DE4231617A1

DE4231617A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Temperaturänderung in der Fügetechnik

Info

Publication number: DE4231617A1
Application number: DE19924231617
Authority: DE
Inventors: Reiner Dorner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-03-24

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Anwärmen bzw. Abkühlen von Werkstücken in der Fügetechnik nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits eine Heizpatrone bzw. eine Heizplatte bekannt, bei der stabförmige Heizelemente Einsatz finden. Diese weisen ein wendelförmigen Aufbau der Heizdrähte auf. Diese können somit in bspw. Bohrungen von Werkstücken eingesetzt werden. Für die Erwärmung ist jedoch eine relativ hohe Energiezufuhr erforderlich, da zwischen Bohrung und Heizpatrone ein Luftspalt vorhanden ist, der eine isolierende Wirkung hat. Gleichzeitig verlängert sich die Anwärmdauer erheblich. Ferner kann durch eine ungenaue Positionierung der Heizpatrone zu dem Werkstück eine ungleichmäßige Erwärmung der umliegenden Flächen des Werkstückes erfolgen und eine nicht proportionale Ausdehnung zur Folge haben. Die nachfolgenden Arbeitsschritte können dadurch beeinträchtigt sein.

Es ist weiterhin eine Erwärmung durch Induktion, Wirbelstrom- oder Transformatorverfahren bekannt. Diese erfordern einen hohen Energieaufwand. Zur gleichmäßigen Erwärmung ist ferner eine Verteilung der Spulen über dem Werkstück erforderlich, da eine Feldkonzentration an den Kanten der Spulen eine partielle Erwärmung bzw. Überhitzung des Werkstückshervorrufen könnte. Es treten weiterhin Probleme auf, da eine sehr schnelle und übermäßige Erhitzung erfolgen kann, die eventuell eine Gefügeänderung, zumindestens aber einen Aufbau von Spannungen in dem Werkstück hervorrufen können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine wesentliche Energieeinsparung zum Anwärmen bzw. Abkühlen des Werkstückes ermöglicht ist. Durch eine wenigstens teilweise Temperaturübertragung von einer Temperaturübertragungseinheit auf ein Werkstück kann eine partielle Temperaturänderung erfolgen, die von der Geometrie des Werkstückes nicht eingeschränkt ist. Diese kann auf die wesentlichen Abschnitte für die Temperaturübertragung begrenzt sein. Eine räumlich definierte Anordnung von der Temperaturübertragungseinheit zu dem Werkstück kann eine gezielte Temperaturübertragung sichern. Somit kann eine gezielte Maßänderung des Werkstückes erfolgen, die für den nachfolgenden Fügevorgang erforderlich ist. Weiterhin kann durch das partielle Anliegen die Temperaturübertragung auf die notwendigsten Abschnitte des Werkstückes reduziert sein.

Die Temperatureinrichtung kann die auf das Werkstück übertragene Temperatur als Steuergröße verarbeiten, so daß hierin eine Rückkopplung mit den herrschenden Temperaturen, dem Grad der Temperaturänderung und dgl. zu der Temperatursteuereinrichtung erfolgen kann.

