DE102014225313A1

DE102014225313A1 - Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale eines Gelenks

Info

Publication number: DE102014225313A1
Application number: DE102014225313.6A
Authority: DE
Inventors: Hermann Frye; Ralf van der Ahe; Enno Kohl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: DE102014225313B4

Abstract

Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale (3) eines Gelenks (1), welches ein Gelenkgehäuse (2) und ein in diesem unter Zwischenschaltung einer Lagerschale (3) bewegbar gelagertes Gelenkinnenteil (4) als Komponenten (2, 4) umfasst, von denen zumindest eine erste Komponente (4) elektrisch leitfähig ist, wärmeleitend mit der Lagerschale (3) in Verbindung steht und durch ein magnetisches Wechselfeld (B) induktiv erwärmt wird, sodass die Lagerschale (3) durch die erste Komponente (4) erwärmt wird, wobei zu Beginn oder vor dem induktiven Erwärmen ein zwischen dem Gelenkinnenteil (4) und der Lagerschale (3) auftretendes Reibmoment sowie eine Temperatur des Gelenks (1) gemessen werden und das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale eines Gelenks, welches ein Gelenkgehäuse und ein in diesem unter Zwischenschaltung einer Lagerschale bewegbar gelagertes Gelenkinnenteil als Komponenten umfasst, von denen zumindest eine erste Komponente elektrisch leitfähig ist, wärmeleitend mit der Lagerschale in Verbindung steht und durch ein magnetisches Wechselfeld induktiv erwärmt wird, sodass die Lagerschale durch die erste Komponente erwärmt wird.
Die DE 11 2007 002 148 T5 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Kugelgelenklager, welches ein inneres Element mit einem metallischen Kugelabschnitt, eine Harzbuchse, die den Kugelabschnitt des inneren Elements abdeckt und mit dem Kugelabschnitt in Gleitkontakt gehalten wird, und ein äußeres Element aufweist, um die Harzbuchse unlösbar zu umschließen und zu halten, ohne mit dem inneren Element in Kontakt gebracht zu werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Formen der Harzbuchse, die den Kugelabschnitt abdeckt, durch Spritzguss, wobei der Kugelabschnitt des inneren Elements als Kern in eine Form eingesetzt wird, Formen des äußeren Elements, das in engem Kontakt mit der gesamten äußeren Umfangsoberfläche der Harzbuchse gehalten wird, durch einen Schmiedeprozess durch Setzen eines metallischen Lagerelements, das einen hohlen Abschnitt besitzt, in die Form und durch Aufnehmen des inneren Elements in dem hohlen Abschnitt, wobei das innere Element einteilig mit der Harzbuchse ausgebildet ist, und nach Abschluss des Schmiedeprozesses Erhitzen der Harzbuchse über den Kugelabschnitt des inneren Elements, wobei die Harzbuchse den Kugelabschnitt abdeckt. Das Erhitzen der Harzbuchse kann dabei induktiv erfolgen, indem eine mit einer Wechselspannungsquelle verbundene Spule in ein Durchgangsloch des Kugelabschnitts eingebracht wird.
Im Vergleich zum Tempern der Harzbuchse in einem Ofen, ist dieses Verfahren relativ schnell. Nachteilig ist allerdings, dass nach dem Tempern das Reibmoment zwischen dem inneren Element und der Harzbuchse bei unterschiedlichen Kugelgelenklagern variieren kann, was unerwünscht ist.
Die DE 11 2012 001 492 T5 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks, welches ein aus einem rohrförmigen Metall gebildetes Gehäuse, einen aus Metall gebildeten Kugelzapfen, welcher einen Kugelteil und einen von dem Kugelteil vorstehenden Zapfenteil umfasst, und einen aus einem thermoplastischen Harz/Kunstharz gebildeten Lagersitz aufweist, welcher innerhalb des Gehäuses eingepasst ist, während er den Kugelteil umgibt und diesen hält, sodass der Zapfenteil in der Lage ist, zu schwenken. Das Verfahren weist einen Montageschritt zum Montieren des Kugelgelenks, während ein Vordruck auf den Lagersitz übertragen wird, und einen Heizschritt zum Heizen des Kugelgelenks nach dem Montageschritt auf, um den Lagersitz derart aufzuweichen, dass sich der Lagersitz an eine Außenumfangsfläche des Kugelteils anpasst. Ferner umfasst der Heizschritt ein derartiges Anordnen einer lnduktionsheizspule, dass sie das Gehäuse des Kugelgelenks umgibt, sowie ein Heizen des Gehäuses durch Erregen der Induktionsheizspule, wodurch ein Heizen und Aufweichen des Lagersitzes durch die Wärmeleitung von einer lnnenumfangsfläche des Gehäuses zu dem Lagersitz erfolgt. Darüber hinaus kann eine Temperaturregelung/-steuerung des Lagersitzes ausgeführt werden, indem der ausgegebene Erregerstrom zu der Induktionsheizspule oder die Erregungszeitdauer angepasst wird.
