DE10161817A1

DE10161817A1 - Fügeeinrichtung

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Publication number: DE10161817A1
Application number: DE10161817A
Authority: DE
Original assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Current assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Offenbart ist eine Fügeeinrichtung zum Fügen von Werkstücken, die zuvor in einer Trennstation, vorzugsweise einer Bruchtrennstation, in Werkstückteile getrennt sind und beim Fügen mit einer Schwingung beaufschlagbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fügeeinrichtung zum Fügen von Werkstücken nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Patentanspruch 8.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist dabei die Verschraubung von bruchgetrennten Werkstückteilen. Der Vorteil des Bruchtrennens besteht darin, daß sich eine Mikro- und Makroverzahnung zwischen den Bruchflächen der Werkstückteile ausbilden, die ein passgenaues Zusammenfügen ermöglichen, wodurch aufwendige Nacharbeiten entfallen.
Ein Nachteil der Mikro- und Makroverzahnung ist jedoch, daß sich bei einem sich anschließendem Fügevorgang, zum Beispiel einer Verschraubung, einzelne Partikel der Verzahnungen der gegenüberliegenden Bruchflächen verhaken, so daß ein späteres einfaches Lösen der Verbindung nicht möglich ist. Dadurch können Defekte in den Bruchflächen entstehen, die dem weiteren Einsatz der Werkstücke gefährden. Des Weiteren zeigen sich im Betrieb Setzerscheinungen der gefügten Werkstückteil, so daß nicht nur eine Verkürzung der Lebenserwartung dieser Werkstücke, sondern ebenfalls der Bauteile zu erwarten ist, in der die Werkstücke eine Funktion erfüllen.
Eine bekannte Lösung (WO 01/28716 A1) zeigt ein Werkstückteil nach dem Bruchtrennen mit einer Vibration zu beaufschlagen, wobei bei jeder Hin- und Herbewegung dieses Werkstückteils ein leichter Kontakt mit den gegenüberliegenden Bruchflächen des korrespondierenden Werkstückteils hergestellt wird, so daß die Verzahnungen ineinander greifen und die losen bzw. gelockerten Partikel aus den Bruchflächen gerissen werden.
Nachteilig an dieser Lösung ist, daß beim Herauslösen der gelockerten Partikel kein Setzverhalten der Verbindung simuliert wird. Somit werden bevorzugt die Partikel aus den Bruchflächen entfernt, die sich in einem oberflächlichen gelockerten Zustand befinden. Dabei hat es sich gezeigt, daß durch derartig behandelte Bruchflächen ein Verhaken im späteren Betrieb nicht gänzlich vermeidbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügeeinrichtung zum Fügen von Werkstücken und ein Verfahren zu schaffen, die die genannten Nachteil beseitigen und so verbesserte Bruchflächen sowie eine verbesserte Fügeverbindung herstellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Fügeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung, insbesondere zum Fügen von geteilten Lagersitzen von Pleueln, wird zeitgleich oder zeitversetzt zu einer Verschraubung eine Schwingung auf das Werkstück aufgebracht.
Die Fügeeinrichtung weist eine Spreizeinrichtung mit einen in den Lagersitz einfahrbaren Dorn auf. Der Dorn hat zumindest eine feststehende Spreizbacke und eine in Radialrichtung bewegbare Spreizbacke, die den in Fügerichtung verschiebbaren Lagerteil sowohl mit einer Spreizkraft, die entgegen der Fügerichtung wirkt, als auch zeitgleich oder zeitversetzt senkrecht zur Bruchtrennebene mit einer Schwingung beaufschlagt.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der die bewegbare Spreizbacke nahe des Lagersitzes schwenkbar um eine Achse parallel zur Bruchtrennebene. Dabei wird die Spreizkraft über einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder an dem des Pleuels entgegengesetzten bewegbaren Spreizbackenende erzeugt und die Schwingung über eine Schwingeinrichtung, die in einem Abschnitt zwischen der Schwenkachse und dem Zylinder an der bewegbaren Spreizbacke angreift. Durch das Fügen des Lagersitzes und die damit verbundene Kontaktierung der bruchgetrennten Lagerteile breitet sich die Schwingung auf den gesamten Lagersitz aus und regt diesen entsprechend der angelegten Schwingungsfrequenz an.
