DE19625555A1

DE19625555A1 - Verfahren zum drehfesten Anordnen von Teilen auf einer Welle

Info

Publication number: DE19625555A1
Application number: DE19625555A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Kuehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: EP0912269A1; ES2143869T3; JP2000512555A; KR20000022160A; DE19625555C2; BR9709986A; EP0912269B1; DE59701073D1; WO1997049511A1; KR100317837B1; US6125537A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drehfesten Verbinden einer hohlen Welle mit mindestens einem auf der Welle angeord neten Teil, bei dem das Teil mit Fügespiel auf die Welle gebracht und auf dieser in bestimmter Stellung durch Aufheben des Fügespiels befestigt wird.

Es ist bekannt, bspw. Nocken auf Wellen durch Aufschrumpfen oder durch Aufweiten der rohrförmigen Welle zu befestigen. Zum Auf schrumpfen (DE 33 01 749 A) kann ein erwärmter Nocken auf die Welle geschoben werden und schrumpft beim Abkühlen durch Zusam menziehen auf dieser fest. Eine rohrförmige Welle kann durch Anlegen entsprechend hohen, fluidischen Innendruckes zur kraft schlüssigen Anlage an die Bohrungen auf der Welle angeordneter Nocken aufgeweitet werden (DE 38 03 687 A).

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (DE 36 38 310 A), eine Welle mit im Querschnitt unrunder Außenkontur zu verwenden, auf die Nocken mit entsprechend unrunder Innenkontur befestigt werden. Das Befestigen der Nocken auf der Polygonwelle soll durch Verspannungen der Polygonform erfolgen, die durch Aufweiten der Polygonflächen oder durch zusammendrücken der Polygonschultern beim Aufschieben der Nocken und anschließendem Rückfedern des Polygonrohres bewirkt werden sollen.

Des weiteren ist schon vorgeschlagen worden (DE 25 46 802 C), den Sitz der Nocken unrund auszuführen und die Wand der rohrförmigen Welle durch Erzeugen hohen Druckes in deren Innenraum in die unrunden Sitze der Nocken hinein zu verformen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Reibschluß, der für die Übertragung der beim Betrieb der Welle auftretenden Kräfte erforderlich ist, nicht stets mit der erforderlichen Sicherheit erreicht wird. Das Aufweiten einer rohrförmigen Welle durch Innendruck erfordert zum Aufbau das sehr hohen erforderlichen Druckes erhebliche Zeit, so daß die Taktzeit für diese Ferti gungsweise und damit deren Kosten hoch sind.

Der Erfindung war daher die Aufgabe gestellt, eine einfache und wohlfeile Möglichkeit anzugeben, Teile wie Nocken, Scheiben, Zahnräder und dergleichen sicher, insbesondere gegen Verdrehen gesichert auf Wellen zu befestigen. Sie löst diese Aufgabe auf die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannte Weise und mit der in Anspruch 4 gekennzeichneten Vorrichtung.

Das Aufweiten einer hohlen Welle mittels eines durch die Welle bewegten Dornes ist ein verformungstechnischer Vorgang, der überschaubar und gut beherrschbar ist. Das Maß, um das die hohle Welle aufgeweitet werden muß, um den angestrebten sicheren Sitz der Teile zu erzielen, ist in der Regel gering und stellt daher weder arbeitstechnisch, noch materialmäßig Probleme. In Grenz fällen kann das Aufweiten auch in Stufen erfolgen, indem nach einander mehrere Dorne oder ein Stufendorn mit zunehmend größeren Aufweitedurchmessern durch die hohle Welle bewegt werden. Mit dieser Ausführungsform ist der Vorteil verbunden, daß sich das Material nach einem Verformvorgang entspannen kann, bevor der nächste Dehnvorgang folgt. Auf diese Weise kann die Gefahr von Gefügeschäden vermieden werden.

Der Dorn kann durch die Welle geschoben werden, bevorzugt ist aber vorgesehen, ihn zu ziehen.

In der Regel ist die hohle Welle im Querschnitt innen und außen ebenso wie die Bohrung eines auf der Welle zu befestigenden Teiles kreisrund. Die miteinander in Eingriff kommenden Konturen dieser Teile können jedoch auch unrunden, bspw. ovalen oder vieleckigen und auch übereinstimmenden oder in geringem Maße von einander abweichenden Querschnitt aufweisen.