Auch dies ist ein relativ schnelles Verfahren zum Tempern des Lagersitzes. Dabei könnte das Auftreten von unterschiedlichen Reibmomenten zwischen dem Kugelzapfen und dem Lagersitz bei unterschiedlichen Kugelgelenken möglicherweise durch die angesprochene Temperaturregelung/-steuerung des Lagersitzes vermieden werden. Allerdings wird nicht offenbart, wie eine solche Temperaturregelung/-steuerung realisiert werden kann. Insbesondere ist eine Temperaturregelung des Lagersitzes durch Anpassen des Erregerstroms mit dem Problem verbunden, dass die Aufheizzeit relativ kurz ist und der Lagersitz erst verzögert erwärmt wird, weshalb auch ein Wärmedurchdringungsschritt vorgesehen ist, damit sich die Restwärme des Gehäuses durch den Lagersitz ausbreiten kann. Eine Temperaturregelung des Lagersitzes ist somit nur eingeschränkt möglich.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, ein definiertes oder gewünschtes Reibmoment zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale nach dem Erwärmen der Lagerschale erzielen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale eines Gelenks, welches ein Gelenkgehäuse und ein in diesem unter Zwischenschaltung einer, insbesondere unter Vorspannung stehenden, Lagerschale bewegbar gelagertes Gelenkinnenteil als Komponenten umfasst, von denen eine oder zumindest eine erste Komponente elektrisch leitfähig ist, wärmeleitend mit der Lagerschale in Verbindung steht und durch ein magnetisches Wechselfeld induktiv erwärmt wird, sodass die Lagerschale durch die erste Komponente erwärmt wird, wird insbesondere dadurch weitergebildet, dass zu Beginn oder vor dem induktiven Erwärmen ein zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale auftretendes Reibmoment sowie eine Temperatur des Gelenks gemessen werden und das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments erfolgt. Insbesondere erstreckt sich das Gelenkinnenteil aus dem Gelenkgehäuse heraus. Bevorzugt ist das Gelenkinnenteil unter Zwischenschaltung der Lagerschale drehbar und/oder schwenkbar in dem Gelenkgehäuse gelagert. Vorteilhaft liegt die erste Komponente an der Lagerschale an.
Das gemessene Reibmoment gibt insbesondere Auskunft über die Abweichung zu einem definierten oder gewünschten Reibmoment, welches durch das Erwärmen der Lagerschale erzielt werden soll. Die gemessene Temperatur gibt insbesondere Auskunft über die bereits vorhandene Temperatur des Gelenks zu Beginn des induktiven Erwärmens. Da bei unterschiedlichen Gelenken vor dem induktiven Erwärmen unterschiedliche Reibmomente und Temperaturen auftreten können, kann der Vorgang des induktiven Erwärmens bei dem vorgenannten Verfahren individuell an das jeweilige Gelenk angepasst werden. Durch das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments ist es somit möglich, ein definiertes oder gewünschtes Reibmoment zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale nach dem Erwärmen der Lagerschale zu erzielen. Das Reibmoment bezieht sich insbesondere auf die oder eine zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale auftretende Gleitreibung.
Das Messen der Temperatur des Gelenks ist oder umfasst insbesondere das Messen der Temperatur von einer oder wenigstens einer der Komponenten und/oder der Lagerschale. Bevorzugt ist oder umfasst das Messen der Temperatur des Gelenks das Messen der Temperatur der ersten und/oder der zweiten Komponente.
Für das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments können unterschiedliche Parameter in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments variiert und/oder eingestellt werden.
Das induktive Erwärmen erfolgt z. B. für eine Zeitdauer, die in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments bestimmt wird. In der Regel ist der Vorgang des induktiven Erwärmens aber in einen getakteten Produktionsablauf eingebunden, sodass eine variable Zeitdauer für das induktive Erwärmen unerwünscht ist. Bevorzugt erfolgt das induktive Erwärmen für eine vorgegebene Zeitdauer.
Die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes wird z. B. in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments eingestellt. In der Regel ist die Frequenz aber durch ein Induktionsheizgerät vorgegeben. Bevorzugt ist die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes vorgegeben und/oder konstant.
