-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von einem Verbund, bestehend aus mehreren eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente, einer Welle und einem die Welle umschließenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Montage eines solchen Verbunds.
-
Beim Fügen einer Nockenwelle in einem Lagerrahmen bzw. einer Zylinderkopfhaube werden die Nocken oder generell Funktionselemente erhitzt oder bei Raumtemperatur in ihrer späteren Axialposition gehalten und anschließend die Welle, hier das Nockenwellenrohr, unterkühlt oder bei erhitzten Funktionselementen bei Raumtemperatur durch die Lageröffnungen und durch die Nabenbohrungen der Nocken eingeschoben. Danach muss die Welle einige Zeit in Position gehalten werden, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat und ein thermischer Presssitz entstanden ist. Waren die Nocken auch gleichzeitig auf ihre Winkelposition ausgerichtet, ist hiermit der Fügevorgang beendet. Waren sie das nicht, werden die Nocken während des Abkühlvorgangs bzw. danach in ihre endgültige Winkellage verdreht. Da der Haltevorgang vergleichsweise lange dauert, wird hierdurch die Taktzeit negativ beeinflusst und das gesamte Verfahren verteuert. Zudem ergibt sich bei einer kalten oder stark abgekühlten Welle das Problem, dass sich Kondensat bilden kann, was vor allem im Inneren der Welle, das heißt beispielsweise des Nockenwellenrohrs, äußerst negativ ist. Um derartiges Kondensat wieder zu entfernen und einer Korrosion vorzubeugen, muss der komplette Verbund nachträglich wieder erwärmt werden. Wird jedoch die Welle bereits während dem Abkühlen beidseitig verschlossen, beispielsweise durch einen Antriebs- bzw. Abtriebsstopfen zu einem Nebenaggregat, ist ein Entweichen der Feuchtigkeit nicht mehr gewährleistet, wodurch erst recht Korrosionsprobleme entstehen können.
-
Aus der
EP 1 155 770 B1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Montage von einem Verbund, bestehend aus mehreren eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente, einer Welle und einem die Welle umschließenden Bauteil bekannt. Bei dem bekannten Fügeverfahren ist jedoch die Kondensatproblematik in keiner Weise gelöst.
-
Aus der
DE 10 2011 001 499 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schrumpfverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen bekannt, bei welchem wenigstens ein erstes Bauteil auf eine Vorwärmtemperatur eingestellt wird und wenigstens ein damit zu fügendes zweites Bauteil auf eine Temperatur, die geringer ist als die Vorwärmtemperatur. Durch die derart hergestellte Temperaturdifferenz ist ein Fügen der beiden Bauteile miteinander möglich. Nach dem Aufschieben der Bauteile wird das Bauteil mit der geringeren Temperatur erwärmt und dadurch die Schrumpfverbindung hergestellt. Auch dieses Verfahren bzw. die aus diesem Stand der Technik bekannte Vorrichtung verhindert jedoch keine Kondensatbildung innerhalb des zweiten Bauteils, das heißt konkret innerhalb der Nockenwelle.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die Kondensatproblematik und verbunden damit die Korrosionsproblematik zumindest reduziert und zugleich reduzierte Taktzeiten erlaubt.