DE10137114A1 - Maschine zum automatischen Fügen gebauter Nockenwellen auf der Basis von Längspreßverbindungen - Google Patents

Abstract

In neuerer Zeit geht man in der Kraftfahrzeugindustrie dazu über, Nockenwellen nicht mehr als Kompaktwellen herzustellen, sondern man baut sie aus einem Rohr und darauf in definierten Abständen und Stellungen befestigten Nocken und Lagerringen (Fügeteile) auf. Die Verbindungen werden als Querpressverbindungen ausgeführt. DOLLAR A Dazu müssen das Rohr soweit unterkühlt und die Fügeteile soweit erwärmt werden, bis das für das zwangsfreie Fügen erforderliche Fügespiel vorhanden ist. Nicht zu vermeidende Kontakte mit dem Handhabewerkzeug und dem Rohr führen beim massearmen Fügeteil zum Wärmeentzug und dadurch zum Fügespielabbau. Um diesen in Grenzen zu halten, ist ein hoher technologischer Aufwand nötig. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine als asymmetrische Zweiständerpresse ausgebildete Maschine, die alle Verbindungen als Längspressverbindungen automatisiert fügt. Bei Längspressverbindungen werden die Fügeteile ohne Fügespiel kalt aufgepresst. DOLLAR A Zum Entnehmen der fertigen Nockenwelle und Einlegen des neuen Rohres wird der Pressenbär um s¶w¶ in die Wechselstellung gefahren. Das Schrägbolzenfutter wird durch den Kolben 1 geöffnet und mit einer Druckfeder gespannt. Die Zentrierung von Fügeteil und Rohr zum Pressen sowie die Stabilisierung des Rohres beim Pressen und beim Eilrücklauf erfolgt durch einen Zentrierbolzen über den Kolben 2. Die Fügeteile werden in Schachtmagazinen gespeichert und durch die Kolben 3 oder 4 mit Gabeln dem in Press-Ausgangsstellung stehenden Bär bei ...

Description

• In neuerer Zeit geht man in der Kraftfahrzeugindustrie dazu über, Nockenwellen nicht mehr als Kompaktwellen herzustellen, sondern man baut sie aus einem Rohr und darauf in definierten Abständen und Stellungen befestigten Nocken und Lagerringen auf. Als Verbindungsart mit dem Rohr wählt man die Pressverbindung.
• Bisher werden die Verbindungen als Querpressverbindungen ausgeführt. Dazu müssen örtlich getrennt das Rohr soweit unterkühlt und das Fügeteil (Nocken oder Ring) soweit erwärmt werden, bis das für das zwangfreie Fügen erforderliche Fügespiel vorhanden ist. Da Nocken und Ringe massearme Teile sind, haben sie ein nur sehr kleines Energiespeichervermögen. Dadurch kommt es durch den Kontakt zwischen Fügeteil und Handhabewerkzeug beim Transport sowie zwischen Fügeteil und Rohr beim Fügen (dabei ist eine Berührung der zu verbindenden Teile unvermeidbar) zu Wärmeübergängen. Sie führen bei den langen zurückzulegenden Fügewegen der ersten Fügeteile dazu, dass kein Fügespiel mehr vorhanden ist und die Fügeteile entlang des Restweges aufgepresst werden müssen. Erforderliche Aufpresskräfte lassen sich nur dadurch vermeiden, dass man die Fügeteile zur Fügespielvergrößerung weit über das Normalmaß (ca. 240°C) hinaus erwärmt.
• Die Erfindung betrifft eine Maschine, die alle Verbindungen als Längspressverbindungen automatisiert fügt. Bei Längspressverbindungen werden die Fügeteile ohne Fügespiel kalt aufgepreßt. Hierzu sind zwar relativ große Aufpresskräfte im Streubereich der Passungen erforderlich, der technologische Aufwand zur Herstellung ist jedoch ungleich geringer als bei Querpressverbindungen.
Zu Fig. 1
• Die Maschine ist als asymmetrische Zweiständerpresse mit automatisierter Einzelteilbeschickung und Fertigteilentsorgung ausgebildet. Das Pressengestell besteht aus einer Grundplatte mit Füßen, dem Querhaupt und den die Grundplatte und das Querhaupt verbindenden 2 Führungssäulen für den Bär.
• Es tragen
  
