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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere ein Verfahren zum Deassemblieren und optional Assemblieren einer Welle und eines Wälzlagers und betrifft ferner ein System aus einer Welle, einem Wälzlager und einem deaktivierbaren Klebstoff.
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Lager, wie etwa Wälzlager, können auf einer Welle bzw. einem Schaft auf verschiedene Weisen fixiert werden. Ein Beispiel ist eine Presspassung bzw. Presssitz. Eine solche Presspassung erfordert eine große Montagemühe, da die Welle im Durchmesser ein wenig größer ist als der Innenring des Lagers. Normalerweise wird das Montieren durch Anwenden einer großen axialen Kraft oder durch Expandieren des Innenringes des Lagers durch Aufheizen durchgeführt. Wenn solch ein montiertes Lager nach einiger Betriebszeit demontiert werden soll, kann die dazu erforderliche axiale Kraft mehrere Male höher sein als die zum Assemblieren erforderliche Kraft. Häufig ermöglicht erst eine Zerstörung des Lagers bzw. der Welle ein Deassemblieren.
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Eine andere Option eines Fixierens bzw. Montierens eines Wälzlagers auf eine Welle ist die Benutzung einer konusförmigen Hülse. Hierbei sind zusätzliche Teile erforderlich, welche sehr kostenintensiv sind und zusätzlichen Raumbedarf haben. Hierbei muss entweder die Welle etwas kleiner oder das Lager etwas größer ausgewählt werden, im Vergleich zu der Presspassung. Die abgeschrägte bzw. konusförmige Hülse kann dann zur Fixierung zwischen den Ring des Lagers und Außenfläche der Welle eingeschoben werden.
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In anderen Fällen wird nur ein axiales Verklemmen verwendet mit dem Risiko einer relativen Bewegung der Lagerteile relativ zu der Welle bzw. dem Gehäuse.
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DE 10 2010 004 792 A1 lehrt ein Verfahren zum Festlegen eines Lagerrings an oder in einem Bauteil mittels einer Klebeverbindung.
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DE 10 2007 052 574 A1 lehrt ein weiteres Verfahren zum Festlegen eines Lagerrings an oder in einem Bauteil mittels einer Klebeverbindung.
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EP 2 524 150 B1 lehrt ein drittes Verfahren zum Festlegen eines Lagerrings an oder in einem Bauteil mittels einer Klebeverbindung.
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Herkömmliche Verfahren zum Assemblieren von Lager und Welle bzw. herkömmliche Systeme aus Lager und Welle haben somit zahlreiche Nachteile. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Deassemblieren bzw. Assemblieren eines Wälzlagers und einer Welle sowie ein System aus einem Wälzlager und einer Welle bereitzustellen, was einfach in der Durchführung ist, wenige zusätzliche Bauteile erfordert, und eine Handhabung von Lager und Welle gewährleistet, welche eine Beschädigung oder gar Zerstörung dieser Bauteile vermeidet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren (insbesondere zum Deassemblieren und/oder Assemblieren von Welle und Wälzlager) bereitgestellt, welches von einer Welle mit einem Wälzlager ausgeht, wobei ein deaktivierbarer Klebstoff (dessen Adhäsionskraft bzw. Klebwirkung auf gezielte Weise mit bestimmten Einwirkungen vermindert werden kann) zwischen einer Innenfläche (zum Beispiel zylinderförmigen Innenfläche) eines Innenringes des Wälzlagers (welches weiterhin mehrere Wälzkörper, einen Wälzkörperkäfig und einen Außenring aufweisen kann) und einer Außenoberfläche (zum Beispiel einer zylinderförmigen Außenoberfläche) der Welle das Wälzlager auf der Welle fixiert. Somit geht das Verfahren von einem assemblierten Zustand der Welle und des Wälzlagers aus. Das Verfahren umfasst ferner ein Erwärmen (zum Beispiel durch eine elektrische Heizung, eine Strahlungsheizung oder dergleichen) des deaktivierbaren Klebstoffes, Anlegen einer Spannung über den Klebstoff (so dass ein Potentialunterschied zwischen zwei beabstandeten Punkten des Klebstoffs aufgebaut wird) und Trennen (das heißt insbesondere räumliches Trennen, zum Beispiel voneinander weg Bewegen) von Welle und Wälzlager.
