DE102012213511A1

DE102012213511A1 - Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils in ein zweites Maschinenteil

Info

Publication number: DE102012213511A1
Application number: DE102012213511.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Hauck; Hans Jürgen Friedrich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: WO2014019913A2; CN104620004A; DE102012213511B4; WO2014019913A3; US9925610B2; US20150217392A1; EP2880323A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils (1) in ein zweites Maschinenteil (2). Um während des Montageprozesses stattfindende Spannungszustände im Material des ersten Maschinenteils schonend zu eliminieren, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte vor: a) Einbau des ersten Maschinenteils (1) in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil (2); b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz (3), die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils (1) hervorzurufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils in ein zweites Maschinenteil.
In mannigfaltigen Anwendungsfällen muss ein erstes Maschinenteil in ein zweites montiert werden. Als Beispiel sei ein Lagerträger genannt, der in ein Gehäuse eingebaut werden muss. Ein solches Konzept sieht beispielsweise einen Lagerträgergrundkörper vor, der zur Aufnahme von Wälzlagern ausgebildet ist. Der Lagerträger wird vormontiert, d. h. die Wälzlager werden in topfartige Vertiefungen des Lagerträger-Grundkörpers eingesetzt und hier fixiert. Dann wird der komplette Lagerträger in eine runde oder ähnlich geformte Bohrung bzw. Ausnehmung in einem Gehäuse eingesetzt. Damit der Lagerträger im Gehäuse im späteren Betrieb einen hinreichenden Halt hat, muss eine Presspassung zwischen Lagerträger und Gehäusebohrung vorliegen.
Das erforderliche Einpressen des vormontierten Lagerträgers in das Gehäuse hat dabei mitunter nachteilig zur Folge, dass sich im Material des Lagerträgers Spannungen bilden, die zu Toleranzänderungen führen können. Hierdurch wiederum kommt es zu Einbußen in der Qualität und Haltbarkeit der Lagerung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem es möglich wird, während des Montageprozesses stattfindende Spannungszustände im Material des ersten Maschinenteils schonend zu eliminieren. Dies soll so erfolgen, dass insbesondere benachbarte Bauteile – wie insbesondere wärmesensible Wälzlager – nicht über Gebühr thermisch belastet werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Einbau des ersten Maschinenteils in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil;
b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz, die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils hervorzurufen.