• - die Grundplatte
  das gelagerte, druckfedergespannte Schrägbolzenfutter für die Rohraufnahme,
  den die Futterentspannung bewirkenden Kolben 1,
  den die Futter- bzw. Nockenposition einstellenden Servomotor M_Fu mit Schwenkbock und Untersetzungsgetriebe,
• - das Querhaupt
  die gelagerte Pressenspindel,
  den die Spindel über ein Untersetzungsgetriebe beaufschlagenden Servomotor M_Pr,
  den Kolben 2 zur Beaufschlagung des Zentrierbolzens,
  die Schachtmagazine zur Speicherung der Nocken und Ringe,
• - die Schachtmagazine
  die Zufiührgabeln der Fügeteile,
  die Kolben 3 und 4 zur Beaufschlagung der Zuführgabeln,
• - der Bär
  die Spindelmutter,
  die Matrize zur Aufnahme der Fügeteile.
• Es liegen die
  
• - Spindelachse mittig zwischen den Säulenachsen,
• - fluchtenden Achsen der Kolben 1 und 2 auf der Verbindungslinie der Achsen von Säule und Spindel.
• Die Untersetzungsgetriebe bestehen aus einer Paarung geradverzahnter Stirnräder, deren Flankenspiel über den schwenkbaren Motorbock durch eine Schraube eingestellt wird.
Zu Fig. 2
• Die Schachtmagazine sind durch Klemmverbindungen mit dem Querhaupt verbundene Rohre, deren
  
• - Mittenabstand von der Zentrierbolzenachse q ist,
• - erforderliche Länge durch die Länge der Nockenwelle bestimmt wird,
• - Innenprofil dem Außenprofil der Nocken bzw. der Ringe entspricht,
• - Spiel zwischen Innenprofil und Fügeteil nur so groß sein darf, dass ein einwandfreies Nachrutschen der Fügeteile nach dem Rückzug der Zuführgabel in die dargestellte Position erfolgen kann.
• Die Schienen der durch die Kolben 3 bzw. 4 beaufschlagten wälzgeführten Zufiührgabeln sind an den Schachtmagazinen durch Klemmverbindungen befestigt. Sie werden so eingestellt, dass sie in Höhe der Press-Ausgangsstellung stehen. Die Gabelköpfe sind fügeteilspezifisch gestaltet und auswechselbar. Sie werden so eingestellt, dass zur Vermeidung von Stößen zwischen Fügeteil und den Anschlägen in Matrize und Gabelkopf ein geringes Spiel bleibt.
• Liegt im Gabelkopf kein Fügeteil an, wird das sensorisch gemeldet und der Fügeprozeß unterbrochen.
Zu Fig. 3
• Die Matrize ist fügeteilspezifisch gestaltet und auswechselbar. Sie hat die Aufgaben,
  
• - die Lage der zugeführten Fügeteile zu sichern,
• - beim Fügen als Druckplatte zu dienen.
• Der Zentrierbolzen hat die Aufgaben,
  
• - Rohr und Fügeteil für das Fügen zu zentrieren,
• - die Rohrachse während des Fügens zu stabilisieren.
• Der Zentrierbolzen ist rohr- und fügeteilspezifisch ausgeführt und auswechselbar. Er ist mit Kolben 2 durch einen im Querhaupt wälzgeführten Stößel verbunden.
• Nach Einführung des Zentrierbolzens in Fügeteil und Rohr ist die Zuführgabel zurückzuziehen.
• Nach Abschluss jedes Fügevorgangs (Pressen und Eilrücklauf) wird der Zentrierbolzen zur Zuführung des nächsten Fügeteils zurückgezogen.
• Der Hub der Presse setzt sich zusammen aus
  
