Materials in die Nut unerhäitiich sein, und es würden Poren in der Nut entstehen, wodurch die Festigkeit der Verbindung vermindert wird. Das Vorliegen der Poren würde außerdem eine Korrosion des Materials verursachen.

Die Breite B der Nut kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Scherfestigkeit der gebildeten Verbindung variiert werden. Wenn die Breite B zu groß ist wird der Abstand zwischen dem Vorderende des oberen Formteils und dem unteren Ende der Nut zu groß, so daß der Fließreibungsverlust des Materials (des Verbindungsringes), das in die Nuten fließt steigen ' würde. Als Ergebnis könnten, auch wenn eine hohe Last mittels des oberen Formteils zur Einwirkung gebracht wird, die inneren Beanspruchungen des Materials nahe dem unteren Ende der Nut nicht auf ein genügend hohes Niveau gesteigert werden, um das Auftreten einer plastischen Verformung zu ermöglichen. So würde die

Menge des eine plastische Verformung durchmachenden Materials (Verbindungsringes) verringert, und ein Einfließen des Materials in einer genügenden Menge in die Nut würde nicht erhältlich sein. Aus dem gleichen Grund sollte die Nut 112 derart angebracht werden, daß sie möglichst nahe zur oberen Seitenfläche 110Λ der Scheibenplatte 110 zwischen der oberen Seitenfläche 110/4 und einer unteren Seitenfläche 110/? oder zu der Seite angeordnet ist, an der der Verbindungsring 130 in den Spalt 140 und damit in die Nut 112 eingeführt wird.

Der Neigungswinkel λ der Seitenwand der Nut nahe der oberen Seitenfläche IiOA der Scheibenplatte 110 oder nahe dem oberen Formteil 30 in F i g. 4, an der der Druck einwirkt, übt große Einflüsse auf das Einfließen des Materials des Verbindungsrings 130 in die Nut 112 aus. Wenn der Neigungswinkel a. einen höheren Wert als nötig aufweist, würde eine größere Zahl von Poren größerer Flächen in der Nut 112 entstehen, und die Festigkeit der gebildeten Verbindung würde gemindert.

Wenn der Neigungswinkel λ einen geringeren Wert als nötig hat, könnte das Einfließen des Materials des Verbindungsringes 130 in die Nut 112 erleichtert werden, doch würde die Kraft, mit der die Seitenwände der Nut 112 und der Verbindungsring 130 miteinander verbunden werden, verringert, wodurch eine Verminderung der Axialscherfestigkeit der Verbindung hervorgerufen würde.

Die Ergebnisse von der Anmelderin durchgeführter Versuche zeigen, daß der Neigungswinkel λ vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 70°, insbesondere im Bereich zwischen 30 und 60° liegt.

F i g. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Zahl π der eckigen Vorsprünge und der Festigkeit der Verbindung, wie sie als Ergebnisse von Versuchen erhalten wurde. In den Versuchen wurden die erste und die zweite Scheibenplatte aus Stahl und der Verbindungsring aus Kupfer verwendet, und die Nut hatte eine Tiefe von 0,4 mm. Die Breite der Nut war auch konstant.

Man sieht, daß das Torsionsmoment (N ■ m) und die axiale Scherkraft bei Zerstörung (N) ihren höchsten Wert erreichten, wenn die Zahl η der eckigen Vorsprünge zwei (2) war. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Zahl η der eckigen Vorsprünge vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 liegt.

Mit dem eckigen Vorsprung oder den eckigen Vorsprüngen in der Nut wächst die Kontaktfläche in der Nut zwischen den ersten und zweiten Scheibenplatten 110 und 120 und dem Verbindungsring 130 im Vergleich mit der entsprechenden Kontaktfläche, die bei flachem Boden der Nut erhalten wird, jedoch wird das in die Nut 112 eingefüllte Volumen des Verbindungsringes 130 verkleinert Daher erleichtert bei Konstanthaltung der auf den Verbindungsring 130 einwirkenden Last die Anbringung des eckigen Vorsprungs oder der eckigen Vorsprünge das Einfließen des Materials des Verbindungsringes 130 in die Nut 112 und steigert den Grad, mit dem der Verbindungsring 130 in engen Kontakt mit der ersten und der zweiten Scheibenplatte 110 und 120 gebracht wird, wodurch die Festigkeit der Verbindung erhöht wird.

