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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Montage eines Stopfens in einer Hohlwelle. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Montage eines Stopfens in einer Hohlwelle mittels einer derartigen Vorrichtung.
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Aus der
DE 10 2008 064 194 A1 ist eine Vorrichtung zur Positionierung zumindest eines eine Ausnehmung für eine Hohlwelle aufweisenden Funktionselements in einer vorbestimmten Winkelposition auf der Hohlwelle bekannt, wobei die Vorrichtung eine für ein Funktionselement bestimmte Aufnahme aufweist.
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Aus der
DE 10 2007 056 638 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Montage von einem Verbund, bestehend aus mindestens einer Funktionselemente tragenden Hohlwelle und einem diese in ungeteilten Lagern abstützenden Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse Positioniereinrichtungen besitzt, die vor dem Fügen die Funktionselemente so in vorbestimmter Phasenlage im Gehäuse halten, dass die mindestens eine Hohlwelle durch die Lager des Gehäuses und Öffnungen in den Funktionselementen einschiebbar ist. Die Positioniereinrichtung ist dabei mit Ausnehmungen für die Funktionselemente versehen, die einen Anschlag besitzen, der das Funktionselement entgegen der Fügerichtung der Hohlwelle abstützt, wobei die Ausnehmung der Positioniereinrichtungen eine Teilkontur der Kontur der Funktionselemente als Negativprofil besitzen, so dass die Funktionselemente in einer Phasenlage gemäß ihrer späteren Fügeposition gehalten werden können. Hierdurch soll eine besonders phasengenaue Positionierung erzielt werden können.
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Aus der
DE 10 2009 060 350 A1 ist eine Vorrichtung zur Montage einer Funktionselemente tragenden Hohlwelle bekannt, wobei die Vorrichtung eine Maschinenplattform umfasst, auf der eine Mehrzahl von Positionierscheiben zur fluchtenden, lagerichtigen Positionierung der Funktionselemente derart angeordnet sind, dass eine Hohlwelle einschiebbar ist. Die Positionierscheiben sind reversibel auf einem Rahmen fixiert, der seinerseits reversibel auf der Maschinenplattform fixiert ist. Dabei soll durch Vorhalten mehrerer Rahmen ein schneller Wechsel eines Produktionsprozesses ermöglicht werden.
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Aus der
DE 10 2011 106 981 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung von wenigstens einem eine Bohrung aufweisenden Fügeteil mit einer Hohlwelle bekannt, wobei die Vorrichtung eine Fügeeinrichtung mit einem ersten Greifer zum Greifen der Hohlwelle und einen zweiten Greifer zum lageorientierten Greifen des Fügeteils besitzt. Die Hohlwelle ist dabei an einem Ende in einem drehantreibbar gelagerten Spannmittel zentrisch eingespannt und wird an dem anderen Ende mit einer Zentrierspitze zentriert, wobei das Fügeteil auf eine gewünschte Temperatur erhitzt wird und die Bohrung sich auf ein Übermaß gegenüber dem Hohlwellendurchmesser aufweitet. Hierdurch soll insbesondere eine Vorrichtung geschaffen werden können, mit welcher ein Fügeprozess optimiert werden kann.
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Aus der
EP 2 777 868 B1 ist eine weitere Vorrichtung zur Positionierung zumindest eines eine Nabe für eine Hohlwelle aufweisenden Funktionselements auf der Hohlwelle bekannt.