Die Ansteuerung der Schwingeinrichtung zur Erzeugung der dynamischen Kraft kann über ein elektrodynamisches, elektrohydraulisches, piezoelektrisches und elektromagnetisches Element erfolgen. Dabei befindet sich die Frequenz der aufgebrachten Schwingungen vorzugsweise nahe der Eigenfrequenz des Werkstücks.
Die Verschraubung hat einen vorbestimmten Drehmomentenverlauf, wobei ein wiederholtes Lösen und Anziehen der Schrauben erfolgt. Dabei hat es sich gezeigt, daß besonders gute Ergebnisse zu erzielen sind, wenn das Drehmoment gesteigert wird. Die Frequenz der Schwingung wird in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz des eingespannten Werkstücks und des Drehmoments des zu fügenden Lagersitzes gewählt.
Der Vorteil der Überlagerung des Drehmoments zur Verschraubung mit einer Schwingung besteht neben dem effektiven Enthaken der Bruchflächen darin, daß ein Setzverhalten der Verbindung simuliert wird, das Aufschlüsse über den Zustand der Werkstücke - in Ordnung oder defekt - gibt. Dabei sind die Defekte nicht nur frühzeitig erkennbar, sondern ebenfalls nach ihrer Ausprägung unterscheidbar. Somit ist es beispielsweise möglich, sogenannte Sekundärrißstellen rechtzeitig durch eine gesonderte Behandlung, zum Beispiel erneutes Brechen, zu entfernen.
Des Weiteren wird durch das erfindungsgemäße Fügen ein späteres Setzen der Verbindung nahezu vermieden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß bei einer Verschraubung, bei der zeitgleich eine entsprechende Schwingung aufgebracht wird, ein kleineres Drehmoment notwendig ist, als wenn keine Schwingung erzeugt wird. Somit wird bei einem kleineren Drehmoment die gleiche Wirkung, d. h. Lösen von gelockerten Partikeln in den Bruchflächen, erzielt.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, die bewegliche Spreizbacke über eine Anschlageinrichtung, die parallel zur Bruchtrennebene und diametral an der beweglichen Spreizbacke angeordnet ist, in seiner Pendelbewegung senkrecht zur Bruchtrennebene zu begrenzen.
Eine derartige Anschlageinrichtung ist insofern vorteilhaft, als daß bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Anschlageinrichtung zum Beispiel mit je einem elektrischen Schalter an gegenüberliegenden Kontaktflächen zwischen der bewegbaren Spreizbacke und der Anschlageinrichtung, Hubbewegungen des hydraulischen oder pneumatischen Zylinders und somit die Pendelbewegung der bewegbaren Steuerbacke einstellbar sind/ist.
Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, auf der der bewegbaren Spreizbacke gegenüberliegenden Lagerdeckelseite radial eine Rückführeinrichtung anzuordnen. Die Rückführeinrichtung ist an der bewegbaren Spreizbacke befestigt und bevorzugterweise bügelförmig ausgebildet.