Die partielle Temperaturübertragung über die Temperaturübertragungseinheit ermöglicht ferner, daß dieses Verfahren zum Einsatz von einer abschnittsweisen Temperaturübertragung eines Werkstücks eingesetzt werden kann. Dies kann beispielsweise beim Einsetzen von Wellen in Lagern von Vorteil sein. Hierbei kann der Innen- und Außenschale des Lagers erwärmt werden, wobei der an die Kugeln angrenzenden Abschnitt ausgespart ist. Somit findet eine gleichmäßige Erwärmung von Innen- und Außenschale des Lagers statt, so daß ein Zerstören des Lagers, bzw. ein hoher Druck auf die Kugeln bei Anwärmung von nur einer Lagerschale, insbesondere bei spielfreien Lagern, ausbleibt. Ferner können dadurch Lager mit Dichtungen ohne Beschädigung angewärmt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch Berührung zwischen dem Temperaturübertragungsabschnitt der Temperaturübertragungseinheit und der dieser zugeordneten entsprechenden Fläche am Werkstück eine effektivere Temperaturübertragung erfolgen kann. In einer solchen Arbeitsposition kann der Temperaturübergang durch eine Berührungsqualität, die zwischen dem Werkstück und der einen Temperaturübertragungsabschnitt bildenden Mindestfläche der Temperaturübertragungseinheit gebildet ist, bestimmt sein. Die Mindestfläche kann durch Punkt- oder Linienberührung gegeben sein, die auch zu einem vollflächigen Abschnitt ausgebildet sein kann. Die Mindestfläche kann formschlüssig an dem Werkstück anliegen und der Wirkungsgrad des Temperaturüberganges kann durch die Hertz′sche Pressung bei Punkt oder Linienberührung erhöht sein. Ein isolierender, teilweise sich bildender Luftspalt, der bei Berührung zweier Flächen entstehen kann, kann durch eine entsprechend an die Temperaturübertragungsabschnitte angepaßte Ausbildung der Form und Oberfläche vermindert sein, um einen möglichst hohen Traganteil für die Wärmeübertragung zu ermöglichen. Desweiteren können Werkstücke mit teilweisen temperaturempfindlichen Teilen ebenso angewärmt werden, da diese Abschnitte bei der Temperaturübertragung freibleiben können.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, ein Wärmeübergang durch lineare oder gepulste Strahlung, wie Infrarot, Laser oder dgl. erfolgen kann. Damit können auch geometrisch schwer zugängliche Bereiche eines Werkstückes berührungslos angewärmt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Kälteübergang durch Luft, bzw. Blasluft, Wasser oder durch in Kühlkörpern geführte Kühlflüssigkeit erfolgt. Die Temperaturübertragungseinheit kann zum Abkühlen analog der Temperaturübertragungseinheit für den Wärmeübergang ausgebildet und angesteuert sein. Es ist auf den Anwendungsfall abzustimmen, wann eine Erwärmung oder Abkühlung zur Maßänderung geeigneter ist. Die Temperaturübertragungseinheit für die Kälteübertragung kann auch zum Abkühlen nach dem Fügevorgang von ineinandergefügten Werkstücken ausgebildet sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Temperatursteuerung über einen am Werkstück die Temperatur messenden Temperaturfühler der Temperatureinrichtung erfolgt. Die Temperaturübertragung an der Temperatursteuereinrichtung kann insbesondere über Glasfaser als auch über weitere gängige Übertragungselemente erfolgen. Dieses zusätzliches Regelglied kann zur Überwachung der Temperaturänderungen und der eingestellten Endwerte beim Abkühlen oder Anwärmen der Werkstücke dienen. Lediglich eine Steuerung der Temperatur wäre auch möglich, jedoch kann mit dem Temperaturfühler eine gezieltere Steuerung einer Temperaturquelle erfolgen. Durch einen geschlossenen Regelkreis kann eine Veränderung von Einflußgrößen während der Temperaturübertragung mit berücksichtigt und überwacht werden.

Somit kann auf Änderungen des Wärmeübergangswiderstandes reagiert werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußeren zu erwärmender Abschnitte des Werkstücks auf eine Anwärmtemperatur zwischen 20°C und 600°C, vorzugsweise 80°C und 200°C erhitzt werden. Die Anwärmzeit bis zum Erreichen der maximalen Anwärmtemperatur als auch die Anwärmdauer nach Erreichen der maximalen Anwärmtemperatur, die den Betrag der erwärmten Zone bestimmt, kann in Abhängigkeit des anzuwärmenden Materials bzw. der Massenverteilung bestimmt sein, so daß nur die äußeren zu erwärmenden Abschnitte angewärmt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Temperaturübertragungseinheit einzeln von einer Temperatursteuereinrichtung gesteuert werden kann. Diese Ansteuerung kann bezüglich der Temperatur, Dauer, Anwärmgeschwindigkeit oder dgl. parametrisiert werden. Somit können mehrere Temperaturübertragungseinheiten eingesetzt werden, die unterschiedliche Parameter für die Anwärmung verschiedener Teilabschnitte eines Werkstückes aufweisen können. Zusätzlich kann eine Anpassung der Parameter auf die Taktzeit in einer Fertigungsstraße abgestimmt sein. ES können auch mehrere Temperaturquellen an einer Temperaturübertragungseinheit unabhängig voneinander gesteuert sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkstück von einem Werkstückbett aufgenommen wird. Somit kann das Werkstück in einer prozeßgesteuerten Anlage über ein an dem Transportmittel angeordnetes Werkstückbett der Temperaturübertragungseinheit zugeführt werden und automatisch nach diesem Arbeitszyklus dem Arbeitstakt entsprechend zu einer nächst folgenden Station weitertransportiert werden. Dieses Werkstückbett kann aus einem wärmeisolierenden und aus einem wärmeleitfähigem Werkstoff gebildet sein, so daß zumindest die anzuwärmenden Abschnitte des Werkstückes mit dem wärmeleitfähigen Werkstoff in Verbindung stehen. Ferner weist die wärmeleitfähige Komponente eine Andockfläche für die beim Anwärmen daran anliegende Temperaturübertragungseinheit auf. Somit kann eine Wärmeübertragung von der Temperaturübertragungseinheit über das wärmeleitfähige Werkstückbett auf das Werkstück erfolgen. Das Werkstück kann wenigstens teilweise über die wärmeisolierende Komponente an dem Werkstückbett befestigt sein. Es kann eine direkte als auch eine indirekte Anwärmung des Werkstückes erfolgen.

