VERFAHREN ZUM DREHFESTEN ANORDNEN VON TEILEN AUF EINER WELLE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren beim drehfesten Verbinden mindestens eines auf einer Welle angeordneten Bauteils mit der Welle, bei dem das Bauteil mit Fügespiel auf die Welle aufgefädelt und auf dieser in bestimmter Stellung gehalten wird, worauf mittels eines durch die hohle Welle bewegten Dornes mit größerem Durchmesser als die lichte Weite der Welle diese bis zum Erreichen einer angestrebten Haltekraft für das Bauteil auf der Welle aufgeweitet wird und eine hierbei einsetzbare Vorrichtung.

[0002] Es ist bekannt (MTZ Motortechnische Zeitschrift, 57(1996), No.5, Seite 284), Nocken dadurch auf einer Welle zu befestigen, daß die hohl ausgebildete Welle mittels eines durch sie hindurchgezogenen Dornes bis zum Preßsitz zwischen der Welle und den Nocken aufgeweitet wird.

[0003] Das Aufweiten einer hohlen Welle mittels eines durch die Welle bewegten Dornes ist ein verformungstechnischer Vorgang, der an sich überschaubar und gut beherrschbar ist. Dennoch kommt es vor, daß Bauteile nicht mit der erforderlichen Haltekraft auf der Welle befestigt sind. Dies kann seine Ursache bspw. darin haben, daß die Bohrung des Bauteils Übermaß hat oder daß die Wandstärke der rohrförmigen hohlen Welle geringer ist als vorgesehen. Um solche Fehler auszuschließen, müßte die Haltekraft aller Bauteile auf allen Werkstücken einer entsprechenden Prüfung unterzogen werden, was aber die Fertigung untragbar verteuern würde.

[0004] Der Erfindung war daher die Aufgabe gestellt, ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem das Erreichen einer durch Aufweiten einer hohlen Welle angestrebten Haltekraft eines Bauteils auf der Welle überwacht werden kann.

[0005] Die Erfindung macht sich zunutze, daß ein auf die Welle aufgereihtes Bauteil das Aufweiten der Welle durch den hindurchbewegten Dorn verhindert oder diesem Aufweiten mindestens zusätzlichen Widerstand entgegensetzt. Daher ist zum Aufweiten der Welle im Bereich eines aufgereihten Bauteils oder zum Verdrängen von Material aus diesem Bereich eine größere Kraft erforderlich als zum Aufweiten der Welle in nicht mit Bauteilen bestückten Bereichen. Diese größere zum Aufweiten erforderliche Kraft setzt auch dem Bewegen des Dornes durch die Welle in diesem Bereich größeren Widerstand entgegen. Die Schub- oder Zugkraft zum Bewegen des Dornes durch die hohle Welle hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, sie ist aber jedenfalls auch Funktion der Kraft zum Aufweiten der Welle.

[0006] Die Erfindung überwacht daher das Erreichen einer Mindest-Schub- oder Zugkraft zum Bewegen des Dornes durch die hohle Welle und schließt von dieser auf die aufgebrachte Kraft zum Aufweiten der Welle und damit auf das Erreichen der angestrebten Haltekraft eines auf die Welle aufgeschobenen Bauteils.

[0007] Es hat sich gezeigt, daß die Korrelation zwischen der Kraft zum Aufweiten und der Kraft zum Schieben oder Ziehen des Dornes so eng ist, daß letztere zum zuverlässigen Überwachen der ersteren herangezogen werden kann. Diese Überwachung ist nicht nur lückenlos und zerstörungsfrei, sie kann auch unmittelbar beim Fertigungsvorgang erfolgen, so daß in der Regel weder zusätzliche Prüf-Arbeitsgänge noch Transporte oder erneutes Aufnehmen der Werkstücke in Prüfvorrichtungen erforderlich sind.

[0008] Die Erfindung verzichtet dabei auf den Versuch einer Berechnung der zum Erreichen einer angestrebten Haltekraft eines Bauteils auf der Welle erforderlichen Schub- oder Zugkraft und ermittelt diese vorab empirisch bei einem oder mehreren Probeläufen an Probewerkstücken.

