-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum maschinellen Verrasten eines Fügeteils mit einem Basisteil,
wobei das Fügeteil einen generell um eine Symmetrieachse rotationssymmetrischen Fügeabschnitt mit randständigen, über den Umfang verteilten, ersten Rastmitteln und das Basisteil einen korrespondierend generell rotationssymmetrischen Aufnahmeabschnitt mit korrespondierenden, zweiten Rastmitteln aufweist, umfassend die Schritte:
- – Fixieren des Basisteils auf einer Montageplattform,
- – Fixieren des Fügeteils an einer Haltevorrichtung eines Fügewerkzeugs,
- – relatives Positionieren von Fügewerkzeug und Montageplattform so, dass Fügeabschnitt und Aufnahmeabschnitt zentriert zueinander voneinander beabstandet sind, und
- – axiales, relatives Aufeinanderzubewegen von Fügewerkzeug und Montageplattform bis die ersten und die zweiten Rastmittel miteinander verrastet sind.
-
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Fügewerkzeug zur Verwendung bei der Durchführung eines derartigen Verfahrens.
-
Derartige Fügeverfahren und -werkzeuge sind aus Fertigungsverfahren unterschiedlichster Branchen bekannt. Rein beispielhaft sei hier das Fügen eines generell kreisringförmigen Axialnadellagers mit einer Nabe einer Kupplungsanordnung eines Kraftfahrzeugs erwähnt. Das Axialnadellager ist als ein vormontiertes Modul ausgestaltet, welches generell kreisringartig geformt ist. An seinem inneren Umfang sind an mehreren (vorzugsweise drei oder mehr) Positionen Rastnasen angeordnet. In diesem Kontext ist auch die Begrifflichkeit „generell rotationssymmetrisch“ zu verstehen: Die Grundform des Axialnadellager-Moduls ist rotationssymmetrisch, nämlich kreisringförmig; einzelne, lokale Abweichungen von einer absoluten Rotationssymmetrie, wie bspw. besagte Rastnasen, sind jedoch ohne weiteres möglich und ggf. für die Funktion auch erforderlich.
-
Bei der Montage wird ein derartiges Axialnadellager auf eine Nabe aufgeschoben, die als kreis- oder ringförmige Erhebung ausgebildet ist, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Axialnadellager-Moduls angepasst ist. Am Außenumfang der Nabe sind zu den Rastnasen korrespondierende Rücksprünge vorgesehen, die im Montageendzustand von den Rastnasen formschlüssig hintergriffen werden, sodass das Axialnadellager auf der Nabe fixiert ist. Hierbei macht man sich, wie bei allen Arten von Verrastungen, form- und/oder materialelastische Eigenschaften der Rastmittel zunutze.
-
Der konkrete Fügeprozess ist in der Regel so gestaltet, dass das Basisteil, beim obigen Beispiel die Nabe, auf einer Montageplattform fixiert wird. Das Axialnadellager wird hingegen an einem Fügewerkzeug positioniert. In der Regel ist die Montageplattform ortsfest, wohingegen das Fügewerkzeug verfahrbar gestaltet ist. So wird zunächst das Fügewerkzeug so über der Montageplattform fixiert, dass der Fügeabschnitt, d.h. in obigem Beispiel die kreisförmige Ausnehmung des Axialnadellager-Moduls, und der Aufnahmeabschnitt, d.h im obigen Beispiel die kreis- oder kreisringförmige Erhebung der Nabe, relativ zueinander zentriert sind. Alsdann wird das Fügewerkzeug auf die Montageplattform abgesenkt. Sobald die Rastnasen des Axialnadellager-Moduls den Rand der Nabenerhebung kontaktieren, federn sie ein, schleifen bei weiterem Vorschub des Fügewerkzeugs am Nabenrand und rasten schließlich in die Rastausnehmungen der Nabe ein.