Es wird weiterhin erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist eine Gerät mit wenigstens einer Temperaturübertragungseinheit auf, der in einer Arbeitsposition zu dem Werkstück positionierbar ist, so daß die Temperaturübertragungseinheit wenigstens teilweise formschlüssig an dem Werkstück angeordnet ist. Somit kann eine partielle Anwärmung des Werkstücks über wenigstens einen Temperaturübertragungsabschnitt erfolgen. Durch die flexible Anordnung der Temperaturübertragungseinheit kann eine schnelle und spezifische Anpassung an unterschiedliche Werkstücke durchgeführt werden. Ferner können mehrere Temperaturübertragungseinheiten gleichzeitig an einem Werkstück eingesetzt werden, ohne daß hierbei eine komplette Aufheizung des Werkstücks erforderlich wäre.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wärmeübertragung durch einen Wärmübertragungsabschnitt erfolgt, der durch aneinander angrenzende Flächen von dem Werkstück und der Temperaturübertragungseinheit gebildet ist. Dadurch kann eine begrenzte Wärmeübertragung für die erforderliche Ausdehnung des Werkstücksabschnittes erfolgen. Diese Maßnahme trägt erheblich zur Energieeinsparung bei, da nur die notwendigsten Abschnitte erwärmt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Ausgleichselemente die Temperaturübertragungseinheit gegenüber dem Werkstück nachgiebig festlegen. Ein minimaler Luftspalt zwischen Werkstück und Temperaturübertragungseinheit, der Wärmeübertragungsverluste hervorrufen könnte, kann stark vermindert sein. Dies kann bei kleinen und leichten Werkstücken von Vorteil sein. Die Ausgleichselemente können durch Federn gebildet sein. Es kann ein sicheres Anliegen der Temperaturübertragungseinheit in einer Arbeitsposition zu dem Werkstück gegeben sein und der Traganteil der Berührflächen kann sehr hoch sein. Die Temperaturübertragung kann somit effektiver werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperaturübertragungseinheit zweiteilig ausgebildet. Auf einem Basisteil ist eine Temperaturquelle aufgesetzt, die vorzugsweise austauschbar mit dem Basisteil verbunden ist. Somit kann bei einem Einsatz in der automatischen Fertigung ein schnelles und einfaches Umrüsten der Temperaturquelle auf eine neue Produktlinie mit veränderten Temperaturübertragungsabschnitten angepaßt werden. Das Basiselement kann dabei als Hubelement ausgeführt sein, welches nach der Zuführung des Werkstückes zu dem Temperaturübertragungseinheit über einen Hubweg zum Anliegen an das Werkstück gebracht wird. Durch die an dem Temperaturübertragungseinheit vorgesehenen Federelemente können Abweichungen bezüglich der Hubachse ausgeglichen werden. Ferner kann vorteilhafterweise durch eine gelenkige Anordnung zwischen Temperaturquelle und Basisteil, ein weiterer Toleranzausgleich erfolgen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Temperaturquelle aus Widerstandsheizelementen gebildet ist, die in einer hochwärmeleitfähigen Einbettmasse angeordnet sind. Die Widerstandsheizelemente können aus Heizdrähten gebildet sein. Die Heizdrähte und die Einbettmasse können spezifisch an die Wärmeübertragungsabschnitte angepaßt werden. Der Verlauf der Heizdrähte in der Einbettmasse kann spiral- bzw. wendelförmig als auch mäanderförmig oder dgl. angeordnet sein. Es können ferner auch zwei oder mehrere Widerstandsheizkreise zum Erhitzen der Widerstandsheizelemente für eine Temperaturübertragungs einheit vorgesehen sein, so daß eine unterschiedliche Anwärmung innerhalb eines Abschnittes des Werkstückes durchgeführt werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Widerstandsheizelemente wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig in Aufnahmen, insbesondere in U-förmigen Rillen der Einbettmasse angeordnet sind. Diese können auch durch andere geometrische Querschnitte, wie beispielsweise V- oder rechteckförmig, gebildet sein. Somit kann die Einbettmasse eine plane Oberfläche ausweisen, die für ein formschlüssiges Anliegen an den Temperaturübertragungsabschnitt des Werkstückes geeignet ist. Es kann ferner vorgesehen sein, daß nach Einlegen der Heizdrähte in die U-förmigen Rillen, diese durch die Einbettmasse wiederum geschlossen werden, so daß eine durchgängig plane Oberfläche als Wärmeübertragungsfläche geschaffen ist. In Abhängigkeit von Material und Anwärmtemperatur kann die Zahl der Heizdrähte bezogen auf die Einbettmasse erhöht oder erniedrigt sein. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß die Heizdrähte wenigstens teilweise gegenüber der Einbettmasse hervorstehen. Dadurch kann eine linienförmige Erwärmung des Werkstücks erfolgen. Die Widerstandsheizelemente können auch durch Kühlschlangen ersetzt sein und in derselben Weise zu der Temperaturquelle festgelegt sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Einbettmasse mit den Heizdrähten von einer hitzebeständigen Isolierung umgeben ist und lediglich eine wärmeübertragende, freibleibende Fläche aufweist. Durch die direkte Angrenzung der Isolierung an die Einbettmasse kann der Temperaturübertragungsabschnitt begrenzt bzw. unterbrochen sein.

