DE102015118405B4

DE102015118405B4 - Presspassungs-Einbauwerkzeug mit dynamischer Belastungsunterstützung

Info

Publication number: DE102015118405B4
Application number: DE102015118405.2A
Authority: DE
Inventors: Brian D. Christoff; Travis S. Larson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: US9808921B2; US20160129571A1; DE102015118405A1; CN105583775A

Abstract

Werkzeug (10, 10A, 10B), welches umfasst:einen Werkzeugkörper (22) mit einer Längsachse (A);einen vorgespannten Kolben (26, 26B), einen Stößel (28) und eine Basis (30, 30B), die in dem Werkzeugkörper (22) enthalten sind; wobei der Stößel (28) zwischen dem vorgespannten Kolben (26, 26B) und der Basis (30, 30B) positioniert ist und mit der Basis (30, 30B) in Kontakt steht;einen Werkzeugkopf (14, 14A, 14B), der an der Basis (30, 30B) fixiert ist und sich aus dem Werkzeugkörper (22) heraus erstreckt;wobei der Werkzeugkörper (22) dafür ausgelegt ist, entlang der Längsachse (A) relativ zu der Basis (30, 30B) und dem Stößel (28) beweglich zu sein, um den Stößel (28) zu bewegen und so den Kolben (26, 26B) zu belasten, wenn eine Belastung entlang einem ersten Lastpfad (L1) aufgewendet wird, der sich durch den Werkzeugkörper (22), den Stößel (28), die Basis (30, 30B) und den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) hindurch erstreckt; undwobei der Werkzeugkörper (22), die Basis (30, 30B) und der vorgespannte Kolben (26, 26B) dafür ausgelegt sind, den Stößel (28) nur dann mit der Längsachse (A) auszurichten, wenn die entlang dem ersten Lastpfad (L1) aufgewendete Belastung zumindest einer ersten vorbestimmten Belastung entspricht, und dadurch gespeicherte Energie des Kolbens (26, 26B) als dynamische Belastung freizugeben, die entlang einem zweiten Lastpfad (L2) auf den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) aufgewendet wird, der sich durch den Stößel (28), die Basis (30, 30B) und den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) hindurch erstreckt und der den Werkzeugkörper (22) dabei umgeht; dadurch gekennzeichnet , dassder Werkzeugkörper (22) einen ersten Hohlraum (32), einen zweiten Hohlraum (34) und einen sich verjüngenden Durchgang aufweist (36), der den ersten Hohlraum (32) und den zweiten Hohlraum (34) verbindet; wobei der sich verjüngende Durchgang (36) entlang der Längsachse (A) zentriert ist; undwobei der Kolben (26, 26B), der Stößel (28) und der sich verjüngende Durchgang (36) derart ausgelegt sind, dass ein Spalt (54) zwischen dem Kolben (26, 26B) und dem Werkzeugkörper (22) beibehalten wird, wenn gespeicherte Energie des Kolbens (26, 26B) freigegeben wird, wodurch verhindert wird, dass der zweite Lastpfad (L2) durch den Werkzeugkörper (22) hindurch verläuft.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Erfindung betrifft allgemein ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Presspassen von Bauteilen, wie es der Art nach im Wesentlichen aus der DE 39 17 727 A1 bekannt ist. Vergleichbare Werkzeuge gehen ferner aus den Druckschriften US 2013 / 0 306 339 A1 , US 2012 / 0 283 739 A1 , US 6 370 993 B1 , US 5 321 999 A und US 3 172 204 A hervor.
HINTERGRUND
Für einen Bediener, welcher ein Handwerkzeug zum Presspassen eines Bauteils verwendet, ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, Bauteile unter Aufwendung einer günstigen ergonomischen Belastung erfolgreich und wiederholt einzubauen. Bei zahlreichen Anwendungen kann sich der Bediener auf ein fühlbare Rückmeldung verlassen, um zu bestimmen, ob das Bauteil vollständig eingebaut ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Werkzeug hinsichtlich seines Kraftwirkungsgrads zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Kolben, der Stößel und der sich verjüngende Durchgang derart ausgelegt sind, dass ein Spalt zwischen dem Kolben und dem Werkzeugkörper beibehalten wird, wenn gespeicherte Energie des Kolbens freigegeben wird, wodurch verhindert wird, dass der zweite Lastpfad durch den Werkzeugkörper hindurch verläuft.
Es wird ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt, das eine dynamische Hilfsbelastung bereitstellt, um es einem Bediener zu ermöglichen, bei relativ geringen ergonomischen Belastungen zu arbeiten. Darüber hinaus kann das Werkzeug eine akustische Rückmeldung bereitstellen, um einen Bediener davon in Kenntnis zu setzen, dass der Einbau zur Gänze erfolgt ist.
