DE2231922B2 - Steckverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung gehl aus von einer Steckverbindung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die GB-PS 12 03 276 bekannt gewordenen Art.

Bei der bekannten Steckverbindung wird die Klemmwirkung als Folge der Wärmerückstellung der Metallhülse erzielt, wobei die Metallhülse vorher unter Wärmeeinwirkung und Druck über den Normaldurchmesser hinaus vergrößert werden mußte und unter Aufrechterhaltung des Drucks abgekühlt worden war.

Für eine Wärmerückstellung geeignete Metalle sind beispielsweise aus den US-PS 30 12 882 und 31 74 851 sowie der BE-PS 7 03 649 bekannt. Bei diesen Legierungen erfolgt bei bestimmten Temperaturen ein Übergang zwischen einem Austenitzustand und einem Martensitzustand. Werden aus solchen Legierungen hergestellte Teile im Martensitzustand um bis zu 5 bis 10% verformt, so behalten sie diese Verformung bei, solange sie im Martensitzustand verbleiben, aber sie kehren zu ihrer Anfangskonfiguration zurück, wenn sie auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der ihre Umwandlung in den Austenitzustand erfolgt. Diese Fähigkeit, beim Erhitzen zu schrumpfen, wird auch in der Anordnung der BE-PS 7 55 271 ausgenützt. Die Umwandlungstemperaturen hängen von der Art der Legierung ab. Da auch Hystereseerscheinungen auftreten können, hängt die genaue Umwandlungstemperatur zuweilen davon ab, ob der Gegenstand erwärmt oder abgekühlt

Legierungen mit besonders günstigen Umwandlungstemperaturen sind ferner in der BE-PS 7 69 468 beschrieben.

Es ist ferner bereits eine aus einem »Gedächtnis-Metall« bestehende, wiederholt lösbare Klernmhülse bekannt, welche sich bei bloßer Abkühlung auf die Umgebungstemperatur des Metalls ausdehnt, so daß zwei Metallrohrenden in die Hülse eingeschoben werden können und welche bei Erreichen der Umgebungstemperatur als Klemmhülse wirkt. Dabei ist jedoch eine sehr starke Abkühlung, beispielsweise durch flüssigen Stickstoff, auf einen Bereich zwischen -196 und — 75°C erforderlich, um ein Lösen der Klemmwirkung zu erzielen (FR-PS 20 59 202).

Derartige wiederholt verwendbare Klemmhülsen halten bisher den Nachteil, sehr genaue Bearbeitungstoleraiizen sowohl an der Klemmhülse als auch an dem von der Klemmhülse erfaßten Teil zu erfordern, weil die durch Temperaturänderung erzielte wiederholbare Verformung nur etwa 2% und maximal 3,5% betrug.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Steckverbindungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen, durch die GB-PS 12 03 276 bekannt gewordenen Art insoweit zu verbessern, daß die Steckverbindungen mehrfach lösbar sind und bei der Herstellung der Hülse des von ihr erfaßten Elements keine sehr geringen Toleranzen mehr notwendig sind, wobei der Temperaturbereich bei der Wärmebehandlung der Hülse gering ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

Es ist zwar bei einer Steckverbindung mit einer wärmerückstellbaren Hülse bekannt geworden, im Inneren der Hülse ein federndes Greifglied anzuordnen, jedoch ist dieses federnde Greifglied nicht mit einer Federung radial nach außen in der Art wie bei der Erfindung vorgesehen, sondern dient vielmehr nur zum Ergreifen der zu verbindenden länglichen Teile zusammen mit der schrumpfbaren Hülse (AU-PS 4 04 335).

In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Klemmelements lassen sich wiederholbare Verformungen bis zu etwa 7% erzielen, so daß die erfindungsgemäße Steckverbindung wegen der verhältnismäßig großen zulässigen Toleranzen der Abmessungen kostengünstiger hergestellt werden kann als bekannte Anordnungen. Außerdem genügt für die Betätigung der Steckverbindung ein schmaler Temperaturbereich, der nur wenig unter Umgebungstemperatur liegt und daher besonders leicht und billig erzielbar ist, beispielsweise durch Besprühen der Anordnung mit einem Kältemittel.