Die Einbettmasse als auch die Isolierung selbst sind lösbar miteinander verbunden und bilden die Temperaturquelle, so daß eine Komponentenbauweise für eine derartige Anordnung vorgesehen ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Einbettmasse mit einer oberflächenhärtenden Beschichtung versehen ist, so daß beim Positionieren des Werkstücks zu der Temperaturübertragungseinheit in einer Arbeitsposition keine Beschädigung an der Oberfläche der Einbettmasse hervorgerufen wird. Diese könnten eine Beeinträchtigung bezüglich der Anwärmtemperatur und der Anwärmdauer nach sich ziehen. Die Beschichtung ist ebenfalls wärmeleitfähig und weist, wie bspw. Nickel, eine höhere Festigkeit gegenüber der Einbettmasse auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkstück in einem Werkstückbett positionierbar ist. Dieses Werkstückbett ist teilweise aus hochwärmeleitfähigem Material gebildet und kann als Halterung eines Werkstücks in einer automatischen Zuführeinrichtung dienen. Somit können die Werkstücke in einer Fertigungsanlage der Fügestation zugeführt und nach der Temperaturübertragung an die nachfolgende Arbeitsstation, bspw. zum Einsetzen einer Weile oder eines Lagers, weitergeleitet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkzeugbett nahe den Wärmeübertragungsabschnitten des Werkstückes eine Andockfläche für die Temperaturübertragungseinheit aufweist. Diese kann konisch ausgebildet sein, so daß eine Selbstzentrierung und ein paßgenaues Anliegen der Temperaturübertragungseinheit an dem Werkstückbett gegeben ist. Diese indirekte Wärmeübertragung von dem Temperaturübertragungseinheit auf das Werkstück kann nicht nur in Fertigungsanlagen Einsatz finden, sondern ebenso für bspw. schwer handhabbare Werkstücke verwendet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkzeugbett an den zu erwärmenden Abschnitten des Werkstückes formschlüssig anliegt. Es kann durch isolierende Elemente zusätzlich zu dem Werkzeugbett fixiert sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Temperaturübertragungseinheit über eine Temperatursteuereinrichtung geregelt wird. An dieser Temperatursteuereinrichtung können die jeweiligen Parameter, wie bspw. Dauer, Temperatur für Anwärmung und Abkühlung für jede an der Temperatursteuereinrichtung angeschlossenen Temperaturübertragungseinheit einzeln eingestellt werden.

Die Temperaturübertragungseinheiten können direkt mit der Temperatursteuereinrichtung zu einer Einheit verbunden sein. Diese kann bspw. über einen Balancer frei im Raum bewegbar und den jeweiligen Werkstücken zuführbar sein. Desweiteren kann die Temperatursteuereinrichtung ortsfest angeordnet sein und mit den einzelnen Temperaturübertragungseinheiten über flexible Leitungen verbunden sein. Somit können die Temperaturübertragungseinheiten an die entsprechenden Abschnitte dem Werkstück für die Temperaturübertragung zugeführt werden und anschließend in einer Halterung in einer Bereitstellungsposition abgelegt werden. Die flexiblen Verbindungsleitungen können vorteilhafterweise über ein Schnellwechselsystem austauschbar mit der Temperatursteuereinrichtung verbunden sein. Die Temperaturübertragungseinheiten können ebenso in einer Maschine fest installiert sein und über eine externe Temperatursteuereinrichtung angesteuert sein.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Gerätes mit einer Temperatursteuereinrichtung, einem Werkstück und Temperaturübertragungseinheiten,

Fig. 2 eine Temperaturübertragungseinheit in einer Arbeitsposition mit einem Werkstück und

