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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung mehrerer eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum thermischen Fügen von jeweils einer Ausnehmung aufweisender Funktionselemente auf einer Welle.
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Zum Fügen von Funktionselementen, insbesondere von Nocken, auf einer Welle, insbesondere auf einem Nockenwellenrohr, müssen die Naben bzw. Ausnehmungen der einzelnen Funktionselemente zur Achse der Welle ausgerichtet werden. Sollen gleichzeitig mehrere Funktionselemente in einem Rutsch durch Einführen der Welle gefügt werden, müssen sämtliche Funktionselemente entsprechend ausgerichtet werden.
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Aus der
DE 10 2008 064 194 A1 ist eine hierfür geeignete Vorrichtung zur Positionierung mehrerer eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente, insbesondere Nocken, in einer vorbestimmten Winkelposition auf der Welle bekannt, wobei die Vorrichtung mehrere für jeweils ein Funktionselement bestimmte Aufnahmen aufweist. Die Aufnahmen sind dabei derart positionierbar, dass die Ausnehmung der Funktionselemente im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden liegen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Vorrichtung zur Positionierung mehrerer eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente anzugeben, die insbesondere einen Montagevorgang bei thermischen Fügen von Funktionselementen auf der Welle deutlich präzisiert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Vorrichtung zur Positionierung mehrerer eine Ausnehmung für eine Welle aufweisender Funktionselemente, insbesondere Nocken, in einer vorbestimmten Winkelposition auf der Welle, Haltebalkone vorzusehen, welche vertikal übereinander angeordnet und zur Aufnahme jeweils eines Funktionselements ausgebildet sind. Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein vertikal von unten durch die Ausnehmungen der Funktionselemente verfahrbarer Spreizdorn, der in gespreiztem Zustand die Funktionselemente mit ihren Ausnehmungen fluchtend zueinander ausrichtet. Im nicht gespreizten Zustand kann dabei der Spreizdorn berührungslos durch die Ausnehmung der Funktionselemente gefahren werden. Ebenfalls vorgesehen ist eine Spannvorrichtung, die die Funktionselemente nach dem Entfernen des Spreizdorns gegen die Haltebalkone drückt und dadurch in der vordefinierten Lage fixiert. Die Welle selbst wird mittels eines vertikal von oben verfahrbaren Führungsschlittens durch die Ausnehmung der Funktionselemente geschoben, wobei der vertikal verfahrbare Führungsschlitten für die Welle einen großen Vorteil darstellt, da sich die an diesem hängende Welle aufgrund der Schwerkraft selbst ausrichtet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Spreizdorn ist somit ein äußeres präzises Ausrichten der einzelnen Funktionselemente vor dem eigentlichen thermischen Fügen möglich, wodurch der gesamte thermische Fügevorgang insgesamt präziser durchführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Spreizdorn radial ausfahrbare Gleitelemente auf. Bei nicht ausgefahrenen Gleitelementen ist es somit möglich, den Spreizdorn berührungsfrei durch die Ausnehmungen der einzelnen Funktionselemente zu bewegen. Hat er seine Endstellung erreicht, werden die Gleitelemente radial nach außen gefahren und richten dadurch die einzelnen Funktionselemente mit ihren Ausnehmungen fluchtend zueinander aus. Die radial ausfahrbaren Gleitelemente können dabei aus einem Werkstoff ausgebildet sein, der weicher ist als der Werkstoff der Funktionselemente, insbesondere aus Kunststoff oder aus einer Kupferlegierung. Dies bietet die Sicherheit, die Funktionselemente beim Ausrichten nicht zu beschädigen.
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Alternativ zu der im vorherigen Absatz beschriebenen Ausführungsform kann der Spreizdorn auch hohl ausgebildet sein und beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder mittels eines zweiten Spreizdorns zumindest im Bereich des jeweiligen Funktionselements aufgeweitet werden. In diesem Fall weist somit der Spreizdorn keine radial ausfahrbaren Gleitelemente auf, sondern wird selbst radial aufgeweitet, beispielsweise mittels Druckluft oder mittels Hydraulikflüssigkeit, welche in den Spreizdorn gepumpt wird. Durch das Vorsehen eines zweiten Spreizdorns, der in den hohlen Spreizdorn eingeführt wird, kann auch dieser das radiale Aufweiten des Spreizdorns übernehmen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Wandstärke des Spreizdorns im Bereich der Funktionselemente dünner als in einem axial dazu benachbarten Bereich oder der Spreizdorn weist im Bereich der Funktionselemente einen größeren Außendurchmesser auf als in einem axial dazu benachbarten Bereich. Beide Alternativen ermöglichen bei einem hydraulischen oder pneumatischen Aufweiten des Spreizdorns das zuverlässige Ausrichten der einzelnen Funktionselemente hinsichtlich ihrer Ausnehmungen. Die dünnere Wandstärke bzw. der größere Außendurchmesser im Bereich der Funktionselemente ermöglicht dabei einerseits ein problemloses Durchfahren des Spreizdorns im nicht gespreizten Zustand und andererseits das zuverlässige Ausrichten der einzelnen Funktionselemente bei gespreiztem Spreizdorn.