[0009] In einem Verfahrensanspruch sind die Schritte des Ablaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben. Ein Vorrichtungsanspruch beschreibt die Merkmale einer Vorrichtung, mittels deren das erfindungsgemäße Verfahren ausgeübt werden kann. Der Dorn kann durch die Welle geschoben werden, bevorzugt ist aber vorgesehen, ihn zu ziehen.

[0010] In der Figur der Zeichnung ist eine zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignete Vorrichtung beispielshalber und schematisch dargestellt. Die Figur zeigt die Vorrichtung beim Aufweiten einer hohlen Welle im Längsschnitt durch dieselbe. Als auf der Welie zu befestigende Teile sind Nocken gewählt, es versteht sich, daß das Verfahren und die Vorrichtung auch zum Befestigen andersartiger Teile dienen kann.

[0011] 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.

[0012] 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 hydraulischen Arbeitselementes 11 kuppelbar ist.

[0013] 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.

[0014] 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 erforderlichen 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.

[0015] 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.

[0016] 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 selbstverständlich aufeinander abgestimmt werden.

[0017] In Abänderung der dargestellten Ausführungsform können auch aufeinanderfolgend mehrere Dorne oder ein Stufendorn eingesetzt werden, deren bzw. dessen Durchmesser in gleichen oder vorzugsweise abnehmenden Stufen auf das endgültige Maß ansteigen. Dabei können die Außenkonturen der einzelnen Dorne bzw. Stufen unterschiedlich sein.

[0018] 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 aufweisen, wird das durch den Dorn 5 verdrängte Material der Welle 1 in diese Profilierung hinein gedrückt und es wird Formschluß 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.

[0019] Für das Hindurchziehen des Dornes 5 durch die hohle Weile 1 ist eine erhebliche Zugkraft erforderlich, die vorteilhaft mittels des hydraulischen Arbeitslementes 11 aufgebracht werden kann. Selbstverständlich sind auch Arbeitselemente anderer Art wie etwa Gewindespindeln einsetzbar.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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 weiterleitet. Am Mitnehmerkopf 9 ist ferner ein Linearmaßstab 15 angelenkt, der durch einen ebenfalls mit der Vergleichsvorrichtung 14 verbundenen Sensor 16 abgetastet wird.

[0023] 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 Vergleichsvorrichtung 14 aufgegeben werden. Sie vergleicht dann in den folgenden 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.

[0024] Es versteht sich, daß auch der Einsatz anderer Arten von Meßwertaufnehmern bspw. von Kraftmeßdosen oder von Weggebern möglich sind.

Ansprüche

1. Verfahren beim drehfesten Verbinden mindestens eines auf einer hohlen Welle (1) angeordneten Bauteils (2) mit der Welle (1), bei dem das Bauteil (2) mit Fügespiel auf die Welle (1) aufgefädelt und auf dieser in bestimmter Stellung gehalten wird, worauf mittels eines durch die hohle Welle (1) bewegten Dornes (5) mit größerem Durchmesser als die lichte Weite der Welle (1) diese bis zum Erreichen einer angestrebten Haltekraft für das Bauteil (2) auf der Welle (1) aufgeweitet wird,
dadurch gekennzeichnet,

- daß in mindestens einem Probedurchlauf an mindestens einem Probewerkstück ermittelt wird, wie hoch die Kraft zum Hindurchbewegen des Dornes (5) durch einen mit einem Bauteil (2) bestückten Bereich der Welle (1) mindestens sein muß, um eine anschließend am Probewerkstück überprüfte Haltekraft des Bauteils (2) auf der Welle (1) zu erreichen,

- daß die ermittelte Kraft und der ihr zugeordnete Bereich entlang der Welle (1) gespeichert wird,

- daß in folgenden Fertigungdurchläufen jeweils überwacht wird, ob die gespeicherte Kraft in dem ihr zugeordneten Bereich mindestens erreicht wird und

- daß ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn dies nicht der Fall ist.