• - Zuführspiel zwischen Fügeteil und Matrize s_Zo in mm,
• - Zuführspiel zwischen Fügeteil und Rohr S_Zu in mm,
• - fügeteilspezifischem Pressweg s_Pr in mm.
• Die Summe der Zuführspiele s_Z = s_Zo + s_Zu ist für die Nocken und die Ringe möglichst gleich groß zu gestalten. Sie muss so groß sein, dass Kollisionen ausgeschlossen sind.
• Nach Fertigstellung der Nockenwelle wird der Bär zur Entsorgung und Zuführung des neuen Rohres in die Wechselstellung um den Weg s_W in mm (s. Fig. 1) zurückgefahren.
• Nach dem Spannen des Rohres wird der Bär wieder um s_W in die Press-Ausgangsstellung zur Zuführung des ersten Fügeteils vorgefahren.
• Es sind der Antriebsdrehwinkel des Motors für den
  
• - Futterantrieb
  
  α_anPu = i α_abFu in °,
  
• - Pressenantrieb
  
  
  wobei i die Übersetzungen der den Motoren nachgeschalteten Getriebe, α_abFU in ° der Winkel zwischen den aufeinander folgenden Nocken und P_h in mm die Spindelsteigung sind (z. B. i = 2, α_abFu = 120°, P_h = 10 mm). Bei den Ringen ist α_abFu = 0.
• α_abFu und der Hub sind für die jeweiligen Nocken und Ringe definierte Größen.
• α_anFu wird jeweils zu dem vorhergehenden Summenwinkel addiert.
• Die maximale Winkelabweichung der Servomotoren beträgt Δα_an = 0,1°.
Die Hilfsverrichtungen
• - Öffnen des Futters,
• - Vorschieben und Zurückziehen des Zentrierkolbens,
• - Vorschieben und Zurückziehen der Zuführgabel
• sind pneumatisch oder hydraulisch ausführbar.
• Die Koordinierung der elektromotorisch und der durch Kolben erzeugten Bewegungen erfolgt durch einen Steuerrechner. Den Operationsablauf beschreibt Fig. 4.
• Eine Operation kann erst eingeleitet werden, wenn die Bewegungsendlage der vorhergehenden Operation durch den Endlagensensor gemeldet wird.
• Zur Einsparung von Hilfszeiten sind die Operationen
  
• - Einstellen des Futterwinkels α_anFU, und Zuführung des Fügeteils,
• - Zurückziehen des Zentrierbolzens, Eilrücklauf und Zurückfahren des Bärs in die Wechselstellung nach Fertigstellung der Nockenwelle
gleichzeitig ausführbar.
• Das Füllen der Schachtmagazine sowie das Bestücken und Entsorgen des Futters kann von Hand und automatisiert erfolgen. Die Handarbeit ist nicht nur billiger, sondern geht in diesem Fall auch schneller.
• Die erreichbare Genauigkeit des Nockenabstandes ist von der realisierten Steife des Maschinengestells abhängig.
• Die Bemessung des Gestells und der Antriebe erfolgt für den jeweils vorgesehenen Nockenwellen- Größenbereich und den dafür erforderlichen Aufpresskraft-Größenbereich.

Claims (3)

1. Maschine zum automatischen Fügen gebauter Nockenwellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie
als asymmetrische Zweiständerpresse aufgebaut ist und dadurch axial besonders klein baut,
wahlweise 2 Fügeteilformen verarbeiten kann,
weitestgehend beliebig geformte Fügeteile speichern und definiert zuführen kann.

2. Schachtmagazin, dadurch gekennzeichnet, dass
seine äußere Form kreisförmig ist und dadurch eine ideale Spannbasis für Klemmverbindungen oder andere zylindrisch spannende Verbindungsarten ist,
es axial und tangential beliebig spannbar ist,
sein Schacht mit beliebigen Innenkonturen ausgeführt werden kann,
seine Länge sehr gut anpassbar ist.

3. Kombination Matrize-Gabelkopf-Zentrierbolzen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Matrize von 2 Seiten mit unterschiedlich geformten Fügeteilen bestückt werden kann,
die Matrize zugleich Druckplatte ist,
die Kombination Matrize-Gabelkopf das Fügeteil vorzentriert und seine tangentiale Lage sichert,
der Gabelkopf die waagerechte Lage des Fügeteils zur Einführung des Zentrierbolzens sichert,
der vordere Zentrierzylinder des Zentrierbolzens auch als Zentrierspitze ausgeführt werden kann und dann auch zur Zentrierung von Wellen nutzbar ist,
der Zentrierbolzen nicht nur zentrierend sondern auch stützend wirkt.