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Beim Einpressen von Stopfen in Hohlwellen kann es aufgrund von fertigungstoleranzbedingten Schrägstellungen bzw. Achsversätzen zwischen einer Achse des Stopfens und einer Achse der Hohlwelle zu variierenden, insbesondere zu erhöhten, Fügekräften kommen, wobei insbesondere auch ein sogenanntes Fressen nicht auszuschließen ist, bei welchem sich der Stopfen aufgrund einer Fehlstellung in das Material der Hohlwelle eingräbt. Neben einer Beschädigung des Stopfens und/oder der Hohlwelle kann eine Schrägstellung des Stopfens bzw. ein Achsversatz zwischen Stopfen und Hohlwelle auch eine negative Auswirkung auf den Rund- und Planlauf des Stopfens, bezogen auf einen Außendurchmesser der Hohlwelle am Fertigteil bewirken, was sich negativ auswirkt. Dadurch müssen insbesondere auch Oberflächen mit engen Toleranzanforderungen bezüglich Rund- und Planlauf im Nachgang, d. h. nach dem Fügen des Stopfens in der Hohlwelle, aufwändig bearbeitet, insbesondere nachbearbeitet, werden, was zu erheblichen Mehrkosten führt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Fügen eines Stopfens in einer Hohlwelle erstmals eine Vorrichtung zu verwenden, die in der Lage ist, sowohl einen Achsversatz zwischen Stopfen und Hohlwelle als auch eine Schrägstellung zwischen Stopfen und Hohlwelle auszugleichen und dadurch ein Fügen bzw. Montieren des Stopfens in der Hohlwelle mit hohem Rund- und Planlauf zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt dabei eine Haltevorrichtung zum Halten des zu montierenden Stopfens sowie eine Fügevorrichtung zum Aufschieben der Hohlwelle auf den in der Haltevorrichtung gehaltenen Stopfen. Die Haltevorrichtung ist dabei erfindungsgemäß radial zur Achse der Hohlwelle verstellbar, sodass in diesem Fall auch der in der Haltevorrichtung gehaltene Stopfen radial zur Achse der Hohlwelle bzw. zu seiner eigenen Achse verstellbar ist und dadurch einen Achsversatz zwischen Hohlwelle und Stopfen ausgleichen kann. Demgegenüber ist die Fügevorrichtung neigbar, wodurch eine Schrägstellung der Hohlwelle und damit eine Winkelabweichung zwischen Achse der Hohlwelle und Achse des Stopfens ausgeglichen werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, sowohl eine Schrägstellung der Achsen der Hohlwelle und des Stopfens als auch einen Achsversatz kompensieren und dadurch eine äußerst hohe Fügequalität erreichen zu können. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein bislang unter Umständen erforderliches und aufwändiges sowie teures Nachbearbeiten eines Rund- bzw. Planlaufs aufgrund enger Toleranzanforderungen verzichtet werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Haltevorrichtung eine schwimmend gelagerte Platte auf, auf welcher der zu montierende Stopfen steht, wobei die Platte über ein Luftpolster oder ein Kugellager in Radialrichtung relativ zur Hohlwelle verstellbar gelagert ist. Wird somit der Stopfen in der Haltevorrichtung positioniert, so steht er auf der schwimmend gelagerten Platte, die in der Lage ist, durch Radialbewegungen einen Achsversatz auszugleichen. Die Verstellbarkeit in Radialrichtung beträgt dabei selbstverständlich maximal wenige Millimeter und dient lediglich dazu, ggf. vorhandene Fehlstellungen bzw. Achsversätze zwischen der Achse der Hohlwelle und der Achse des Stopfens vor dem bzw. bei dem Fügen auszugleichen.
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Zweckmäßig weist die Haltevorrichtung eine Basisplatte auf, zwischen der und der schwimmend gelagerten Platte das Luftpolster oder das Kugellager angeordnet ist. Die Basisplatte, die schwimmend gelagerte Platte sowie die dazwischen angeordneten Kugeln bzw. der dazwischen angeordneten Luft stellen somit die eigentliche Radiallagerung dar und ermöglichen die Kompensation eines ggf. vorhandenen Achsversatzes.
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Zweckmäßig besitzt die Haltevorrichtung einen Zentrierpin, der durch die Basisplatte und die schwimmend gelagerte Platte greift und letztere mit Spiel zentriert. Die Öffnung in der schwimmend gelagerten Platte ist somit hinsichtlich ihres Innendurchmessers geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Zentrierpins, sodass der Zentrierpin die schwimmend gelagerte Platte nur grob bzw. generell zentriert, jedoch eine gewisse Radialbewegung zulässt, um einen möglichen Achsversatz zwischen Stopfen und Hohlwelle ausgleichen zu können. Der Zentrierpin besitzt darüber hinaus die Aufgabe, nach jedem Fügevorgang die schwimmend gelagerte Platte wieder zu zentrieren, sodass deren Radialbewegung in alle Richtungen beim nachfolgenden Fügevorgang möglich ist.
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Zweckmäßig weist die Haltevorrichtung einen Kragen auf, der das Kugellager umfasst und zusammen mit der schwimmend gelagerten Platte eine Aufnahme für den Stopfen bildet. Ein derartiger Kragen bildet somit einen Umgebungsrand für den in der Haltevorrichtung aufzunehmenden Stopfen, wobei der Stopfen mit Radialspiel in dem Kragen und stehend auf der schwimmend gelagerten Platte angeordnet ist. Der Kragen, der in diesem Fall eine Umrandung für den Stopfen darstellt, dient somit lediglich der sicheren Aufnahme des Stopfens.