Die Erfindung wird an Hand von mehreren Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines gegabel-

ten, federnden Teils einer erfindungsgemäßen Steckverbindung, wobei ein Stück weggebrochen ist,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer in der Steckverbindung gemäß F i g. 1 verwendbaren wärmerückstellbaren Hülse,

F i g. 3 eine Seitenansicht der Steckverbindung,

Fig.4 eine Seitenansicht einer weiieren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steckverbindung und

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Steckverbindung nach F ig. 4.

In den F i g. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein gegabeltes Greifglied 10 und eine Metallhülse 30 aus einem durch Erwärmen rückbildbaren Metall vorgesehen sind. Das Greifglied 10 weist einen unteren zylindrischen Stift 11 (F i g. 1) auf. einen mittleren zylindrischen Abschnitt 12 und zwei Zinken 13 und 14. Die Zinken verlaufen von dtr Basis des zylindrischen Abschnitts 12 aus nach oben und können zur Erhöhung der Greifwirkung beim Erfassen eines Elements auseinandergedrängt werden. Gegebenenfalls könnten mehr als zwei Zinken vorhanden sein. Die Zinken 13 bzw. 14 besitzen in der dargestellten Ausführungsform halbzylindrische Abschntte 15 bzw. 16 mit kegclstumpfartigen Ausschnitten 17 bzw. 18, die nach unten zu halbzylindrischen Innenausnehmungen 19 bzw. 20 führen. Am Grunde jeder dieser Ausnehmungen befinden sich halbkegelige Eintiefungen 21 bzw. 22.

Das Greifglied 10 wirkt zusammen mit der i*1etallhülse 30, die aus einem geschlossenen oder längsgeschlitzten Band bestehen kann, das aus einem Metall besteht, das die Eigenschaft hat, durch Erwärmen rückbildbar zu sein. Die Metallhülse 30 und das Greifglied 10 werden bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der das Hülsenmetall im Martensitzustand vorliegt. Die hierfür erforderliche Temperatur hängt von der Zusammensetzung des Hülsenmetalls ab. Die Umwandliingsiemperatur (oder der Temperaturbereich) liegt so, daß das Metall sich im Austenitzustand oberhalb von etwa 0°C und im Martensitzustand unterhalb von etwa -40⁰C befindet. Die Metallhülse 30 kann beispielsweise durch Besprühen mit Trichlorfluormethan oder einer anderen Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt auf eine Temperatur von -40°C abgekühlt werden, oder indem man die Hülse in ein unter —40⁰C befindliches Kühlgefäß legt.

Die Abmessungen der Hülse und des zugehörigen Abschnitts des gabelartigen Greifgliedes müssen sorgfältig gewählt werden, damit die Hülse keine bleibende Verformung durch das Greifglied erfährt, wenn es wieder auf seinen Martensitzustand abgekühlt wird.

Das Federklemmclement muß nicht unbedingt selbst unmittelbar das in die Steckverbindung eingesteckte Element erfassen. Als Federelement können auch Hydraulikteile verwendet werden. Eine Federwirkung läßt sich einem Hydrauliksystem verleihen, ilwa durch einen federbeaufschlagten Kolben, eine Membran oder ein abgeschlossenes Gasvolumen.

Bei der Steckverbindung kann auch eine Expansion des Metalls während der Umwandlung aus dem Martensitzustand in den Austenitzustand ausgenützt werden. Wenn etwa ein dem gabelartigen Greifglied entsprechendes Bauteil mit einem innenliegenden Band aus einem durch Erwärmen rückbildbaren Metall verwendet wird, könnte sich die Anordnung beim Erwärmen öffnen und beim Abkühlen schließen. Beim Erwärmen würden dann die Enden des Greifglieds die Kanten eines kreisförmigen Öffnungsrings berühren, der um diese Enden gelegt worden war, wahrend das durch Erwärmen rückbildbare Metall sich in seinem Martensitzustand, d. h. hier in dem zusammengezogenen Zustand, befand.

Nachdem die Metalihülse 30 in den Manensirzustand übergegangen ist, wird sie auf den zylindrischen Abschnitt 12 des gegabelten Greifglieds 10 geschoben. Wie F i g. 3 erkennen läßt, ist zwischen dem zylindrischen Abschnitt 12 und dem Stift il ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 40 angeordnet, der eine Dehnung der Metailhülse 30 in der weiter unten zu beschreibenden Weise ermöglicht.