In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments kann z. B. ein Induktor geeigneter Geometrie zum induktiven Erwärmen gewählt werden. Dies ist innerhalb einer Serienfertigung gleicher oder gleichartiger Gelenke aber mit einem nicht unerheblichen Montageaufwand verbunden. Bevorzugt ist der Induktor vorgegeben, insbesondere innerhalb einer Serienfertigung gleicher oder gleichartiger Gelenke.
Die Stärke des magnetischen Wechselfeldes kann z. B. vorgegeben und/oder konstant sein. Allerdings ist die Stärke des magnetischen Wechselfeldes in der Regel relativ einfach variierbar und/oder einstellbar. Bevorzugt wird die Stärke des magnetischen Wechselfeldes in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments eingestellt. Insbesondere erfolgt das induktive Erwärmen dabei für eine vorgegebene Zeitdauer.
Die Stärke des magnetischen Wechselfeldes ist insbesondere die magnetische Feldstärke und/oder die magnetische Flussdichte des magnetischen Wechselfeldes.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das magnetische Wechselfeld durch den oder einen Induktor erzeugt. Insbesondere ist der Induktor elektrisch an ein Induktionsheizgerät angeschlossen. Bevorzugt wird der Induktor von dem Induktionsheizgerät mit einem elektrischen Wechselstrom gespeist.
Der Induktor ist oder umfasst insbesondere eine elektrische Spule mit einer, wenigstens einer oder mehreren Windungen. Bevorzugt wird der Induktor gekühlt, beispielsweise mit einer Kühlflüssigkeit, wie z. B. Kühlwasser. Das Induktionsheizgerät ist insbesondere eine elektrische Wechselstromquelle. Beispielsweise ist das Induktionsheizgerät ein elektrischer Hochfrequenzgenerator. Bevorzugt umfasst der Induktor einen Magnetfeldkonzentrator, der insbesondere einen Kern der elektrischen Spule bildet. Der Magnetfeldkonzentrator besteht insbesondere aus einem Werkstoff mit einer hohen magnetischen Permeabilität, wie z. B. aus einem ferromagnetischen und/oder weichmagnetischen Werkstoff.
Das Induktionsheizgerät ist insbesondere steuerbar. Bevorzugt wird das Induktionsheizgerät in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments gesteuert, insbesondere zum Einstellen der Frequenz und/oder der Stärke des elektrischen Wechselstroms und/oder des magnetischen Wechselfeldes. Vorzugsweise wird die von dem Induktionsheizgerät an den Induktor abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments eingestellt und/oder gesteuert. Die von dem Induktionsheizgerät an den Induktor abgegebene elektrische Leistung bestimmt insbesondere die Stärke des elektrischen Wechselstroms und/oder des magnetischen Wechselfeldes. Bevorzugt wird das Induktionsheizgerät in Abhängigkeit oder unabhängig von der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Reibmoments eingeschaltet und/oder ausgeschaltet. Das Induktionsheizgerät wird insbesondere durch eine übergeordnete Prozesssteuerungseinrichtung gesteuert.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine oder wenigstens eine Tabelle vorgesehen, in der mehrere vorab ermittelte Temperaturwerte und mehrere vorab ermittelte Reibmomentwerte mit mehreren vorab ermittelten Werten für die von dem Induktionsheizgerät an den Induktor abzugebende elektrische Leistung in Beziehung stehen oder gesetzt werden. Auf Basis der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments entnimmt die Prozesssteuerungseinrichtung der Tabelle einen passenden Wert für die von dem Induktionsheizgerät an den Induktor abzugebende elektrische Leistung und steuert das Induktionsheizgerät entsprechend an. Die Tabelle ist bevorzugt in der Prozesssteuerungseinrichtung gespeichert.
Gemäß einer Ausgestaltung ist oder bildet das Gelenkinnenteil oder das Gelenkgehäuse die erste Komponente. Beispielsweise wird die erste Komponente während des induktiven Erwärmens von dem Induktor umringt.
Bevorzugt umfasst das Gelenkinnenteil einen Hohlraum und/oder eine Ausnehmung. Insbesondere ist oder bildet das Gelenkinnenteil die erste Komponente. In diesem Fall ist oder wird der Induktor während des induktiven Erwärmens vorzugsweise in dem Hohlraum und/oder der Ausnehmung des Gelenkinnenteils angeordnet. Hierdurch kann der Induktor relativ nahe an die Lagerschale herangebracht werden, sodass die Zeitdauer für das induktive Erwärmen verkürzt werden kann. Der Hohlraum und/oder die Ausnehmung ist insbesondere durchgehend.