-
Insbesondere bei mechanisch stark beanspruchten Elementen, wie bspw. Kupplungsanordnungen von Kraftfahrzeugen, sind ein exakter Formschluss und möglichst kleine Federwege der Rastmittel wünschenswert. Es hat sich gezeigt, dass bei sehr eng bemessenen Fertigungstoleranzen im Rahmen des obigen Montageverfahrens die Gefahr besteht, dass die Rastnasen und/oder die Nabenwand während des Fügeprozesses beschädigt werden. Eine entsprechend größere Dimensionierung des Spaltes zwischen Nabe und Lager bzw. eine entsprechend größere Dimensionierung der Federwege der Rastmittel ist wegen der starken, insbesondere rotatorischen Beanspruchung der Bauteile und der Gefahr einer unbeabsichtigten Demontage nicht möglich. Das bekannte Verfahren führt daher zu unerwünscht hohem Ausschuss.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung das gattungsgemäße Fügeverfahren derart weiterzubilden, dass ein geringerer Ausschuss anfällt. Ebenso ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechend modifiziertes Fügewerkzeug zur Verfügung zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Haltevorrichtung mittels über ihren Umfang verteilter, elastischer Kupplungsmittel mit in Umfangsrichtung variierender lokaler Federwirkung mit einem starren Körper des Fügewerkzeugs verbunden ist, sodass die ersten und zweiten Rastmitteln während des axialen Aufeinanderzubewegens von Fügewerkzeug und Montageplattform nacheinander an unterschiedlichen Positionen mit einer zu ihrer Verrastung erforderlichen Einrastkraft beaufschlagt werden.
-
Die Aufgabe wird weiter durch ein Fügewerkzeug gemäß Anspruch 4 gelöst, nämlich ein Fügewerkzeug zur Verwendung bei der Durchführung des obigen Verfahrens, umfassend einen proximal angeordneten, starren Körper und eine distal angeordnete Haltevorrichtung zur Halterung eines Fügeteils, wobei die Haltevorrichtung mittels über ihren Umfang verteilter, elastischer Kupplungsmittel mit in Umfangsrichtung variierender lokaler Federwirkung mit dem starren Körper verbunden ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Besonders bevorzugt variiert die Federwirkung der elastischen Kupplungsmittel stetig, d.h. sie nimmt in Umfangsrichtung ab oder zu. Mit anderen Worten findet man, dem Umfang des Fügewerkzeugs in einer ersten Richtung folgend, einen Anstieg der Federkraft der auf diesem Weg angeordneten Kupplungsmittel und entsprechend eine Abnahme in umgekehrter, zweiter Richtung. Das bewirkt, dass die ersten und zweiten Rastmittel während des axialen Aufeinanderzubewegens von Fügewerkezug und Montageplattform nacheinander an in Umfangsrichtung umlaufenden Positionen mit einer zu ihrer Verrastung erforderlichen Einrastkraft beaufschlagt werden. Beim Einrasten vollführt das Fügeteil somit eine Taumelbewegung.
-
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, beim maschinellen Fügen zumindest auf Ebene der Rastmittel einen manuellen Fügeprozess nachzuahmen, ohne jedoch beim Antrieb des Fügewerkzeugs (und/oder der Montageplattform) die komplexen Bewegungen eines menschlichen Werkers nachbilden zu müssen. Insbesondere sieht die Erfindung nach wie vor ein gradliniges, axiales Aufeinanderzubewegen von Fügewerkzeug und Montageplattform, d.h. in der Praxis meist ein gradliniges Absenken des Fügewerkzeugs auf die Montageplattform, vor. Gleichwohl wird durch die erfindungsgemäße Ankopplung der Haltevorrichtung des Fügewerkzeugs an dessen (angetriebenen) starren Körper die Taumelbewegung des Fügeteils bewirkt, die auch beim manuellen Fügeprozess in der Regel durchgeführt wird.