Befindet sich die Metallhülse 30 im Austenitzustand, muß der Innendurchmesser a der Metallhülse kleiner

IS als der Außendurchmesser des zylindrischen Teils 12 des gegabelten Greifglieds 10 sein. 1st die Metallhülse 30 bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der sie sich im Martensitzustand befindet, so läßt sie sich in begrenztem Maße dehnen und kehrt auf die Anfangsabmessungen zurück, wenn sie aus dem Martensitzustand in den Austenitzustand zurückkehrt. Natürlich ist es möglich, die Metallhülse 30, wenn sie sich im Martensitzustand befindet, so stark zu dehnen, daß sie ihre Anfangskenfiguration nicht wieder annimmt und damit bleibend verformt oder sogar aufgerissen ist. Es ist daher wichtig, den Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 12 so zu wählen, daß die Metallhülse 30 durch ihn nicht zu stark verformt oder geschwächt wird.

Nachdem die Metallhülse 30 auf eine Temperatur gekühlt ist. bei der sie sich im Martensitzustand befindet, wird sie über den Stift 11 und unter Druckausübung auf die Unterseite 31 über den kcgelstumpfförmigen Abschnitt 40 geschoben, wobei sie eine radiale Erweiterung erfährt. Die Zinken des gegabelten Grcifglieds 10 müssen so steif sein, daß sie die Metallhülse verformen, wenn sich diese im Martensitzustand befindet, und sie müssen doch so biegsam sein, daß sie von der Metallhülse nach innen bewegt werden, wenn diese in den Austenitzustand übergegangen ist. Solange die Anordnung nun auf einer Temperatur unterhalb des Umwandlungspunkts gehalten wird, kann man einen Stift einlegen und eine sichere Verbindung mit ihm herstellen. Beispielsweise könnte der Stiftabschnitt eines zweiten gegabelten Bauteils entsprechend dem Greifglied 10 nach F i g. 1 in die teilweise zylindrische Öffnung eingesetzt werden, die von den Ausnehmungen 19 und 20 gebildet wird. Die Abmessungen der Öffnungen 19 und 20 sind so gewählt worden, daß der Gegenstand, mit dem die Einrichtung verbunden werden soll, genau hineinpaßt, solange sich die Anordnung auf einer Temperatur befindet, bei der die Metallhülse im Martensitzustand ist. Ist ein zu erfassendes Element in die Steckverbindung eingeführt, wird die Metallhülse 30 auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie von dem Martensitzustand in den Austenitzustand übergeht. Während dieses Übergangs nimmt die Metallhülse 30 ihre anfänglichen Abmessungen wieder an, wobei sie um den zylindrischen Abschnitt 12 schrumpft und die Zinken 13 und 14 in festen Kontakt mit dem zwischen sie gelegten Element bringt.

Die Steckverbindung ist mehrfach verwendbar, da ja. wenn die Metallhülse bis auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der sie in den Martensitzustand übergeht, die

<>5 Metallhülse infolge der Federkraft der Zinken 13 und 14 verformt wird, so daß das zwischen den Zinken 13 und 14 befindliche Element entnommen werden kann.
Gemäß den F i g. 4 und 5 weist ein gegabeltes Greif-

glied 50 Zinken 51 bzw. 52 mit Vorsprüngen 53 bzw. 54 an ihren oberen Enden auf. Eine ungefähr rechteckig geformte Hülse 55 aus »Gedächtnis-Metall« befindet sich in der Nähe der unteren Enden der Zinken 51 und 52. Die Innenabmessungen der Metallhülse 55 reichen aus, um die Vorsprünge 53 und 54 zusammenzuführen, wenn sie sich in ihrem durch Erwärmung rückgebildeten Austenitzustand befindet, jedoch wird sie im Martensitzustand infolge der natürlichen Flexibilität der Zinken 51 und 52 gedehnt.

Die Schrumpfbewegung der Vorsprünge 53 und 54 ist größer als die Bewegung der Metallhülse 55. Das wird durch die Hebelwirkung verursacht, wobei der Drehpunkt an der Basis der Zinken 51 und 52 liegt und die Kraft am Ort des Bandes 55 an den Hebelarmen 51 und 52 angreift. Durch weiteres Verlängern der Zinken 51 und 52 läßt sich eine noch größere Hebelwirkung erzielen.