Fig. 3 eine Temperaturübertragungseinheit in einer Arbeitsposition mit einem ein Werkstück aufnehmendes Werkstückbett.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Gerät 1 mit einer Temperatursteuereinrichtung 3 und drei darauf positionierten Temperaturübertragungseinheiten 2. Ferner sind zusätzlich Stützen 20 zur Fixierung und Positionierung des Werkstückes 4 vorgesehen sein. Das Werkstück 4 selbst liegt direkt auf einer oberen Abdeckplatte der Temperatursteuereinrichtung 3 auf. Die Temperaturübertragungseinheiten 2 liegen direkt an den anzuwärmenden Abschnitten des Werkstückes 4 an. Die Temperaturübertragungseinheit 2 weist ein zylindrisches Basisteil 13 und eine von dem Basisteil 13 aufgenommene Temperaturquelle 12 auf. Die Temperaturquelle 12 ist den Anwärmabschnitten des Werkstückes 4 angepaßt. Diese sind durch Widerstandsheizelemente 14, die als Heizbänder, Heizgeflechte, insbesondere als Heizdrähte ausgebildet sind, gebildet. Diese sind wendelförmig angeordnet und bilden zusammen mit einer Isolierung 16 einen Teil des Wärmeübertragungsabschnittes 7. Die Heizdrähte 14 sind von der Isolierung 16 teilweise umgeben. Das Eindringen und Abstrahlen der Wärme in die Temperaturübertragungseinheiten 2 wird weitgehenst unterbunden bzw. die Wärme wird reflektiert, so daß eine Wärmeübertragung auf das Werkstück 4 erfolgt. Die Heizdrähte 14 sind aneinanderliegend angeordnet und liegen direkt an dem Werkstück 4 an.

Auf der Vorderseite der Temperatursteuereinrichtung 3 sind Anzeigenfelder 21 mit zugehörigen Einstellelementen zur Parametereinstellung von Leistungsdaten für jeweils einen Temperaturübertragungseinheit 2 vorgesehen. In jedem Anzeigefeld 21 können die für den jeweiligen Temperaturübertragungseinheit 2 eingestellten Parameter, wie bspw. Anwärmtemperatur und Anwärmzeit, die zur Erreichung der Anwärmtemperatur sowie die Dauer der Anwärmung abgefragt und überwacht werden.

Die Temperatursteuereinrichtung 3 kann desweiteren Überwachungskreise mit Temperaturfühlern 5 beinhalten, die beispielsweise eine Überschreitung der Anwärmtemperatur oder dgl. überwachen. Zusätzlich kann die Temperatursteuereinrichtung 3 derart programmiert sein, daß eine gleichzeitige Beendigung der Anwärmzyklen von mehreren unterschiedlich eingestellten Anwärmprozessen für ein Werkstück 4 erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine Temperaturübertragungseinheit 2, die in einem Anwärmgerät 23 integriert ist. Diese Temperaturübertragungseinheit 2 weist einen mit einem Maschinengehäuse befestigbares Basisteil 13 auf, an dessen oberen Ende die Temperaturquelle 12 lösbar befestigt ist. Das Basisteil 13 ist über ein zylindrisches Gehäuse 26 mit einem Befestigungselement 25 lösbar an dem Anwärmgerät 23 montiert.

Das Gehäuse 26 nimmt eine Isolierung 16 auf und bildet an ihrem oberen Abschnitt gleichzeitig eine Auflagefläche für ein auf der Temperaturübertragungseinheit 2 in Arbeitsposition 6 angebrachtes Werkstück 4. Über eine Schraubverbindung 27 ist die Temperaturquelle 12 an dem Basisteil 13 befestigt. Die Temperaturquelle 12 ist an ihrem oberen Abschnitt mit Einführschrägen ausgebildet, um ein erleichtertes Aufsetzen des Werkstücks 4 zu ermöglichen und um Beschädigungen zu vermindern. Die Temperaturquelle 12 weist einen spiralförmig auf der Isolierung 16 angeordneten Heizdraht 14 und eine den Heizdraht 14 umgebende Einbettmasse 15 auf. Die Einbettmasse 15 ist aus wärmeleitfähigem Material gebildet und mit einer hochfesten Beschichtung an deren Oberfläche versehen. Diese Beschichtung kann aus Nickel bestehen. Die Einbettmasse 15 liegt direkt an den Heizdrähten 14 an und weist an ihrer zu dem Werkstück 4 weisenden Außenseite bzw. Fläche 17 eine den anzuwärmenden Abschnitten angepaßte Form auf. Die Heizdrähte 14 können je nach Anforderung unterschiedlich gewählt werden und bis zu 700°C erwärmt werden.