Wie oben beschrieben, sollte die Breite B der Nut in einem bestimmten Wertebereich sein, um das Verfahren praktisch durchführbar zu machen. Wenn die Zahl π der eckigen Vorsprünge mit der Breite B in diesem Bereich erhöht wird, wird der im folgenden noch zu beschreibende vertikale Winkel θ des eckigen Vorsprungs klein, so daß ein befriedigendes Einfließen des Materials des Verbindungsringes in die Nut unerhältlich werden würde.

Das Material würde in einer solchen Weise fließen, daß das Einfließen des Materials in die Nut bei Entfernung von der Seite der Nut nahe dem oberen Formteil 30, bei der der Druck einwirkt, schlechter werden würde und Poren zwischen den eckigen Vorsprüngen an von der Druckeinwirkungsseite entfernten Stellen auftreten würden. Solche Poren würden ίο nach dem Verbinden der ersten und zweiten Scheibenplatten HO und 120 zurückbleiben.

Fig.9 ist ein Diagramm zur Darstellung der

Beziehung zwischen dem vertikalen Winkel θ und der Festigkeit der Verbindung (axiale Scherkraft bei Zerstörung) bei der Tiefe der Nut H = 0,4 mm, der Höhe des eckigen Vorsprungs h = 0,3 mm und der Zahl der eckigen Vorsprünge η = 1. Man sieht, daß die Festigkeit ihren höchsten Wert erreichte, wenn der vertikale Winkel etwa Θ = 110° war, und daß der Wert vorzugsweise für praktische Zwecke im Bereich zwischen 80 und 130° liegt.

Wenn der vertikale Winkel klein oder Θ = 60° war,

wurde der Scheitelpunkt Pdss eckigen Vorsprungs (wie bei P' angedeutet) in der Richtung der Pfeile oder in einer Richtung, in der Druck auf den Verbindungsring 130 einwirkt, verformt, wie in Fig. 10 gezeigt ist. So bildete sich ein Spalt g an der Rückseite des Scheitels, und ein ähnlicher Spalt # entstand nahe dem Boden der Nut an der Rückseite des eckigen Vorsprungs, wodurch die Festigkeit der Verbindung vermindert wurde.

Die Höhe h des eckigen Vorsprungs hat einen erwünschten Wertebereich. Wenn die Höhe h zu groß war, wuchs der Fließwiderstand des Materials beim Einfließen des Materials in die Nut insbesondere zur Hinterseite des eckigen Vorsprungs. Umgekehrt hatte, wenn die Höhe Λ zu gering war, die Ausbildung des eckigen Vorsprungs keine Wirkung, und die Festigkeit der Verbindung wurde nicht gesteigert Wie oben erwähnt, hat die Nut eine Tiefe H, die für praktische Zwecke in einem bestimmten Wertebereich liegen soll. Der Wertebereich der Höhe Λ des eckigen Vorsprungs oder der eckigen Vorsprünge, der für praktische Zwecke verwendet werden kann, läßt sich in Beziehung zum Wert der Tiefe //der Nut bestimmen. F i g. 11 zeigt in einem Diagramm die Festigkeit der Verbindung (Scherfestigkeit gegen eine axial einwirkende Kraft) in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Höhe h des oder der eckigen Vorsprünge zur Tiefe //der Nut, d. h. hlH. Es gab in diesem Fall einen eckigen Vorsprung, wobei der vertikale Winkel θ = 110° und die Tiefe H = 0,4 mm waren.