Das Werkzeug weist einen Werkzeugkörper mit einer Längsachse auf. Das Werkzeug weist außerdem einen vorgespannten Kolben, einen Stößel und eine Basis auf, die in dem Werkzeugkörper enthalten sind. Der Stößel ist zwischen dem vorbelasteten Kolben und der Basis positioniert und steht mit der Basis in Kontakt. Ein Werkzeugkopf ist an der Basis fixiert und erstreckt sich aus dem Werkzeugkörper heraus. Der Werkzeugkörper ist dafür ausgelegt, entlang der Längsachse relativ zu der Basis und dem Stößel beweglich zu sein, um den Stößel derart zu bewegen, dass dieser den Kolben zu belasten, wenn eine Belastung entlang einem ersten Lastpfad auf den Werkzeugkörper aufgewendet wird. Der erste Lastpfad erstreckt sich durch den Werkzeugkörper, den Stößel, die Basis und den Werkzeugkopf hindurch. Der Werkzeugkörper, die Basis und der vorgespannte Kolben sind dafür ausgelegt, den Stößel nur dann mit der Längsachse auszurichten, wenn die entlang dem ersten Lastpfad aufgewendete Belastung zumindest einer ersten vorbestimmten Belastung entspricht, und dadurch gespeicherte Energie des Kolbens als dynamische Belastung freizugeben, die entlang einem zweiten Lastpfad auf den Werkzeugkopf aufgewendet wird. Zum Beispiel handelt es sich bei der vorbestimmten Belastung um eine relativ geringe ergonomische Belastung, die durch den Werkzeugbediener ausgeübt wird. Die dynamische Belastung kann größer als die vorbestimmte Belastung sein, die durch den Werkzeugbediener aufgewendet wird, und der zweite Lastpfad erstreckt sich durch den Stößel, die Basis und den Werkzeugkopf hindurch, und zwar unter Umgehung des Werkzeugkörpers.
Da die dynamische Belastung nicht durch den Werkzeugkörper hindurch verläuft, unterbleibt auch eine Auswirkung auf den Werkzeugbediener. Überdies ist die dynamische Belastungsfreigabe hörbar, wodurch dem Werkzeugbediener mitgeteilt wird, das der Einbau vollständig erfolgt ist. Das Werkzeug kann derart eingestellt werden, dass eine dynamische Sollbelastung bereitgestellt wird, indem eine gewünschte Vorspannkraft des Kolbens gewählt wird, etwa durch die Auswahl einer Federsteifigkeit, falls der Kolben durch eine Feder vorgespannt wird, oder durch die Auswahl eines komprimierbaren Fluids, das eine gewünschte Vorspannkraft bereitstellt, falls der Kolben durch ein komprimierbares Fluid vorgespannt wird. Überdies können verschiedene Werkzeugköpfe zum Einsatz kommen, um das Werkzeug zum Presspassen unterschiedlicher Bauteile zu adaptieren.
Ein Verfahren zum Presspassen eines Bauteils unter Verwendung eines Werkzeugs, umfasst, dass eine Presspassung eines ersten Bauteils erfolgt, die einen ersten Werkzeugkopf umfasst, der mit einem Werkzeugkörper in funktionaler Verbindung steht und dafür ausgelegt ist, mit dem ersten Bauteil zusammenzupassen. Das Presspassen umfasst, dass der Werkzeugkörper zu dem Werkzeugkopf hin gedrückt wird, um dadurch über einen in dem Werkzeugkörper befindlichen Stößel einen in dem Werkzeugkörper befindlichen Kolben so weit zu belasten, bis der Stößel mit dem Kolben ausgerichtet ist, um den belasteten Kolben freizugeben. Das Presspassen umfasst außerdem, dass bestimmt wird, dass eine Freigabe des belasteten Kolbens erfolgt ist, indem ein hörbares Begleitgeräusch der gegen den Stößel erfolgenden Freigabe des Kolbens eintritt. Das Verfahren umfasst anschließend, dass der erste Werkzeugkopf von dm ersten Bauteil entfernt wird, nachdem bestimmt worden ist, dass eine Freigabe des belasteten Kolbens erfolgt ist.
Das Verfahren kann weiterhin umfassen, dass der erste Werkzeugkopf von dem Werkzeugkörper entfernt wird, und ein zweiter Werkzeugkopf mit dem Werkzeugkörper funktional verbunden wird. Der zweite Werkzeugkopf ist anders ausgelegt als der erste Werkzeugkopf, da er dafür ausgelegt ist, ein zweites Bauteil, welches anders ausgelegt ist als das erste Bauteil, einem Presspassungsvorgang zu unterziehen. Das zweite Bauteil kann anschließend unter Verwendung des Werkzeugs einer Presspassung unterzogen werden, indem der Werkzeugkörper zu dem Werkzeugkopf hin gedrückt wird, um dadurch den Kolben über den Stößel so weit zu belasten, bis der Stößel mit dem Kolben ausgerichtet ist, um den belasteten Kolben freizugeben. Das Presspassen des zweiten Bauteils umfasst, dass bestimmt wird, dass eine Freigabe des belasteten Kolbens erfolgt ist, indem ein weiteres hörbares Begleitgeräusch der gegen den Stößel erfolgenden Freigabe des Kolbens eintritt. Daraufhin wird der zweite Werkzeugkopf von dem zweiten Bauteil entfernt.
Falls der Einbau des zweiten Bauteils ein unterschiedliche Einbaubelastung erfordert, kann das Verfahren weiterhin umfassen, dass vor dem Presspassen des zweiten Bauteils eine erste Feder, die den Kolben während der Presspassung des ersten Bauteils vorgespannt hat, durch eine zweite Feder ersetzt wird. Die erste Feder weist eine erste Steifigkeit auf und die zweite Feder weist eine zweite Steifigkeit auf, die sich von der ersten Steifigkeit unterscheidet. Durch die Verwendung der zweiten Feder wird das Werkzeug für den Einbau des zweiten Bauteils adaptiert.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der vorliegenden Lehren in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist eine schematische, im Querschnitt dargestellte, fragmentarische Veranschaulichung entlang den Linien 1 - 1 aus 4 und zeigt ein Werkzeug zur Presspassung von Bauteilen mit einem im Ungleichgewicht befindlichen Stößel und einem Kolben, die sich beide in einem entspannten Normalzustand vor der Verwendung befinden.