Gemäß einer Weiterbildung wird das Gelenk nach dem induktiven Erwärmen, insbesondere aktiv, gekühlt, vorzugsweise bis zum Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen Weiterverarbeitungstemperatur. Das Kühlen erfolgt bevorzugt durch eine Kühlvorrichtung, wie z. B. ein Kühlgebläse.
Vorteilhaft wird nach dem induktiven Erwärmen und vor dem Kühlen erneut die Temperatur des Gelenks gemessen. Hierdurch kann ermittelt werden, wie stark und/oder wie lange das Gelenk gekühlt werden muss, um die gewünschte Weiterverarbeitungstemperatur zu erreichen oder zu unterschreiten. Vorzugsweise erfolgt das Kühlen in Abhängigkeit von der erneut gemessenen Temperatur. Beispielsweise wird die Dauer des Kühlens (Kühldauer) in Abhängigkeit von der erneut gemessenen Temperatur eingestellt und/oder gesteuert. In einem getakteten Produktionsablauf ist eine variable Kühldauer aber unerwünscht. Vorteilhaft wird die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der erneut gemessenen Temperatur eingestellt und/oder gesteuert. Nach Kühlen wird die Temperatur des Gelenks bevorzugt wieder gemessen. Hierdurch kann überprüft werden, ob die gewünschte Weiterverarbeitungstemperatur erreicht oder unterschritten ist. Vorteilhaft wird die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der wieder gemessenen Temperatur eingestellt und/oder gesteuert. Dies ist insbesondere bei einer Serienfertigung gleicher oder gleichartiger Gelenke innerhalb einer Produktionslinie sinnvoll.
Nach dem Kühlen wird bevorzugt erneut ein zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale auftretendes Reibmoment gemessen. Hierdurch kann überprüft werden, ob das erneut gemessene Reibmoment innerhalb eines gewünschten oder vordefinierten Reibmoment-Bereichs liegt.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Lagerschale während und/oder nach dem induktiven Erwärmen, insbesondere für eine vorgegebene Zeitdauer, durch die erste Komponente erwärmt, vorzugsweise bis auf oder über eine Glasübergangstemperatur der Lagerschale. Bevorzugt wird die Lagerschale während und/oder nach dem induktiven Erwärmen und vor dem Kühlen, insbesondere für die oder eine vorgegebene Zeitdauer, durch die erste Komponente erwärmt, vorzugsweise bis auf oder über die oder eine Glasübergangstemperatur der Lagerschale. Insbesondere ruht das Gelenk nach dem induktiven Erwärmen und vor dem Kühlen für die oder eine vorgegebene Zeitdauer und/oder das Gelenk wird nach dem induktiven Erwärmen und vor dem Kühlen für die oder eine vorgegebene Zeitdauer der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Diese vorgegebene Zeitdauer wird insbesondere als Ruhezeit bezeichnet. Bevorzugt wird die Lagerschale während der Ruhezeit getempert. Vorzugsweise wird das Gelenk während der Ruhezeit weder aktiv gekühlt noch erwärmt. Während der Ruhezeit kann die Wärme von der induktiv erwärmten ersten Komponente auf die Lagerschale übergehen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die erste Komponente relativ schnell induktiv erwärmt wurde.
Bevorzugt wird das Gelenk nach dem induktiven Erwärmen und/oder nach dem Kühlen, insbesondere in Abhängigkeit von dem erneut gemessenen Reibmoment, einer Endmontage zugeführt. Insbesondere wird das Gelenk der oder einer Endmontage zugeführt, wenn das erneut gemessene Reibmoment innerhalb des oder eines gewünschten Reibmoment-Bereichs liegt. Beispielsweise wird das Gelenk als fehlerhaft aussortiert oder erneut induktiv erwärmt, wenn das erneut gemessene Reibmoment außerhalb des gewünschten Reibmoment-Bereichs liegt.
Die Endmontage umfasst insbesondere die Montage von einem, wenigstens einem oder mehreren, vorzugsweise zwei, Dichtungsbälgen. Der oder die Dichtungsbälge erstrecken sich, insbesondere im montierten Zustand, bevorzugt zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse. Werden zwei Dichtungsbälge montiert, so werden diese vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gelenkgehäuses montiert.
Alternativ kann das Gelenk auch nach der Endmontage induktiv erwärmt und anschließend abgekühlt werden. Bei dieser Arbeitsfolge erfolgt als abschließende Prüfung vorzugsweise eine Messung des Reibmoments.