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Zweckmäßig ist die Fügevorrichtung oberhalb der Haltevorrichtung angeordnet. Im günstigsten Fall ist somit die Haltevorrichtung unten angeordnet, wobei der Stopfen auf der schwimmend gelagerten Platte steht. Nun wird darüber die Hohlwelle im Wesentlichen senkrecht angeordnet, sodass die oberhalb der Haltevorrichtung angeordnete Hohlwelle und die oberhalb der Hohlwelle angeordnete Fügevorrichtung übereinander angeordnet sind. Durch Absenken der Fügevorrichtung wird nun die Hohlwelle mittels der Fügevorrichtung auf den in der Haltevorrichtung gehaltenen Stopfen gedrückt. Durch die Neigbarkeit der Fügevorrichtung und die radiale Verstellbarkeit der Haltevorrichtung können ein eventuell zwischen Hohlwelle und Stopfen vorhandener Achsversatz sowie eine Schrägstellung der Hohlwelle relativ zum Stopfen ausgeglichen und dadurch eine äußerst exakte Montage des Stopfens in der Hohlwelle erreicht werden, welche sogar höchste Anforderungen an einen Rund- und Planlauf erfüllt.
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Zweckmäßig ist die Fügevorrichtung um bis zu 7,5 ° neigbar. Eine Abweichung von größer als 7,5 ° ist üblicherweise nicht zu erwarten, sodass mit der vorgegebenen Gradanzahl sämtliche auftretende Winkel einer Schrägstellung der Hohlwelle relativ zum Stopfen ausgeglichen werden können.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Fügen eines Stopfens in einer Hohlwelle mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung anzugeben, bei dem zunächst der Stopfen in der Haltevorrichtung angeordnet wird. Hierbei wird der Stopfen auf der schwimmend gelagerten Platte der Haltevorrichtung innerhalb des Kragens angeordnet. Anschließend wird die Hohlwelle im Wesentlichen senkrecht über dem Stopfen positioniert, wobei die Fügevorrichtung von oben auf die Hohlwelle drückt und diese über den Stopfen schiebt und sich gleichzeitig dabei die Haltevorrichtung mit dem Stopfen radial zur Achse verstellt, sofern ein Achsversatz zwischen einer Achse der Hohlwelle und einer Achse des Stopfens vorliegt und sich die Fügevorrichtung neigt, sofern eine Schrägstellung der Achsen der Hohlwelle und des Stopfens vorliegt. Die Hohlwelle kann dabei an der Fügevorrichtung angebunden sein. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich somit der Stopfen äußerst exakt, insbesondere auch hinsichtlich seiner Lage und Ausrichtung in der Hohlwelle positionieren, wodurch höchste Anforderungen an einen Rund- und Planlauf der gefügten Hohlwelle erfüllt werden können, ohne dass diese beispielsweise aufwändig und kostenintensiv nachgearbeitet werden muss.
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Ein Fügen der Hohlwelle auf dem Stopfen kann dabei beispielsweise thermisch unterstützt werden, indem der Stopfen gekühlt und/oder die Hohlwelle erhitzt werden, wobei alternativ selbstverständlich auch ein reiner Presssitz denkbar ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- 2 eine Detaildarstellung einer Haltevorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Montage eines Stopfens 2 in einer Hohlwelle 3 eine Haltevorrichtung 4 (vgl. auch 2) sowie eine Fügevorrichtung 5 auf. In der Haltevorrichtung 4 wird der zu montierende Stopfen 2 gehalten. Mittels der Fügevorrichtung 5 wird die Hohlwelle 3 auf den Stopfen 2 aufgeschoben. Erfindungsgemäß ist nun die Haltevorrichtung 4 radial in Bezug auf die Hohlwelle 3 verstellbar, um beispielsweise einen Achsversatz zwischen der Hohlwelle 3 und dem Stopfen 2 ausgleichen zu können. Die Fügevorrichtung 5 ist zusätzlich kippbar/neigbar, beispielsweise um einen Winkel α von bis zu 7,5 °, um dadurch eine Schrägstellung der Hohlwelle 3 ausgleichen zu können.
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Betrachtet man beispielsweise die 1, so kann man dort unterschiedlichste Fehlstellungen zwischen Hohlwelle 3 einerseits und Stopfen 2 andererseits erkennen.
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In dem Schaubild A ist beispielsweise eine Achse 7 des Stopfens 2 schräg zur Achse 6 der Hohlwelle 3 angeordnet, was durch die neigbare bzw. kippbare Fügevorrichtung 5 ausgeglichen werden kann. Demgegenüber liegt zwischen der Achse 7 des Stopfens 2 und der Achse 6 der Hohlwelle 3 im Schaubild B ein Achsversatz vor, sodass die beiden Achsen 6, 7 in diesem Fall parallel zueinander verlaufen. Dies kann durch eine Radialverstellung der Haltevorrichtung 4 in Radialrichtung 9 kompensiert werden. Im Ergebnis stellt sich kurz vor dem Fügevorgang das Schaubild C ein, bei welchem die Achse 6 der Hohlwelle 3 koaxial zur Achse 7 des Stopfens 2 verläuft, sodass weder ein Achsversatz noch eine Neigung der beiden Achsen 6, 7 vorliegt und ein optimales Fügen des Stopfens 2 in der Hohlwelle 3 erfolgen kann.