Die Erfindung stellt also darauf ab, das erste Maschinenteil nach seiner Montage einer Wärmebehandlung im weitesten Sinne zu unterziehen. Spannungen, die aus dem Montagevorgang selber herrühren, können so im montierten Zustand beseitigt werden.
Die exotherm reagierende Substanz kann dabei vor oder nach der Durchführung des Schritts a) am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet werden; möglich ist es aber auch, dass sie zusammen mit der Durchführung des Schritts a) am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet wird.
Bei der thermischen Gefügeveränderung handelt es sich primär um ein Spannungsarmglühen. Möglich ist es aber auch, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines anderen Glühverfahrens, beispielsweise eines Weichglühprozesses, ist. Ebenfalls möglich ist es, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines Härte-, Anlass- oder Stabilisierungsprozesses ist. Als Beispiel sei ein Vergütungsprozess genannt.
Die exotherm reagierende Substanz kann als Schicht an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil aufgebracht werden. Hierzu kann sie auch auf einem Tragelement aufgebracht werden, wobei das Tragelement dann an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet wird. Demgemäß kann die Substanz also direkt auf das Maschinenteil aufgebracht werden oder mittelbar über einen Träger.
Ist die Wärmebehandlung erfolgt, d. h. hat die exotherm reagierende Substanz chemisch reagiert, können Reste der reagierten Substanz falls erforderlich entfernt werden.
Ein bevorzugter, keinesfalls aber ausschließlicher Anwendungsfall des vorgeschlagenen Verfahrens die Montage eines Lagerträgers, der in ein zweites Maschinenteil in Form eines Gehäuses montiert wird.
Die zum Einsatz kommende exotherm reagierende Substanz kann aus einem reaktiven nanokristallinen Material bestehen. Das Auslösen der exothermen Reaktion in der beispielsweise reaktiven nanokristallinen Schicht kann dadurch erfolgen, dass ein elektrischer Strom durch die Substanz geleitet wird.
Die exotherm reagierende Substanz kann dabei als separate Struktur auf das erste und/oder zweite Maschinenteil ein bzw. aufgebracht werden.
Im Falle dessen, dass das erste Maschinenteil als Lagerträger ausgeführt ist, kann mindestens eine kreisförmige Ausnehmung für die Aufnahme des Lagerrings eines Wälzlagers vorgesehen sein, wobei die exotherm reagierende Schicht entlang des Umfangs der kreisförmigen Ausnehmung bzw. entlang eines Teils des Umfangs angeordnet werden kann. Der Lagerträger-Grundkörper besteht insbesondere aus Blech.
Eine mögliche Ausbildung der exotherm reagierenden Substanz ist eine solche, die Nickel (Ni) und Aluminium (Al) einsetzt. Zu Details betreffend eine solche Substanz wird auf die US 6,991,856 B2 ausdrücklich Bezug genommen, wo zum Einsatz kommende reaktive nanokristalline Schichten eingehend beschrieben und offenbart sind. Es handelt sich bei den vorgesehenen reaktiven nanokristallinen Schichten bevorzugt um Folien, die eine Vielzahl von dünnen Lagen aufweisen, die als eine lokale Wärmequelle fungieren können. Derartige Schichten sind handelsüblich beispielsweise unter der Bezeichnung NanoFoil^® von der Firma Reactive Nano Technogies Inc., USA, erhältlich. Die genannte Schicht stellt eine thermisch instabile Schicht dar, die bei Aktivierung, beispielsweise durch Durchleitung eines elektrischen Stroms, aufgeschmolzen werden kann. Es ist aber auch möglich, statt Folien die exotherm reagierende Substanz in Form von pastösem Material aufzubringen.
Die zum Einsatz kommenden exotherm reagierenden Substanzen können als Schichten – beispielsweise durch Auflegen oder Einlegen der genannten reaktiven nanokristallinen Folien – vorgesehen werden. Alternativ ist es auch möglich, unter Nutzung bekannter Beschichtungsverfahren (wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung PVD bekannt sind) eine Schicht aus reaktivem nanokristallinem Material direkt auf zumindest einen Teil des ersten und/oder zweiten Maschinenteils aufzubringen.
Das vorgeschlagene Verfahren stellt also eine Lösung zur Verfügung, mit der Bauelemente – insbesondere der Antriebstechnik – nach deren Montage wärmebehandelt werden können. Die Notwendigkeit hierzu entsteht zumeist durch den Montageprozess selbst, d. h. während der Montage werden durch Pressvorgänge lokale Spannungen im Maschinenteil erzeugt, die zu Toleranzänderungen führen können. Diese werden durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wieder schonend beseitigt.
Das erfindungsgemäße Konzept stellt auf das lokale Aufbringen einer exotherm reagierenden Substanz ab, die als Schicht oder generell in Form von Partikeln zum Einsatz kommen kann. Hiermit kann sehr gezielt und eng begrenzt ein Spannungsabbau erfolgen, ohne thermisch empfindliche Umgebungsbereiche bzw. -teile (beispielsweise ein Wälzlager) zu beeinflussen.
Ein anderweitiges Eliminieren der Spannungen im ersten Maschinenteil ist mitunter schwierig bzw. unmöglich, da hierfür in der montierten Situation keine andere als die erfindungsgemäße Möglichkeit besteht. Die Erfindung ermöglicht indes ein Spannungsarmglühen nach der Montage, ohne dass dies nachteilig für andere Bauteile bzw. Baugruppen ist.