Die Lagerschale ist bevorzugt zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordnet. Insbesondere ist die Lagerschale in dem Gelenkgehäuse angeordnet. Bevorzugt steht die Lagerschale unter Vorspannung, die insbesondere eine Druckspannung ist. Die Lagerschale ist oder bildet z. B. eine Kugelschale. Vorzugsweise besteht die Lagerschale aus Harz, Kunstharz oder Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, welcher zur Verstärkung Glasfasern oder Kohlenstofffasern aufweisen kann. Bevorzugt besteht die Lagerschale aus Polyamid, aus Polyoxymethylen oder aus Polyetheretherketon. Beispielsweise besteht die Lagerschale aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff.
Das Gelenkinnenteil umfasst bevorzugt einen in der Lagerschale, vorzugsweise gleitfähig, sitzenden Lagerbereich, der insbesondere kugelförmig ist. Vorteilhaft ist oder wird der Lagerbereich von der Lagerschale umschlossen und/oder bereichsweise oder zumindest bereichsweise umschlossen. Bevorzugt umfasst die Lagerschale eine an den Lagerbereich angepasste, insbesondere hohlkugelförmige, Lagerfläche, an welcher der Lagerbereich, vorzugsweise gleitend, anliegt. Das Gelenkinnenteil ist oder bildet z. B. einen Kugelzapfen oder eine Kugelhülse. Ist oder bildet das Gelenkinnenteil einen Kugelzapfen, so erstreckt sich dieser insbesondere einseitig aus dem Gelenkgehäuse heraus. Ist oder bildet das Gelenkinnenteil eine Kugelhülse, so erstreckt sich diese insbesondere beidseitig aus dem Gelenkgehäuse heraus, insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gelenkgehäuses. Das Gelenk ist oder bildet bevorzugt ein Kugelgelenk oder ein Kugelhülsengelenk. Insbesondere besteht das Gelenkinnenteil aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff. Vorzugsweise besteht das Gelenkinnenteil aus Metall. Beispielsweise besteht das Gelenkinnenteil aus Aluminium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z. B. Stahl.
Das Gelenkgehäuse besteht bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff. Vorzugsweise besteht das Gelenkgehäuse aus Metall. Beispielsweise besteht das Gelenkgehäuse aus Aluminium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z. B. Stahl. Das Gelenkgehäuse ist oder bildet z. B. eine Hülse, die insbesondere auch als Außenhülse bezeichnet wird.
Die Lagerschale wird bevorzugt bis zu der oder einer Glasübergangstemperatur der Lagerschale erwärmt. Insbesondere wird die Lagerschale derart erwärmt, dass die Lagerschale aufweicht und sich an den Lagerbereich anpasst. Durch das Erwärmen der Lagerschale wird die Lagerschale vorzugsweise getempert. Das Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale eines Gelenks kann insbesondere auch als Verfahren zum Tempern einer Lagerschale eines Gelenks bezeichnet werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gelenks, wobei zur Montage des Gelenks ein Gelenkinnenteil unter Zwischenschaltung einer Lagerschale bewegbar in einem Gelenkgehäuse gelagert wird, insbesondere derart, dass die Lagerschale unter Vorspannung steht oder gesetzt wird und/oder sich das Gelenkinnenteil aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckt, sodass das montierte Gelenk das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil als Komponenten umfasst, von denen eine oder zumindest eine erste Komponente elektrisch leitfähig ist oder ausgebildet wird, wärmeleitend mit der Lagerschale in Verbindung steht oder gebracht wird und durch ein magnetisches Wechselfeld induktiv erwärmt wird, sodass die Lagerschale des montierten Gelenks durch die erste Komponente erwärmt wird, wobei zu Beginn oder vor dem induktiven Erwärmen ein zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale des montierten Gelenks auftretendes Reibmoment sowie eine Temperatur des montierten Gelenks gemessen werden und das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments erfolgt. Das Reibmoment bezieht sich insbesondere auf die oder eine zwischen dem Gelenkinnenteil und der Lagerschale des montierten Gelenks auftretende Gleitreibung. Bevorzugt wird das Gelenkinnenteil unter Zwischenschaltung der Lagerschale drehbar und/oder schwenkbar in dem Gelenkgehäuse gelagert. Bei der Vorspannung handelt es sich vorzugsweise um eine Druckspannung. Vorteilhaft liegt die erste Komponente des montierten Gelenks an der Lagerschale an.
Das Verfahren zur Montage eines Gelenks umfasst insbesondere das zuvor beschriebene Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale eines Gelenks und kann gemäß allen in diesem Zusammenhang erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Bevorzugt wird das Gelenk nach dem induktiven Erwärmen einer Endmontage zugeführt. Die Endmontage umfasst insbesondere die Montage von einem, wenigstens einem oder mehreren, vorzugsweise zwei, Dichtungsbälgen. Der oder die Dichtungsbälge erstrecken sich, insbesondere im montierten Zustand, bevorzugt zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse. Werden zwei Dichtungsbälge montiert, so werden diese vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gelenkgehäuses montiert.