Die Rückführeinrichtung eignet sich besonders zum Führen des für das Reinigen der Bruchflächen nach dem Bruchtrennen abgehobenen Lagerdeckel zurück in Richtung des Lagerbettes.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird das Pleuel über eine Fixierdorn auf einem Werkzeugtisch aufgespannt. Der Dorn der Fügeeinrichtung fährt in den Lagersitz ein, wobei unter Ansteuern des hydraulischen oder pneumatische Zylinders über die bewegbare Spreizbacke eine Spreizkraft an dem Lagersitz aufgebracht. Anschließend wird über den bewegbare Spreizbacke eine Schwingung auf den Lagersitz übertragen und der Lagersitz gefügt. Dabei wird einer ersten Verschraubung eine zweite Verschraubung angeschlossen, wobei zwischen den Verschraubungen die Bruchflächen über eine Ausblasstation gereinigt werden. Vorteilhafterweise ist die Ausblasstation in der Schwingeinrichtung integriert. Abschließend erfolgt die Prüfung des Fügesitzes, in der ein radialer und axialer Versatz gemessen wird. Parallel zu der Verschraubung werden die Lagersitze auf Defekte kontrolliert, so daß die schadhaften Lagersitze nachgearbeitet oder aussortiert werden.
Es ist ebenfalls vorstellbar, bei den einzelnen Verschraubungen die Verbindung derartig zu lösen, daß aufeinanderfolgend geschraubt und gereinigt wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den nachfolgenden schematischen Darstellung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Sicht auf eine erfindungsgemäße Fügeeinrichtung mit eingespanntem Pleuel,
Fig. 2 ein Schnittbild einer Seitenansicht der Fügeeinrichtung mit eingespanntem Pleuel,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines in einen Lagersitz eingefahrenen Dorns,
Fig. 4 ein Schnittbild gemäß Fig. 2 mit einer Anschlageinrichtung und einer Rückführeinrichtung und
Fig. 5 eine Draufsicht gemäß Fig. 3 mit einer Rückführeinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Sicht auf eine erfindungsgemäße Fügeeinrichtung 2 zum Fügen von Werkstücken 4 mit einer Spreizeinrichtung 6 und einer Schwingeinrichtung 8. Zur Verdeutlichung der Lagerung dieser Elemente 4, 6, 8 ist in Fig. 2 ein Schnittbild einer Seitenansicht der Fügeeinrichtung 2 dargestellt.
Das Werkstücke 4 ist zuvor in einer Trennstation, vorzugsweise einer Bruchtrennstation, entlang einer Bruchtrennebene 27, in Werkstückteile 10, 12, insbesondere in einen Lagerbett 10 und einen Lagedeckel 12 eines Lagersitzes 14, getrennt worden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 4 ein Pleuel, jedoch sind ebenfalls bei entsprechender konstruktiver Bauweise der Fügeeinrichtung 2 auch andere bruchgetrennte Werkstücke, wie Lagersitze 14 von Kurbelwellengehäusen oder Gelenkwellen, zu fügen.
Die Spreizeinrichtung 6 hat einen in den Lagersitz 14 des Pleuels 4 einfahrbaren Dorn 16 und einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder 18 zur Erzeugung einer Spreizkraft FS.
Der Dorn 16 weist eine feststehende Spreizbacke 20 und eine radial bewegbare Spreizbacke 22 auf. Die bewegbare Spreizbacke 22 ist um eine Schwenkachse 24 schwenkbar, die quer zur Einfahrtrichtung in den Lagersitz 14 in einem flanschförmigen Endabschnitt 26 der feststehenden Spreizbacke 20 ausgebildet ist. Die Ausrichtung des Pleuels 4 in der Fügeeinrichtung 2 ist dabei so zu wählen, daß die Schwenkachse 24 parallel zur Bruchtrennebene 27 des Lagersitzes 14 verläuft. Die bewegbare Spreizbacke 22 taucht derart in eine sich über die gesamte Länge verlaufende Längsnut 28 der feststehenden Spreizbacke 20 ein, so daß insbesondere nur eine Druckfläche 30 eines hakenförmig ausgebildeten Endabschnitt 31 zur Beaufschlagung des Lagersitzes 14 mit der Spreizkraft FS und mit einer Schwingung in Radialrichtung aus der Längsnut 28 herausragt. Der flanschförmige Endabschnitt 26 der feststehenden Spreizbacke 20 geht in einen zylindrischen Mittelabschnitt 32 über, dem sich ein konusartiger Endabschnitt 34 anschließt. Bei dem in den Lagersitz 14 eingefahrenen Dorn 16 wird der zylindrische Mittelabschnitt 32 der feststehenden Spreizbacke 20 von dem Lagerbett 10 und die Druckfläche 30 der bewegbaren Spreizbacke 22 von dem Lagerdeckel 12 derart umgriffen, daß beim Spreizen des Dorns 16 über die Druckfläche 30 die Spreizkraft FS aufgebracht wird, die senkrecht zur Bruchtrennebene 27 gegen einen Abschnitt 36 der Innenumfangsfläche 38 des Lagerdeckels 12 wirkt.