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Die Welle kann eine zylinderförmige Welle zum Beispiel aus Stahl umfassen. Wälzkörper des Wälzlagers können zum Beispiel Zylinderform, Kegelstumpfform, Kugelform oder etwa Tonnenform aufweisen. Der Klebstoff kann deaktivierbar zum Herabsetzen einer Klebewirkung sowie in besonderen Fällen auch aktivierbar zum Etablieren der Klebwirkung sein. Gemäß besonderen Ausführungsformen ist der Klebstoff lediglich deaktivierbar, ohne aktivierbar zu sein. Eine Deaktivierung des Klebstoffs kann durch die Erwärmung und (gleichzeitiges) Anlegen einer elektrischen Spannung über den Klebstoff erreicht werden. Der Klebstoff kann dazu eine geeignete Materialzusammensetzung aufweisen, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Das Trennen von Welle und Wälzlager kann ohne eine Beschädigung oder gar Zerstörung von Welle und/oder Wälzlager erfolgen. Der Klebstoff kann nach Deaktivieren (und insbesondere in einem erwärmten, weichen bzw. zähflüssigen oder flüssigen Zustand) von den Bauteilen entfernt, insbesondere abgezogen, werden. Damit kann zum Beispiel ein System aus Welle und Wälzlager deassembliert werden, um zum Beispiel eines der Bauteile auszutauschen, ohne das jeweils andere Bauteil zu beschädigen. Damit können Kosten eingespart werden.
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Das Erwärmen des deaktivierbaren Klebstoffs und das Anlegen der Spannung über den Klebstoff zum Deaktivieren des Klebstoffs erfolgt zeitlich überlappend. Während eines bestimmten Zeitabschnitts wird somit der Klebstoff erwärmt und gleichzeitig wird die Spannung über den Klebstoff angelegt. Nur bei Zusammentreffen bzw. gleichzeitigem Ausführen dieser beiden Behandlungsmaßnahmen des Klebstoffs kann dieser deaktiviert werden, das heißt seine Adhäsionskraft auf die Bauteile kann vermindert werden. Damit sind dezidierte Maßnahmen erforderlich, um den Klebstoff zu deaktivieren, was ein versehentliches Deaktivieren des Klebstoffs verhindern kann.
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Ferner kann ein Erwärmen und das Anlegen der Spannung durch konventionell erhältliche Gerätschaften erreicht werden. Damit kann ein einfaches Verfahren bereitgestellt sein.
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Die Spannung kann insbesondere zwischen dem Innenring des Wälzlagers und der Welle angelegt werden. In einem Zwischenraum zwischen dem Innenring und der Welle kann somit ein radial gerichtetes Feld innerhalb des Klebstoffs bzw. der Klebstoffschicht zwischen Innenring und Welle ausgebildet sein. Das Feld kann zum Beispiel radial nach außen oder radial nach innen gerichtet sein. In anderen Ausführungsformen kann zum Beispiel das Feld auch axiale Komponenten oder Komponenten in Umfangsrichtung aufweisen. Ein Anlegen des Feldes bzw. der Spannung zwischen Innenring und Welle kann auf einfache Weise durch Kontaktierung sowohl des Innenrings als auch der Welle mit zwei Polen einer Spannungsquelle durchgeführt werden. Nach bzw. während des Erwärmens und des Anlegens der Spannung kann eine Haftfestigkeit des Klebers auf der Welle bzw. dem Innenring weniger als 0,5 N/mm2 betragen. Die Haftfestigkeit kann lediglich während des Erwärmens und des Anlegens der Spannung vermindert sein, kann jedoch auf einen ursprünglichen Wert ansteigen, sobald das Erwärmen und das Anlegen der Spannung beendet ist bzw. dann, wenn der Klebstoff auf zum Beispiel Zimmertemperatur oder eine ursprünglich vorhandene Temperatur zurückgekehrt ist. Die Haftfestigkeit kann reversible ab- und/oder zunehmen, je nach Behandlungsbedingung des Klebstoffes.
