WO2014019913A2 - Verfahren zum montieren eines ersten maschinenteils in ein zweites maschinenteil - Google Patents

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exothermically reacting
reacting substance
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Helmut Hauck
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    • Y10T29/49636—Process for making bearing or component thereof
    • Y10T29/49696—Mounting

Definitions

  • the invention relates to a method for mounting a first machine part in a second machine part.
  • a bearing carrier which must be installed in a housing.
  • a bearing carrier main body which is designed to receive roller bearings.
  • the bearing carrier is pre-assembled, d. H.
  • the bearings are used in cup-like depressions of the bearing carrier body and fixed here.
  • the complete bearing carrier is inserted into a round or similarly shaped bore or recess in a housing. So that the bearing carrier has a sufficient hold in the housing during later operation, a press fit between the bearing carrier and the housing bore must be present.
  • the required press-fitting of the preassembled bearing carrier in the housing thereby sometimes has the disadvantage that form in the material of the bearing carrier tensions that can lead to tolerance changes. This in turn leads to losses in the quality and durability of storage.
  • the invention has for its object to propose a method of the generic type, with which it is possible to gently eliminate occurring during the assembly process stress states in the material of the first machine part. This should be done so that in particular adjacent components - such as in particular heat-sensitive bearings - are not excessively thermally stressed.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the method comprises the steps of: a) installation of the first machine part in its intended end position in the second machine part; b) activating an exothermically reacting substance disposed on, on or in the first and / or second machine part to cause a thermal microstructural change in a part of the first machine part.
  • the invention thus aims to subject the first machine part after its installation, a heat treatment in the broadest sense. Tensions resulting from the assembly process itself can be eliminated in the assembled state.
  • the exothermically reacting substance can be arranged before or after the implementation of step a) on, on or in the first and / or second machine part; but it is also possible that it is arranged together with the implementation of step a), on or in the first and / or second machine part.
  • the thermal structural change is primarily a stress relief annealing. But it is also possible that the thermal structural change is part of another annealing process, for example a soft annealing process. It is also possible that the thermal structural change is part of a hardening, tempering or stabilization process. An example is a compensation process.
  • the exothermically reacting substance can be applied as a layer on, on or in the first and / or second machine part.
  • it can also be applied to a support element, wherein the support element is then arranged on, on or in the first and / or second machine part. Accordingly, the substance can thus be applied directly to the machine part or indirectly via a carrier.
  • the assembly of a bearing support which is mounted in a second machine part in the form of a housing can consist of a reactive nanocrystalline material.
  • the triggering of the exothermic reaction in the, for example, reactive nanocrystalline layer can be effected by passing an electric current through the substance.
  • the exothermically reacting substance can be applied or applied to the first and / or second machine part as a separate structure.
  • the first machine part is designed as a bearing carrier
  • at least one circular recess may be provided for receiving the bearing ring of a rolling bearing, wherein the exothermically reactive layer along the circumference of the circular recess or along a portion of the circumference can be arranged.
  • the bearing carrier body consists in particular of sheet metal.
  • a possible formation of the exothermic substance is one which uses nickel (Ni) and aluminum (Al).
  • Ni nickel
  • Al aluminum
  • the reactive nanocrystalline layers provided are preferably films which have a multiplicity of thin layers which can act as a local heat source.
  • Derarti- ge layers are commercially available, for example under the name nanofoil ® from Reactive Nano Technogies Inc., USA.
  • Said layer represents a thermally unstable layer, which can be melted upon activation, for example by passage of an electric current. But it is also possible, instead of films to apply the exothermic substance in the form of pasty material.
  • the exothermically reacting substances used can be provided as layers, for example by placing or placing said reactive nanocrystalline films.
  • the proposed method thus provides a solution with which components - in particular the drive technology - can be heat treated after their assembly.
  • the need for this arises mostly through the assembly process itself, d. H.
  • During assembly local stresses are generated in the machine part by pressing operations, which can lead to tolerance changes. These are gently removed again by the proposal according to the invention.