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, vor Beendigung eines an sich bekannten thermischen Fügeverfahrens zum Herstellen eines Verbundes, bestehend aus mehreren eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselement, der Welle und einem die Welle umschließenden Bauteil, einen Innenraum der Welle und damit diese selbst zu erhitzen, bis die Funktionselemente durch einen thermischen Presssitz gehalten und zugleich ein Kondensat aus dem Welleninneren entfernt ist. Bei dem Verfahren werden zunächst in bekannter Weise die einzelnen Funktionselemente, beispielsweise Nocken, Ausgleichsmassen, Zahnräder und/oder Lager so angeordnet, dass die Ausnehmungen der Funktionselemente auf einer Geraden liegen. Diese Gerade kann horizontal aber auch vertikal angeordnet sein, was ein Ausrichten der Welle beim Fügen erleichtert. Anschließend wird das Bauteil, welches beispielsweise als Haubenmodul, insbesondere als Zylinderkopfhaube oder als Lagerrahmen, konzipiert sein kann, über die Funktionselemente übergestülpt und zwar derart, dass entsprechende Durchführungen im Bauteil für die Welle mit den Ausnehmungen der Funktionselementen fluchten. Anschließend wird die Welle durch die Ausnehmungen der Funktionselemente und die Durchführungen im Bauteil geschoben. Um einen thermischen Presssitz zu erhalten, werden die Welle gekühlt und/oder die Funktionselemente bzw. das Bauteil erwärmt, so dass bei einem späteren Temperaturausgleich ein Schrumpfen der Funktionselemente bzw. des Bauteils und/oder ein Expandieren der Welle erreicht wird. Insbesondere beim vorherigen Abkühlen der Welle zur Herstellung des thermischen Fügeverbundes kann sich Kondensat innerhalb der Welle bilden, was anschließend zu unerwünschten Korrosionsprozessen führen kann. Aus diesem Grund wird nun ein Innenraum der Welle und damit diese selbst erfindungsgemäß erhitzt, bis die Funktionselemente einerseits durch einen thermischen Presssitz gehalten und andererseits das Kondensat aus dem Welleninneren entfernt ist. Hierdurch kann nicht nur das die Korrosion fördernde Kondensat aus der Welle entfernt werden, sondern es lässt sich auch die Taktzeit deutlich reduzieren, da vergleichsweise schnell ein fester Kontakt zwischen der Welle und den Funktionselementen erreicht wird. Das Entfernen des Kondensats ist insbesondere dann besonders wichtig, wenn in einem anschließenden Verfahrensschritt die Welle an beiden Seiten mit einem Stopfen, beispielsweise einem Antriebsstopfen und einem Abtriebsstopfen zur Verbindung mit Nebenaggregaten verschlossen wird.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird der Innenraum der Welle und damit diese selbst mittels Heißluft oder heißer Flüssigkeit erhitzt. Ein schnelles Aufheizen der Welle und insbesondere auch ein schnelles Entfernen des Kondensats kann insbesondere durch ein leistungsstarkes Heißluftgebläse besonders einfach erreicht werden, wobei selbstverständlich alternativ auch heiße Flüssigkeit, beispielsweise heißes Öl, durch die Welle geleitet werden kann. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass der Innenraum der Welle und damit diese selbst zumindest abschnittsweise mittels einer Stabheizung, insbesondere induktiv, erhitzt wird. Hierzu wird ein Stabinduktor in die rohrförmige Welle eingeschoben, was den weiteren großen Vorteil bietet, dass je nach Ausbildung der Stabheizung ein abschnittsweises oder aber auch ein gesamtes Erhitzen der Welle möglich ist. Sämtliche genannten Heizeinrichtungen gewährleisten jedoch eine Reduzierung der Taktzeit, da der thermische Presssitz deutlich schneller erreicht werden kann sowie ein vollständiges Entfernen des im Welleninneren vorhandenen Kondensats, wodurch unerwünschte Korrosionsprozesse unterbunden werden können.