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Ferner kann in dem Verfahren der Klebstoff von Lager und Welle entfernt werden, insbesondere im erwärmten Zustand des Klebstoffes, in welchem Zustand der Klebstoff weich bzw. flüssig ist. Wenn der Klebstoff weich ist, kann ein Entfernen des Klebstoffs ohne Beschädigung von Lager oder Welle durchgeführt werden. Während des Entfernens des Klebstoffs muss nicht notwendigerweise auch eine Spannung angelegt sein. Auch eine aktive Erwärmung des Klebstoffs muss bei Entfernen des Klebstoffs nicht notwendig sein, der Klebstoff kann jedoch noch eine erhöhte Temperatur aufweisen, so dass er noch weich bzw. zähflüssig ist. Damit können Gefahren für einen Benutzer vermindert werden, da Spannungen und Heizungen abgeschaltet sein können.
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Während des Erwärmens kann der Klebstoff auf eine Temperatur zwischen 50°C und 120°C, insbesondere zwischen 60°C und 70°C, erwärmt werden, um die Härte des Klebstoffs zu vermindern, um insbesondere den Klebstoff zu verflüssigen. Derartige Temperaturen sind mit konventionellen Heizgeräten leicht erreichbar. Die Spannung kann eine Gleichspannung sein und kann eine Größe von zwischen 20 Volt und 80 Volt, insbesondere zwischen 40 Volt und 50 Volt, haben. Damit können herkömmlich erhältliche elektrische Geräte zur Erzeugung der Spannung verwendet werden und eine Gefahr für den Benutzer kann vermindert sein.
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Das Verfahren kann zum Erhalten von relativ zueinander fixierter Welle und Wälzlager auch einen Assemblierungsschritt umfassen, wobei Klebstoff im verformbaren, insbesondere flüssigen, Zustand auf die Innenfläche des Innenrings des Wälzlagers und/oder auf die Außenfläche der Welle aufgebracht wird. Danach kann ein axiales relatives Verschieben von Wälzlager und Welle erfolgen, um das Wälzlager auf der Welle anzuordnen (und dort insbesondere geeignet zu justieren). Ferner kann der Klebstoff aushärten und ferner Adhäsionskräfte sowohl zu der Welle hin als auch zu dem Innenring hin aufbauen, um Lager und Welle fest miteinander zu verbinden. Das Aushärten des Klebstoffs kann insbesondere durch Abkühlen des Klebstoffs erfolgen, der Klebstoff kann im erwärmten Zustand verformbar sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System bereitgestellt, was eine Welle, ein Wälzlager und einen deaktivierbaren Klebstoff aufweist. Dabei ist der Klebstoff zwischen einer Innenfläche eines Innenrings des Wälzlagers und einer Außenoberfläche der Welle vorhanden und fixiert das Wälzlager auf der Welle. Ferner ist der deaktivierbare Klebstoff durch Erwärmen und Anlegen einer Spannung über den Klebstoff deaktivierbar, so dass dessen Adhäsionskraft auf Wälzlager bzw. Welle abnimmt, um ein Deassemblieren von Welle und Wälzlager zu ermöglichen.
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Es sollte verstanden werden, dass Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einem Verfahren, insbesondere Deassemblierungsverfahren, oder Assemblierungsverfahren genannt, beschrieben oder bereitgestellt sind, ebenso auf ein System aus Welle, Wälzlager und Klebstoff anwendbar sind gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und umgekehrt.
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Eine Dicke des Klebstoffs zwischen der Innenfläche des Innenrings und der Außenoberfläche der Welle kann zwischen 1/100 mm und 1/10 mm betragen. Damit kann ein sehr dünner Film von Klebstoff vorgesehen sein, der eine relativ exakte Orientierung bzw. Einstellung während eines Assemblierungsprozesses von Lager und Welle ermöglichen kann. Ferner kann die dünne Klebstoffschicht elastische Eigenschaften (insbesondere im verfestigten Zustand) aufweisen, so dass eine Vibration zum Beispiel der Welle in gedämpfter Weise auf das Lager übertragen wird. Ferner kann der Klebstoff einen thermischen Isolator darstellen, so dass auch Wärmeübertragung zwischen Welle und Innenring des Wälzlagers vermindert sein kann. Damit können weitere Vorteile erreicht werden. Der Klebstoff kann ein elektrischer Isolator sein, kann thermoplastisch sein und insbesondere einen Polyamidschmelzstoff aufweisen. Damit kann der Fachmann die vorliegende Erfindung in einfacher Weise ausführen.