Alternativ kann das Gelenk auch nach der Endmontage induktiv erwärmt und anschließend abgekühlt werden. Bei dieser Arbeitsfolge erfolgt als abschließende Prüfung vorzugsweise eine Messung des Reibmoments.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein vormontiertes Kugelhülsengelenk, in dessen Kugelhülse ein Induktor zum Erwärmen einer Lagerschale des Kugelhülsengelenks angeordnet ist,
2 einen Längsschnitt durch das Kugelhülsengelenk nach einer Endmontage und
3 eine vereinfachte Darstellung einer Produktionslinie zur Herstellung des Kugelhülsengelenks.
Aus 1 ist ein Längsschnitt durch ein vormontiertes Kugelhülsengelenk 1 ersichtlich, welches ein Gelenkgehäuse 2 in Form einer Außenhülse, eine Lagerschale 3 aus thermoplastischem Kunststoff und ein metallisches Gelenkinnenteil 4 in Form einer Kugelhülse aufweist, die eine durchgehende Ausnehmung 5 und einen kugelförmigen Lagerbereich 6 umfasst, der gleitfähig in der unter Vorspannung stehenden Lagerschale 3 sitzt, sodass das Gelenkinnenteil 4 unter Zwischenschaltung der Lagerschale 3 bewegbar in dem Gelenkgehäuse 2 gelagert ist. Die Lagerschale 3 ist durch zwei Verschlussringe 14 in einer axialen Richtung x in dem Gelenkgehäuse 2 gesichert.
Zum Einbringen der für das Tempern der Lagerschale 3 erforderlichen Wärme in die Lagerschale 3 wird in die Ausnehmung 5 ein schematisch dargestellter Induktor 7 eingebracht, der eine elektrische Spule 8 mit mehreren Windungen 9 aufweist, wobei die Spule 8 einen Kern 10 aus einem weichmagnetischen Material umfasst, der auch als Magnetfeldkonzentrator bezeichnet wird. Die Spule 8 ist aus einem Metallrohr 28, beispielsweise aus Kupferrohr, hergestellt, durch welches Kühlflüssigkeit 11 zur Kühlung der Spule 8 fließt. Ferner ist die Spule 8 elektrisch an ein Induktionsheizgerät 12 angeschlossen, welches die Spule 8 mit einem elektrischen Wechselstrom I speist und durch eine übergeordnete Prozesssteuerungseinrichtung 13 gesteuert wird. Die stromdurchflossene Spule 8 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld B, welches das Gelenkinnenteil 4 zumindest im kugelförmigen Lagerbereich 6 durchsetzt, sodass in dem Gelenkinnenteil 4 Wirbelströme induziert werden, durch welche das Gelenkinnenteil 4 erwärmt wird. Das mit der Lagerschale 3 in Kontakt stehende Gelenkinnenteil 4 erwärmt nun die Lagerschale 3, sodass diese getempert wird.
Nach dem Tempern der Lagerschale 3 wird das vormontierte Kugelhülsengelenk 1 einer Endmontage zugeführt, in welcher zwei Dichtungsbälge 15 montiert werden, die auf in axialer Richtung x einander gegenüberliegenden Seiten des Gelenkgehäuses 2 angeordnet sind und sich jeweils von dem Gelenkgehäuse 2 bis zu dem Gelenkinnenteil 4 erstrecken. Ein Längsschnitt durch das endmontierte Kugelhülsengelenk 1 ist aus 2 ersichtlich.
Aus 3 ist eine vereinfachte Darstellung einer Produktionslinie zur Herstellung des Kugelhülsengelenks 1 ersichtlich, wobei eine Vormontagestation 16 und eine Endmontagestation 17 lediglich schematisch angedeutet sind. In der Vormontagestation 16 wird das Kugelhülsengelenk 1 vormontiert. Dazu wird ein erster der Verschlussringe 14 in dem Gelenkgehäuse 2 montiert (alternativ kann der erste Verschlussring auch entfallen und durch eine Innenschulter des Gelenkgehäuses ersetzt werden). Ferner wird das Gelenkinnenteil 4 mit seinem Lagerbereich 6 in die Lagerschale 3 eingesetzt. Anschließend wird die Lagerschale 3 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 4 in das Gelenkgehäuse 2 eingesetzt und/oder eingepresst, bis die Lagerschale 3 an dem ersten Verschlussring anliegt. Danach wird ein zweiter der Verschlussringe 14 in dem Gelenkgehäuse 2 montiert, wodurch die Lagerschale 3 in axialer Richtung x beidseitig in dem Gelenkgehäuse 2 fixiert wird. Das Einbringen einer Vorspannung in die Lagerschale 3 kann dabei auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Einerseits ist es möglich, die Lagerschale 3 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 4 in das Gelenkgehäuse 2 einzupressen. Ergänzend oder alternativ kann die Lagerschale 3 durch den zweiten Verschlussring axial zusammengedrückt werden.