2 ist eine schematische, im Querschnitt dargestellte, fragmentarische Veranschaulichung des Werkzeugs aus 1 in einem Zwischenzustand, während das Werkzeug im Zuge des Presspassens durch eine Belastungsaufwendung belastet wird.
3 ist eine schematische, im Querschnitt dargestellte, fragmentarische Veranschaulichung des Werkzeugs aus 1, wobei der Stößel in eine ausgerichtete Stellung bewegt ist und eine Freigabe des belasteten Kolbens erfolgt, um eine dynamische Hilfsbelastung während des Presspassens bereitzustellen.
4 ist eine schematische, perspektivische Veranschaulichung des Werkzeugs aus 1 - 3 und zeigt jeweils in gestrichelten Linien die Hand eines Bedieners, einen Abschnitt eines Fahrzeugs und ein erstes Bauteil, das gerade einem Presspassungs-Einbau in das Fahrzeug unterzogen wird.
5 ist eine schematische, perspektivische Veranschaulichung des Werkzeugs aus 4 mit einem anderen Werkzeugkopf und einer anderen Vorspannfeder beim Einbau eines zweiten Bauteils.
6 ist eine schematische, im Querschnitt dargestellte, fragmentarische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform eines Werkzeugs zur Presspassung von Bauteilen mit einem im Ungleichgewicht befindlichen Stößel und einem Kolben, die sich beide in einem entspannten Normalzustand vor der Verwendung befinden, und zwar gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Lehren.
7 ist eine schematische, grafische Darstellung der Aufbringbelastung und der dynamischen Hilfsbelastung in Newton gegenüber der Zeit in Sekunden während des Presspassens unter Verwendung des Werkzeugs aus 1 - 3.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Presspassen von Bauteilen unter Verwendung des Werkzeugs aus 1, 5 oder 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszahlen über die Ansichten hinweg auf gleiche Bauteile beziehen, zeigt 1 ein Presspassungs-Einbauwerkzeug 10. Bei dem Presspassungs-Einbauwerkzeug 10 handelt es sich um ein Handwerkzeug, wie in 4 gezeigt, wobei die Hand eines Bedieners 12 einen Werkzeugkopf 14 des Werkzeugs 10 gegen einen Abschnitt eines Fahrzeugs 16 hält, um ein erstes Bauteil 18 auf das Fahrzeug 16 aufzupressen. Der Bediener 12 hält einen Griff 20, der mittels eines Befestigungselements, etwa einer Schraube 24, an einem Werkzeugkörper 22 befestigt ist, wie dies in 1 gezeigt ist. Es können auch andere Arten von Befestigungselementen, wie etwa, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, ein Bolzen oder ein Sicherungsring (manchmal auch C-Clip oder Sprengring genannt) zum Einsatz kommen. Der Werkzeugkopf 14 ist mit dem Werkzeugkörper 22 funktional verbunden und erstreckt sich, wie im Folgenden näher erläutert, von einem Werkzeugkörper 22 nach außen. Das Werkzeug 10 ist durch menschliche Kraft betrieben, und zwar durch die von dem Bediener 12 aufgewendete Kraft, und wird nicht elektronisch oder anderweitig mit Kraft versorgt oder betätigt.
In 1, auf welche Bezug genommen wird, weist der Werkzeugkörper 22 eine Längsachse A auf. Gemäß der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei der Achse A um eine Mittelachse des Werkzeugkörpers 22. Ein vorgespannter Kolben 26, ein im Ungleichgewicht befindlicher Stößel 28 und eine Basis 30 sind in dem Werkzeugkörper 22 enthalten. Im Spezifischeren weist der Werkzeugkörper 22 einen ersten Hohlraum 32, einen zweiten Hohlraum 34 und einen sich verjüngenden Durchgang 36 auf, der den ersten Hohlraum 32 und den zweiten Hohlraum 34 verbindet. Der sich verjüngende Durchgang 36 ist entlang der Längsachse A zentriert und die Längsachse A kann auch als die Mittelachse des sich verjüngenden Durchgangs 36 bezeichnet werden. Der Werkzeugkörper 22 weist eine konturierte Oberfläche 37 auf, welche den sich verjüngenden Durchgang 36 definiert. Die konturierte Oberfläche 37 ist derart ausgelegt, dass der sich verjüngende Durchgang 36 symmetrisch um die Längsachse A verläuft und von dem zweiten Hohlraum 34 zu dem ersten Hohlraum 32 hin in der Breite abnimmt. Mit anderen Worten, der sich verjüngende Durchgang 36 ist an dem zweiten Hohlraum 34 am breitesten und an dem ersten Hohlraum 32 am engsten.
Der Stößel 28 ist zwischen dem vorgespannten Kolben 26 und der Basis 30 positioniert und steht mit der Basis 30 in Kontakt. Der Werkzeugkopf 14 ist durch einen Bolzen 31 an der Basis 30 fixiert. Der sich verjüngende Durchgang 36, der Stößel 28 und die Basis 30 sind alle derart ausgelegt, dass sich der Stößel 28, wie in 1 gezeigt, relativ zu der Längsachse A in einer gekippten Stellung befindet, bevor durch den Bediener während des Presspassens eine ergonomische, vorbestimmte Last auf das Werkzeug 10 ausgeübt wird. Die Basis 30 weist eine erste gekrümmte Fläche 38 auf und der Stößel 28 weist eine Kontaktfläche 40 auf, die unter Vorspannung in Kontakt mit der ersten gekrümmten Fläche 38 gebracht wird, und zwar durch ein in dem zweiten Hohlraum 34 befindliches Vorspannelement 42, welches die Kontaktfläche 40 gegen die erste gekrümmte Fläche 38 hin vorspannt. Bei dem Vorspannelement 42 handelt es sich in der Ausführungsform aus 1 um eine konische Schraubenfeder. Das Vorspannelement 42 ist konzentrisch mit der Längsachse A in dem zweiten Hohlraum 34 positioniert. Das Vorspannelement 42 weist ein erstes Ende 44, das gegen den Werkzeugkörper 22 positioniert ist, und ein zweites Ende 46, das gegen ein Lippe 48 des Stößels 28 positioniert ist, auf.