  • the inventive concept is based on the local application of an exothermic substance, which can be used as a layer or generally in the form of particles. This can be done very targeted and narrow limits a voltage reduction, without affecting thermally sensitive environmental areas or parts (for example, a rolling bearing).
  • Stationary heating furnaces for heat treatment are just as unnecessary as mobile heating appliances.
  • the proposed method can be easily integrated into an automated assembly process. This also applies to a manual assembly process in which the components can then be lukewarm. Finally, the process can be implemented without high costs.
  • the invention proposal can be used in any application.
  • the type of heat treatment whether stress relieving or other annealing, tempering, stabilizing and hardening processes - is possible in a wide range.
  • FIG. 1 shows schematically a first machine part in the form of a bearing carrier to be installed in a second machine part in the form of a housing, wherein the parts are not yet connected to each other,
  • Fig. 2 shows the first and second machine part according to FIG. 1, wherein the parts have now been mounted
  • Fig. 3 shows the detail "X" of FIG. 2, in which case an exothermically reacting substance is shown, with which amatsarmglühen.
  • a first machine part 1 can be seen in the form of a bearing support to be installed in a second machine part 2 in the form of a housing. Details of the structure of the bearing support 1 and the housing 2 are shown in FIG. 3. Thereafter, the bearing carrier 1 has a bearing carrier base body 4, the cup-shaped recesses for receiving two bearings 5 has. The rolling bearings 5 are fixed in the bearing carrier 1. The entire and so far preassembled bearing carrier 1 is then mounted in a bore 6 in the housing 2 by the bearing carrier 1 is pressed axially into the bore 6.
  • FIG. 1 still shows the preassembled bearing bracket 1 prior to assembly in the housing 2, it has been pressed as shown in FIG. 2 in the bore 6 of the housing 2.
  • tensions have resulted in the material of the bearing carrier body 4, which are disadvantageous in terms of the quality of storage and their service life.
  • the stresses in the material of the bearing carrier basic body 4 are reduced as follows: on the bearing carrier main body 4, in areas where An exothermically reacting substance 3 is applied, as can be seen in FIG. 3.
  • An exothermically reacting substance 3 is applied, as can be seen in FIG. 3.
  • a second exothermic substance 3 'located which can be used optionally.
  • This substance 3 or 3 ' is distributed on the bearing carrier body 4, as it corresponds to the locations of the voltages to be degraded. Subsequently, the substance 3 or 3 'is activated so that an exothermic process takes place, which locally heats the material of the bearing carrier body 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils (1) in ein zweites Maschinenteil (2). Um während des Montageprozesses stattfindende Spannungszustände im Material des ersten Maschinenteils schonend zu eliminieren, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte vor: a) Einbau des ersten Maschinenteils (1) in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil (2); b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz (3), die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils (1) hervorzurufen.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils
in ein zweites Maschinenteil Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils in ein zweites Maschinenteil.
In mannigfaltigen Anwendungsfällen muss ein erstes Maschinenteil in ein zweites montiert werden. Als Beispiel sei ein Lagerträger genannt, der in ein Gehäuse eingebaut werden muss. Ein solches Konzept sieht beispielsweise einen Lagerträgergrundkörper vor, der zur Aufnahme von Wälzlagern ausgebildet ist. Der Lagerträger wird vormontiert, d. h. die Wälzlager werden in topfartige Vertiefungen des Lagerträger-Grundkörpers eingesetzt und hier fixiert. Dann wird der komplette Lagerträger in eine runde oder ähnlich geformte Bohrung bzw. Ausnehmung in einem Gehäuse eingesetzt. Damit der Lagerträger im Gehäuse im späteren Betrieb einen hinreichenden Halt hat, muss eine Presspassung zwischen Lagerträger und Gehäusebohrung vorliegen.