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Zweckmäßig weist zumindest ein Haltebalkon zumindest zwei Anschlagpins und eine Drückvorrichtung auf, mittels welcher ein Funktionselement winkelgenau gegen die Anschlagpins gedrückt und fixiert werden kann. Die Anschlagpins sind dabei in der Art von Stiften ausgebildet und bilden einen einfachen Anschlag, gegen welche die einzelnen Funktionselemente mittels der Drückvorrichtung vorgespannt und gedrückt werden. Alternativ zur Drückvorrichtung kann der Spreizdorn auch drehbar ausgebildet sein, so dass er in gespreiztem Zustand beim Drehen die einzelnen Funktionselemente gegen die Anschlagpins der Haltebalkone drückt und dadurch winkelgenau ausrichtet. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Spreizdorn mit radial ausfahrbaren Gleitelementen verwendet, bei welchen die Gleitelemente ein Durchrutschen des Spreizdorns beim Anliegen der Funktionselemente an die Anschlagpins ermöglicht. Es ist dadurch sichergestellt, dass die Funktionselemente zwar einerseits sicher radial ausgerichtet werden, aber auf dem Spreizdorn durchdrehen können, sofern sie an den Anschlagpins anliegen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum thermischen Fügen von jeweils eine Ausnehmung aufweisenden Funktionselementen anzugeben, mittels welchen die Funktionselemente in besonders einfacher und zugleich exakter Weise auf der Welle gefügt werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Funktionselemente zunächst in die vertikal übereinander angeordneten Haltebalkone eingelegt. Anschließend wird von unten der Spreizdorn durch die Ausnehmung gefahren und aufgespreizt, so dass die Funktionselemente mit ihren Ausnehmungen fluchtend zueinander und vertikal übereinander ausgerichtet werden. Anschließend wird eine Spannvorrichtung aktiviert, die die Funktionselemente gegen die Haltebalkone vorspannt und dadurch auch nach dem Entfernen des Spreizdorns fixiert. Zuvor oder jetzt können die Funktionselemente erwärmt und/oder die Welle gekühlt werden, worauf hin die Welle von oben mittels dem verfahrbaren Führungsschlitten durch die Ausnehmung der Funktionselemente eingeschoben wird. Das vertikale von oben Einfahren der Welle in die Ausnehmung der Funktionselemente bietet den großen Vorteil, dass sich die Welle aufgrund der Schwerkraft bereits selbst ausrichtet und nicht wie bei einem horizontalen Einfahren stets ausgerichtet und in ausgerichteter Stellung mühsam gehalten werden muss.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht,
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2 eine Ansicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung von oben,
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3 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spreizdorns,
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4 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spreizdorns,
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5 eine Ansicht auf einen Spreizdorn mit radial ausfahrbaren Gleitelementen.
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Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Positionierung mehrerer eine Ausnehmung 3 für eine Welle 2 aufweisender Funktionselemente 4, insbesondere Nocken, Ausgleichsmassen, Zahnräder und/oder Lager, in einer vorbestimmten Winkelposition auf der Welle 2, mehrere für jeweils ein Funktionselement 4 bestimmte Haltebalkone 5 auf, welche vertikal übereinander angeordnet sind. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einen vertikal von unten durch die Ausnehmungen 3 verfahrbaren Spreizdorn 6 (vergleiche auch die 3 bis 5), der im nicht gespreizten Zustand berührungsfrei durch die Ausnehmungen 3 der Funktionselemente 4 fahrbar ist und der im gespreizten Zustand die Funktionselemente 4 mit ihren Ausnehmungen 3 fluchtend zueinander zum Durchschieben der Welle 2 ausrichtet. Ebenfalls vorgesehen ist eine Spannvorrichtung 7, die die Funktionselemente 4 nach dem Entfernen des Spreizdorns 6 gegen die Haltebalkone 5 drückt und dadurch fixiert. Mit einem vertikal verfahrbaren Führungsschlitten 8 kann die Welle 2 von oben durch die Ausnehmungen 3 der Funktionselemente 4 geschoben werden, wobei die vertikale Ausrichtung der Welle 2 vorzugsweise selbsttätig von der Schwerkraft übernommen bzw. zumindest von dieser unterstützt werden kann.
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Prinzipiell kann der Spreizdorn 6 radial ausfahrbare Gleitelemente 9 aufweisen, wie dies bei den Ausführungsformen des Spreizdorns 6 gemäß den 1, 2 und 5 gezeigt ist. Die radial ausfahrbaren Gleitelemente 9 können dabei aus einem Werkstoff ausgebildet sein, der weicher ist als der Werkstoff der Funktionselemente 4, insbesondere können die Gleitelemente 9 zumindest teilweise aus Kunststoff oder aus einer Kupferlegierung hergestellt sein.