Man sieht in Fig. 11, daß die Höhe A des eckigen Vorsprungs vorzugsweise im Bereich zwischen VgH und 1 H oder insbesondere im Bereich zwischen V₂ H und ¹It //liegt

Beispiele der Form und Gliederung der Nut als ganzer, die zu bevorzugen sind, da sie auf Basis der bei der Bestimmung des Querschnitts und der Gliederung der Nut betroffenen genannten Faktoren bestimmt sind, sollen nun beschrieben werden. Im Fall des Vorliegens eines eckigen Vorsprungs, wie in Fig.6 dargestellt ist, sollte diese Nut die folgenden Werte haben: Die Breite Bder Nut B = 2,0 mm; die Tiefe //der Nut H = 0,4 mm; der Neigungswinkel« der Seitenwand der Nut an der Druckeinwirkungsseite λ = 45°; die Höhe h des eckigen Vorsprungs h = 03 mm; der vertikale Winkel θ = 110°; und die Breite b des Bodens der Nut b = 1,2 mm. Im Fall des Vorliegens von zwei eckigen

ίο

Vorsprüngen, wie in F i g. 7 dargestellt, sollte diese Nut die folgenden Werte aufweisen:

B = 2,8 mm;

H= 0,4 mm;

h = 0,3 mm;

α = 45°;

θ = 110°;

b\ = 2,0 mm; und

62 = 1,8 mm.

Es ist nicht wesentlich, daß der eckige Vorsprung die Form eines gleichseitigen Dreiecks oder eines gleichschenkeligen Dreiecks im Querschnitt aufweist, wie in den Ausführungsbeispielen nach F i g. 6 und 7 gezeigt ist. Unter Berücksichtigung des Materialflusses kann der vertikale Winke! θι nahe der Seite, an der der Druck zur Einwirkung gebracht wird, oder der Seite nahe dem oberen Formteil {die Seite wird umgekehrt, wenn der Druck vom unteren Formteil aus zur Einwirkung gebracht wird) etwas größer als der davon abgewandte vertikale Winkel Θ2 gemacht werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Unter dem gleichen Gesichtspunkt kann, wenn eine Mehrzahl von Vorsprüngen in einer Nut gebildet wird, die Höhe h\ des eckigen Vorsprungs nahe der Seite, an der der Druck einwirkt, einen größeren Wert als die Höhe hi des davon abgewandten eckigen Vorsprungs haben (F ig. 12).

Der eckige Vorsprung ist nicht auf eine im Querschnitt dreieckige Form beschränkt und kann im Querschnitt auch einem Dreieck lediglich ähnlich sein. Beispielsweise kann der eckige Vorsprung eine im wesentlichen dreieckige Form aufweisen, die nahe der Bodenseite divergiert, oder eine Trapezform mit einer verhältnismäßig kurzen Oberseite haben. Wenn die eckigen Vorsprünge die genannten Querschnittsformen haben, sollten alle bei der Bestimmung der Form und Gliederung der Nut betroffenen Faktoren Werte haben, die für praktische Zwecke in den erwähnten Bereichen liegen. Es versteht sich, daß die praktischen Wertebereiche dieser Faktoren auch gültig sind, wenn der Verbindungsring und die erste und die zweite Scheibenplatte aus anderen Materialien als den oben beschriebenen Materialien hergestellt sind.