Zur Erhöhung der Schließkraft können zwei oder mehr Metallhülsen verwendet werden. Desgleichen können mehr als zwei Zinken vorgesehen werden. Die Zinken können am Greifglied auch gelenkig angeordnet sein, sofern eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Zinken zurückfedern läßt, nachdem sie zusammengedrückt worden sind. Diese rückfedernde Kraft muß, wie oben erwähnt, so groß sein, daß die Metallhülse gedehnt wird, wenn sie sich im Martensitzustand befindet. Beispielsweise ließe sich zwischen den Zinken zu diesem Zweck eine Druckfeder anordnen.

Als besonders geeignetes Material für die Herstellung eines einstückigen gegabelten Greifglieds hat sich Kupferberyllium erwiesen. Dieses Material ist sehr fest und kann trotzdem gelötet und mit einer Metallschicht überzogen werden; es ist außerdem ein hervorragender elektrischer Leiter.

Die Wahl der Umwandlungstemperatur hängt von der in Aussicht genommenen Verwendung ab. Die Steckverbindung sollte bei einer Temperatur arbeiten, bei der die Metallhülse sich im Austenitzustand befindet und muß trotzdem auf eine Temperatur abgekühlt werden können, bei der die Metallhülse sich im Martensitzustand befindet.

Eine Steckverbindung nach den F i g. 1 bis 3 wurde aus einem Kupferberylliumstab und einem Ring aus einer durch Erwärmen riickbüdbaren Metallegierung aus 49,6% Titan, 46,8% Nickel und 3,6% Eisen zusammengestellt. Die Steckverbindung wurde zur Verwendung in Miniaturschaltkreisen zum Übereinandersetzen von gedruckten Schaltkarten hergestellt; seine Gesamtlänge betrug 3,9 mm. Der Stift 11 war 1,8 mm lang und hatte einen Durchmesser von 0,5 mm. Der anschließende kegelstumpfartige Abschnitt hatte eine Schrägung von 45°, und der zylindrische Zwischenabschnitt 12 hatte 0.7 mm Durchmesser und reichte bis zu 2,6 mm von der Spitze des Stiftes 11. Der zylindrische Abschnitt unterhalb der Zinkenspitzen hatte einen Außendurchmesser von 1 mm. Die innere zylindrische Öffnung dieses Abschnitts hatte einen Durchmesser von 0,5 mm und reichte bis zu einem Punkt in 3 mm Abstand von der Spitze des Stifts 11. Längs der Achse des gegabelten Bauteils verlief ein Schlitz von 0,14 mm Breite und reichte abwärts bis auf 2 mm Abstand von den Spitzen der Zinken.

Die Metallhülse 30 war als Kreisring ausgebildet, der im Austenitzustand einen Innendurchmesser von 0.7 mm besaß. Der Außendurchmesser der Metallhülse betrug 0.9 mm und ihre Höhe 0,6 mm.

F.s hat sich gezeigt, daß bei den meisten Werkstoffen das Außenmaß des für die Aufnahme der Meuillhüisc bestimmten Teils um etwa 5% größer sein sollte als die Innenabmessung der Mctallhülse. wenn diese sich im Austenitzustand befindet. Die Neigung des in den Figuren mit 40 bezeichneten abgeschrägten Abschnitt* kann unterschiedlich groß gewählt werden, je nach dei Größe der Kraft, die zum Aufsetzen der Metsillhülsc erforderlich ist. Je höher die aufzuwendende Kraft ist umso kleiner sollte die Schrägung dieses Abschnitt?

sein. Natürlich kann die Metallhülse auch mit einet eigenen Vorrichtung gedehnt und dann einfach über das gegabelte Greifglied gestreift werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Steckverbindung nutzten eine Hebelwirkung in dem Sinne aus daß die Bewegungsweite der Zinken erhöht wurde man kann die Hebelwirkung aber auch umkehren, uir die Festigkeit der Steckverbindung zu erhöhen. Die Mctallhülse könnte daher in die Nähe der Zinkenspitzen gesetzt und der zu erfassende Gegenstand zwisehen die Metallhülse und die Zinkenbasis gebrachi werden. Dabei würde nur eine geringfügige Bewegung gegenüber dem erfaßten Element auftreten, aber die Kraft würde erheblich sein, und bei manchen Anwen düngen könnte eine derart hohe Kraft erforderlich sein Jedoch ist die von der Metallhülse bei ihrem Übergang in den Austenitzustand ausgeübte Kraft sehr groß, unc im allgemeinen ist es vorzuziehen, die Metallhülse nahe der Zinkenbasis angreifen zu lassen, um die Bewe gungsweite der Zinken zu erhöhen.