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Alternativ hier ist auch denkbar, dass der Spreizdorn 6 hohl ausgebildet ist (vergleiche die 3 und 4) und hydraulisch, pneumatisch oder mittels eines weiteren nicht gezeigten zweiten Spreizdorns, zumindest im Bereich des jeweiligen Funktionselements 4 aufweitbar ist. Zum vereinfachten hydraulischen oder pneumatischen Aufweiten des Spreizdorns 6 kann vorgesehen sein, dass eine Wandstärke w1 des Spreizdorns 6 im Bereich der Funktionselemente 4 dünner ist als eine Wandstärke w2 in einem axial dazu benachbarten Bereich. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Spreizdorn 6 im Bereich der Funktionselemente 4 einen größeren Außendurchmesser d1 aufweist, als in einem axial dazu benachbarten Bereich, in welchem der Außendurchmesser d2 geringer ist (vergleiche die 3 und 4). Auch kann der Spreizdorn 6, wie dies gemäß 3 dargestellt ist, gestuft ausgebildet sein, wobei dann selbstverständlich auch die zugehörigen Ausnehmungen 3 der Funktionselemente 4 sowie die Welle 2 entsprechend gestufte Abmessungen aufweisen müssen.
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Betrachtet man nochmals die 1 und 2, so kann man erkennen, dass die dort abgebildeten Haltebalkone 5 zumindest zwei Anschlagpins 10 aufweisen und eine Drückvorrichtung 11 vorgesehen ist, mittels welcher ein Funktionselement 4, beispielsweise ein Nocken, winkelgenau gegen die Anschlagpins 10 gedrückt und dadurch winkelgenau im Haltebalkon 5 fixiert werden kann.
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Anstelle der Drückvorrichtung 11 kann auch vorgesehen sein, dass der Spreizdorn 6 um seine Achse drehbar ausgebildet ist, so dass er nach dem Einfahren in die Ausnehmungen 3 der Funktionselemente 4 gespreizt wird und dadurch die Funktionselemente 4 fixiert und anschließend gedreht wird und dadurch die Funktionselemente 4 winkelgenau in den jeweiligen Haltebalkonen 5, beispielsweise durch ein Andrücken gegen die Anschlagpins 10 fixiert. In diesem Fall sollte der Spreizdorn 6 die radial ausfahrbaren Gleitelemente 9 aufweisen, die ein Durchrutschen des Spreizdorns 6 nach dem Anliegen der Funktionselemente 4 am Anschlagpin 10 ermöglichen.
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Die einzelnen Funktionselemente 4 können zum thermischen Fügen mit der Welle 2 mittels einer Heizeinrichtung 12 (vergleiche 1) erhitzt werden, insbesondere induktiv, wobei in diesem Fall die Haltebalkone 5 vorzugsweise nicht induktiv erhitzbar sind. Die Heizeinrichtung 12 kann dabei Bestandteil der Vorrichtung 1 sein, wobei aber auch vorstellbar ist, dass das Aufheizen der Funktionselemente 4 extern erfolgt. In gleicher Weise kann auch die Welle 2 gekühlt werden.
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Generell erfolgt das thermische Fügen der Funktionselemente 4 mit der Welle 2 wie folgt: Zunächst werden die einzelnen zu fügenden Funktionselemente 4 in die Haltebalkone 5 der Vorrichtung 1 eingelegt. Anschließend wird vertikal von unten der Spreizdorn 6 durch die Ausnehmungen 3 der jeweiligen Funktionselemente 4 gefahren und anschließend gespreizt, wobei dieser im gespreizten Zustand die Funktionselemente 4 mit ihren Ausnehmungen 3 fluchtend zueinander ausrichtet. Nun ist es denkbar, dass der Spreizdorn 6 gedreht wird, bis die Funktionselemente 4 an den jeweiligen Anschlagpins 10 der Haltebalkone 5 anliegen und dadurch winkelgenau ausgerichtet sind. Nun wird die Spannvorrichtung 7 aktiviert, mittels welcher die Funktionselemente 4 gegen den Haltebalkon 5 vorgespannt und darin fixiert werden. Zuvor oder jetzt kann ein Erwärmen der Funktionselemente 4 und/oder ein Abkühlen der Welle 2 erfolgen, woraufhin diese vertikal von oben mittels des verfahrbaren Führungsschlittens 8 durch die Ausnehmungen der Funktionselemente 4 eingeschoben wird. Nach einem entsprechenden Temperaturausgleich kann die nun gefügte Welle aus der Vorrichtung 1 entnommen werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere ein präzises Ausrichten der einzelnen Funktionselemente 4 in den Haltebalkonen 5 problemlos möglich, wobei der Fügevorgang, beispielsweise eine Presspassung oder ein thermisches Fügen präzisiert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064194 A1 [0003]