Der Zylinder 18 ist über ein Drehelement 49 an einer Konsole 47 gelagert und mit seiner Kolbenstange 42 mit der bewegbaren Spreizbacke 22 verbunden. Dabei ist Kolbenstange 42 schwenkbar um eine Verbindungsachse 46 parallel zur Schwenkachse 24 in einer Ausnehmung 50 in dem der Druckfläche 30 gegenüberliegenden Endabschnitt 44 der bewegbaren Spreizbacke 22 geführt.
Durch den großen Abstand zwischen der Schwenkachse 24 und der Verbindungsachse 46 im Verhältnis zum kurzen Abstand zwischen der Schwenkachse 24 und der Druckfläche 30 der bewegbaren Spreizbacke 22 entsteht ein für den Zylinder 18 sehr günstiges Übersetzungsverhältnis, so daß der Zylinder 18 vergleichsweise klein ausgelegt werden kann.
Die Schwingeinrichtung 8 ist auf einem mittleren Abschnitt 64 der bewegbaren Spreizbacke 22 über eine Schrauben 66 lösbar befestigt, wobei sie sich in entgegengesetzter Richtung zum Zylinder 18 erstreckt. Jedoch sind auch andere Ausrichtungen der Schwingeinrichtung 8 zum Zylinder 18 vorstellbar. Dabei bestimmt wie schon beim Zylinder 18 zur Aufbringung der Spreizkraft FS unter anderem der Abstand der Schwenkachse 24 zur Befestigungsposition der Schwingeinrichtung 8 die dynamische Kraft, die während des Fügens auf den Lagerdeckel 12 aufzubringen ist. Die dynamische Kraft wird mittels eines elektrodynamischen, elektrohydraulischen, piezoelektrischen oder elektromagnetischen Elements 68 der Schwingeinrichtung 8 erzeugt. Diese versetzt die bewegbare Spreizbacke 22 in Hin- und Herbewegungen senkrecht zur Bruchtrennebene 27, die dieser in Form von Schwingungen an den Lagerdeckel und somit an den Lagersitz 14 und das gesamte Pleuel 4 weiterleitet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das eingespannte Pleuel 4 derart angeregt wird, daß es nahe seiner Eigenfrequenz schwingt, um so selbst bereits feinste aufgetretene Risse in der Makrostrutkur der Bruchflächen 70 durch selbstständiges Rißwachstum weiterzubilden und die entsprechend gelockerten Partikel aus den Bruchflächen 70 herauszulösen.
Des Weiteren verfügt die Fügeeinrichtung 2 über einen vorzugsweise als Zylinder ausgebildeten Niederhalter 56 oberhalb eines mittleren Abschnitts 62 des eingespannten Pleuels 4, der Pleuelstange, der derart ausgelegt ist, daß das Pleuel 4 beim Abheben der Fügeeinrichtung nach dem Fügen gegen ein Prallelement 58 gedrückt wird, bis der Dorn 16 und der Zentrierdorn 52 aus den zugehörenden Pleuelaugen 14, 54 herausgefahren sind. Dadurch bleibt das Pleuel 4 in seiner Lage fixiert und wird nicht vom Werkzeugtisch abgehoben. Ein Abheben des Pleuels 4 vom Werkzeugtisch kann vornehmlich dann passieren, wenn beim Abheben der Fügeeinrichtung 2 die Dorne 16, 52 an den Innenumfangsflächen 38 haften bleiben, zum Beispiel durch Verunreinigungen.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines in einen Lagersitz 14 eingefahrenen Dorns 72. Dabei ist die feststehende Spreizbacke 74 an einem Abschnitt 75 seines Außenumfangs 77 derart abgeflacht, daß der Lagerdeckel 12 nur nahe der Bruchflächen 70 gestützt wird. Die Abflachung 76 kann durch einen entsprechend ausgebildeten Hohlschliff ersetzt werden.