Die in den F i g. 1 bis 3 gezeichnete Vorrichtung is besonders gut für das Verbinden einer Folge von Schal tungsplatten geeignet. Dabei wird der Stift 11 durch eir Loch in einer Schaltungskarte gesteckt und an die Kar te gelötet. Dann wird der Stift 11 in die obere zylindri

sehe öffnung eines zweiten identischen, gegabelter Greifglieds, das in gleicher Weise an eine zweite Schal tungskarte gelötet ist, eingeführt. Dieses Ineinander stecken erfolgt, solange das das zweite gegabelte Bau teil umgebende Band sich im Martensitzustand befin det. Wenn dann die Einrichtung erwärmt wird, werder die beiden Schaltungskarten fest miteinander verbun den und können doch voneinander getrennt werden wenn die ganze Anordnung unter den Umwandlungs punkt der Metallhülse abgekühlt wird.

Als Werkstoff für die Metallhülse sind Legierunger mit hohen Anteilen von Nickel und Titan besonder: brauchbar, weil die für das Dehnen der im Martensitzu stand befindlichen Metallhülse erforderliche Kraft be sonders niedrig ist und einen Bruchteil der Kraft dar stellt, die die Hülse ausübt, wenn sie in den Austenitzu stand übergeht Wegen dieser Eigenschaft ist die Grö ße der natürlichen Rückfederung bei Kupferberylliun und ähnlichen Werkstoffen ausreichend, um die Hüisi zu verformen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß aus Kombinationei von größeren Anteilen Titan und Nickel mit kleinere! Anteilen Aluminium oder Mangan brauchbare, durcl Erwärmen rückbildbare Legierungen gewonnen wer den können.

Besonders geeignet sind Legierungen mit etwa 4< Atomprozent Titan, etwa 49 Atomprozent Nickel um etwa 2 Atomprozent Kobalt oder etwa 52 Atompro zent Nickel und etwa 48 Atomprozent Titan oder etwi 50 Atomprozent Titan, etwa 48 Atomprozent Nicke und etwa 2 Atomprozent Eisen. Andere brauchbar! »Gedächtnis-Metalle« sind Legierungen aus Gold um Cadmium und Legierungen aus Indium und Thallium.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: ^*^

1. Steckverbindung mit einem metallischen, insbesondere gabelartigen Greifglied, welches von einer wärmerückstellbaren Metallhülse umgeben ist, d a durch gekennzeichnet, daß das Greifglied (13,14; 51, 52) aus einem durch Abkühlung oder Erwärmen wiederholbar lösbaren Federklemmelement besteht, dessen Federwirkung derart ausgewählt ist. daß sich die Metallhülse nach Temperatureinwirkung, insbesondere Abkühlung derselben auf etwa — 40°C zum Lösen der Klemmwirkung verformt, wobei die Federwirkung nur ausreicht, die Metallhülse zu verformen, wenn sich dies;: im Martensitzustand befindet,

2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Greifglied mit einem kegelstumpfartigen Abschnitt (40) versehen ist, über den die wärmerückstellbare Hülse gedruckt werden kann, wenn sie sich im Martensitzustand befindet, damit sie die richtigen Abmessungen erhält.

3. Steckverbindung nach Anspruch 1 mit einem elektrisch leitenden Greifglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Federklemmelement elektrisch leitend ist.

4. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federklemmelement aus Kupferberyllium besteht.

5. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (30) aus einem Band besteht, welches den unteren Teil des gegabelten Greifglieds (13, 14; 51,52) umgibt.

6. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gabelartige Federklemmelement an seinem freien Ende mit nach innen zeigenden Vorsprüngen (.'53,54) verschen if t.

7. Steckverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmerückstellbare Metdllhülse in an sich bekannter Weise aus einer Legierung mit größeren Anteilen von Titan und Nickel besteht.

8. Steckverbindung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentlichen aus 49 Atomprozent Titan, 49 Atomprozent Nickel und 2 Atomprozent Kobalt besteht.