Das erforderliche Einpressen des vormontierten Lagerträgers in das Gehäuse hat dabei mitunter nachteilig zur Folge, dass sich im Material des Lagerträgers Spannungen bilden, die zu Toleranzänderungen führen können. Hierdurch wiederum kommt es zu Einbußen in der Qualität und Haltbarkeit der Lagerung.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem es möglich wird, während des Montageprozesses stattfindende Spannungszustände im Material des ersten Maschinenteils schonend zu eliminieren. Dies soll so erfolgen, dass insbesondere benachbarte Bauteile - wie insbesondere wärmesensible Wälzlager - nicht über Gebühr thermisch belastet werden. Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einbau des ersten Maschinenteils in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil; b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz, die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils hervorzurufen.
Die Erfindung stellt also darauf ab, das erste Maschinenteil nach seiner Montage einer Wärmebehandlung im weitesten Sinne zu unterziehen. Spannungen, die aus dem Montagevorgang selber herrühren, können so im montierten Zustand beseitigt werden. Die exotherm reagierende Substanz kann dabei vor oder nach der Durchführung des Schritts a) am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet werden; möglich ist es aber auch, dass sie zusammen mit der Durchführung des Schritts a) am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet wird. Bei der thermischen Gefügeveränderung handelt es sich primär um ein Spannungsarmglühen. Möglich ist es aber auch, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines anderen Glühverfahrens, beispielsweise eines Weichglühprozesses, ist. Ebenfalls möglich ist es, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines Härte-, Anlass- oder Stabilisierungsprozesses ist. Als Beispiel sei ein Vergütungsprozess genannt.
Die exotherm reagierende Substanz kann als Schicht an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil aufgebracht werden. Hierzu kann sie auch auf einem Tragelement aufgebracht werden, wobei das Tragelement dann an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil angeordnet wird. Demgemäß kann die Substanz also direkt auf das Maschinenteil aufgebracht werden oder mittelbar über einen Träger.
Ist die Wärmebehandlung erfolgt, d. h. hat die exotherm reagierende Substanz chemisch reagiert, können Reste der reagierten Substanz falls erforderlich entfernt werden. Ein bevorzugter, keinesfalls aber ausschließlicher Anwendungsfall des vorgeschlagenen Verfahrens die Montage eines Lagerträgers, der in ein zweites Maschinenteil in Form eines Gehäuses montiert wird. Die zum Einsatz kommende exotherm reagierende Substanz kann aus einem reaktiven na- nokristallinen Material bestehen. Das Auslösen der exothermen Reaktion in der beispielsweise reaktiven nanokristallinen Schicht kann dadurch erfolgen, dass ein elektrischer Strom durch die Substanz geleitet wird. Die exotherm reagierende Substanz kann dabei als separate Struktur auf das erste und/oder zweite Maschinenteil ein bzw. aufgebracht werden.
Im Falle dessen, dass das erste Maschinenteil als Lagerträger ausgeführt ist, kann mindestens eine kreisförmige Ausnehmung für die Aufnahme des Lagerrings eines Wälzlagers vorgesehen sein, wobei die exotherm reagierende Schicht entlang des Umfangs der kreisförmigen Ausnehmung bzw. entlang eines Teils des Umfangs angeordnet werden kann. Der Lagerträger-Grundkörper besteht insbesondere aus Blech.
Eine mögliche Ausbildung der exotherm reagierenden Substanz ist eine solche, die Nickel (Ni) und Aluminium (AI) einsetzt. Zu Details betreffend eine solche Substanz wird auf die US 6,991,856 B2 ausdrücklich Bezug genommen, wo zum Einsatz kommende reaktive na- nokristalline Schichten eingehend beschrieben und offenbart sind. Es handelt sich bei den vorgesehenen reaktiven nanokristallinen Schichten bevorzugt um Folien, die eine Vielzahl von dünnen Lagen aufweisen, die als eine lokale Wärmequelle fungieren können. Derarti- ge Schichten sind handelsüblich beispielsweise unter der Bezeichnung NanoFoil® von der Firma Reactive Nano Technogies Inc., USA, erhältlich. Die genannte Schicht stellt eine thermisch instabile Schicht dar, die bei Aktivierung, beispielsweise durch Durchleitung eines elektrischen Stroms, aufgeschmolzen werden kann. Es ist aber auch möglich, statt Folien die exotherm reagierende Substanz in Form von pastösem Material aufzubringen.