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Zum Assemblieren von Welle und Wälzlager kann der Klebstoff aktiviert werden, nachdem das Wälzlager relativ zur Welle in die richtige Position gebracht worden ist. Zum Deassemblieren kann der Klebstoff mittels eines Anlegens einer höheren Temperatur und eines definierten Stromes bzw. Spannung zur selben Zeit deaktiviert werden. Dabei sind diese beiden Maßnahmen, das heißt Erwärmung und Anlegen einer Spannung, zur selben Zeit anzuwenden. Nur eine Maßnahme wird nicht zu einem Deaktivieren des Klebstoffs führen. Nach Anlegen eines Stromes bzw. einer Spannung und Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur kann das Wälzlager leicht von der Welle demontiert bzw. entfernt werden.
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Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein sehr leichtes und kostengünstiges Verfahren zum Montieren bzw. Demontieren eines Lagers bzw. eines Systems aus Lager und Welle bereitgestellt. Der Klebstoff in dem Spalt zwischen den beiden Teilen kann auch eine Korrosion der Kontaktoberflächen vermindern oder sogar vermeiden. Verschiedene Materialien (zum Beispiel Stahl, Polymer) für das Wälzlager und die Welle können auf einfache Weise benutzt werden und miteinander verklebt werden. Es können geringere Anforderungen an die Rauheit der Kontaktoberflächen verglichen mit konventionellen Verfahren und Systemen gestellt werden. Die demontierten Teile, das heißt die Welle und das Wälzlager, können erneut benutzt werden, da Beschädigungen während eines Demontieren vermindert bzw. vollständig vermieden werden können. Dies kann einen großen Vorteil darstellen, wenn das montierte Wälzlager neu eingestellt werden muss hinsichtlich einer Positionierung oder Orientierung nach einem ersten Montieren.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
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Die Figur illustriert in schematischer Schnittansicht ein Verfahren zum Demontieren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung demontiert wird.
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Das System 1, welches im Verfahrensschritt A, B und C des Verfahrens zum Deassemblieren in schematischer Schnittansicht (durch eine Rotationsachse 3 der Welle 5) illustriert ist, umfasst die Welle 5, zum Beispiel eine zylindrische Stahlwelle, ein Wälzlager 7 und einen deaktivierbaren Klebstoff 9, welcher zwischen einer Innenfläche 11 eines Innenringes 13 des Wälzlagers 7 und einer Außenfläche 15 der Welle 5 vorhanden ist und das Wälzlager 7 auf der Welle 5 fixiert. Das Wälzlager umfasst ferner Wälzkörper 17, die zum Beispiel eine Zylinderform, eine Kegelstumpfform, eine Tonnenform oder eine Kugelform aufweisen, und einen Außenring 19, wobei der Innenring 13 relativ zu dem Außenring 19 um die Rotationsachse 3 rotieren kann, wobei die Wälzlager 17 an einer Innenfläche des Außenrings 19 und einer Außenfläche des Innenrings 13 abrollen.
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Die Dicke d des Klebstoffs 9 kann zum Beispiel 1/100 mm bis 1/10 mm betragen. Andere Werte sind möglich. Der Verfahrensschritt A zeigt einen assemblierten bzw. montierten Zustand von Wälzlager 7 und Welle 5, in welchem der Klebstoff 9 eine Adhäsionskraft sowohl auf den Innenring 13 des Wälzlagers 7 als auch auf die Außenoberfläche 15 der Welle 5 ausübt, so dass Welle 5 und Wälzlager 7 fest miteinander verbunden sind.
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Zum Deassemblieren bzw. Demontieren von Wälzlager 7 und Welle 5 wird der Verfahrensschritt B ausgeführt, wobei zum Beispiel durch eine Strahlungsquelle oder eine Konvektionsquelle, wie etwa einen Föhn, dem Klebstoff 9 Wärme zugeführt wird, wie schematisch mit Bezugsziffer 17 dargestellt ist. Es könnte dazu auch die Welle 5 (gleichförmig) erwärmt werden. Die Wärmezufuhr 17 kann dabei den Klebstoff 9 auf eine Temperatur von etwa 65°C erwärmen. Gleichzeitig mit Erwärmung des Klebstoffs 9 oder zumindest zeitlich überlappend wird eine Spannung U zwischen dem Innenring 13 des Wälzlagers 7 und der Welle 5 angelegt. Bei der Spannung U kann es sich um eine Gleichspannung der Größe von zum Beispiel 48 Volt handeln, wenn zum Beispiel ein Polyamidschmelzstoff als der Klebstoff 9 verwendet wird.