Ein besonders sicherer Sitz eines auf der hohlen Welle zu befe stigenden Teiles wird dann ereicht, wenn die Bohrung dieses Teiles eine Profilierung bspw. in Form einer Verzahnung aufweist, in die das beim Aufweiten der hohlen Welle verdrängte Material hineinfließt und so eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Teil und der Welle bewirkt.

In der Figur der Zeichnung ist eine zur Durchführung des ge nannten Verfahrens geeignete Vorrichtung beispielshalber und schematisch dargestellt. Die Figur zeigt die Vorrichtung beim Aufweiten einer hohlen Welle im Längsschnitt durch dieselbe. Als auf der Welle zu befestigende Teile sind Nocken gewählt, es versteht sich, daß das Verfahren und die Vorrichtung auch zum Befestigen andersartiger Teile dienen kann.

Auf einer hohlen Welle 1 sind drei Nocken 2 aufgereiht und durch nicht näher dargestellte Halterungen in der vorgesehenen Stellung längs der Welle und in Winkelstellung zur Welle gehalten. Die Nocken 2 weisen im Ausgangszustand Fügespiel 3 zur Welle auf, das das Aufreihen erlaubt. Die Welle 1 liegt mit ihrer Stirnseite an einem ortsfesten Anschlag 4 an.

Ein kolbenförmiger Dorn 5 ist an einer Zugstange 6 befestigt, deren Ringnut 7 an ihrem dem Dorn abgekehrten Ende über Klinken 8 eines Mitnehmerkopfes 9 mit der Kolbenstange 10 eines hydrau lischen Arbeitselementes 11 kuppelbar ist.

Der äußere Durchmesser des Dorns 5 ist um mindestens das Fügespiel 3 zwischen der Welle 1 und den Nocken 2 größer als die lichte Weite der hohlen Welle 1. Der Dorn 5 geht mit einem Konus 12 von der Zugstange 6 auf seinen Außendurchmesser über.

In der Darstellung wurde der Dorn 5 bereits so weit durch die hohle Welle 1 gezogen und hat sie aufweitend bleibend so weit verformt, daß nicht nur das Fügespiel 3 zwischen dem ersten Nocken 2 aufgehoben, sondern auch Preßsitz zwischen Welle und Nocken mit so hoher Flächenpressung hergestellt worden ist, daß der Nocken mit der für seine ordnungsgemäße Funktion erforder lichen Haltekraft auf der Welle befestigt ist. Beim Hindurchziehen des Dorns 5 durch die ganze Länge der Welle 1 werden so auch die anderen Nocken 2 befestigt.

Danach kann der Dorn 5 durch Ausheben der Klinken 8 aus der Ringnut 7 vom Mitnehmerkopf 9 angekuppelt und nach Durchstecken seiner Zugstange 6 durch die nächste zu bearbeitende hohle Welle wieder mit dem Mitnehmerkopf gekuppelt werden.

Insbesondere die Parameter Fügespiel 3, Differenz zwischen Außendurchmesser des Dorns 5 und lichter Weite der hohlen Welle 1, E-Modul des Materials der Welle 1 und der Nocken 2, und erforderliche Haltekraft der Nocken auf der Welle müssen selbst verständlich aufeinander abgestimmt werden.

In Abänderung der dargestellten Ausführungsform können auch aufeinander folgend mehrere Dorne oder ein Stufendorn eingesetzt werden, deren bzw. dessen Durchmesser in gleichen oder vorzugs weise abnehmenden Stufen auf das endgültige Maß ansteigen. Dabei können die Außenkonturen der einzelnen Dorne bzw. Stufen unter schiedlich sein.

Durch das Aufweiten der Welle 1 wird in kreisrunden, glatten Bohrungen der Nocken 2 Kraftschluß erzielt. Wenn die Bohrungen der Nocken 2 eine Profilierung bspw. in Form einer Verzahnung ausweisen, wird das durch den Dorn 5 verdrängte Material der Welle 1 in diese Profilierung hinein gedrückt und es wird Form schluß mit wesentlich höherer Haltekraft erreicht. Dabei kann die Profilierung sehr grob, bspw. wellenförmig sein und der Dorn 5 kann eine entsprechende Profilierung aufweisen, so daß das Material der Welle gezielt in die Täler der Profilierung gedrückt werden kann.

Für das Hindurchziehen des Dornes 5 durch die hohle Welle 1 ist eine erhebliche Zugkraft erforderlich, die vorteilhaft mittels des hydraulischen Arbeitselementes 11 aufgebracht werden kann. Selbstverständlich sind auch Arbeitselemente anderer Art wie etwa Gewindespindeln einsetzbar.