Die erste gekrümmte Fläche 38 und die Kontaktfläche 40 sind derart konvex ausgebildet, dass ein Kontakt an nur einem Kontaktpunkt P erfolgt. Der Kontaktpunkt P kann als ein Ungleichgewichtspunkt bezeichnet werden und der Stößel 28 kann als ein im Ungleichgewicht befindlicher Stößel bezeichnet werden, da die Flächen 38, 40 bewirken, dass der Stößel 28 dazu neigt, relativ zu der Längsachse A zu kippen. Der Stößel 28 weist eine Außenfläche 50 auf, die sich zu einer der Lippe 48 entgegengesetzten Spitze 52 hin verjüngt. Das Vorspannelement 42 hält den Stößel 28 ausreichend weit in in dem zweiten Hohlraum 34 fest, so dass sich die Spitze 52 nicht aus dem sich verjüngenden Durchgang 36 heraus erstreckt und nicht mit dem Kolben 26 in Kontakt ist, wenn das Werkzeug 10 nicht belastet ist. Mit anderen Worten, vor dem Belasten des Werkzeugkörpers 22 durch Aufwendung der vorbestimmten Belastung wird ein Spalt 54 zwischen dem Stößel 28 und dem Kolben 26 belassen.
Vor dem Belasten des Werkzeugkörpers 22 durch Aufwendung der vorbestimmten Belastung drückt die Kraft des Vorspannelements 42 auf den Stößel 28 auch die Basis 30 in eine in 1 gezeigte Vorspannstellung, in welcher die Basis 30 gegen einen Stopfen 56 gehalten wird. Der Stopfen 56 kann ein kreisrunder Ring sein, der in einer seichten Kerbe in dem Werkzeugkörper 22 ausgebildet ist und sich in den zweiten Hohlraum 34 hinein erstreckt. Alternativ dazu kann der Stopfen 56 auch als getrennte Nasen ausgebildet sein, die durch den Werkzeugkörper gehalten werden und sich in den Hohlraum 34 hinein erstrecken. Wenn sich der Stößel 28 und die Basis 30 in diesen Vorspannstellungen befinden, kippt der Stößel 28 auf dem Kontaktpunkt P derart, dass die Spitze 52 gegen die konturierte Oberfläche 37 des Werkzeugkörpers 22 in dem Durchgang 36 anliegt und sich der Stößel 28 nicht in Kontakt mit dem Kolben 26 befindet.
Eine Wellenfeder 60 ist in dem ersten Hohlraum 32 positioniert und ist dafür ausgelegt, den Kolben 26 zu dem Durchgang 36 hin vorzuspannen. Gemäß anderen Ausführungsformen könnte eine Schraubenfeder oder eine andere Art von Feder als Alternative zu der Wellenfeder verwendet werden. Vor dem Belasten des Werkzeugkörpers 22 durch Aufwendung der in 7 angegebenen, vorbestimmten Belastung PL hält eine Vorspannkraft einer Wellenfeder 60 den Kolben 26 gegen eine Oberfläche 62 des Werkzeugkörpers 22 in dem ersten Hohlraum 32. Der Kolben 26 weist eine Außenfläche 64 mit einer Ausnehmung 66 auf, die im Wesentlichen mit dem sich verjüngenden Durchgang 36 ausgerichtet ist. Die Ausnehmung 66 kann auch mit der Längsachse A konzentrisch sein, wie dies in 1 gezeigt ist.
In 2 und 3, auf welche nun Bezug genommen wird, ist der Werkzeugkörper 22 dafür ausgelegt, relativ zu der Basis 30 beweglich zu sein, wenn der Werkzeugkopf 14 gegen einen Gegenstand gehalten wird, in den das Bauteil 18 einzubauen ist, beispielsweise das Fahrzeug 16, und der Bediener 12 über den Griff 20 eine Andrückkraft auf den Werkzeugkörper 22 in Richtung zu dem Werkzeugkopf 14 hin ausübt. Beispielsweise kann der Werkzeugkörper 22 durch Verschieben entlang der Längsachse A relativ zu der Basis 30 und dem Stößel beweglich sein. Ein Bewegung der Oberfläche 37 des sich verjüngenden Durchgangs 36 relativ zu der Oberfläche 50 des Stößels 28 bewirkt, dass sich der Stößel von der außermittigen Ungleichgewichtsstellung des entspannten Zustands aus 1 in eine Zwischenstellung in 2 bewegt, in welcher sich der Stößel 28 in den ersten Hohlraum 32 hinein erstreckt. Die Stößelspitze 52 liegt in der Zwischenstellung aus 2 an der Oberfläche 64 des Stößels 28 an, ist jedoch noch nicht vollständig mit der Längsachse A ausgerichtet. Durch die Verbindung des Stößels 28 mit der Oberfläche 64 wird die Vorspannkraft der Feder 60 überwunden, wodurch die Feder 60 komprimiert wird, um den Kolben 26 zu belasten.