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Durch das gleichzeitige Erwärmen und das Anlegen der Spannung U über den Klebstoff 9 kann der Klebstoff 9 deaktiviert werden, so dass dessen Adhäsionskraft stark vermindert wird (z.B. auf einen um einen Faktor 10 bis 100 kleineren Wert). Durch die Maßnahmen Erwärmung und Spannungsanlegen kann zum Beispiel noch eine Restfestigkeit von kleiner als 0,05 oder 0,1 N/mm2 des Klebstoffs 9 erreicht sein. Die Spannung U kann zum Beispiel derart eingestellt werden, dass der Innenring 13 gegenüber der Welle 5 positiv geladen ist, wie durch „Plus“- und „Minus“-Symbole in Verfahrensschritt B angedeutet ist. In anderen Ausführungsformen ist die Spannung mit umgekehrten Vorzeichen angelegt. In noch anderen Ausführungsformen kann die Spannung zwischen zwei axial (entlang der Rotationsachse 3) verschobenen Punkten angelegt werden. Da der Klebstoff 9 als ein elektrischer Isolator wirken kann, braucht aufgrund der Spannung kein übermäßig großer Strom (z.B. kleiner als 1 mA) zu fließen.
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Der Verfahrensschritt C zeigt ein Entfernen des Wälzlagers 7 von der Welle 5, nachdem der Klebstoff 9 wie in Verfahrensschritt B gezeigt ist, deaktiviert worden ist. Durch das Deaktivieren kann zunächst die Adhäsionskraft vermindert werden, so dass das Wälzlager 7 und die Welle 5 axial relativ zueinander verschoben werden können, beispielsweise in einer Richtung, die mit Bezugszeichen 20 versehen ist. Nach Deaktivierung bzw. während Deaktivierung bzw. während der Klebstoff 9 noch auf einer bestimmten erhöhten Temperatur gehalten ist, kann der Klebstoff 9 weich, zähflüssig bzw. flüssig sein, so dass er leicht durch Aufwenden zum Beispiel einer Kraft 21 von der Welle 5 entfernt, das heißt abgezogen, werden kann. Sowohl Welle 5 als auch Wälzlager 7 können für andere Anwendungen weiter verwendet werden, da deren Beschädigung aufgrund der beschädigungsfreien Demontage herabgesetzt sein kann bzw. vermieden ist.
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In dem Deassemblierungsverfahren kann ein Entkleben auf Knopfdruck (durch Erwärmung und Spannungsanlegung) zwischen Wälzlager und Welle erreicht werden. Die Klebeverbindung kann sich lösen, wenn zum Beispiel eine elektrische Gleichspannung von 48 Volt angelegt wird und gleichzeitig die Klebestelle auf 65°C erwärmt wird. Dabei ist die Kombination beider Faktoren ausschlaggebend: Die genannte elektrische Spannung oder Erwärmung allein bewirkt keine Loslösung. Nach der Behandlung (Erwärmung und Spannungsanlegung) der Klebverbindung ist die Klebkraft stark geschwächt. Dabei kommt es zu einem Adhäsionsbruch. In einem noch warmen Zustand kann sich der Klebstoff anschließend als geschlossener Film vom Bauteil ablösen lassen, ohne dass Klebstoffreste an den zuvor zusammengefügten Materialien verbleiben müssen. Als Fügematerialien können zum Beispiel Stahl (erreichte Festigkeit 9,7 MPa), Baustahl ST37 (Festigkeit 7,0 MPa), Aluminium (Festigkeit 14,2 MPa) oder auch Kunststoffmaterialien verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 3
- Rotationsachse
- 5
- Welle
- 7
- Wälzlager
- 9
- deaktivierbarer Klebstoff
- 11
- Innenfläche des Innenrings
- 13
- Innenring des Wälzlagers
- 15
- Außenoberfläche der Welle
- 17
- Wärmeanwendung
- 19
- Außenring des Wälzlagers
- 20
- Bewegungsrichtung
- 21
- Kraftanwendung
- U
- Gleichspannung
- d
- Abstand bzw. Spaltweite