-
Beim manuellen Fügen generell rotationssymmetrischer Bauteile sind zwei Vorgehensweisen üblich, die, je nach Ausführungsform, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nachgeahmt werden. Bei einer ersten Variante wird das Fügeteil verkippt in das Basisteil eingesetzt, sodass die Rastmittel an einer Stelle miteinander verrasten, während erste und zweite Rastmittel im Übrigen noch voneinander beabstandet sind. Alsdann wird das Fügeteil mit einem in Richtung auf das Basisteil wirkenden Druck beaufschlagt, wobei der jeweilige Druckpunkt, d.h. die Einleitungsstelle des Drucks, in Umfangsrichtung auf dem Fügeteil umläuft. Hierdurch erfährt das Fügeteil eine sich abschwächende Taumelbewegung, die nacheinander zum Einrasten der Rastmittel an benachbarten Positionen entlang des Umfangs führt und nach vollständigem Einrasten in einer Parallelstellung von Fügeteil und Basisteil endet.
-
Bei einer alternativen Vorgehensweise wird das Fügeteil parallel auf das Basisteil aufgesetzt und dann mit dem oben beschriebenen umlaufenden Druck beaufschlagt, sodass es ebenfalls verkippt, lokal einrastet, nachfolgend taumelnd entlang seines Umfangs weiter einrastet und abschließend vollständig eingerastet wieder parallel zum Basisteil ausgerichtet ist.
-
Statt diesen komplizierten Bewegungsablauf durch dezentralen, teilweise schrägen Vortrieb des Fügewerkzeugs (und/oder der Montageplattform) nachzuahmen, setzt die vorliegende Erfindung auf eine entsprechende Umwandlung des axialen Vortriebs in besagte Taumelbewegung durch die erfindungsgemäßen Kupplungsmittel. Diese stellen in Umfangsrichtung lokal stetig zu- bzw. abnehmende Federkräfte bereit, über die der Vortrieb in eine lokal unterschiedliche Druckbeaufschlagung umgelenkt wird. Insbesondere erfährt das Fügeteil im Bereich der stärksten Federkraft der Kupplungsmittel bei seiner Anlage an dem Basisteil die stärkste Druckkraft. Entsprechend werden bei Erreichen der Einrastkraft die Rastmittel an dieser Stelle zuerst einrasten. Nach dem Einrasten ist ein weiterer Vorschub des Fügeteils an dieser Stelle nicht möglich. Unabhängig von der Stärke der lokalen Federkraft werden die Kupplungsmittel an dieser Stelle bei weiterem Vorschub des Fügewerkzeugs zwar tiefer einfedern, jedoch keinen weiteren lokalen Vorschub des Fügeteils bewirken. Stattdessen wird der über die Kupplungsmittel übertragenen Druck des Werkzeugvorschubs an einer benachbarten Stelle, nämlich da, wo die Kupplungsmittel die nächstniedrigere Federkraft aufweisen, mit einem lokalen Druck beaufschlagt werden, der bei Erreichen der Einrastkraft zum dortigen Einrasten führt. Dieser Prozess setzt sich über den gesamten Umfang des Fügeteils fort, wobei dieses eine Taumelbewegung durchführt und letztendlich vollumfänglich einrastet.
-
Durch die Taumelbewegung kommt es zu keinem Zeitpunkt zu der Situation, dass einander gegenüberliegende Rastmittel gleichzeitig einfedern und sich den verfügbaren Spalt zwischen Fügeteil und Basisteil zum Einfedern teilen müssen. Vielmehr steht für die durch das Taumeln ermöglichte, stets nur einseitige Einrastung zum Einfedern jeweils die gesamte Spaltbreite zur Verfügung. Dadurch wird ohne Erhöhung von Fertigungstoleranzen die Beschädigungsgefahr deutlich verringert. Zugleich kann auf bewährte und einfache, gradlinige Vortriebstechnik für das Fügewerkzeug (und/oder die Montageplattform) zurückgegriffen werden.