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Welle vor dem Durchschieben gekühlt und/oder es werden die Funktionselemente vor dem Durchschieben der Welle erhitzt. Die beiden genannten Verfahren können dabei separat oder kumulativ angewendet werden, wobei insbesondere ein Abkühlen der Welle zur Herstellung des thermischen Fügeverbundes zu der unerwünschten Kondensatbildung führen kann, was jedoch durch den Austrag des Kondensats durch das Erhitzen des Welleninneren kompensiert werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Vorrichtung zur Montage von einem Verbund, bestehend aus mehreren eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente, insbesondere Nocken, Ausgleichsmassen, Zahnräder und/oder Lager in einer vorbestimmten Winkelposition auf einer Welle anzugeben, wobei diese Vorrichtung in bekannter Weise mehrere axial zueinander angeordnete Halteeinrichtungen für die Funktionselemente besitzt. Ebenso besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halterung für ein Bauteil, beispielsweise einen Lagerrahmen oder ein Haubenmodul, wobei das Bauteil derart auf der Halterung ausgerichtet ist bzw. wird, dass die Ausnehmungen der Funktionselemente, beispielsweise Nabenbohrungen von Nocken, und Durchführungen für die Welle im Bauteil auf einer Geraden, insbesondere sogar auf einer vertikalen Geraden liegen. Die Vorrichtung besitzt darüber hinaus einen verfahrenbaren Führungsschlitten für die Welle zum Durchschieben derselben durch die Ausnehmung und durch die Durchführungen sowie eine Heizeinrichtung zum Erhitzen eines Innenraums der Welle und darüber dieser selbst. Besonders die Heizeinrichtung sorgt dafür, dass sich die Taktzeit deutlich reduziert und insbesondere durch einen Austrag des Kondensats aus dem Inneren der Welle die Korrosionsgefahr zumindest reduziert werden kann.
-
Die Heizeinrichtung kann dabei als Heißfluidförderer, beispielsweise als Heißölförderer oder als Heißluftgebläse, ausgebildet sein, aber auch als Stabinduktor, mittels welchem die Welle zumindest bereichsweise erhitzbar ist. Sämtliche erwähnten Heizeinrichtungen bieten dabei die Möglichkeit eines vergleichsweise schnellen Herstellens eines thermischen Presssitzes sowie einen Austrag des Kondensats aus der Welle.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darüber hinaus noch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Welle vorgesehen sein, wobei diese Kühlvorrichtung die Welle so stark schrumpft, dass diese durch die Ausnehmungen der Funktionselemente und die Durchführung im Bauteil geschoben werden kann.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer als Stabinduktor ausgebildeten Heizeinrichtung,
-
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei in einen Innenraum der Welle eingefahrenem Stabinduktor,
-
3 eine Darstellung wie in 2 mit einer als Heizfluidförderer ausgebildeten Heizeinrichtung,
-
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch mit einer als Heißluftgebläse ausgebildeten Heizeinrichtung.
-
Entsprechend den 1 bis 4 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Montage von einem Verbund, bestehend aus mehreren eine Ausnehmung 13 für eine Welle 2 aufweisender Funktionselemente 3, einer Welle 2 und einem die Welle 2 umschließenden Bauteil 4, mehrere Halteeinrichtungen 5 auf, auf welchen die einzelnen Funktionselemente 3, beispielsweise Nocken 7, Ausgleichsmassen, Zahnräder und/oder Lager, vorzugsweise in einer vorbestimmten Winkelposition aufgelegt werden können. Ebenso vorgesehen ist eine Halterung 6 für das Bauteil 4, welches beispielsweise als Lagerrahmen, als Haubenmodul oder Zylinderkopfhaube ausgebildet sein kann. Die Halterung 6 kann dabei generell als Halteeinrichtung betrachtet werden. Die Halterung 6 ist dabei in der Lage, das Bauteil 4 derart auszurichten, dass die Ausnehmungen 13 der Funktionselemente 3, das heißt beispielsweise die Nabenbohrungen der Nocken 7, sowie Durchführungen 8 für die Welle 2 im Bauteil 4 auf einer Geraden 9 liegen, wobei die Gerade 9 in den gezeigten Figuren vertikal verläuft, was eine vereinfachte Montage des Verbundes ermöglicht, da sich die Welle 2 aufgrund der Schwerkraft selbst ausrichtet.