Da die exothermische Reaktion zumeist sehr schnell abläuft und weiterhin – wie erläutert – nur auf die Bauteilbereiche beschränkt werden kann, die der Wärmebehandlung bedürfen, ist die Wärmebehandlung an bereits montierten Baugruppen möglich, wobei benachbarte Bauteile bzw. Bauelemente nicht thermisch und hinsichtlich ihres Gefüges beeinflusst werden.
Stationäre Heizöfen für die Wärmebehandlung sind ebenso wenig nötig wie mobile Heizgeräte.
Vorteilhaft ist ferner, dass das vorgeschlagene Verfahren in einen automatisierten Montageprozess einfach integrierbar ist. Das gilt auch für einen manuellen Montageprozess, bei dem die Bauteile dann handwarm sein können.
Schließlich ist das Verfahren ohne hohe Kostenaufwendungen umsetzbar.
Der Erfindungsvorschlag kann bei beliebigen Anwendungen eingesetzt werden. Auch die Art der Wärmebehandlung – ob Spannungsarmglühen oder andere Glüh-, Anlass-, Stabilisierungs- und Härteverfahren – ist in einem weiten Bereich möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Maschinenteil in Form eines Lagerträgers, der in ein zweites Maschinenteil in Form eines Gehäuses eingebaut werden soll, wobei die Teile noch nicht miteinander verbunden sind,
2 das erste und zweite Maschinenteil gemäß 1, wobei die Teile jetzt montiert worden sind, und
3 die Einzelheit „X“ gemäß 2, wobei hier eine exotherm reagierende Substanz dargestellt ist, mit der ein Spannungsarmglühen erfolgt.
In 1 ist ein erstes Maschinenteil 1 in Form eines Lagerträgers zu sehen, das in ein zweites Maschinenteil 2 in Form eines Gehäuses eingebaut werden soll. Details zum Aufbau des Lagerträgers 1 und des Gehäuses 2 gehen aus 3 hervor. Hiernach hat der Lagerträger 1 einen Lagerträger-Grundkörper 4, der topfförmige Vertiefungen zur Aufnahme zweier Wälzlager 5 aufweist. Die Wälzlager 5 sind im Lagerträger 1 fixiert. Der gesamte und soweit vormontierte Lagerträger 1 wird dann in eine Bohrung 6 im Gehäuse 2 montiert, indem der Lagerträger 1 axial in die Bohrung 6 eingepresst wird.
Während 1 noch den vormontierten Lagerträger 1 vor der Montage in das Gehäuse 2 zeigt, ist er gemäß 2 in die Bohrung 6 des Gehäuses 2 eingepresst worden. Hierdurch haben sich im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 Spannungen ergeben, die hinsichtlich der Qualität der Lagerung sowie deren Gebrauchsdauer nachteilig sind.
Die Spannungen im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 werden erfindungsgemäß wie folgt abgebaut: Auf dem Lagerträger-Grundkörper 4 ist in Bereichen, in denen Spannungen zu erwarten sind, eine exotherm reagierender Substanz 3 aufgebracht, wie es in 3 gesehen werden kann. Hier ist noch eine zweite exotherm reagierende Substanz 3‘ eingezeichnet, die optional eingesetzt werden kann.
Diese Substanz 3 bzw. 3‘ wird so auf dem Lagerträger-Grundkörper 4 verteilt, wie es den Orten der abzubauenden Spannungen entspricht. Anschließend wird die Substanz 3 bzw. 3‘ so aktiviert, dass ein exothermer Vorgang abläuft, der das Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 lokal aufheizt.
Hierdurch erfolgt ein Spannungsarmglühen im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4, d. h. die durch den Montagevorgang erzeugten Spannungen werden wieder abgebaut.
Möglich ist es auf diese Weise auch, dass lokale Härteprozesse vorgenommen werden können, so dass beispielsweise das Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 an gewünschten Stellen gehärtet wird.
Sehr vorteilhaft ist es, dass die lokal durch die Substanz 3 bzw. 3‘ eingegebene Wärme nicht bis in die benachbarten Wälzlager 5 abstrahlt bzw. geleitet wird, so dass die temperaturempfindlichen Lager während des genannten Prozesses schonend behandelt werden.
Bezugszeichenliste

1: erstes Maschinenteil (Lagerträger)
2: zweites Maschinenteil (Gehäuse)
3: exotherm reagierende Substanz
3‘: exotherm reagierende Substanz
4: Lagerträger-Grundkörper
5: Wälzlager
6: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6991856 B2 [0015]

Claims

Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils (1) in ein zweites Maschinenteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einbau des ersten Maschinenteils (1) in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil (2); b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz (3), die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils (1) hervorzurufen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) vor der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) nach der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) zusammen mit der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Gefügeveränderung ein Spannungsarmglühen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines Härteprozesses ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) als Schicht an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) auf einem Tragelement aufgebracht wird, wobei das Tragelement an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt b) gemäß Anspruch 1 Reste der reagierten Substanz (3) entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (1) ein Teil einer Lagereinheit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (1) ein Lagerträger ist, der in ein zweites Maschinenteil (2) in Form eines Gehäuses montiert wird.