2. Vorrichtung zum drehfesten Verbinden mindestens eines auf einer hohlen Welle (1) sitzenden Bauteils (2) mit der Welle (1), mit einem durch die hohle Welle (1) bewegbaren Dorn (5) mit größerem Durchmesser als deren lichte Weite, durch den die Wellen (1) bis zum Erreichen einer angestrebten Haltekraft für das Bauteil (2) auf der Welle (1) aufweitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungseinrichtung (6, 9, 11) des Dornes (5) eine Kraftmeßeinrichtung (13) und eine Wegmeßeinrichtung (15, 16) zugeordnet sind, die mit einer Vergleichsvorrichtung (14) verbunden sind, in der das Erreichen vorgegebener Schub- oder Zugkräfte heim Bewegen des Dornes (5) durch die hohle Welle (1) an vorgegebenen Stellen entlang seines Bewegungsweges erfaßbar ist.

Claims

1. A process in the non-rotational connection of at least one component (2) positioned on a hollow shaft (1) to the shaft (1) in which the component (2) is threaded onto the shaft (1) with assembly play and is held on it in a given position, whereupon the shaft (1) is expanded by means of a mandrel (5), which is moved through the hollow shaft (1) and has a greater diameter than the clear width of the shaft (1), until it reaches a desired holding force of the component (2) to the shaft (1),
characterised in that

- a calculation is carried out in at least one test pass on at least one test work piece to ascertain the minimum force required to move the mandrel (5) through an area of the shaft (1) fitted with a component (2) in order to achieve a holding force of the component (2) to the shaft (1) which is subsequently verified on the test work piece,

- that the force calculated and the corresponding area along the shaft (1) are saved,

- that in subsequent manufacturing passes checks are carried out to ascertain whether at least the saved force is reached in the relevant area,

- that an error signal is given if this is not the case.

2. A device for the non-rotational connection of at least one component (2) sitting on a hollow shaft (1) to the shaft (1) with a movable mandrel (5), which can be moved through the hollow shaft (1) and has a greater diameter than the clear width of the shaft (1), by means of which the shaft (1) can be expanded until it reaches a desired holding force of the component (2) to the shaft (1), characterised in that the moving device (6, 9, 11) of the mandrel (5) has a force measuring device (13) and a path measuring device (15, 16) which are connected to a comparison device (14) in which the reaching of pre-determined thrust or tractive forces can be measured at pre-determined points along its path of movement as the mandrel (5) moves through the hollow shaft (1).

Revendications

1. Procédé de montage solidaire en rotation d'au moins un élément (2) sur un arbre creux (1), selon lequel l'élément (2) est enfilé avec du jeu d'assemblage sur l'arbre (1) et retenu dans une position déterminée sur celui-ci, et l'arbre (1) est ensuite évasé, au moyen d'un mandrin (5), ayant un plus grand diamètre que la largeur intérieure de l'arbre (1), qui est déplacé à travers l'arbre (1) jusqu'à l'atteinte d'une force de maintien voulue de l'élément (2) sur l'arbre (1), caractérisé en ce que:

- dans au moins une passe d'essai sur au moins une pièce d'essai, on détermine quelle doit être au moins la force nécessaire pour déplacer le mandrin (5) à travers une zone garnie d'un élément (2) de l'arbre (1) pour atteindre une force de maintien, vérifiée ensuite sur la pièce d'essai, de l'élément (2) sur l'arbre (1),

- on mémorise la force déterminée et la zone qui lui est coordonnée le long de l'arbre (1),

- on surveille, dans des passes de fabrication consécutives, si la force mémorisée est au moins atteinte dans la zone qui lui est coordonnée et

- on produit la délivrance d'un signal de défaut lorsque tel n'est pas le cas.

2. Dispositif de montage solidaire en rotation d'au moins un élément (2) sur un arbre creux (1), comprenant un mandrin (5), ayant un plus grand diamètre que la largeur intérieure de l'arbre creux (1), qui est déplaçable à travers l'arbre (1) et par lequel celui-ci peut être évasé jusqu'à l'obtention d'une force de maintien voulue de l'élément (2) sur l'arbre (1), caractérisé par la coordination au dispositif de déplacement (6, 9, 11) du mandrin (5) d'un dispositif dynamométrique (13) et d'un dispositif de mesure de déplacement (15, 16) qui sont connectés à un dispositif de comparaison (14) dans lequel peut être détectée l'atteinte de forces préfixées de poussée ou de traction, lors du déplacement du mandrin (5) à travers l'arbre creux (1), à des endroits préfixés le long de son trajet de mouvement.

Zeichnung