DE10225688A1

DE10225688A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung mehrerer Naben auf einer Hohlwelle mittels hydraulischer Aufweitung der Hohlwelle und Nockenwelle

Info

Publication number: DE10225688A1
Application number: DE2002125688
Authority: DE
Inventors: Robert Buergler
Original assignee: Individual
Current assignee: Buergler Robert Ruggell Li
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-12-11

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung mehrerer Naben (9) auf einer Hohlwelle (1) durch hydraulische Aufweitung der Hohlwelle (1) mittels einer Aufweitvorrichtung (5), wobei jeweils nur eine Nabe(n) in die koaxiale Lage zur Hohlwelle (1) gebracht wird, wobei die Aufweitvorrichtung (5) ebenfalls in eine vorbestimmbare relative Lage zur Hohlwelle (1) bzw. zur Nabe (9) gebracht wird, wobei insbesondere die Hohlwelle (1) und die Aufweitvorrichtung (5) relativ zur Nabe(n) in die jeweilige Winkel- und Axialposition zueinander gebracht werden und nach dem Aufweitvorgang die Hohlwelle (1) und die Aufweitvorrichtung (5) die Nabenzuführung (10) wieder freigeben und die obigen Verfahrensschritte wiederholt werden, bis alle Naben (9) auf der Hohlwelle (1) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befestigung mehrerer Naben auf einer Hohlwelle mittels hydraulischer Aufweitung der Hohlwelle und eine Nockenwelle.
Die Naben können als Nockenscheiben einer gebauten Nockenwelle, aber auch als Antriebselemente wie z. B. Zahnräder, Lagerringe, Sensorscheiben und dergleichen ausgebildet sein. Für die Hohlwelle verwendet man aus Kostengründen vorzugsweise geschweisste oder nahtlose, kaltgezogene Präzisionsstahlrohre. Das Montageverfahren erzeugt nicht lösbare Welle/Naben-Verbindungen, bei denen die Naben in der gewünschten Winkellage und Axialposition mit der Hohlwelle fest verbunden sind.

Bekannt ist ein Verfahren zum Befestigen von Antriebselementen auf einer Hohlwelle, gemäss der Patentschrift EP 213529 B1. Bei diesem Verfahren werden alle Antriebselemente auf die Hohlwelle geschoben und mit Haltewerkzeugen in der jeweiligen Winkellage und Axialposition gehalten. Wie das realisiert werden soll, ist nicht offenbart. Anschliessend wird eine Aufweitvorrichtung in das Rohr eingeschoben, derart, dass bei eingefahrener Aufweitvorrichtung unter jedem Antriebselement ein hydraulischer Druck aufgebaut werden kann. Für die gewerbliche Nutzung ist dieses Verfahren kaum geeignet, da das Bereitstellen aller Nocken in einem Haltewerkzeug vor dem Befestigungsvorgang sehr aufwändig ist.

Die Patenschrift EP 295281 B1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Montage von mehreren Naben auf einer Welle. In sehr aufwändiger Art werden alle Naben vor der Montage in sogenannten Fixierscheiben und geteilten Spannvorrichtungen winkel- und lagegerecht aufgebaut, dann die Hohlwelle in diesen komplizierten Aufbau geschoben und die Naben durch hydraulische Aufweitung der Hohlwelle befestigt. Mit dieser Vorrichtung lassen sich kerne zusammengebaute Wellen rationell herstellen, weil die Bereitstellung der Naben vor dem Fügevorgang nur sehr aufwändig oder überhaupt nicht automatisiert werden kann.

Bei beiden Lösungsvorschlägen ist die Entnahme der fertiggestellten Welle sehr aufwändig, da die Halte- und Spannvorrichtungen der Naben geteilt ausgeführt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden und ein Montageverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die eine sehr gute Automatisierung der einzelnen Montageschritte ermöglichen und mit welchen eine kostengünstige Herstellung von zusammengebauten Hohlwellen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem kennzeichnenden Teil der unabhängigen Hauptansprüche gelöst.

Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Befestigung mehrerer Naben auf einer Hohlwelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Naben einzeln nacheinander auf die Hohlwelle aufgeschoben und dort positioniert werden, und dass jeweils jede einzelne Nabe durch Aufweiten der Hohlwelle in der Soll-Position fixiert wird, ehe die nächste Nabe aufgeschoben wird.