Das derart vormontierte Kugelhülsengelenk 1, welches aus 1 ersichtlich ist, wird nun einer Temperstation 18 zugeführt, die mehrere Unterstationen umfasst und nachfolgend beschrieben wird. Mit einem Transportband 19 wird das Kugelhülsengelenk 1 einer Temperaturmessstation 20 zugeführt, in welcher die Temperatur des Kugelhülsengelenk 1 gemessen und als gemessener Temperaturwert in der Prozesssteuerungseinrichtung 13 gespeichert wird. Danach wird das Kugelhülsengelenk 1 einer Drehmomentmessstation 21 zugeführt, in welcher ein zwischen dem Gelenkinnenteil 4 und der Lagerschale 3 auftretendes Reibmoment gemessen und als gemessener Reibmomentwert in der Prozesssteuerungseinrichtung 13 gespeichert wird. Anschließend wird das Kugelhülsengelenk 1 einer Erwärmungsstation 22 zugeführt, in welcher der Induktor 7 in die Ausnehmung 5 des Gelenkinnenteils 4 eingeführt und das Gelenkinnenteil 4 für eine vorgegebene Zeitdauer, von z.B. vier Sekunden, induktiv erwärmt wird, wie zu 1 beschrieben.
Dabei wird die von dem Induktionsheizgerät 12 an den Induktor 7 abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit von dem gemessenen Temperaturwert und dem gemessenen Reibmomentwert durch die Prozesssteuerungseinrichtung 13 eingestellt. Anschließend wird der Induktor 7 aus der Ausnehmung 5 des Gelenkinnenteils 4 heraus geführt, wonach das Kugelhülsengelenk 1 einer zweiten Temperaturmessstation 23 zugeführt wird, in welcher die Temperatur des Kugelhülsengelenk 1 gemessen und als zweiter Temperaturmesswert in der Prozesssteuerungseinrichtung 13 gespeichert wird. Danach wird das Kugelhülsengelenk 1 einer Kühlstation 24 zugeführt, in welcher das Kugelhülsengelenk 1 mittels einer Kühlvorrichtung 25 in Form eines Kühlgebläses gekühlt wird. Die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 25 wird dabei bevorzugt in Abhängigkeit von dem zweiten Temperaturmesswert durch die Prozesssteuerungseinrichtung 13 eingestellt und/oder gesteuert.
Nach dem induktiven Erwärmen in der Erwärmungsstation 22 und vor dem Kühlen in der Kühlstation 24 ruht das Kugelhülsengelenk 1 für eine vorgegebene Zeitdauer, die auch als Ruhezeit bezeichnet wird und beispielsweise 120 Sekunden beträgt. Das Kugelhülsengelenk 1 ist während der Ruhezeit der Umgebungstemperatur ausgesetzt und wird weder aktiv erwärmt noch aktiv gekühlt. Während der Ruhezeit erwärmt das durch das induktive Erwärmen erwärmte Gelenkinnenteil 4 die Lagerschale 3 bis auf oder über eine Glasübergangstemperatur der Lagerschale 3. Hierdurch setzt der eigentliche Tempervorgang ein, sodass die Lagerschale 3 getempert wird. Während der Ruhezeit verbleibt das Kugelhülsengelenk 1 bevorzugt in der Erwärmungsstation 22. Alternativ kann das Kugelhülsengelenk 1 während der Ruhezeit aber auch von der Erwärmungsstation 22 zu der zweiten Temperaturmessstation 23 und/oder zu der Kühlstation 24 transportiert werden.