-
Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus einen verfahrbaren Führungsschlitten 10 für die Welle 2 zum Durchschieben derselben durch die Ausnehmungen 13 und Durchführungen 8 auf. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß noch eine Heizeinrichtung 11 vorgesehen, die gemäß den 1 und 2 als Stabinduktor ausgebildet ist, wogegen sie gemäß der 3 als Heißfluid- bzw. Heißflüssigkeitsförderer und gemäß der 4 als Heißluftgebläse ausgebildet ist. Mit der Heizeinrichtung 11 ist es möglich, einen Innenraum der Welle 2 und darüber diese selbst zu erhitzen, wodurch ein thermischer Presssitz zwischen der Welle 2 und den Funktionselementen 3 deutlich schneller hergestellt und zudem ein Kondensat aus einem Innenraum der Welle 2 ausgetragen werden kann, wodurch es möglich ist, in diesem Bereich auftretende Korrosionsprozesse zumindest zu reduzieren, vorzugsweise sogar zu vermeiden.
-
Das Fügen des Verbundes erfolgt dabei wie folgt:
Zunächst werden die einzelnen Funktionselemente 3 auf den Halteeinrichtungen 5 aufgelegt und anschließend das Bauteil 4, beispielsweise der Lagerrahmen bzw. die Zylinderkopfhaube, so über die Funktionselemente 3 gestülpt, dass die entsprechenden Durchführungen 8 im Bauteil 4 für die Welle 2 mit den Ausnehmungen 13 in den Funktionselementen 3 fluchten. Anschließend werden die Funktionselemente 3 erhitzt und/oder die Welle 2 gekühlt, um mittels des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine Maßabweichung zwischen Funktionselementen 3 und Welle 2 zu erreichen, die ein Ineinanderschieben ermöglicht. Anschließend wird die Welle 2 mittels des Führungsschlittens 10 durch die Durchführungen 8 im Bauteil 4 und die Ausnehmungen 13 in den Funktionselementen 3 hindurch geschoben. Um nun den thermischen Ausgleich und damit den Presssitz nicht abwarten zu müssen, wird anschließend der Innenraum der Welle 2, das heißt ein Rohrinneres erhitzt, bis die Funktionselemente 3 durch einen thermischen Presssitz gehalten und zugleich ein Kondensat aus dem Welleninneren entfernt ist.
-
Anschließend kann die Welle 2 an mindestens einer Seite beispielsweise mittels eines Stopfens 12, insbesondere mittels eines Antriebs- oder Abtriebsstopfens, verschlossen werden. Das Erhitzen des Innenraums der Welle 2 vor dem Verschließen derselben kann beispielsweise mittels Heißluft erfolgen, wie dies gemäß der 4 dargestellt ist, oder mittels einer heißen Flüssigkeit, beispielsweise mittels heißem Öl, wie dies gemäß der 3 dargestellt ist. Auch das Erhitzen mittels eines Stabinduktors, wie gemäß der 2 dargestellt, ist denkbar, wobei dies zu dem die Möglichkeit bietet, die Welle 2 abschnittsweise zu erhitzen.
-
Das Ausrichten der einzelnen Funktionselemente 3 hinsichtlich ihrer Winkellage erfolgt dabei vorzugsweise entweder bereits zu Beginn beim Einlegen in die Halteeinrichtungen 5 oder aber nach dem Einschieben der Welle 2 vor der Herstellung des thermischen Presssitzes.
-
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und insbesondere auch mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lässt sich die Taktzeit zur Montage des Verbundes aus Welle 2, Funktionselementen 3 und Bauteil 4, beispielsweise einer Nockenwelle mit Nocken und Zylinderkopfhaube, deutlich reduzieren, und zugleich das im Welleninneren insbesondere bei abgekühlten Wellen 2 entstehende Kondensat austragen, so dass nicht nur fertigungstechnische Vorteile hinsichtlich der Zeitersparnis, sondern auch qualitative Vorteile hinsichtlich eines verbesserten Korrosionsschutzes erreicht werden können.
-
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
-
- EP 1155770 B1 [0003]
- DE 102011001499 B3 [0004]