Ebenfalls ist ein erfindungsgemässes Verfahren zur Befestigung mehrerer Naben auf einer Hohlwelle mittels Aufweitung, insbesondere hydraulischer Aufweitung der Hohlwelle mittels einer Aufweitvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nur eine Nabe in eine koaxiale Soll-Lage zur Hohlwelle gebracht wird und dass die Aufweitvorrichtung ebenfalls in eine vorbestimmbare, relative Lage zur Hohlwelle bzw. zur Nabe gebracht wird, wobei insbesondere die Hohlwelle und die Aufweitvorrichtung relativ zur Nabe in die jeweilige Winkel- und Axialposition zueinander gebracht werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufweitvorgang die Hohlwelle und die Aufweitvorrichtung die Nabenzuführung wieder freigeben und die obigen Verfahrensschritte wiederholt werden, bis alle Naben auf der Hohlwelle befestigt sind.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Befestigung mehrerer Naben auf einer Hohlwelle mit einem Mittel zur Aufweitung, insbesondere eine Aufweitvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Mittel zur Zuführung jeweils nur einer Nabe in eine koaxiale Soll-Lage zur Hohlwelle aufweist, dass das Mittel zur Aufweitung zur Aufweitung jeweils einer Nocke ebenfalls in eine vorbestimmbare, relative Lage zur Hohlwelle bzw. zur Nabe bringbar angeordnet ist, wobei insbesondere die Hohlwelle und das Mittel zur Aufweitung relativ zur Nabe in die jeweilige Winkel- und Axialposition zueinander bringbar angeordnet sind. Die Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufweitvorgang die Hohlwelle und das Mittel zur Aufweitung, insbesondere die Aufweitvorrichtung, in eine Position bringbar angeordnet sind, welche das Mittel zur Zuführung einer Nabe, insbesondere einer Nabenzuführung wieder freigibt.

An Stelle der Bereitstellung aller Naben vor dem Fügen in der jeweiligen Winkel- und Axialposition wird erfindungsgemäss jeweils nur eine Nabe mittels einer Nabenzuführung automatisch in Fügeposition gebracht und mit der Hohlwelle verbunden. Die Nabenzuführung ist vorzugsweise ein Rundtakttisch, der durch Drehung die auf dem Rundtakttisch gespannte Nabe in koaxiale Lage zur Hohlwelle und der Aufweitvorrichtung bringt. Ist diese koaxiale Lage der Nabe erreicht, wird vorzugsweise die Hohlwelle mittels einer Spannvorrichtung in die gewünschte Winkelposition gedreht. Zudem wird die Hohlwelle vorzugsweise mittels eines Linearantriebs in die Nabenbohrung bewegt, bis die gewünschte Axiallage der Nabe relativ zur Hohlwelle erreicht ist.

Anstelle eines Rundtisches kann die Nabenzuführung auch als Lineartisch ausgebildet sein. Dieser wird dann zwischen der Beladeposition und der Montageposition hin und her bewegt.

Die Naben werden auf der Nabenzuführung mit einer Spannvorrichtung positioniert. Für das Einlegen der Nabe in die Nabenzuführung wird diese Spannvorrichtung geöffnet und nachträglich wieder geschlossen. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise mit Wälzlager oder Gleitlager (Elemente) bestückt. Mit dieser konstruktiven Ausführung lassen sich vor allem nockenförmige Naben spielfrei und winkelgenau auf der Nabenzuführung positionieren.

Der Durchmesser der Nabenbohrung und der Aussendurchmesser der Hohlwelle sind derart auf einander abgestimmt, dass sich eine Spielpassung ergibt. Dadurch lassen sich beide Bauteile ohne Kraftaufwand relativ zueinander verschieben. Gleichzeitig kann die Aufweitvorrichtung vorzugsweise mittels eines Linearantriebes von der gegenüberliegenden Seite in die Nabenbohrung und damit auch in die Hohlwelle gefahren werden. Der Aussendurchmesser der Aufweitvorrichtung und der Innendurchmesser der Hohlwelle bilden auch wieder eine Spielpassung. Vorzugsweise bleibt die Nabe auf der Nabenzuführung fixiert, während durch das Drehen der Hohlwelle und durch das axiale Positionieren der Aufweitvorrichtung und der Hohlwelle, die gewünschte Winkel- und Axialpositionierung der Naben auf der Hohlwelle realisiert wird. Ist nun die gewünschte Winkel- und Axialposition der Nabe relativ zur Hohlwelle erreicht und zudem die Aufweitvorrichtung so axial zur Nabe respektive zur Hohlwelle derart positioniert, dass das Aufweiten des Innendurchmessers der Hohlwelle direkt auf die Nabenbohrung wirkt, kann der Befestigungsvorgang eingeleitet werden. Ist die Befestigung erfolgt, fahren die Hohlwelle und die Aufweitvorrichtung in ihre Ausgangsstellung zurück und geben dadurch die Nabenzuführung frei. Dadurch kann die Nabenzuführung die nächste Nabe wieder in die koaxiale Lage zur Hohlwelle respektive zur Aufweitvorrichtung bringen.