Im Fall einer oben beschriebenen elektromagnetischen Kupplung werden die Lagen der Nuten in den Oberflächen der ersten und zweiten zu verbindenden Scheibenplatten ohne Mühe bestimmt, da die Scheibenplatten eine verhältnismäßig geringe Dicke haben. Wenn jedoch die zu verbindenden Metallgegenstände eine große Dicke aufweisen, wird eine Nut, wie oben beschrieben, vorzugsweise an einer Stelle ausgebildet, die der Oberseite der zu verbindenden Metallgegenstände möglichst nahe ist Wenn Druck vor. einem oberen Formteil aaf das Material zur Einwirkung gebracht wird, steigt der Materialverlust aufgrund des Fließreibungswiderstandes des Materials, wenn der Abstand zwischen dem Vorderende des oberen Formteils und der Nut groß ist Als Ergebnis würde das Material nahe der Nut eine hohe Innenbeanspruchung aufweisen, und genügendes Einfließen des Materials in die Nut könnte nicht erhalten werden. Die Tiefe S, bis zu der das Vorderende des oberen Formteils eingeführt wird, kann in Abhängigkeit von der Breite 7J des Spalts 140 zwischen den beiden Scheibenplatten tlO und 120 variieren. Für praktische Zwecke wird die Lage der Nut vorzugsweise so bestimmt, daß S = 0 bis ³U To, wobei 7J die Breite des ringförmigen Spalts 140 und 5 der Abstand zwischen dem Vorderende des oberen Formteils und dem oberen Ende der Nut sind, wie in F i g. 4 gezeigt ist.

Um die Torsionsfestigkeit der Verbindung zu steigern, kann der ringförmige eckige Vorsprung an seinem gesamten Umfang geriffelt oder mit einer Vielzahl von unter gleichen Abständen senkrecht zur Achse des eckigen Teils angeordneten Nuten ausgebildet werden.

Fig. 13 zeigt eckige Vorsprünge in der Nut 112, die bei 115 geriffelt sind, wobei die eckigen Vorsprünge im wesentlichen von Pyramidenform und zusammenhängend in der Nut 112 angeordnet sind. Die geriffelten Teile 115 können eine Höhe von 0,1 bis 0,5 mm in Abhängigkeit von der Höhe der eckigen Vorsprünge 113 aufweisen. Die Anbringung der geriffelten Vorsprünge steigert die Torsionsfestigkeit der Verbindung auf das 4- oder Sfache.

Die Erfindung kann auch bei der Verbindung zweier Metallgegenstände untereinander ohne Verwendung eines Verbindungsringes angewendet werden. Die praktischen Werte der bei der Bestimmung der Form und Gliederung der Nut betroffenen Faktoren sollen ebenfalls in Wertebereichen liegen, die den im Zusammenhang mit der oben beschriebenen elektromagnetischen Kupplung beschriebenen gleich oder ähnlich sind.

Fig. 14 zeigt ein Schwungrad, bei dem zwei Metallgegenstände direkt miteinander gemäß der Erfindung verbunden sind, wobei eine Antriebswelle 801 für eine Maschine an ihrem einen Ende, wie bei 802 angedeutet ist, verjüngt ist.

Eine aus einem für allgemeine Maschinenverwendungszwecke geeigneten Kohlenstoffstahl gebildete Nabe 803 ist mit der Antriebswelle 801 mittels eines Keils 833 und einer Mutter 806 befestigt. Dauermagnete 811 und Magnetpolstücke 812 sind abwechselnd in einem becherförmigen Schwungradjoch 810 angebracht und längs dem Umfang eines an der Antriebswelle 801 zentrierten imaginären Kreises angeordnet. Die Magnetpolstücke 812 sind an ihren Innenflächen unter bestimmtem Abstand festen Eisenkernen 814 gegenüber angeordnet, deren jeder eine Generatorwicklung 813 trägt. Das Schwungradjoch 810 ist durch Formung eines Flußstahlbleches zu einer Becherform hergestellt.

Die Nabe 803 ist an ihrem Außenumfang mit einer ringförmigen Nut 831 ausgebildet, in der eckige Vorsprünge und geriffelte Teile ähnlich denen, die in F i g. 13 gezeigt sind, ausgebildet sind.