Die Abflachung 76 ist insofern vorteilhaft, als daß dadurch die Schwingungen konzentriert dort in das Pleuel 4eingeleitet werden, wo ihr Effekt ausgenutzt werden soll. D. h. es wird eine konzentrierte Schwingungseinleitung an den Bruchflächen 70 erreicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) sieht vor, die Spreizkraft FS und die Schwingungen nicht über einen eigenen Dorn 16 auf den Lagersitz 14 zu übertragen, sondern über den Spreizdorn der Bruchtrennstation. Der Spreizdorn ist axial in den von ihm geteilten Lagersitz 14 eingefahren und überträgt über zumindest eine radial bewegbare Spreizbacke, die Spreizkraft FS und die Schwingungen auf den Lagersitz, wobei eine feststehende Spreizbacke die stützende und aufspannende Aufgabe der feststehenden Spreizbacke des Dorns 16 übernimmt. Dabei ist die Schwingeinrichtung 8 direkt an dem Spreizdorn gelagert.
Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht in einer Reduzierung notwendiger Bearbeitungsstationen. So kann in diesem Fall die Bruchtrennstation nicht nur zum Bruchtrennen verwandt werden, sondern ebenfalls als Element der Fügeeinrichtung 2.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung 2 mit einer Anschlageinrichtung 82 und einer Rückführeinrichtung 84. Die beiden Einrichtungen 82, 84 sind selbstverständlich auch getrennt voneinander an der Fügeeinrichtung 2 anordbar.
Die Anschlageinrichtung 82 weist zumindest zwei Anschläge 86, 88 auf, die mit ihren Kontaktflächen 90, 92 parallel zur Bruchtrennebene ausgerichtet und diametral zueinander radial außerhalb der bewegbaren Spreizbacke 22 gelagert sind. D. h. die bewegbare Spreizbacke 22 ist zumindest abschnittsweise umgriffen, wobei über die Anschläge 86, 88 eine Pendelbewegung bzw. Schwenkwinkel 91, 92 der bewegbaren Spreizbacke 22 begrenzt ist/sind. Aus Gründen eines vereinfachten Zugangs zur Anschlageinrichtung 84 ist sie vorteilhafterweise zwischen dem Zylinder 18 und dem Element 68 angeordnet. Dabei kann die Anschlageinrichtung 84 verschiedene Funktionen übernehmen. Zur Verdeutlichung sind im drei dieser Funktionen näher erläutert.
So ist es vorstellbar, die Anschläge 86, 88 als rein mechanische Begrenzungen für eine Pendelbewegung der bewegbaren Spreizbacke 22 zu verstehen, so daß fehlerhafte zu große Hubbewegung des hydraulischen oder pneumatischen Zylinders 18 nicht an die bewegbare Spreizbacke 22 weitergegeben werden und somit durch eine unerwartete maximale Schwingungsamplitude keine Schädigung der Bruchflächen 70 auftritt.
Es ist ebenfalls vorstellbar, die Kontaktflächen 90, 92 mit Schaltern zu versehen, so daß die Hubbewegung des Zylinders 18 über den jeweiligen Kontakt der bewegbaren Spreizbacke 22 mit den Kontaktflächen 90, 92 durch maximale Pendelbewegungen gesteuert wird.
Des Weiteren ist es vorstellbar, die Kontaktflächen 90, 92 derart mit elektrischen Schaltern zu versehen, daß eine Ansteuerung des Zylinders 18 dann unterbrochen wird, wenn die bewegbare Spreizbacke 22 bei einem maximalen Ausschlag bzw. Schwenkwinkel φ1, φ2 einen der Schalter berührt.
Andere Ausführungsbeispiele sehen vor, die Anschlageinrichtung 82 beispielsweise in elektromagnetischer oder optischer Art und Weise auszuführen. D. h. die Anschläge 86, 88 werden durch entsprechende von geeigneten Elementen ausgesendete Felder bzw. Signale ersetzt, so daß beim Kreuzen der Felder bzw. Signale die gleiche Wirkung erzielbar ist wie bei einer mechanische Anschlageinrichtung 82.
Die Rückführeinrichtung 84 ist vorzugsweise bügelförmig ausgebildet und derart an der bewegbaren Spreizbacke 22gelagert, daß sie bei auf dem Lagerbett 10 aufsitzenden Lagerdeckel 12 radial etwas von dem Lagerdeckel 2 senkrecht zur Bruchtrennebene 27 beabstandet ist. Idealerweise ist die Rückführeinrichtug 84 mit ihrer Druckfläche 94 diametral zum hakenförmigen Endabschnitt 31 der bewegbaren Spreizbacke 22 positioniert (Fig. 5), wobei sie sich über die gleichen radialen Abmessungen erstreckt. Des Weiteren ist die Rückführeinrichtung 84 so ausgebildet, daß die Schrauben 80 beim Fügen des Lagersitzes 14 für eine Verschraubungsstation (nicht dargestellt) frei zugänglich sind. Bevorzugterweise ist die Druckfläche 94 entsprechend dem konvexen Umfang des Lagerdeckels 12 konkav ausgebildet.