7 ist eine grafische Darstellung 100 einer Belastungskraft in Newton auf der vertikalen Achse 102 in Gegenüberstellung zu der Zeit in Sekunden auf der horizontalen Achse 104. Die Zwischenstellung des Stößels 28 entspricht Größenwerten einer auf den Werkzeugkörper 22 ausgeübten Belastung 106 von Null zum Zeitpunkt t₀ bis zu der vorbestimmten Belastung PL in 7, zum Zeitpunkt t₁. Die auf den Werkzeugkörper 22 ausgeübte Belastung erstreckt sich entlang einem ersten Lastpfad durch den Werkzeugkörper 22, den Stößel 28, die Basis 30 und den Werkzeugkopf 14. Der erste Lastpfad L1 ist in 2 schematisch dargestellt.
Wenn die durch den Bediener 12 entlang dem ersten Lastpfad L1 aufgewendete Belastung 106 zumindest einen vorbestimmten Größenwert aufweist, sind der Werkzeugkörper 22, die Basis 30 und der vorgespannte Kolben 26 dafür ausgelegt, den Stößel 28 mit der Längsachse A auszurichten, wie dies in 3 gezeigt ist. Wenn der Stößel 28 ausgerichtet wird, tritt die Spitze 52 in die Ausnehmung 66 ein. Dadurch wird es ermöglicht, dass sich der Kolben 26 auf der Längsachse A um eine der Höhe D der Ausnehmung 66 entsprechende Distanz D zu dem Stößel 28 hinbewegt, indem es der Feder 60 erlaubt wird, sich über die Distanz der Höhe der Ausnehmung 66 hinweg zu entspannen, wodurch zumindest ein Teil der gespeicherten Energie des Kolbens 26 als eine dynamische Last 108 (in 7 gezeigt) freigesetzt wird und entlang einem zweiten Lastpfad, der sich unter Umgehung des Werkzeugkörpers 22 durch den Stößel 28, die Basis 30 und den Werkzeugkopf 14 hindurch erstreckt, auf den Werkzeugkopf 14 aufgewendet wird. Der zweite Lastpfad L2 ist schematisch in 3 gezeigt. Durch die dynamische Belastung 108 entlang dem Lastpfad L2 wird die von dem Bediener bereitgestellte Belastung 106 entlang dem Lastpfad L1 unterstützt. Mit anderen Worten, die dynamische Belastung 108 aus der Freigabe des belasteten Kolbens 26 wirkt in dieselbe Richtung auf den Werkzeugkopf 14 wie die vorbestimmte Belastung PL, die durch den Bediener 12 über den Griff 20 auf den Werkzeugkörper 22 aufgewendet wird.
Die Freigabe des Kolbens 26, zu der es kommt, wenn die Spitze 52 mit der Längsachse A ausgerichtet wird und sich der Kolben 26 zu dem sich verjüngenden Durchgang 36 hin bewegt, ist dynamisch. Mit anderen Worten, gespeicherte Energie wird über eine Zeitspanne hinweg freigegeben, welche relativ kurz ist im Vergleich zu der Zeit, über die hinweg der Bediener 12 den Werkzeugkörper 22 bewegt, um die vorbestimmte Last PL aufzuwenden. Wie in 7 angegeben, erreicht die von dem Bediener aufgewendete Belastung 106 den vorbestimmten Belastungswert PL über eine relativ lange Zeitspanne von dem Zeitpunkt t₀ bis zu dem Zeitpunkt t₁ Die dynamische Belastung 108 wird über einen relativ kurzen Zeitspanne von t₁ bis t₂ freigegeben. Demgemäß wird die gespeicherte Energie der Feder 60, die aus der durch den Bediener aufgewendeten Belastung 106, die über eine größere Zeitspanne t₁ hinweg aufgewendet wird, resultiert, als eine dynamische Belastung DL freigegeben, die einen größeren Größenwert DL aufweist.
Die abrupte Bewegung des Kolbens 26, zu der es kommt, wenn sich die Spitze 52 in die Ausnehmung 66 hineinbewegt, erzeugt ein Geräusch, wenn die Fläche 72 des Kolbens 26 in der Ausnehmung 66 mit der Spitze 52 in Kontakt tritt. Das Geräusch stellt eine akustische Rückmeldung an den Bediener 12 bereit, die anzeigt, wann die vorbestimmte Belastung PL erreicht worden ist. Sobald der Bediener 12 die akustische Rückmeldung hört, kann der Bediener 12 das Werkzeug 10 von dem Fahrzeug 16 wegnehmen, da der Einbau des ersten Bauteils 18 damit abgeschlossen ist.
Wie in 3 angegeben, sind der Kolben 26, der Stößel 28 und der Werkzeugkörper 22 derart ausgelegt, dass ein Spalt 70 zwischen der Oberfläche 64 des Kolbens 26 und der Oberfläche 62 des Werkzeugkörpers 22 beibehalten wird, wenn sich die Spitze 52 in der Ausnehmung 66 befindet und die gespeicherte Energie des Kolbens freigegeben wird, wodurch verhindert wird, dass sich der zweite Lastpfad L2 durch den Werkzeugkörper 22 hindurch erstreckt. Dadurch wird verhindert, dass sich die dynamische Last DL durch den Werkzeugkörper 22 hindurch auf den Werkzeugbediener überträgt. Die Feder 60 kann auch in der Freigabestellung aus 3 zumindest teilweise in komprimiertem Zustand (d.h. zumindest teilweise belastet) verbleiben.
