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EP0912269B1 - Verfahren zum drehfesten anordnen von teilen auf einer welle - Google Patents

Verfahren zum drehfesten anordnen von teilen auf einer welle Download PDF

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EP0912269B1
EP0912269B1 EP97927056A EP97927056A EP0912269B1 EP 0912269 B1 EP0912269 B1 EP 0912269B1 EP 97927056 A EP97927056 A EP 97927056A EP 97927056 A EP97927056 A EP 97927056A EP 0912269 B1 EP0912269 B1 EP 0912269B1
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EP
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shaft
component
mandrel
force
hollow shaft
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    • Y10T29/53065—Responsive to work or work-related machine element with means to fasten by deformation

Definitions

  • the invention relates to a method for rotationally fixed connection at least one component arranged on a shaft with the shaft, in which the component with play on the shaft threaded and in this in a certain position is held, whereupon by means of a hollow shaft moving mandrel with a larger diameter than the light Width of the wave this until reaching a desired Holding force for the component is expanded on the shaft and a device that can be used here.
  • the object of the invention was therefore a simple one Specify the process by which reaching through Widening a hollow shaft aimed at holding force Component can be monitored on the shaft.
  • the invention takes advantage of that on the shaft lined up component the expansion of the shaft by the prevents the mandrel from moving or from expanding opposed at least additional resistance. thats why to expand the shaft in the area of a lined up Component or to displace material from this area a greater force is required than to expand the shaft in areas not equipped with components. This bigger one force required to expand also moves the Dornes through the wave in this area greater resistance opposite.
  • the pushing or pulling force to move the mandrel through the hollow shaft depends on a variety of parameters ab, but it is also a function of the force to Widening the wave.
  • the invention therefore monitors the achievement of a minimum thrust or traction to move the mandrel through the hollow Wave and closes from this to the applied force Widening the wave and thus reaching the target Holding force of one pushed onto the shaft Component.
  • the invention does not attempt to calculate to achieve a desired holding force of a component on the shaft required thrust or Tensile force and determines this empirically in advance with one or several test runs on test workpieces.
  • a device claim describes the characteristics of a device, by means of which the method according to the invention are carried out can.
  • the mandrel can be pushed through the shaft but it is preferred to pull it.
  • cams 2 On a hollow shaft 1, three cams 2 are lined up and through Mounts not shown in the intended position held along the shaft and at an angle to the shaft. The In the initial state, cams 2 have joining play 3 to the shaft, that lining up allowed. The end of shaft 1 lies against it a fixed stop 4.
  • a piston-shaped mandrel 5 is attached to a pull rod 6, whose annular groove 7 at its end facing away from the mandrel via pawls 8 a driving head 9 with the piston rod 10 of a hydraulic Working element 11 can be coupled.
  • the outer diameter of the mandrel 5 is at least that Joining game 3 between the shaft 1 and the cams 2 larger than that clear width of the hollow shaft 1.
  • the mandrel 5 goes with a cone 12 from the pull rod 6 to its outer diameter.
  • the mandrel 5 has already been so far through the hollow shaft 1 pulled and has it expanding so far deformed that not only the joining game 3 between the first Cam 2 canceled, but also an interference fit between the shaft and Cam has been produced with such a high surface pressure that the cam with the necessary for its proper function Holding force is attached to the shaft.
  • the other cams 2 are also attached in this way.
  • the parameters play 3 difference between Outside diameter of mandrel 5 and clear width of the hollow shaft 1, modulus of elasticity of the material of the shaft 1 and the cams 2, and The required holding force of the cams on the shaft must, of course be coordinated.
  • mandrels or a stepped mandrel are used in succession be, whose or its diameter in the same or preferably decreasing levels to the final dimension.
  • outer contours of the individual mandrels or steps can be different his.
  • the shaft 1 By expanding the shaft 1 it becomes circular, smooth Bores of the cams 2 frictional connection achieved.
  • the cam 2 has a profile, for example in the form of a toothing have, the material displaced by the mandrel 5 Shaft 1 pressed into this profile and there is a positive connection achieved with much higher holding force.
  • the Profiling should be very coarse, e.g. wavy and the mandrel 5 can have an appropriate profile, so that Material of the shaft pressed specifically into the valleys of the profiling can be.
  • the pulling force required depends on several factors such as Wall thickness of the hollow shaft 1, stiffness of the material of the Wave, slope of the cone 12 on the mandrel 5, train speed of the Dornes et al. It is obvious that the resistance of the hollow shaft against widening and thus the pulling force on the Places will increase significantly where a cam 2 on the The shaft sits because this cam prevents the shaft from expanding.
  • the increase in traction at these points can be detected and serve as an indicator of whether the desired permanent seat of the Cam has been reached.
  • a force measuring element for example in the form of, can be on the driver head 9 a strain gauge 13 may be attached, which is the exerted Takes tensile force and forwards it to a comparison device 14.
  • a linear scale 15 on the driving head 9 articulated by one also with the comparison device 14 connected sensor 16 is scanned.
  • the required holding force a cam 2 on the hollow shaft 1 required traction and the locations along the hollow wave are determined at which this Tractive force must occur. These values can be compared to the comparison device 14 are abandoned. She then compares in the following Operations, whether the specified values are reached and emits an error signal if it is not. This can occur, for example, if the bore of a cam 2 oversize has, the wall thickness of the hollow shaft may only on the point in question is too small, a cam not at the intended place is sitting or missing, etc.

Landscapes

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Abstract

Um Teile (2) wie Nocken, Zahnräder, Scheiben usw. drehfest auf einer hohlen Welle (1) zu befestigen, wird vorgeschlagen, die Welle nach Auffädeln der mit geringem Fügespiel (3) ausgestatteten Teile durch Hindurchziehen eines Aufweitedornes (5) durch die Welle aufzuweiten und damit zumindest Kraftschluß zwischen der Welle und den Teilen herzustellen. Eine besonders feste Verbindung kann dann erreicht werden, wenn die Bohrung der Teile mit einer Profilierung versehen ist, in die das durch den Aufweitedorn verdrängte Material der Welle gedrückt wird. Das Aufweiten der Welle kann in Stufen erfolgen, indem ein Aufweitedorn mit gestufter Zunahme seines wirksamen Durchmessers oder aufeinanderfolgend mehrere Aufweitdorne mit jeweils größerem wirksamen Durchmesser verwendet werden. Der Anstieg der auf dem Dorn (5) ausgeübten Zugkraft kann erfasst werden und als Indikator dafür dienen, ob der angestrebte feste Sitz der Teile (2) erreicht worden ist.

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 hydraulischen 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 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.
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 selbstverständlich aufeinander abgestimmt werden.
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.
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.
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.
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 weiterleitet. Am Mitnehmerkopf 9 ist ferner ein Linearmaßstab 15 angelenkt, der durch einen ebenfalls mit der Vergleichsvorrichtung 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 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.
Es versteht sich, daß auch der Einsatz anderer Arten von Meßwertaufnehmern bspw. von Kraftmeßdosen oder von Weggebern möglich sind.

Claims (2)

  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.
EP97927056A 1996-06-26 1997-05-28 Verfahren zum drehfesten anordnen von teilen auf einer welle Expired - Lifetime EP0912269B1 (de)

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