Der Vorteil einer derartigen Rückführeinrichtung 84 besteht darin, daß der zum Reinigen der Bruchflächen 70 durch das Ansteuern der bewegbaren Spreizbacke 22 vom Lagerbett 10 abgehobene Lagerdeckel 12 automatisch durch eine Bewegung der bewegbaren Spreizbacke 22 zurück in Richtung Lagerbett 10 mitgeführt wird. Somit wird der Lagerdeckel 12 richtig auf dem Lagerbett 10 aufgesetzt, so daß zum Beispiel ein Verkanten der Schrauben 80 beim Fügen des Lagersitzes 14 durch schräg zur Bruchtrennebene ausgerichtete Lagerdeckel 14 verhindert wird.
Eine Kombination der Rückführeinrichtung 84 mit der Anschlageinrichtung 82 sieht vor, bei einer Abhebung des Lagerdeckels 14 vom Lagerbett 12 die Pendelbewegung der bewegbaren Spreizbacke 22 durch den Anschlag 92 zu begrenzen. Somit ist der Lagerdeckel 14 in einem definierten Abstand von dem Lagerbett 12 beispielsweise zum Reinigen der Bruchflächen 70 beabstandbar, ohne das es einer aufwendigen Ansteuerung des Zylinders 18 bzgl. seiner Hubbewegung bedarf.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Pleuel über einen Zentrierdorn 52 in seinem kleinen Auge 54 auf dem Werkzeugtisch zentriert oder lagefixiert. Anschließend fährt der Dorn 16 in den Lagersitz 14 ein und der Lagersitz 14mittels zwei mit je einem Drehmoment, vorzugsweise maximal 200 Nm, beaufschlagte Schrauben 80 gefügt, bis eine leichte Erstkontaktierung zwischen den Bruchflächen 70 des Lagerbetts 10 und des Lagersitzes 12 erfolgt. Dabei werden weder eine Spreizkraft FS noch Schwingungen auf den Lagersitz 14 aufgebracht. Durch eine optische Fügeüberwachung der Erstkontaktierung werden schadhafte Lagersitze 14 frühzeitig erkannt und entweder in Nacharbeit behoben oder aussortiert.
Die nach dieser Erstkontaktierung nicht schadhaften Lagersitze 14 werden mit der Spreizkraft FS und zeitgleich oder zeitversetzt mit einer Schwingung über die bewegbare Spreizbacke 22 beaufschlagt. Die Verschraubung wird fortgeführt, wobei das Lagerbett 10 und der Lagerdeckel 12 über einen vorbestimmten Drehmomentenverlauf der Schrauben 80, die synchron und wiederholt angezogen und gelöst werden gefügt werden. Dabei sind prinzipiell drei verschiedene Verfahrensvarianten vorstellbar.
Die erste Verfahrensvariante sieht vor, das Lagerbett 10 und den Lagerdeckel 12 wie vorbeschrieben in einer ersten Verschraubung (Vorverschraubung) zu fügen, wobei das Anzugsmoment der Schrauben gesteigert wird. Ist ein vorbestimmtes Setzverhalten des Lagersitzes 14 erreicht, wird der Lagersitz 4 über ein Lösen der Schrauben 80 derart getrennt, daß das Lagerbett 10 und der Lagerdeckel 12 voneinander abhebar sind, so daß die Bruchflächen 70 mit einer Ausblasstation, vorzugsweise Luftdüsen, von gelockerten Partikel gereinigt werden können. Vorteilhafterweise ist die Ausblasstation in die Fügeeinrichtung 2 integriert. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Bruchflächen 70 über das Aufbringen einer Schwingung durch die Schwingeinrichtung 8 von den gelockerten Partikeln zu befreien. Nach dem Reinigen der Bruchflächen 70 wird der Lagersitz 4 in einer zweiten Verschraubung (Endverschraubung) derart erneut gefügt, daß die Bruchflächen 70 zueinander lagefixiert sind und somit nicht beschädigt werden können. Dabei kann das Endverschrauben sowohl mit oder ohne Aufbringen einer Spreizkraft oder Einbringen einer Schwingung erfolgen.