Das Werkzeug 10 kann derart eingestellt werden, dass die vorbestimmte Belastung PL einen ergonomischen Sollgrad aufweist und eine dynamische Sollbelastung DL bereitgestellt wird, und zwar in Abhängigkeit zu der für den Einbau der speziellen Anwendung erforderlichen Gesamtbelastung. Beispielsweise muss die durch den Bediener 12 entlang dem ersten Lastpfad L1 aufgewendete Kraft ausreichend sein, um die Kraft der Feder 60 zu überwinden. Für die Kraft der Feder gilt:
F = K(X₁ - X₂), wobei K die Federkonstante ist, X₁ die Gesamtdistanz ist, um die sich der Werkzeugkörper 22 in die Richtung entlang der Längsachse A von dem Punkt aus, wo sich der Stößel 28 in der entspannten Stellung aus 1 befindet, bis zu dem Punkt, wo sich der Stößel 28 in der ausgerichteten Stellung aus 3 befindet, bewegt. X₂ ist die Distanz, um die sich der Werkzeugkörper 22 entlang der Längsachse A bewegt, bevor der Stößel 28 an einer Zwischenstellung mit dem Kolben 26 in Kontakt tritt, und entspricht effektiv der Distanz des Spalts 54 entlang der Längsachse A. Die Differenz zwischen X₁ und X₂ ist somit die Distanz, um welche der Kolben 26 gegen die Kraft der Feder 60 entlang der Längsachse A bewegt wird. Das Werkzeug 10 kann in der anfänglichen Entwurfsphase des Werkzeugs 10 eingestellt werden, indem eine Feder 60 mit einer gewünschten Federkonstante K ausgewählt wird. Überdies können die Abmessungen des Werkzeugkörpers 22 und des Stößels 28 derart ausgelegt sein, dass sie eine gegebene Distanz bereitstellen, über die hinweg die Feder 60 bewegt wird (d.h., X1 - X2). Die Abmessungen des Durchgangs 36 und/oder der Durchmesser oder die Höhe des ersten Hohlraums 32 kann/können ebenfalls entsprechend ausgewählt werden, um eine daraus resultierende Sollkraft F zu erzielen.
Ein bestehendes Werkzeug 10 mit einem gegebenen Werkzeugkörper 22 kann außerdem zu einem in 5 gezeigten Werkzeug 10A modifiziert werden, indem die Feder 60 durch eine andere Feder 60A mit einer anderen Federkonstante KA ersetzt wird. Die Feder 60A ist in verdeckten Linien im Inneren des Werkzeugkörpers 22 in 5 dargestellt. Die Feder 60 kann aus dem ersten Hohlraum 32 entfernt werden, indem die Schraube 24 gelöst wird, um den Griff 20 zu entfernen, und so die Feder 60 entfernt werden kann. Die Feder 60A kann anschließend in den ersten Hohlraum 32 eingesetzt werden und der Griff 20 kann daraufhin wieder an dem Werkzeugkörper 22 angebracht und die Schraube 24 wieder festgezogen werden. Die Feder 60 ist als eine Schraubenfeder dargestellt, es könnte sich stattdessen jedoch auch um eine Wellenfeder oder eine andere Art von Feder handeln. Das Werkzeug 10A kann anschließend mit einem anderen Werkzeugkopf 14A für den Presspassungs-Einbau eines unterschiedlich ausgelegten, zweiten Bauteils 18A verwendet werden, das eine andere Einbaubelastung benötigt als das erste Bauteil 18. Das Werkzeug 10A kann ansonsten durchgehend dieselben Bauteile wie das Werkzeug 10 aufweisen. Mit anderen Worten, das Werkzeug 10 kann für eine andere Presspassungs-Anwendung verwendet werden, indem der Werkzeugkopf 14 durch den Werkzeugkopf 14A ausgewechselt wird und die Feder 60 durch die Feder 60A ersetzt wird.
Eine alternative Ausführungsform eines Presspassungswerkzeugs 10B ist in 6 gezeigt. Das Werkzeug 10B kann ansonsten durchgehend dieselben Bauteile wie das Werkzeug 1 aufweisen. Bauteile, die der Auslegung und der Funktion nach identisch sind, sind mit identischen Bezugszahlen angegeben und sind unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Gemäß der Ausführungsform aus 6 ist der erste Hohlraum 32 mit einem unter einem vorbestimmten Druck stehenden, komprimierbaren Fluid, wie beispielsweise Luft, befüllt. Es kommt dabei ein Kolben 26B zum Einsatz, der eine seitliche Rille 80 aufweist, in welcher eine Dichtung 82 platziert ist, um das unter Druck stehende Fluid in dem ersten Hohlraum 32 abzudichten, während sich der Kolben 26B während der Verwendung des Werkzeugs 10B in dem Hohlraum 32 bewegt. Die Dichtung 82 ist als eine Quad-Dichtung gezeigt, es könnte sich jedoch dabei um jede beliebige Art von Dichtung handeln, die eine Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander verschiebbaren Bauteilen bereitstellt. Das Werkzeug 10B aus 6 veranschaulicht außerdem einen anderen alternativen Mechanismus zum Verbinden eines Werkzeugkopfs 14B mit einer Basis 30B. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Basis 30B ein Außengewinde auf und weist der Werkzeugkopf 14B ein Innengewinde auf, das an einer Gewindeverbindungsstelle 84 mit dem Außengewinde zusammenpasst. Der Hohlraum 86 zum Aufnehmen des Bolzens 31 aus 1 kann nach wie vor in der Basis 30B vorgesehen sein, mehr Flexibilität für die Anbringung des Werkzeugkopfs 14B an der Basis 30B zu erlauben. Alternativ dazu kann die Gewindeverbindung 84 auch ohne die Option einer Bolzenverbindung bereitgestellt sein.