-
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fügeabschnitt während des axialen Aufeinanderzubewegens von Fügewerkzeug und Montageplattform wenigstens bis zur ersten Kontaktierung zwischen den ersten und den zweiten Rastmitteln aus der zur Axialrichtung senkrechten Ebene verkippt ist und spätestens durch vollständiges Verrasten der ersten und zweiten Rastmittel senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtet wird. Dies entspricht der oben erläuterten ersten Variante des manuellen Fügeverfahrens. Hierzu ist es nicht nur erforderlich, dass die Kupplungsmittel über den Umfang verteilt unterschiedliche Elastizitätseigenschaften aufweisen, sondern auch, dass sich im kräftefreien Zustand eine Schrägstellung der Haltevorrichtung und mit ihr des Fügeteils einstellt. Dies kann, wie weiter unten erläutert, auf unterschiedliche Weise erreicht werden.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fügeabschnitt während des axialen Aufeinanderzubewegens von Fügewerkzeug und Montageplattform wenigstens bis zur ersten Kontaktierung zwischen den ersten und zweiten Rastmitteln senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtet ist und spätestens durch ein erstes lokales Verrasten der ersten und zweiten Rastmittel verkippt wird. Dies entspricht der oben erläuterten zweiten Variante des manuellen Fügeprozesses, bei dem das Fügeteil zunächst parallel auf das Basisteil aufgesetzt und dann mit einem umlaufenden Druck beaufschlagt wird. Bei dieser Variante sind die Kupplungsmittel so ausgestaltet, dass die Haltevorrichtung und mit ihr das Fügeteil im kräftefreien Zustand gerade am Fügekopf fixiert sind. Verschiedene konstruktive Ausgestaltungen dieser Variante sind weiter unten näher erläutert.
-
So können die elastischen Kupplungsmittel wenigstens drei separate Federelemente aufweisen. Das Vorsehen separater Federelemente hat den Vorteil, dass Standardbauteile verwendet und im Defektfall einzeln ausgetauscht werden können. Die Anzahlvorgabe von mindestens drei Federelementen ist vorteilhaft, um eine echte Taumelbewegung zu erzielen. Ist hingegen, in maximaler Reduktion des Begriffs des Taumelns, lediglich eine Verkippung um eine zur Vorschubrichtung senkrechte Achse gewünscht, können auch lediglich zwei gegenüberliegende Federelemente hinreichend sein. Eine solche Konstellation kann sinnvoll sein, wenn die ersten und zweiten Rastmittel lediglich aus jeweils zwei einander gegenüberliegenden Rastelementen bestehen.
-
Man beachte, dass der Begriff des Federelementes hier weit zu verstehen ist und insbesondere nicht auf wendelförmige Druckfedern beschränkt ist. Denkbar wären durchaus auch rein materialelastische Kompressionselemente oder beliebige anderen Arten von eine Federkraft ausübenden Elementen.
-
Zur Erzeugung der erfindungswesentlich lokal unterschiedlichen Federwirkung kann bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Federelemente unterschiedliche effektive Federkonstanten und/oder unterschiedliche lange effektive Federwege aufweisen. Dies kann durch Auswahl unterschiedlich starker bzw. langer Federelemente realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Federelemente mit unterschiedlichen Federvorspannungen versehen sind. Als Alternative zur erstgenannten Variante erlaubt dies die Wahl identischer Federelemente, die zur bedarfsgerechten Einstellung ihrer Elastizitätseigenschaften durch Einstellung der Federvorspannung justiert werden können. Als zusätzliche Maßnahme zur erstgenannten Maßnahme erlaubt diese Weiterbildung hingegen eine Nachjustage der durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Federelemente bereits vorab gegebenen, unterschiedlichen Federeigenschaften.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Federelemente im starren Körper des Fügewerkzeugs gelagert und mit in unterschiedlicher axialer Höhe angeordneten Anschlägen versehen sind. Dies kann, je nach spezieller Ausgestaltung der Federelemente als konstruktive Maßnahme zur Herstellung einer unterschiedlichen Federvorspannung genutzt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass wenigstens eines der Federelemente mit einem Totweg zu seinem zugeordneten Anschlag angeordnet ist. Während des Fügeprozesses wird das Federelement auf seinen Anschlag hin verschoben. Solange es sich im Bereich des Totweges befindet, wird durch den Vorschub des Fügewerkzeugs kein Druck auf die entsprechende Position des Fügeteils ausgeübt. Diese setzt erst mit Kontaktierung des Federelementes an seinem Anschlag ein. Durch unterschiedliche Positionierung der Anschläge können unterschiedlichen Positionen des Fügeteils unterschiedliche Zeitpunkte zugewiesen werden, zu denen sie die Einrastkraft erfahren. Durch diesen zeitlichen Versatz wird bei dieser Ausführungsform die beabsichtigte Taumelbewegung eingeleitet.