Die zweite Verfahrensvariante sieht nach der Erstkontaktierung der Bruchflächen vor, das Lagerbett 10 und den Lagerdeckel 12 abwechselnd zu fügen und zu reinigen, so daß sich die Schritte Aufbringung Spreizkraft FS, Aufbringung Schwingung, Anziehen, Lösen, Reinigen der Bruchflächen bis zur Einstellung des vorbestimmten Setzverhalten des Lagersitzes 14 wiederholen. Dabei kann ebenfalls eine Anzugsmomentensteigerung vorgesehen sein.
Der Vorteil besteht darin, daß sich bereits gelöste Partikel nicht negativ auf die Bruchflächen 70 und somit auf den Lagersitz 14 auswirken.
Die dritte Vefahrensvariante sieht vor, das Lagerbett 10 und den Lagerdeckel 12 in einer ersten Verschraubung ohne Beaufschlagung mit einer Schwingung zu fügen (Vorverschraubung). Nach Erreichen eines definierten Setzverhaltens wird der Lagersitz 14 mit einer Schwingung beaufschlagt. Anschließend werden die Schrauben 80 gelöst und die Bruchflächen 70 von den gelockerten Partikeln gereinigt. Abschließend erfolgt ein erneutes Verschrauben (Endverschrauben) mit oder ohne Beaufschlagung einer Schwingung.
Die Frequenz der Schwingung richtet sich nach dem Drehmoment der Schrauben und nach der Resonanzfrequenz des eingespannten Pleuels 4. Vorteilhaft ist es, das eingespannte Pleuel 4 derart anzuregen, daß selbst feinste Risse in den Bruchflächen 70 wachsen, so daß möglichst viele gelockerte Partikel aus den Bruchflächen 70 herausgelöst werden.
Parallel zur Verschraubung erfolgt eine komplexe Fügeüberwachung, bei der ein radialer und axialer Ist-Versatz des Lagersitzes in Abhängigkeit zum Anzugsmoment der Schrauben 80in einem Ist-Winkelmaß ausgegeben wird und mit einem Soll- Winkelmaß verglichen wird. Anhand der Abweichung von dem Istzum Soll-Winkelmaß lassen sich schadhafte Lagersitze 14 und die Art des Defektes erkennen und, wie schon bei der Erstkontaktierung, entweder durch Nacharbeit beheben oder aussortieren.
Somit wird ein Lagersitz 14 hergestellt, der durch die entfernten gelockerten Partikel kein gegenseitiges Verhaken des Lagerbetts 10 und des Lagerdeckels 12 erlaubt, wodurch ein leichtgängiges Abheben des Lagerdeckels 12 ermöglicht wird. Des Weiteren ist es vorteilhaft, daß selbst kleinste schadhafte Stellen an dem Lagersitz 14 frühzeitig erkannt und entsprechend bearbeitet werden können, wodurch die Lebensdauer des Lagersitzes 14 im Vergleich zu herkömmlich gefertigte Lagersitzen erheblich verlängert wird.
Offenbart ist eine Fügeeinrichtung zum Fügen von Werkstücken, die zuvor in einer Trennstation, vorzugsweise einer Bruchtrennstation in Werkstückteile getrennt sind, und beim Fügen mit einer Schwingung beaufschlagbar sind. Bezugszeichenliste 2 Fügeeinrichtung
4 Werkstück (Pleuel)
6 Spreizeinrichtung
8 Schwingeinrichtung
10 Lagerbett
12 Lagerdeckel
14 Lagersitz
16 Dorn
18 Zylinder
20 feststehende Spreizbacke
22 bewegbare Spreizbacke
24 Schwenkachse
26 flanschförmiger Endabschnitt
27 Bruchtrennebene
28 Längsnut
30 Druckfläche
31 hakenförmiger Endabschnitt
32 zylindrischer Mittelabschnitt
34 konusartiger Endabschnitt
36 Abschnitt
38 Innenumfangsfläche
42 Kolbenstange
44 Endabschnitt
46 Verbindungsachse
47 Konsole
49 Drehelement
50 Ausnehmung
52 Zentrierdorn
54 kleines Auge
56 Zylinder
58 Prallelement
60 Kolbenstange
62 mittlerer Abschnitt (Pleuelstange)
64 mittlerer Abschnitt
66 Schraube
68 Element
70 Bruchfläche
72 Dorn
74 feststehende Spreizbacke
75 Abschnitt
76 Abflachung
77 Außenumfang
80 Schraube
82 Anschlageinrichtung
84 Rückführeinrichtung
86 Anschlag
88 Anschlag
90 Kontaktfläche
92 Kontaktfläche
94 Druckfläche