Ein Verfahren 200 zum Presspassen eines Bauteils unter Verwendung eines Werkzeugs ist in dem Ablaufdiagramm in 8 gezeigt. Das Verfahren 200 ist auf jedes beliebige der hier gezeigten und beschriebenen Werkzeuge 10, 10A, 10B anwendbar. Zu Zwecken der Erörterung ist das Verfahren 200 hier in Bezug auf das Werkzeug 10 beschrieben. Das Verfahren 200 beginnt mit Schritt 202, und hat die Presspassung eines ersten Bauteils 18 unter Verwendung eines Werkzeugs 10 zum Gegenstand, das einen ersten Werkzeugkopf 14 umfasst, der mit einem Werkzeugkörper 22 in funktionaler Verbindung steht und dafür ausgelegt ist, mit dem ersten Bauteil 18 zusammenzupassen. Wie in Bezug auf 1 - 4 beschrieben, umfasst die Presspassung aus Schritt 202 den Hilfsschritt 204, in dem der Werkzeugkörper 22 zu dem Werkzeugkopf 14 hin gedrückt wird, um dadurch über einen Stößel 28 einen in dem Werkzeugkörper 22 befindlichen Kolben 26 so weit zu belasten, bis der Stößel 28 mit dem Kolben 26 ausgerichtet ist, um den belasteten Kolben 26 freizugeben. Die Presspassung aus Schritt 202 kann außerdem den Hilfsschritt 206 umfassen, in dem bestimmt wird, dass eine Freigabe des Kolbens 26 erfolgt ist, indem ein hörbares Begleitgeräusch der gegen den Stößel 28 erfolgenden Freigabe des Kolbens 26 eintritt. Sobald die Freigabe gemäß Hilfsschritt 206 bestimmt worden ist, kann die Presspassung aus Schritt 202 den Hilfsschritt 208 umfassen, der darin besteht, dass der erste Werkzeugkopf 14 von dem ersten Bauteil 18 entfernt wird. Der Presspassungs-Einbau des ersten Bauteils 18 in das Fahrzeug 16 ist dann beispielsweise vollendet und der Werkzeugkopf 14 kann entfernt werden, da das erste Bauteil 18 nunmehr in seiner Einbaustellung an dem Fahrzeug 16 befestigt ist.
Das Werkzeug 10 ist für verschiedene Presspassungs-Einbauzwecke umgestaltbar, wie dies in Bezug auf 5 und 6 beschrieben ist. Demgemäß kann das Verfahren 200 den Schritt 210 umfassen, in welchem der Werkzeugkopf 14 von dem Werkzeugkörper 22 entfernt wird, und den Schritt 212 umfassen, in welchem ein zweiter Werkzeugkopf 14A mit dem Werkzeugkörper 22 funktional verbunden wird. Wie in Bezug auf 5 beschrieben, ist der zweite Werkzeugkopf 14A anders ausgelegt als der erste Werkzeugkopf 14 und ist dafür ausgelegt, ein zweites Bauteil 18A, welches anders ausgelegt ist als das erste Bauteil 18, einem Presspassungsvorgang zu unterziehen.
Überdies kann das Werkzeug 10 in Schritt 214 optional insofern umgestaltet werden, als eine erste Feder 60, die den Kolben 26 vorspannt, wie in 5 gezeigt durch eine zweite Feder 60A ersetzt wird. Die zweite Feder 60A kann eine zweite Steifigkeit aufweisen, die sich von der Steifigkeit der ersten Feder 60 unterscheidet, was eine unterschiedliche vorbestimmte Belastung PL, die für das Belasten der Feder 60A vor deren Freigabe erforderlich ist, und eine unterschiedliche dynamische Belastung PL bei der Freigabe zur Folge hat. Beispielsweise kann das zweite Bauteil 18A eine größere Belastung für den Presspassungs-Einbau erforderlich machen.
Als Nächstes umfasst das Verfahren 200 den Schritt 216, in welchem das zweite Bauteil 18A unter Verwendung des Werkzeugs 10A einer Presspassung unterzogen wird. Ähnlich dem Schritt 202, umfasst die Presspassung des zweiten Bauteils 18A gemäß dem Schritt 216 den Schritt 218, in dem der Werkzeugkörper 22 zu dem Werkzeugkopf 14A hin gedrückt wird, um dadurch über den Stößel 28 den in dem Werkzeugkörper 22 befindlichen Kolben 26 so weit zu belasten, bis der Stößel 28 mit dem Kolben 26 ausgerichtet ist, um den belasteten Kolben 26 freizugeben.
Die Presspassung aus Schritt 216 kann außerdem den Hilfsschritt 220 umfassen, in dem bestimmt wird, dass eine Freigabe des Kolbens 26 erfolgt ist, indem ein hörbares Begleitgeräusch der gegen den Stößel 28 erfolgenden Freigabe des Kolbens 26 eintritt. Sobald die Freigabe gemäß Hilfsschritt 220 bestimmt worden ist, kann die Presspassung aus Schritt 216 den Hilfsschritt 222 umfassen, der darin besteht, dass der zweite Werkzeugkopf 14A von dem zweiten Bauteil 18A entfernt wird. Der Presspassungs-Einbau des zweiten Bauteils 18A in das Fahrzeug 16 ist dann beispielsweise vollendet und der Werkzeugkopf 14A kann entfernt werden, da das zweite Bauteil 18A nunmehr in seiner Einbaustellung an dem Fahrzeug 16 befestigt ist.