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Durch das Kompensieren eventuell vorhandener Fehlausrichtungen zwischen Hohlwelle 3 und Stopfen 2 können äußerst enge Toleranzanforderungen bezüglich Rund- und Planlauf erfüllt werden, ohne dass die gesamte, gefertigte Hohlwelle 3 anschließend aufwändig und damit teuer nachbearbeitet werden muss.
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Betrachtet man die Haltevorrichtung 4 näher, so kann man erkennen, dass diese eine schwimmend gelagerte Platte 8 (vgl. 2) aufweist, auf welcher der zu montierende Stopfen 2 steht, wobei die Platte 8 über ein Luftpolster oder im gezeichneten Fall über ein Kugellager 10 in Radialrichtung 9 relativ zur Hohlwelle 3 verstellbar gelagert ist. Die Haltevorrichtung 4 besitzt darüber hinaus eine Basisplatte 11, zwischen der und der schwimmend gelagerten Platte 8 das Luftpolster bzw. das Kugellager 10, hier die einzelnen Kugeln des Kugellagers 10, angeordnet sind.
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Des Weiteren besitzt die Haltevorrichtung 4 einen Zentrierpin 12, der durch die Basisplatte 11 und durch die schwimmend gelagerte Platte 8 greift und letztere mit Spiel zentriert. Dies hat den großen Vorteil, dass nach jedem abgeschlossenen Fügevorgang die schwimmend gelagerte Platte 8 wieder relativ zum Zentrierpin 12 ausgerichtet wird und dadurch bei einem nachfolgenden Fügevorgang wieder ein Radialspiel in sämtliche radiale Richtungen 9 ermöglicht.
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Die Haltevorrichtung 4 besitzt darüber hinaus einen Kragen 13, der das Kugellager 10 und die schwimmend gelagerte Platte 8 umfasst und zugleich eine Umrandung für den in der Haltevorrichtung 4 gehaltenen Stopfen 2 bildet.
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Generell erfolgt das Fügen bzw. das Aufschieben der Hohlwelle 3 auf den Stopfen 2 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wie folgt:
- Zunächst wird der Stopfen 2 in der Haltevorrichtung 4 angeordnet, d. h. auf dessen schwimmend gelagerten Platte 8 abgestellt. Anschließend wird die Hohlwelle 3 im Wesentlichen senkrecht über dem Stopfen 2 positioniert, wobei anschließend die Fügevorrichtung 5 von oben auf die Hohlwelle 3 drückt und diese über den Stopfen 2 schiebt. Zuvor oder dabei verstellt sich die Haltevorrichtung 4 bzw. deren schwimmend gelagerte Platte 8 und darüber der Stopfen 2 radial, d. h. in Radialrichtung 9, zur Achse 6 der Hohlwelle 3, sofern zwischen der Achse 6 der Hohlwelle 3 und der Achse 7 des Stopfens 2 ein Achsversatz vorliegt. Ebenfalls zuvor oder während des Fügevorgangs neigt sich die Fügevorrichtung 5 und damit die Hohlwelle 3, sofern die Hohlwelle 3 eine Schrägstellung besitzt, d. h. die Achsen 6 und 7 nicht koaxial zueinander angeordnet, d. h. identisch sind. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Hohlwelle 3 relativ zum Stopfen 2 bzw. den Stopfen 2 relativ zur Hohlwelle 3 so auszurichten, dass ein äußerst exaktes Fügen des Stopfens 2 in der Hohlwelle 3 mit höchsten Anforderungen an einen Rund- und Planlauf möglich sind.
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Das Fügen kann dabei durch einen Presssitz erfolgen, d. h., die Hohlwelle 3 wird in kaltem Zustand auf den ebenfalls kalten Stopfen 2 aufgepresst. Selbstverständlich kann dieser Fügevorgang noch durch einen thermischen Fügevorgang unterstützt werden, wozu der Stopfen 2 gekühlt und/oder die Hohlwelle 3 erwärmt werden/wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064194 A1 [0002]
- DE 102007056638 A1 [0003]
- DE 102009060350 A1 [0004]
- DE 102011106981 A1 [0005]
- EP 2777868 B1 [0006]