Die zum Einsatz kommenden exotherm reagierenden Substanzen können als Schichten - beispielsweise durch Auflegen oder Einlegen der genannten reaktiven nanokristallinen Folien - vorgesehen werden. Alternativ ist es auch möglich, unter Nutzung bekannter Be- schichtungsverfahren (wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung PVD bekannt sind) eine Schicht aus reaktivem nanokristallinem Material direkt auf zumindest einen Teil des ersten und/oder zweiten Maschinenteils aufzubringen.
Das vorgeschlagene Verfahren stellt also eine Lösung zur Verfügung, mit der Bauelemente - insbesondere der Antriebstechnik - nach deren Montage wärmebehandelt werden können. Die Notwendigkeit hierzu entsteht zumeist durch den Montageprozess selbst, d. h. während der Montage werden durch Pressvorgänge lokale Spannungen im Maschinenteil erzeugt, die zu Toleranzänderungen führen können. Diese werden durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wieder schonend beseitigt.
Das erfindungsgemäße Konzept stellt auf das lokale Aufbringen einer exotherm reagierenden Substanz ab, die als Schicht oder generell in Form von Partikeln zum Einsatz kommen kann. Hiermit kann sehr gezielt und eng begrenzt ein Spannungsabbau erfolgen, ohne thermisch empfindliche Umgebungsbereiche bzw. -teile (beispielsweise ein Wälzlager) zu beeinflussen.
Ein anderweitiges Eliminieren der Spannungen im ersten Maschinenteil ist mitunter schwierig bzw. unmöglich, da hierfür in der montierten Situation keine andere als die erfindungsgemäße Möglichkeit besteht. Die Erfindung ermöglicht indes ein Spannungsarm- glühen nach der Montage, ohne dass dies nachteilig für andere Bauteile bzw. Baugruppen ist.
Da die exothermische Reaktion zumeist sehr schnell abläuft und weiterhin - wie erläutert - nur auf die Bauteilbereiche beschränkt werden kann, die der Wärmebehandlung bedürfen, ist die Wärmebehandlung an bereits montierten Baugruppen möglich, wobei benachbarte Bauteile bzw. Bauelemente nicht thermisch und hinsichtlich ihres Gefüges beeinflusst werden.
Stationäre Heizöfen für die Wärmebehandlung sind ebenso wenig nötig wie mobile Heiz- geräte.
Vorteilhaft ist ferner, dass das vorgeschlagene Verfahren in einen automatisierten Montageprozess einfach integrierbar ist. Das gilt auch für einen manuellen Montageprozess, bei dem die Bauteile dann handwarm sein können. Schließlich ist das Verfahren ohne hohe Kostenaufwendungen umsetzbar.
Der Erfindungsvorschlag kann bei beliebigen Anwendungen eingesetzt werden. Auch die Art der Wärmebehandlung - ob Spannungsarmglühen oder andere Glüh-, Anlass-, Stabili- sierungs- und Härteverfahren - ist in einem weiten Bereich möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Maschinenteil in Form eines Lagerträgers, der in ein zweites Maschinenteil in Form eines Gehäuses eingebaut werden soll, wobei die Teile noch nicht miteinander verbunden sind,
Fig. 2 das erste und zweite Maschinenteil gemäß Fig. 1, wobei die Teile jetzt montiert worden sind, und
Fig. 3 die Einzelheit„X" gemäß Fig. 2, wobei hier eine exotherm reagierende Substanz dargestellt ist, mit der ein Spannungsarmglühen erfolgt.
In Fig. 1 ist ein erstes Maschinenteil 1 in Form eines Lagerträgers zu sehen, das in ein zweites Maschinenteil 2 in Form eines Gehäuses eingebaut werden soll. Details zum Aufbau des Lagerträgers 1 und des Gehäuses 2 gehen aus Fig. 3 hervor. Hiernach hat der Lagerträger 1 einen Lagerträger-Grundkörper 4, der topfförmige Vertiefungen zur Aufnahme zweier Wälzlager 5 aufweist. Die Wälzlager 5 sind im Lagerträger 1 fixiert. Der gesamte und soweit vormontierte Lagerträger 1 wird dann in eine Bohrung 6 im Gehäuse 2 montiert, indem der Lagerträger 1 axial in die Bohrung 6 eingepresst wird.