Claims

Werkzeug (10, 10A, 10B), welches umfasst: einen Werkzeugkörper (22) mit einer Längsachse (A); einen vorgespannten Kolben (26, 26B), einen Stößel (28) und eine Basis (30, 30B), die in dem Werkzeugkörper (22) enthalten sind; wobei der Stößel (28) zwischen dem vorgespannten Kolben (26, 26B) und der Basis (30, 30B) positioniert ist und mit der Basis (30, 30B) in Kontakt steht; einen Werkzeugkopf (14, 14A, 14B), der an der Basis (30, 30B) fixiert ist und sich aus dem Werkzeugkörper (22) heraus erstreckt; wobei der Werkzeugkörper (22) dafür ausgelegt ist, entlang der Längsachse (A) relativ zu der Basis (30, 30B) und dem Stößel (28) beweglich zu sein, um den Stößel (28) zu bewegen und so den Kolben (26, 26B) zu belasten, wenn eine Belastung entlang einem ersten Lastpfad (L1) aufgewendet wird, der sich durch den Werkzeugkörper (22), den Stößel (28), die Basis (30, 30B) und den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) hindurch erstreckt; und wobei der Werkzeugkörper (22), die Basis (30, 30B) und der vorgespannte Kolben (26, 26B) dafür ausgelegt sind, den Stößel (28) nur dann mit der Längsachse (A) auszurichten, wenn die entlang dem ersten Lastpfad (L1) aufgewendete Belastung zumindest einer ersten vorbestimmten Belastung entspricht, und dadurch gespeicherte Energie des Kolbens (26, 26B) als dynamische Belastung freizugeben, die entlang einem zweiten Lastpfad (L2) auf den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) aufgewendet wird, der sich durch den Stößel (28), die Basis (30, 30B) und den Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) hindurch erstreckt und der den Werkzeugkörper (22) dabei umgeht; dadurch gekennzeichnet , dass der Werkzeugkörper (22) einen ersten Hohlraum (32), einen zweiten Hohlraum (34) und einen sich verjüngenden Durchgang aufweist (36), der den ersten Hohlraum (32) und den zweiten Hohlraum (34) verbindet; wobei der sich verjüngende Durchgang (36) entlang der Längsachse (A) zentriert ist; und wobei der Kolben (26, 26B), der Stößel (28) und der sich verjüngende Durchgang (36) derart ausgelegt sind, dass ein Spalt (54) zwischen dem Kolben (26, 26B) und dem Werkzeugkörper (22) beibehalten wird, wenn gespeicherte Energie des Kolbens (26, 26B) freigegeben wird, wodurch verhindert wird, dass der zweite Lastpfad (L2) durch den Werkzeugkörper (22) hindurch verläuft.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Kolben (26, 26B) eine Außenfläche (64) mit einer Ausnehmung (66) aufweist, die mit dem sich verjüngenden Durchgang (36) ausgerichtet ist; und wobei der Stößel (28) eine Spitze (52) aufweist, die dafür ausgelegt ist, in der Ausnehmung (66) aufgenommen zu werden, wenn der Stößel (28) mit der Längsachse (A) ausgerichtet ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Basis (30, 30B) eine erste gekrümmte Fläche (38) aufweist; wobei der Stößel (28) eine Kontaktfläche aufweist (40); und ein Vorspannelement (42) in dem zweiten Hohlraum (34) die Kontaktfläche (40) gegen die erste gekrümmte Fläche (38) hin vorspannt.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Vorspannelement (42) um eine mit der Längsachse (A) konzentrische, sich verjüngende Spiralfeder mit einem ersten Ende, das gegen den Werkzeugkörper (22) positioniert ist, und einem zweiten Ende, das gegen den Stößel (28) positioniert ist, handelt.
Werkzeug nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst: eine Feder (60), die in dem ersten Hohlraum (32) positioniert ist und ist dafür ausgelegt ist, den Kolben (26, 26B) zu dem sich verjüngenden Durchgang hin vorzuspannen.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der erste Hohlraum (32) mit einem komprimierbaren Fluid befüllt ist, und weiterhin umfassend: eine Dichtung, die von dem Koben zwischen dem Kolben (26B) und dem Werkzeugkörper (22) gehalten wird.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) ein erster Werkzeugkopf ist, welcher derart ausgelegt ist, dass er von der Basis (30, 30B) abnehmbar ist; und weiterhin umfassend: einen zweiten Werkzeugkopf (14, 14A, 14B), welcher derart ausgelegt ist, dass er an der Basis (30, 30B) fixierbar ist, um ein zweites Bauteil, das sich von dem ersten Bauteil unterscheidet, einer Presspassung zu unterziehen.
Werkzeug nach Anspruch 7, welches weiterhin umfasst: eine erste Feder (60) mit einer ersten Federsteifigkeit, die in dem ersten Hohlraum (32) positioniert ist und ist dafür ausgelegt ist, den Kolben (26, 26B) zu dem sich verjüngenden Durchgang (36) hin vorzuspannen, wenn der erste Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) an der Basis (30, 30B) fixiert ist; und eine zweite Feder (60) mit einer zweiten Federsteifigkeit, die in dem ersten Hohlraum (32) positioniert ist und ist dafür ausgelegt ist, den Kolben (26, 26B) zu dem sich verjüngenden Durchgang (36) hin vorzuspannen, wenn der zweite Werkzeugkopf (14, 14A, 14B) an der Basis (30, 30B) fixiert ist.