-
Um ein unerwünschtes, laterales Ausweichen des Fügeteils während des Fügevorgangs zu vermeiden, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Haltevorrichtung distale, ein an ein ihr fixiertes Fügeteil mechanisch kontaktierende Kontaktelemente aufweist, die über in dem starren Körper axial geführte Führungsstangen mit den Federelementen verbunden sind. Sie sind am Ende von Führungsstangen ausgebildet, die im starren Körper des Fügewerkzeugs geführt sind. Ein seitlichen Ausweichen des an den Kontaktelementen fixierten Fügeteils ist damit ausgeschlossen. Die Federelemente wirken vorzugsweise innerhalb des starren Körpers auf die Führungsstangen. In Umfangsrichtung zwischen den Kontaktelementen können Haltemagneten vorgesehen sein, die das Fügeteil gegen die Kontaktelemente ziehen. Alternativ können auch die Kontaktelemente als Magnethalter ausgebildet sein.
-
Der Fachmann wird erkennen, dass diese Ausführungsform so ausgestaltet sein muss, dass die erwünschte Taumelbewegung von den Kontaktelementen nicht unterbunden wird. Hier sind unterschiedliche Gestaltungen denkbar. Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente kugelförmig ausgebildet sind, sodass der Kontaktbereich zwischen Kontaktelement und Fügeteil im Wesentlichen punktförmig ist. Dies ermöglicht die beabsichtigte Taumelbewegung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass während des Fügeprozesses aufgrund der kleinen Kontaktfläche hohe lokale Druckkräfte auf das Fügeteil wirken können, die unter Umständen unerwünscht sind. Bei einer Variante ist daher vorgesehen, dass die Haltevorrichtung distal abgeflachte Kugelelemente aufweist, die jeweils in einer mit den elastischen Koppelelementen verbundenen, korrespondierend kalottenförmigen Aufnahme gelagert sind. Die Taumelbewegung wird hierbei durch die kugelgelenkartige Bewegung der Kontaktelemente in ihren kalottenartigen Aufnahmen gestattet; der auf das Fügeteil wirkende Druck wird auf die mittels Abflachung vergrößerte Kontaktfläche zwischen Kontaktelement und Fügeteil reduziert.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung von Kupplungselementen im Fügewerkzeug,
-
4 eine Schnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügewerkzeugs in seiner Grundstellung,
-
5 das Fügewerkzeug von 4 in einer Zwischenstellung,
-
6 das Fügewerkzeug von 4 in seiner Endstellung.
-
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
-
1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens, bei dem ein kreisringförmig ausgebildetes Fügeteil 10 mit einem Basiselement 12 verrastet wird. Das Basiselement 12 weist die Form einer generell kreisförmigen Erhebung auf, deren Durchmesser an den Innendurchmesser des kreisringförmigen Fügeteils angepasst 10 ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Fügeteil 10 um ein als Modul vormontiertes Axialnadellager und bei dem Basisteil 12 um eine entsprechende Nabe handeln. Zur Verrastung beider Teile weist das Fügeteil an seinem Innenumfang Rastnasen 14 auf, die im Montageendzustand, dargestellt in Teil1f, korrespondierende Hinterschneidungen 16 am Außenumfang der Nabe hintergreifen.