Bei dem Werkstück 4 ist eine Bohrung zur Aufnahme einer Welle zu erwärmen. Dazu greift die Temperaturquelle 12 durch die Bohrung hindurch und liegt formschlüssig an der Bohrungsinnenwand an. Desweiteren liegt die Einbettmasse 15 an einer rechtwinklig zur Bohrung verlaufenden Außenfläche 28 an, um eine zusätzliche Wärmeübertragung zu bewirken. Durch das formschlüssige Anliegen der Temperatureinheit 2 über den gesamten Verlauf der Bohrung erfolgt eine gleichmäßige Anwärmung des Werkstücks 4. Die Anwärmung ist dabei derart gesteuert, daß sie über die Wärmeübertragungsabschnitte 7 zu den erwärmenden Abschnitten 8 der Bohrung erfolgt. Die Wärmeübertragungsabschnitte 7 setzen sich aus Bohrungsinnenwand und Außenfläche 28 und der Fläche 17 der Temperaturübertagungseinheit 2 zusammen. Die Eindringtiefe der Erwärmung ist für eine Ausdehnung der Bohrung zur Aufnahme einer Welle ausreichend. Durch diese partielle Anwärmung, die den unterschiedlichen geometrischen und werkstofflichen Ausgestaltungen des Werkstücks 4 angepaßt sind und formschlüssig zwischen Temperaturübertragungseinheit 2 und Werkstück 4 anliegen kann eine beträchtliche Energieeinsparung erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine Variante einer Temperaturübertragungseinheit 2 aus Fig. 2. Diese Temperaturübertragungseinheit 2 findet insbesondere in der automatischen Fertigung Einsatz. Die Temperaturübertragungseinheit 2 ist auf einer Platte 30 mit einem Basisteil 13 in eine Bohrung eingesetzt und lösbar befestigt. Das im wesentlichen zylindrischer Basisteil 13 ist als Hubelement ausgebildet und weist mittig eine Hubstange 31 auf, die über Lager 32 axial geführt ist. In dem unteren Abschnitt der Basisteils 13 ist die Hubstange 31 über ein Ausgleichselement 9, das als Druckfeder ausgebildet ist, axial verschiebbar gelagert. An dem oberen Ende der Hubstange 31 ist die Temperaturquelle 12 lösbar befestigt. Diese Temperaturquelle 12 kann nochmals federnd zu dem Basisteil 13 gelagert sein. Ferner kann die Temperaturquelle 12 gelenkig mit dem Basisteil 13 in Verbindung stehen. Der Aufbau der Temperaturquelle 12 besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten. Zum einen aus einer hitzebeständigen Isolierung 16 und einer anwärmenden Komponente, die aus Widerstandsheizelementen 14 und einer Einbettmasse 15 besteht. Die Temperaturquelle 12 weist einen kegelstumpfartigen Aufbau auf, wobei dessen Grundfläche und Deckfläche durch die Isolierung 16 gebildet ist. Diese besteht aus einem Kunststoff, der hoch hitzebeständig ist. Zur Befestigung dieses Kunststoffes sind verschraubbare Buchsen eingepreßt. Die Mantelfläche des Kegels ist aus der Einbettmasse 15 und Heizdrähten 14 gebildet. Die Einbettmasse weißt U-förmige Rillen auf, in die die Heizdrähte 14 eingelegt sind. Es können auch V-förmige Vertiefungen zur Positionierung der Heizdrähte 14 vorgesehen sein. Die Heizdrähte 14 sind vollständig durch die Rillen aufgenommen, so daß eine plane Mantelfläche gebildet ist. Die Anzahl der Windungen über die Mantelfläche ist von dem Grad der Erwärmung sowie durch das zu erwärmende Material und der Anwärmdauer abhängig. Die plane Mantelfläche, die mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist, bildet den Temperaturüber tragungsabschnitt 7 der Temperaturübertragungseinheit 2.

Das Werkstück 4 ist von einem Werkstückbett 10 aufgenommen. Dieses Werkstückbett 10 wiederum ist lösbar auf eine automatische Zuführeinrichtung 35 befestigt. Die Zuführeinrichtung 35 kann als Rundtisch, Linearförderband oder dgl. ausgebildet sein. Das Werkstückbett 10 besteht aus zwei Komponenten. Zum einen kann es aus dem selben hoch wärmeleitfähigen Material wie die Einbettmasse 15 und zum anderen aus der Isolierung 16 bestehen. Die wärmeleitende Komponente 16 ist zu einem durch die Größe des Wärmeübertragungsabschnitts 7 der Temperaturübertragungeinheit 2 und zum anderen durch die Größe der anzuwärmenden Abschnitte 8 des Werkstückes 4 bestimmt. Die Isolierung 16 dient im wesentlichen zur Aufnahme des Werkstückes 4 und zur Abschirmung der Wärme, die auf die Zuführeinrichtung 35 übergeleitet werden könnte.