Während Fig. 1 noch den vormontierten Lagerträger 1 vor der Montage in das Gehäuse 2 zeigt, ist er gemäß Fig. 2 in die Bohrung 6 des Gehäuses 2 eingepresst worden. Hierdurch haben sich im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 Spannungen ergeben, die hinsichtlich der Qualität der Lagerung sowie deren Gebrauchsdauer nachteilig sind.
Die Spannungen im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 werden erfindungsgemäß wie folgt abgebaut: Auf dem Lagerträger-Grundkörper 4 ist in Bereichen, in denen Span- nungen zu erwarten sind, eine exotherm reagierender Substanz 3 aufgebracht, wie es in Fig. 3 gesehen werden kann. Hier ist noch eine zweite exotherm reagierende Substanz 3 ' eingezeichnet, die optional eingesetzt werden kann.
Diese Substanz 3 bzw. 3' wird so auf dem Lagerträger-Grundkörper 4 verteilt, wie es den Orten der abzubauenden Spannungen entspricht. Anschließend wird die Substanz 3 bzw. 3' so aktiviert, dass ein exothermer Vorgang abläuft, der das Material des Lagerträger- Grundkörpers 4 lokal aufheizt.
Hierdurch erfolgt ein Spannungsarmglühen im Material des Lagerträger-Grundkörpers 4, d. h. die durch den Montagevorgang erzeugten Spannungen werden wieder abgebaut.
Möglich ist es auf diese Weise auch, dass lokale Härteprozesse vorgenommen werden können, so dass beispielsweise das Material des Lagerträger-Grundkörpers 4 an gewünschten Stellen gehärtet wird.
Sehr vorteilhaft ist es, dass die lokal durch die Substanz 3 bzw. 3' eingegebene Wärme nicht bis in die benachbarten Wälzlager 5 abstrahlt bzw. geleitet wird, so dass die temperaturempfindlichen Lager während des genannten Prozesses schonend behandelt werden.
Bezugszeichenliste
erstes Maschinenteil (Lagerträger) zweites Maschinenteil (Gehäuse) exotherm reagierende Substanz exotherm reagierende Substanz
Lagerträger-Grundkörper
Wälzlager
Bohrung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils
in ein zweites Maschinenteil
Verfahren zum Montieren eines ersten Maschinenteils (1) in ein zweites Maschinenteil (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einbau des ersten Maschinenteils (1) in seine bestimmungsgemäße Endlage in das zweite Maschinenteil (2);
b) Aktivieren einer exotherm reagierenden Substanz (3), die an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1 , 2) angeordnet ist, um eine thermische Gefügeveränderung in einem Teil des ersten Maschinenteils (1) hervorzurufen.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) vor der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) nach der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) zusammen mit der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 1 am, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Gefügeveränderung ein Spannungsarmglühen ist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Gefügeveränderung Teil eines Härteprozesses ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) als Schicht an, auf oder in dem ersten und/oder zwei- ten Maschinenteil (1, 2) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Substanz (3) auf einem Tragelement aufgebracht wird, wobei das Tragelement an, auf oder in dem ersten und/oder zweiten Maschinenteil (1, 2) ange- ordnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt b) gemäß Anspruch 1 Reste der reagierten Substanz (3) entfernt werden. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (1) ein Teil einer Lagereinheit ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (1) ein Lagerträger ist, der in ein zweites Maschinenteil (2) in Form eines Gehäuses montiert wird.
PCT/EP2013/065623 2012-07-31 2013-07-24 Verfahren zum montieren eines ersten maschinenteils in ein zweites maschinenteil WO2014019913A2 (de)

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US14/418,600 US9925610B2 (en) 2012-07-31 2013-07-24 Method for installing a first machine part into a second machine part
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