-
Das Fügeteil 10 ist an einem Fügewerkzeug 18 fixiert, wobei das Fügewerkzeug 18 einen gemäß dem Bewegungspfeil 20 verfahrbaren, starren Körper 22, eine aus kugelförmigen Haltemagneten 24 bestehende Haltevorrichtung 26 sowie die Haltevorrichtung 26 mit dem starren Körper 22 verbindende Kupplungsmittel 28 aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kupplungsmittel 28 als wendelförmige Druckfedern 30a, 30b ausgebildet. Wie durch die größere Linienstärke angedeutet, weist die in 1 rechte Druckfeder 30a eine größere Federkraft auf, als die in 1 linke Druckfeder 30b.
-
Teilfigur 1a zeigt das auf einer nicht dargestellten Montageplattform fixierte Basisteil 12, das Fügeteil 10 und das Fügewerkzeug 18 in einer Grundstellung, in dem der Fügeabschnitt des Fügeteils 10, d.h. dessen generell kreisförmige Innenausnehmung, und der Aufnahmeabschnitt des Basisteil 12, d.h. dessen generell kreisförmige Erhebung, zueinander zentriert und axial geringfügig beabstandet sind. Die Druckfedern 30a, b sind so ausgelegt, dass sie in diesem kräftefreien Zustand eine identische Länge aufweisen, sodass das Fügeteil 10 gerade, d.h. senkrecht zu seiner Symmetrieachse ausgerichtet ist.
-
Vorschub des Fügewerkzeugs 18 gemäß dem Bewegungspfeil 20 überführt das System in den Zustand von Teilfigur 1b, wo die Rastnasen 14 an der Oberkante des Basisteils 12 anliegen.
-
Weiterer Vorschub überführt das System in den Zustand von Teilfigur 1c, wo die stärkere Druckfeder 30a auf das Fügeteil 10 eine lokale Druckkraft ausübt, die ausreicht, um die entsprechende Rastnase 14 zum Einfedern zu bringen. Die von der schwächeren Druckfeder 30b auf der gegenüberliegenden Seite ausgeübte lokale Druckkraft reicht hingegen nicht aus, um die dortige Rastnase 14 zum Einfedern zu bewegen. Vielmehr wird die dortige Druckfeder 30b gestaucht. Das Fügeteil 10 erfährt dadurch eine Verkippung.
-
Weiterer Vorschub des Fügewerkzeugs 18 überführt das System in den Zustand von Teilfigur 1d, wo der in 1 rechte Teil des Fügeteils 10 bereits in seine Endposition überführt wird, wobei die dortige Rastnase 14 hinter die korrespondierende Hinterschneidung 16 einrastet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Fügeteils 10 reicht die von der schwächeren Druckfeder 30b ausgeübte Druckkraft noch immer nicht aus, um die dortige Rastnase zum Einfedern zu bewegen.
-
Dies geschieht erst, wenn, wie in Teilfigur 1e gezeigt, das Fügewerkzeug 18 noch weiter gemäß dem Bewegungspfeil 20 vorgeschoben wird, die schwächere Druckfeder 30 noch stärker komprimiert wird und die resultierende Kraft die Einrastkraft der in 1 linken Rastnase erreicht.
-
Hierdurch wird das System in seinen in Teilfigur 1f gezeigten Endzustand überführt, in dem beide Rastnasen 14 hinter ihre korrespondierenden Hinterschneidungen 16 greifen und das Fügeteil 10 wieder parallel zum Basisteil 12 bzw. senkrecht zu seiner Symmetrieachse ausgerichtet ist.
-
2 zeigt in entsprechender Darstellung eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Kupplungsmittel 28 hier als zwei Druckfedern 30c, d ausgebildet sind, die aus gleichem Material und mit gleicher Formgebung, jedoch unterschiedlicher Länge hergestellt sind. Insbesondere ist die in 2 rechts dargestellte Druckfeder 30c länger ausgestaltet als die links dargestellte Druckfeder 30d. Hierdurch ergibt sich, wie in Teilfigur 2a dargestellt, eine verkippte Ausrichtung des Fügeteils im kräftefreien Zustand.