Die erforderliche Zugkraft hängt von mehreren Faktoren ab wie Wanddicke der hohlen Welle 1, Steifigkeit des Materials der Welle, Steigung des Kegels 12 am Dorn 5, Zuggeschwindigkeit des Dornes u. a. Es ist offensichtlich, daß sich der Widerstand der hohlen Welle gegen das Aufweiten und damit die Zugkraft an den Stellen deutlich erhöhen wird, an denen ein Nocken 2 auf der Welle sitzt, da dieser Nocken das Aufweiten der Welle behindert.

Der Anstieg der Zugkraft an diesen Stellen kann erfaßt werden und als Indikator dafür dienen, ob der angestrebte feste Sitz des Nockens erreicht worden ist.

Hierfür kann am Mitnehmerkopf 9 ein Kraftmeßglied bspw. in Form eines Dehnungsmeßstreifens 13 angebracht sein, das die ausgeübte Zugkraft aufnimmt und an eine Vergleichsvorrichtung 14 weiter leitet. Am Mitnehmerkopf 9 ist ferner ein Linearmaßstab 15 angelenkt, der durch einen ebenfalls mit der Vergleichsvorrich tung 14 verbundenen Sensor 16 abgetastet wird.

In einem ersten Durchgang kann die für die angestrebte Haltekraft eines Nockens 2 auf der hohlen Welle 1 erforderliche Zugkraft und die Orte längs der hohlen Welle ermittelt werden, an der diese Zugkraft auftreten muß. Diese Werte können der Vergleichsvor richtung 14 aufgegeben werden. Sie vergleicht dann in den fol genden Arbeitsgängen, ob die vorgegebenen Werte erreicht werden und gibt ein Fehlersignal ab, wenn dies nicht der Fall ist. Dies kann bspw. vorkommen, wenn die Bohrung eines Nockens 2 übermaß aufweist, die Wandstärke der hohlen Welle eventuell nur an der betreffenden Stelle zu gering ist, ein Nocken nicht an der vorgesehnen Stelle sitzt oder ganz fehlt usw.

Es versteht sich, daß auch der Einsatz anderer Arten von Meß wertaufnehmern bspw. von Kraftmeßdosen oder von Weggebern und das Anordnen derselben an anderen Stellen, bspw. an der Verankerung des Arbeitselementes 11 oder am festen Anschlag 4 möglich sind.

Bezugszeichenliste

1 hohle Welle
2 Nocken
3 Fügespiel
4 Anschlag
5 Dorn
6 Zugstange
7 Ringnut
8 Klinken
9 Mitnehmerkopf
10 Kolbenstange
11 hydraulisches Arbeitselement
12 Konus
13 Dehnungsmeßstreifen
14 Vergleichsvorrichtung
15 Linearmaßstab
16 Sensor

Claims

1. Verfahren zum drehfesten Verbinden einer hohlen Welle mit mindestens einem auf der Welle angeordneten Teil, bei dem das Teil mit Fügespiel auf die Welle aufgefädelt und auf dieser in bestimmter Stellung durch Aufheben des Fügespiels befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fügespiel (3) durch Aufweiten der hohlen Welle (1) aufgehoben wird, indem mindestens ein Dorn (5) mit größerem Durchmesser als die lichte Weite der Welle durch diese bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (5) durch die Welle (1) gezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens zwei Dorne (5) mit jeweils größerem Außendurchmesser nacheinander durch die Welle (1) gezogen werden.

4. Vorrichtung zum drehfesten Verbinden einer hohlen Welle mit mindestens einem auf der Welle angeordneten Teil, bei dem das Teil mit Fügespiel auf die Welle aufgefädelt und auf dieser in bestimmter Stellung durch Aufheben des Fügespiels befestigt wird, gekennzeichnet durch mindestens einen durch die Welle (1) beweg baren Dorn (5) mit größerem Außendurchmesser als die lichte Weite der Welle.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Dorns (5) in der Bewegungsrichtung desselben durch die Welle (1) kegelig ansteigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (5) durch die Welle (1) ziehbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungseinrichtung (6, 9, 11) des Dornes (5) eine Kraftmeßein richtung (13) und eine Wegmeßeinrichtung (15, 16) zugeordnet sind, die mit einer Vergleichsvorrichtung (14) verbunden sind, in der das Erreichen von vorgegebenen Schub- oder zugkräften beim Bewegen des Dornes an vorgegebenen Stellen entlang seines Bewe gungsweges durch die hohle Welle (1) erfaßbar ist.