Die Verfahrensschritte wiederholen sich jetzt, bis alle Naben auf den festgelegten Winkel- und Axialpositionen relativ zur Hohlwelle befestigt sind.

Eine zweckmässige Ausführung besteht darin, dass die Nabenbohrung von der exakten zylindrischen Form abweicht. Dadurch ergibt sich bei der Befestigung der Naben auf einer Hohlwelle ein zusätzlicher Formschluss zwischen der Hohlwelle und der Nabe, der eine Übertragung sehr hoher Drehmomente ermöglicht.

Der sich durch die erfindungsgemässe Lösung ergebende Kostenvorteil wird vor allem bei der Fertigung hoher Stückzahlen erreicht.

Figurenbeschreibung

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Montagevorrichtung bei Zyklusbeginn für die Nabe (n);
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Montagevorrichtung bei Beginn und Abschluss des Fügevorgangs für die Nabe (n);
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Montagevorrichtung bei Zyklusende für die Nabe (n);
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Montagevorrichtung bei Zyklusbeginn für die Nabe (n + 1);
Fig. 5 einen Rundtakttisch als Ausführungsbeispiel für die Nabenzuführung; und
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Aufweitvorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Hohlwelle 1, die in einer Spannvorrichtung 2 gespannt ist. Diese Spannvorrichtung 2 der Hohlwelle 1 kann beispielsweise NC- oder CNC gesteuert in jede gewünschte Winkelposition gedreht werden. Gleichzeitig ist die Spannvorrichtung der Hohlwelle 1 mit einem ebenfalls NC- oder CNC gesteuerten Linearantrieb 3 gekoppelt. Dieser Linearantrieb 3 kann die Hohlwelle 1 in die jeweiligen gewünschten Axialpositionen verfahren. Auf der Hohlwelle 1 sind bei diesem Beispiel schon zwei Naben (n - 1) und (n - 2) befestigt. Die Befestigungsposition für die Nabe (n) ist mit 4 gekennzeichnet. Die Aufweitvorrichtung 5 ist ebenfalls mit einem Linearantrieb 6 verbunden. Dieser Linearantrieb kann die Aufweitvorrichtung 5 in zwei Stellungen verschieben. Nämlich in die Ausgangsstellung 7 und in die Fügestellung 8, in der die Aufweitung direkt auf die Nabenbreite b wirkt.
Eine Nabenzuführung 10 hat die Nabe (n) koaxial zur Hohlwelle 1 und der Aufweitvorrichtung 5 gebracht. Vorzugsweise ist die Nabenzuführung 10 als Rundtakttisch 11 ausgebildet (siehe auch Fig. 5).
In Fig. 2 ist nun die Hohlwelle 1 soweit in die Nabenbohrung 12 eingeschoben, dass die Nabe(n) an der Befestigungsposition 4 auf der Hohlwelle 1 liegt. Die Aufweitvorrichtung 5 ist zugleich von der Ausgangsstellung 7 in die Fügestellung 8 direkt in die Hohlwelle 1 eingefahren worden und somit auch in die Nabenbohrung 12. Nun kann die Aufweitvorrichtung 5, mittels plastischer Umformung der Hohlwelle 1, die Nabe (n) befestigen. Nach Abschluss diese Befestigungsvorgangs wird die Spannvorrichtung 13 der Nabe gelöst (Fig. 5) worauf die Hohlwelle 1 mit der darauf befestigten Nabe (n) und die Aufweitvorrichtung wieder in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung zurückbewegt werden. Damit ist die Nabenzuführung 10 freigegeben, (siehe Fig. 3) und diese kann die nächste Nabe (n + 1) koaxial zur Hohlwelle 1 und der Aufweitvorrichtung 5 eintakten, (siehe Fig. 4). Der Montagezyklus kann von neuem beginnen, bis alle Naben auf die beschriebene Art und Weise auf der Hohlwelle befestigt sind.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Nabenzuführung. Es ist dies ein Rundtakttisch 11 mit einer Beladeposition 14 und einer Montageposition 15. In dieser Montageposition 15 befindet sich die Nabenbohrung 12, die Hohlwelle 1 und die Aufweitvorrichtung 5 in koaxialer Lage zueinander. Während die Nabe (n) befestigt wird, kann die Nabe (n + 1) beispielsweise mittels eines Roboters beladen werden. Vorteilhaft ist es auch die beladene Nabe über Wälzlager 16, bspw. Zylinderrollen, spielfrei zu spannen. Auf dem Rundtakttisch 11 können natürlich auch mehr als zwei Naben positioniert sein. Die Nabenzuführung kann beispielsweise auch als Lineartisch ausgebildet sein, der die Naben von der Beladestation in die koaxiale Lage zur Hohlwelle resp. zur Aufweitvorrichtung linear verschiebt.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Aufweitvorrichtung 5. Es ist dies der Aufweitkopf 17 einer hydraulischen Hochdrucklanze 18. Über einen Hochdruckkanal 19 wird ein Druckmedium in einen Druckraum 20 eingebracht. Der Druckraum 20 entspricht in seiner Breite a etwa der Nabenbreite b und ist mittels Dichtungen 21 abgedichtet. Im Bereich des Druckraums 20 wird die Hohlwelle 1 am Innendurchmesser plastisch verformt. Bezugszeichenliste 1 Mohlwelle
2 Spannvorrichtung der Hohlwelle
3 Linearantrieb der Hohlwelle
4 Befestigungsposition der Nabe
5 Aufweitvorrichtung
6 Linearantrieb der Aufweitvorrichtung
7 Ausgangsstellung der Aufweitvorrichtung
8 Fügestellung der Aufweitvorrichtung
9 Nabe (n); (n + 1); (n - 1)
10 Nabenzuführung
11 Rundtakttisch
12 Nabenbohrung
13 Spannvorrichtung der Nabe
14 Beladeposition
15 Montageposition
16 Wälzlager
17 Aufweitkopf
18 Hochdrucklanze
19 Hochdruckkanal
20 Druckraum
21 Dichtungen
a Druckraumbreite
b Nabenbreite