Beim Verbinden des Schwungradjochs 810 mit der Nabe 803 wird eine innere Endfläche 816 eines Scheibenteils 815 des Schwungradjochs 810, die als Verbindungsfläche dient, in Anlage an der Nut 831 in der Nabe 803 angeordnet, und man läßt Druck auf einen Teil 817 des Schwungradjochs 810 nahe der Verbindungsfläche des Jochs 810 durch einen Formteil einwirken, wobei die Nabe 803 und das Schwungradjoch 810 durch einen anderen Formteil festgehalten werden. In dieser Weise wird bewirkt, daß ein Teil des Materials des Schwungradjochs 810 in die Nut 831 fließt, wodurch das Schwungradjoch 810 und die Nabe 803 verbunden werden.

Die vorgenannte Verbindung des Schwungradjochs mit der Nabe bietet die Vorteile, daß die Festigkeit der Verbindung gesteigert ist und die Axiallänge der Verbindung im Vergleich mit einer durch Vernieten erhaltenen Verbindung verringert werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist erkennbar, daß erfindungsgemäß wenigstens ein eckiger Vorsprung

in einer Nut gebildet wird, die an einer oder jeder Verbindungsfläche der beiden zu verbindenden Metallgegenstände gebildet ist. Dank dieses Merkmals vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen den beiden Metallgegenständen im Verbindungsbereich, und das Volumen des in die Nut einfließenden Materials sinkt im

Vergleich mit einer Verbindung zweier Metallgegenstände ohne eckigen Vorsprung. Daher ermöglicht die Erfindung das Erhalten einer Verbindung höherer Festigkeit durch Einwirkung eines niedrigeren Drucks als bisher, und die erzeugte Verbindung ist von hoher Güte und von verläßlichen Eigenschaften.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände mit je einer derart angeordneten Verbindungsfläche, daß die Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände unter Abstand einander gegenüberstehen, gemäß dem man auf jeder der Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände eine ringförmige Nut bildet, einen metallischen Verbindungsring in einen zwischen den Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände begrenzten Spalt einsetzt und auf den Verbindungsring Druck zum Bewirken des Fließens eines Teils von dessen Material in die ringförmigen Nuten zur Bildung einer Verbindung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder ringförmigen Nut (112, 122) gleichzeitig mit oder nach der Bildung der ringförmigen Nut (112,122) wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprung (113,123) mit einer nicht größeren Höhe (h) als der Tiefe (H) der ringförmigen Nut (112, 122) und mit im Axialquerschnitt im wesentlichen dreieckiger Form bildet

2. Verfahren zum Verbinden zweier Metallgegenstände mit je einer derart angeordneten Verbindungsfläche, daß die Verbindungsflächen der beiden Metallgegenstände unter Abstand einander gegenüberstehen, gemäß dem man auf der Verbindungsfläche eines der beiden Metallgegenstände mit höherem Verformungswiderstand eine ringförmige Nut bildet und auf den anderen Metallgegenstand niedrigeren Verformungswiderstandes Druck zum Bewirken des Fließens eines Teils von dessen Material in die ringförmige Nut zur Bildung einer Verbindung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ringförmigen Nut (831) gleichzeitig mit oder nach der Bildung der ringförmigen Nut (831) wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprung (113) mit einer nicht größeren Höhe (h) als der Tiefe (H) der ringförmigen Nut (831) und mit im Axialquerschnitt im wesentlichen dreieckiger Form bildet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ringförmigen Nut (112, 122; 831) 1 —3 ringförmige eckige Vorsprünge (113, 123) gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine ringförmige eckige Vorsprung (113,123) mit einem vertikalen Winkel (Θ) im Bereich von 80 bis 130° gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Höhe (h) des wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprungs (113,123) und die Tiefe (H)der Nuten (112,122; 831) der Beziehung V₂ // ^ h < ¹U H genügend bemißt

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine ringförmige eckige Vorsprung (113, 123) mit an seinem Umfang zusammenhängenden Unregelmäßigkeiten (115) ausgebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die am Umfang des wenigstens einen ringförmigen eckigen Vorsprungs (113,123) zusammenhängenden Unregelmäßigkeiten (115) durch Riffeln erzeugt werden.