Ferner ist an der Temperaturquelle 12 eine Halterung 36 angebracht, die zur Befestigung des Heizdrahtes 14 dient und die Zu- und Ableitung davon aufnimmt.

Nachfolgend soll ein Verfahrenszyklus bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert werden:

In den Fig. 1 und 2 sind Temperaturübertragungseinheiten 2 dargestellt, bei denen das Werkstück 4 manuell oder durch ein Handhabungssystem wie bspw. einem Roboter automatisch zu den Temperaturübertragungseinheiten 2 in einer Arbeitsposition 6 positioniert wird. Die Werkstücke 4 liegen durch ihr Eigengewicht mit einer dadurch gebildeten Anpreßkraft an der Temperaturübertragungseinheit 2 formschlüssig an. Über eine manuelle Betätigung eines Schalters oder eine automatische Betätigung eines Schalters, bspw. durch das Auflegen des Werkstückes 4, wird der Anwärmzyklus gestartet. Hierbei erfolgt ein dosiertes Anwärmen der zu erwärmenden Abschnitte 8 des Werkstückes 4 im Bereich der Wärmeübertragungsabschnitte 7. Diese sind durch die aneinander angrenzenden Flächen 17, 18 der Temperaturübertragungeinheit 2 und des Werkstücks 4 gebildet. Die Anwärmung kann in Abhängigkeit der eingegebenen Parameter von unterschiedlicher Dauer sein. Die Temperatursteuer einrichtung 3 schaltet den Anwärmstrom zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ab, wobei die zu erwärmenden Abschnitte 8 des Werkstückes 4 eine Anwärmtemperatur zwischen 20°C und 600°C aufweisen können. Durch die kontrollierte Anwärmung des Werkstücks 4 kann eine Überhitzung und eine daraus resultierende Gefügeänderung des Werkstoffs vermindert werden. Ferner erfolgt durch die partielle Anwärmung über die Wärmeübertragungsabschnitte 7 eine gezielte Anwärmung des Werkstücks 4. Nach erfolgter Anwärmung wird das Werkstück 4 von den bzw. der Temperaturübertragungseinheit 2 entnommen und einer Montagestation (nicht dargestellt) zugeführt. Dort werden nun die weiteren Bauteile wie bspw. Lager oder Wellen in die angewärmten Abschnitte, wie Bohrungen eingesetzt oder eingepreßt. Durch eine daran anschließende Abkühlung durch Luft erfolgt ein Aufschrumpfung der erwärmten Abschnitte 8 des Werkstücks 4 auf das eingepreßte oder eingestecke Bauteil.

Es kann ferner vorgesehen sein, daß die Temperaturübertragungseinheiten 2 an einer Bereitstellungs vorrichtung positioniert sind, so daß diese durch einen Werker schnell entnommen und zu dem jeweiligen Werkstück 4 positioniert werden können. Somit können die Werkstücke 4 auf einem Montageband positioniert sein und durch Greifen der entsprechenden Temperaturübertragungeinheiten 2 wird eine Anwärmung der unterschiedlichen Anwärmabschnitten 8 des Werkstückes 4 durchgeführt. Diese Anordnung kann insbesondere bei einer halbautomatischen Fertigung zum Einsatz kommen. Ebenso dann, wenn einfache geometrische Verhältnisse des Werkstücks 4 vorliegen, wie bspw. Bohrungen zum Aufschrumpfen von Wellen oder Gehäusedurchdringungen, die zur Aufnahme von Lager bestimmt sind. Sobald mehr als zwei äußere Flächen anzuwärmen sind, ist es vorteilhaft, das Werkstück 4 auf einem Werkstückbett 10 zu positionieren und anzuwärmen. Die Aufnahme des Werkstückes 4 durch das Werkstückbett 10 kann auch bei einer vollautomatischen Fertigung Einsatz finden.

Das durch das Werkstückbett 10 aufgenommene Werkstückbett 4 wird über eine Zuführeinrichtung 35 eine Temperaturübertragungseinheit 2, wie im Ausführungsbeispiel Fig. 3 beschrieben ist, zugeführt. Sobald die Werkstückmittelachse mit der die Temperaturübertragungeinheit 2 übereinstimmt, wird die Zuführeinrichtung 35 in Pfeilrichtung 38 abgesenkt. Es kann auch die Temperaturausgleichseinheit 2 angehoben werden. Die an dem Werkstückbett 10 ausgebildeten Andockflächen 11 liegen paßgenau an den konisch ausgebildeten Flächen 17 des Temperaturübertragungeinheit 2 an. Durch die Ausgleichselemente 9 des Temperaturübertragungeinheit 2 erfolgt ein Anliegen zwischen der Fläche 17 der Temperaturquelle 12 und der Andockfläche 11. Das Anliegen der aneinandergrenzenden Flächen 11, 17 ermöglicht eine Wärmeübertragung über den wärmeleitenden Abschnitt 40 des Werkstückbettes 10 zu den anzuwärmenden Abschnitten 18 des Werkstückes 4.