Claims

1. Verfahren zur Befestigung mehrerer Naben (9) auf einer Hohlwelle (1) durch Aufweitung, insbesondere hydraulische Aufweitung der Hohlwelle (1) mittels einer Aufweitvorrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nur eine Nabe (9) in eine koaxiale Soll-Lage zur Hohlwelle (1) gebracht wird, dass die Aufweitvorrichtung (5) ebenfalls in eine vorbestimmbare, relative Lage zur Hohlwelle (1) bzw. zur Nabe (9) gebracht wird, wobei insbesondere die Hohlwelle (1) und die Aufweitvorrichtung (5) relativ zur Nabe (9) in die jeweilige Winkel- und Axialposition zueinander gebracht werden und wobei nach dem Aufweitvorgang die Hohlwelle (1) und die Aufweitvorrichtung (5) eine Nabenzuführung (10, 11) wieder freigeben und die obigen Verfahrensschritte wiederholt werden, bis alle Naben (9) auf der Hohlwelle (1) befestigt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (9) auf der Nabenzuführung (10) mittels Wälz- oder Gleitlagerelement (16) positioniert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) der Aufweitung der Hohlwelle (1) an der Befestigungsposition kleiner oder gleich breit der Nabenbreite (b) gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenbohrung (12) der Naben (9) von der exakten zylindrischen Form abweichend erstellt wird.

5. Vorrichtung zur Befestigung mehrerer Naben (9) auf einer Hohlwelle (1) mit einem Mittel zur Aufweitung (5), insbesondere eine Aufweitvorrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Mittel zur Zuführung jeweils nur einer Nabe (9) in eine koaxiale Soll-Lage zur Hohlwelle (1) aufweist, dass das Mittel zur Aufweitung (5) ebenfalls in eine vorbestimmbare, relative Lage zur Hohlwelle (1) bzw. zur Nabe (9) bringbar angeordnet ist, wobei insbesondere die Hohlwelle (1) und das Mittel zur Aufweitung (5) relativ zur Nabe (9) in die jeweilige Winkel- und Axialposition zueinander bringbar angeordnet sind, und dass nach dem Aufweitvorgang die Hohlwelle (1) und das Mittel zur Aufweitung, insbesondere die Aufweitvorrichtung (5), in eine Position bringbar angeordnet sind, welche das Mittel zur Zuführung einer Nabe, insbesondere einer Nabenzuführung (10, 11) wieder freigibt.

6. Vorrichtung mit einer Nabenzuführung und einer Aufweitvorrichtung (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenzuführung als Rundtakttisch (11) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung mit einer Nabenzuführung und einer Aufweitvorrichtung (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenzuführung als Lineartisch (10) ausgebildet ist.

8. Welle, insbesondere Nockenwelle mit einer Hohlwelle (1) und darauf mittels hydraulischer Aufweitung aufgebrachter Naben (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenbohrung (12) von der exakten zylindrischen Form abweicht.

9. Welle, insbesondere Nockenwelle mit Naben (9), hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4.

10. Verfahren zur Befestigung mehrerer Naben (9) auf einer Hohlwelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (9) einzeln nacheinander auf die Hohlwelle (1) aufgeschoben und dort positioniert werden, und dass jeweils jede einzelne Nabe (9) durch Aufweiten der Hohlwelle (1) in der Soll-Position fixiert wird, ehe die nächste Nabe (9) aufgeschoben wird.