Claims

1. Fügeeinrichtung (2) zum Fügen von Werkstücken (4), die zuvor in einer Trennstation, vorzugsweise einer Bruchtrennstation, in Werkstückteile (10, 12) getrennt sind, mit einer Spreizeinrichtung 6 zum Erzeugen einer Spreizkraft FS und mit einer Verschraubungsstation zum Verschrauben der Werkstücke, gekennzeichnet durch eine Schwingeinrichtung (8) zur Beaufschlagung des Werkstücks (4) mit Schwingungen, wobei die Schwingungen beim Fügen auf das Werkstück (4) aufgebracht werden.

2. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügeinrichtung (2) einen Dorn mit einer bewegbaren Spreizbacke (22) und einer feststehenden Spreizbacke (20) hat, wobei die bewegbare Spreizbacke (22) schwenkbar an der feststehende Spreizbacke (20) gelagert ist.

3. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingeinrichtung (8) zur Erzeugung der Schwingungen ein elektrodynamisches oder ein elektrohydraulisches oder ein piezoelektrisches oder ein elektromagnetisches Element (68) hat.

4. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizeinrichtung (6) die Spreizkraft FS über die Ansteuerung eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders erzeugt.

5. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizkraft FS über die gleiche Druckfläche (30) wie die Schwingungen auf das Werkstück (4) aufgebracht wird.

6. Fügeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Spreizbacke (74) eine derartig ausgebildete Abflachung (76) am Außenumfang (77) hat, daß sie nur im Randbereich der Bruchflächen (70) das Werkstück (4) berührt.

7. Fügeeinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizkraft FS und die Schwingung senkrecht zur Bruchtrennebene (27) in das Werkstück (4) einleitbar sind.

8. Fügeeinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pendelbewegung der bewegbaren Spreizbacke (22) durch eine Anschlageinrichtung (82) begrenzt ist.

9. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (82) zumindest zwei senkrecht zur Bruchtrennebene (27) und diametral zueinander radial um die bewegbare Spreizbacke (22) angeordnete Anschläge (86, 88) hat.

10. Fügeeinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Spreizbacke (22) mit einer Rückführeinrichtung (84) versehen ist, so daß daß der vom Lagerbett (10) senkrecht zur Bruchtrennebene (31) abgehobene Lagerdeckel (12) bei einer Bewegung der bewegbaren Spreizbacke (22) in Richtung des Lagerbett (10) mitführbar ist.

11. Verfahren zum Fügen von Werkstücken (4), wobei beim Fügen eine Schwingung an das Werkstück (4) angelegt wird, mit den Schritten:

a) Einfahren eines Dorns (16)in den Lagersitz (14),

b) Vorverschauben der getrennten Werkstückteile (10, 12) bei zeitgleicher oder zeitversetzter Beaufschlagung des Werkstücks (4) mit einer Schwingung und/oder bei Entgegenwirkung einer gegen die Fügerichtung wirkende Spreizkraft FS,

c) Lösen der Fügeverbindung (14)

d) Reinigen der Bruchflächen (70), vorzugsweise durch Ausblasen, und/oder durch erneutes Aufbringen einer Schwingung,

e) optional Wiederholen zumindest einer der unter b), c),

f) genannten Schritte und

g) Endverschrauben der Werkstücke (4).

12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Anziehen die Werkstückteile (10, 12) getrennt und vorzugsweise durch Ausblasen und/oder Aufbringen einer Schwingung gereinigt werden, bis ein vorbestimmtes Setzverhalten erreicht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß schadhafte Werkstücke (4) aussortiert und/oder nachgearbeitet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das eingespannte Werkstück (4) nahe seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen gebracht wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen nahe der Bruchflächen (70) in das Werkstück (4) einleitet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzugsmoment zum Verschrauben der Werkstückteile (10, 12) wirkt, das einen steigenden Drehmomentenverlauf hat.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximaler Drehmomentenwert von 200 Nm aufgebracht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen in ihren Frequenzen, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Drehmomentenverlauf des Anzugsmoment, verändert werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pendelbewegung der bewegbaren Spreizbacke (22) durch ein Berühren einer Anschlageinrichtung (82) mit der bewegbaren Spreizbacke (22) begrenzt wird.

20. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Lagerbett (10) senkrecht zur Bruchtrennebene (31) abgehobener Lagerdeckel (12) bei einer Bewegung der bewegbaren Spreizbacke (22) in Richtung des Lagerbetts (10) über eine Rückführeinrichtung (84), die vorzugsweise an der bewegbaren Spreizbacke (22) befestigt ist, mitgeführt wird.