-
Vorschub des Fügewerkzeugs 18 gemäß dem Bewegungspfeil 20 überführt das System in den Zustand von Teilfigur 2b, wo das Fügeteil 10 mit dem rechten Rand seines Fügeabschnitts auf dem rechten Rand des Aufnahmeabschnitts des Basisteils 12 aufsetzt. Der Kippwinkel des Fügeteils 10 ist in diesem Moment noch unverändert.
-
Weiterer Vorschub des Fügewerkzeugs 18 staucht beide Druckfedern 30c, d, wobei sich der Kippwinkel des Fügeteils in einem nicht dargestellten Zwischenzustand temporär verringert. In diesem Zwischenzustand erfährt die in 2 rechte Druckfeder 30c eine stärkere Stauchung als die linke Druckfeder 30d, was in einer stärkeren lokalen Druckkraft auf der rechten Seite des Fügeteils 10 resultiert. Sobald diese lokale Druckkraft die Einrastkraft der rechten Rastnase 14 erreicht, federt diese ein, sodass der rechte Bereich des Fügeteils 10 in Richtung Basisteil 12 ausweichen kann. Dieser Zustand ist in Teilfigur 2c dargestellt.
-
Weiterer Vorschub des Fügewerkzeugs 18 führt zu dem in Teilfigur 2d gezeigten, einseitigen (rechts) Einrasten des Fügeteils 10, d.h. zum Hintergreifen der rechten Rastnase 14 hinter ihre korrespondierende Hinterschneidung 16 am Basisteil 12.
-
Hinsichtlich des weiteren Verfahrensverlaufs, wie in den Teilfigur 2e und 2f dargestellt, kann sinngemäß auf das oben zu 1 gesagte verwiesen werden.
-
Der leichteren Darstellbarkeit halber wurde in den 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Kupplungsmittel 28 aus lediglich zwei einander gegenüberliegenden Federelementen bestehen. Die resultierende Kippbewegung ist eine stark reduzierte Form der eigentlich angestrebten, echten Taumelbewegung. Eine solche wird beispielsweise mit einer Federanordnung gemäß 3 erreicht. Hier sind drei Federn 30 mit unterschiedlichen Federkräften F1, F2, F3 symmetrisch über den Umfang des starren Körpers 22 des Fügewerkzeugs 18 verteilt. Es sei angenommen, dass die Federkräfte F1, F2 und F3 in der genannten Reihenfolge abnehmend dimensioniert sind. Dies würde bei einem Verfahren analog dem in 1 dargestellten zu einem ersten Einrasten von Fügeteil 10 und Basisteil 12 im Bereich der Feder F1, anschließend im Bereich der Feder F2 und schließlich im Bereich der Feder F3 führen, wobei das Fügeteil 10, wie durch die Kreispfeile in 3 angedeutet, eine echte Taumelbewegung durchführen würde.
-
Der Fachmann wird erkennen, dass auch mehr als drei Federelemente einsetzbar sind, wobei auch andere, beispielsweise auch kreuzförmige Verteilungsmuster der Federkräfte realisiert sein können.
-
Die 4 bis 6 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Fügewerkzeugs 100 in unterschiedlichen Zuständen während der Durchführung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens. Sie sollen nachfolgend weitgehend gemeinsam diskutiert werden. Das Fügewerkzeug 100 umfasst ein Gehäuse 102, welches zusammen mit den fest mit ihm verbundenen Elementen den zuvor als starrer Körper beschriebenen Teil darstellen. In dem Gehäuse 102 sind axiale Führungskanäle 104 ausgebildet, in denen Führungsstangen 106 geführt sind. Am unteren Ende der Führungsstangen 106 ist jeweils ein Stößelkopf 108 befestigt, der eine nach unten offene, kalottenförmige Ausnehmung 110 aufweist. Die Ausnehmung 110 dient als Aufnahme für ein kugelähnliches Kontaktelement 112, welches in ihr gelagert ist. Das Kontaktelement 112 weist in seinem aus der Aufnahme 110 nach unten ragenden Bereich eine Abflachung 114 auf. In Umfangsrichtung zwischen je zwei Stößelköpfen sind ein oder mehrerer Haltemagneten 115, die ein beispielsweise aus Stahl gefertigtes Fügeteil 200, hier beispielhaft ein als vormontiertes Modul ausgebildetes, ringkreisförmiges Axialnadellager, magnetisch fixieren können.