Nach dem Kühlen in der Kühlstation 24 wird das Kugelhülsengelenk 1 einer dritten Temperaturmessstation 26 zugeführt, in welcher die Temperatur des Kugelhülsengelenk 1 gemessen und als dritter Temperaturmesswert in der Prozesssteuerungseinrichtung 13 gespeichert wird. Bevorzugt wird die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 25 zusätzlich in Abhängigkeit von dem dritten Temperaturmesswert durch die Prozesssteuerungseinrichtung 13 eingestellt und/oder gesteuert. Ferner kann erneut das zwischen dem Gelenkinnenteil 4 und der Lagerschale 3 auftretende Reibmoment gemessen und als erneut gemessener Reibmomentwert in der Prozesssteuerungseinrichtung 13 gespeichert werden. Zur erneuten Messung des Reibmoments ist insbesondere eine zweite Drehmomentmessstation vorgesehen, die der Kühlstation 24 nachgeordnet ist. Dabei ist die zweite Drehmomentmessstation beispielsweise der dritten Temperaturmessstation 26 vor- oder nachgeordnet. Anhand des erneut gemessenen Reibmomentwerts kann überprüft werden, ob das zwischen dem Gelenkinnenteil 4 und der Lagerschale 3 auftretende Reibmoment nach dem Tempern und Kühlen innerhalb eines gewünschten Reibmoment-Bereichs liegt. Anschließend wird das Kugelhülsengelenk 1 mit einem Transportband 27 der Endmontagestation 17 zugeführt, in welcher die Dichtungsbälge 15 montiert werden, sodass sich das endmontierte Kugelhülsengelenk 1 gemäß 2 ergibt.
Als Unterstationen umfasst die Temperstation 18 zumindest die Temperaturmessstation 20, die Drehmomentmessstation 21, die Erwärmungsstation 22 und die Kühlstation 24. Ferner umfasst die Temperstation 18 bevorzugt die Temperaturmessstationen 23 und/oder 26 als Unterstationen. Ist die zweite Drehmomentmessstation vorhanden, umfasst die Temperstation 18 bevorzugt auch die zweite Drehmomentmessstation als Unterstation.
Bezugszeichenliste

1: Kugelhülsengelenk
2: Gelenkgehäuse / Außenhülse
3: Lagerschale
4: Gelenkinnenteil / Kugelhülse
5: Ausnehmung des Gelenkinnenteils
6: Lagerbereich des Gelenkinnenteils
7: Induktor
8: elektrische Spule
9: Windung der Spule
10: Kern der Spule / Magnetfeldkonzentrator
11: Kühlflüssigkeit
12: Induktionsheizgerät
13: Prozesssteuerungseinrichtung
14: Verschlussring
15: Dichtungsbalg
16: Vormontagestation
17: Endmontagestation
18: Temperstation
19: Transportband
20: Temperaturmessstation
21: Drehmomentmessstation
22: Erwärmungsstation
23: zweite Temperaturmessstation
24: Kühlstation
25: Kühlvorrichtung
26: dritte Temperaturmessstation
27: Transportband
28: Metallrohr
B: magnetisches Wechselfeld
I: Wechselstrom
x: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112007002148 T5 [0002]
DE 112012001492 T5 [0004]

Claims

Verfahren zum Erwärmen einer Lagerschale (3) eines Gelenks (1), welches ein Gelenkgehäuse (2) und ein in diesem unter Zwischenschaltung einer Lagerschale (3) bewegbar gelagertes Gelenkinnenteil (4) als Komponenten (2, 4) umfasst, von denen zumindest eine erste Komponente (4) elektrisch leitfähig ist, wärmeleitend mit der Lagerschale (3) in Verbindung steht und durch ein magnetisches Wechselfeld (B) induktiv erwärmt wird, sodass die Lagerschale (3) durch die erste Komponente (4) erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn oder vor dem induktiven Erwärmen ein zwischen dem Gelenkinnenteil (4) und der Lagerschale (3) auftretendes Reibmoment sowie eine Temperatur des Gelenks (1) gemessen werden und das induktive Erwärmen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Erwärmen für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt, wobei die Stärke des magnetischen Wechselfeldes (B) in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Wechselfeld (B) durch einen Induktor (7) erzeugt wird, der elektrisch an ein Induktionsheizgerät (12) angeschlossen ist, von welchem der Induktor (7) mit einem elektrischen Wechselstrom (I) gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Induktionsheizgerät (12) an den Induktor (7) abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Reibmoments eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (4) die erste Komponente bildet und eine durchgehende Ausnehmung (5) umfasst, in welcher der Induktor (7) während des induktiven Erwärmens angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (1) nach dem induktiven Erwärmen gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem induktiven Erwärmen und vor dem Kühlen die Lagerschale (3) durch die erste Komponente (4) bis auf oder über eine Glasübergangstemperatur der Lagerschale (3) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Gelenkinnenteil (4) und dem Gelenkgehäuse (2) angeordnete Lagerschale unter Vorspannung steht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (3) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (4) einen in der Lagerschale (3) sitzenden, kugelförmigen Lagerbereich (6) umfasst, der von der Lagerschale (3) zumindest bereichsweise umschlossen wird.