-
An ihrem oberen Ende ist die Führungsstange 106 mit einer Schiebehülse 116 verschraubt. An der unteren Kante der Schiebehülse 116 stützt sich eine Druckfeder 118 ab. Das untere Ende der Druckfeder 118 stützt sich gegen einen Scheibenstapel 120 ab, der seinerseits gegen eine Schulter 122 des Führungskanals 104 abgestützt ist. Die obere Kante der Schiebehülse 116 liegt an einem Anschlag 124 an. Der Fachmann wird erkennen, dass ein nach oben gerichteter Druck auf den Stößelkopf 108 zu einem Einfedern der Druckfeder 118 führen wird und der Scheibenstapel 120 genutzt werden kann, um den Abstand der oberen Kante der Schiebehülse 116 von ihrem Anschlag (im entspannten Zustand der Druckfeder 118), somit den Totweg der Druckfeder 118, einzustellen. Tatsächlich sind bei der dargestellten Ausführungsform drei im Wesentlichen gleich konstruierte Stößelköpfe 108 in einem Winkelabstand von 120 Grad vorgesehen, die sich jedoch geringfügig in der Einstellung des genannten Totweges unterscheiden. Beispielsweise kann ein erster Totweg 0 mm, ein zweiter Totweg ca. 2 mm und ein dritter Totweg ca. 5 mm betragen.
-
Dies führt dann bei einem senkrechten Vorschub des Fügewerkzeugs 100 bzw. des Fügeteils 200 gegen ein Basisteil 300, wie in 5 dargestellt, zunächst zu einer Kraftbeaufschlagung des Fügeteils 200 im Bereich desjenigen Stößelkopfes 108 mit dem geringsten Totweg. An dieser Stelle wirkt die Kraft der Druckfeder 108 auf das Fügeteil 200, während die übrigen Stößelköpfe nach oben ausweichen können. Dies wiederum führt zu einem lokalen Einrasten des Fügeteils 200 in das Basisteil 300, wobei die entsprechenden Rastmittel in 5 nicht gesondert dargestellt sind. Weiterer Vorschub des Fügewerkzeugs 100 führt dann dazu, dass die Schiebehülse 116 desjenigen Stößelkopfes 108 mit dem nächstgeringen Totweg ihren Anschlag erreicht, sodass das Fügeteil 200 im Bereich dieses Stößelkopfes 108 mit der Einrastkraft beaufschlagt wird und einrastet. Derweil wird die Druckfeder 118 des ersten Stößelkopfes lediglich weiter komprimiert. Weiterer Vorschub des Fügewerkzeugs 100 führt schließlich auch zum Anschlag der Schiebehülse 116 des dritten Stößelkopfes 108, sodass das Fügeteil 200 schließlich, wie in 6 gezeigt, vollständig eingerastet ist.
-
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fügeteil
- 12
- Basisteil
- 14
- Rastnase
- 16
- Hinterschneidung
- 18
- Fügewerkzeug
- 20
- Bewegungspfeil
- 22
- starrer Körper von 18
- 24
- Kontaktelement
- 26
- Kugelelement
- 28
- Kupplungsmittel
- 30, 30a, b, c, d
- Druckfeder
- 100
- Fügewerkzeug
- 102
- starrer Körper von 100
- 104
- Führungskanal
- 106
- Führungsstange
- 108
- Stößelkopf
- 110
- kalottenförmige Aufnahme
- 112
- abgeflachtes Kugelelement/Kontaktelement
- 114
- Abflachung von 112
- 115
- Haltemagnet
- 116
- Schiebehülse
- 118
- Druckfeder
- 120
- Scheibenstapel
- 122
- Schulter von 104
- 124
- Anschlag für 116
- 200
- Fügeteil
- 300
- Basisteil