Nach Durchführung der Anwärmung wird die Zuführeinrichtung 35 entgegen der Pfeilrichtung 38 nach oben bewegt oder umgekehrt und sind für den nachfolgenden Arbeitsschritt bereitgestellt oder werden zu der nächst folgenden Arbeitsstationen weiter geleitet. Die weiteren Arbeitsschritte wie Einpressen bzw. Aufschrumpfen eines weiteren Bauteils können durchgeführt werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Gerät
2 Temperaturübertragungseinheit
3 Temperatursteuereinrichtung
4 Werkstück
5 Temperaturfühler
6 Arbeitsposition
7 Temperaturübertragungsabschnitt
8 zu erwärmender Abschnitt
9 Anpreßmittel
10 Werkstückbett
11 Andockfläche
12 Temperaturquelle
13 Basisteil
14 Widerstandsheizelement
15 Einbettmasse
16 Isolierung
17 Fläche des Anwärmdornes
18 Fläche des Werkstücks
20 Stützen
21 Anzeigenfelder
23 Anwärmgerät
25 Befestigungselemente
26 Gehäuse
27 Bohrung
28 Außenseite
29 Schraubverbindung
30 Platte
31 Hubstange
32 Lager
35 Zuführeinrichtung
36 Halterung
40 wärmeleitender Abschnitt

Claims

1. Verfahren zum Anwärmen bzw. Abkühlen eines Werkstücks (4) in der Fügetechnik zur Erzielung einer temperaturabhängigen Maßänderung desselben, bei dem ein Gerät (1) mit wenigstens einer Temperaturübertragungs einheit (2) vorhanden ist, welche eine Temperaturquelle (12) zum Anwärmen bzw. Abkühlen und eine Temperatursteuereinrichtung (3) aufweist, die mit dem Werkstück (4) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragung von der Temperaturübertragungseinheit (2) auf das Werkstück (4) gezielt nur in bestimmten Temperaturübertragungs abschnitten (7) erfolgt, zur gezielten Maßänderung in diesen Abschnitten,

- daß hierfür die Temperaturübertragungseinheit (2) Abschnitte für eine beschränkte Temperaturübertragung aufweist, die werkstückgerecht den gegenüberliegenden Flächen des Werkstücks (4) angemessen sind,
- daß die räumliche Anordnung von Temperaturübertragungseinheit (2) und Werkstück (4) zueinander definiert ist und
- daß die Temperatursteuereinrichtung (3) die an den Temperaturübertragungsabschnitten (7) herrschende Temperatur als Steuergröße verarbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturübergang durch Berührung zwischen dem Temperaturübergangsabschnitt (7) der Temperaturübergangs einheit (2) und der dieser zugeordneten entsprechenden Fläche am Werkstück (4) erfolgt und daß in Arbeitsposition (6) eine Berührungsqualität mit einer den Temperaturübergang bestimmenden und zum Werkstück (4) hin einen Formschluß bildenden Mindestfläche (Linienberührung, Punktberührung udgl.) vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeübergang durch lineare oder gepulste Strahlung, wie Infrarot, Laser odgl. erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kälteübergang durch Luft, Wasserbad oder in Kühlkörpern, wie Kühlschlangen oder dgl., geführte Kühlflüssigkeit erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuerung über einen am Werkstück (4) die Temperatur messenden Temperaturfühler (5) der Temperatursteuereinrichtung (3) erfolgt und vorzugsweise die Temperaturübertragung des Temperaturfühlers (5) über Glasfaser erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsposition (6) einerseits durch die Temperaturübertragungsabschnitte (7) und andererseits von Abschnitten bestimmt ist, die temperaturneutral einander zugeordnet den Temperaturübertragungsabschnitten (7) meist abgewandt sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwärmende Abschnitt (8) des Werkstücks (4) auf eine Anwärmtemperatur zwischen 20°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 80°C und 200°C, erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Temperaturübertragungs einheiten (2) vorhanden sind und jede Temperaturübertragungseinheit (2) einzeln von einer Temperatursteuereinrichtung (3) angesteuert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (4) von einem hoch temperaturleitfähigen Werkstückbett (10) aufgenommen wird und die Temperaturübertragung auf das Werkstückbett (10) über eine für die Temperaturübertragungseinheit (2) gebildete Andockfläche (11) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (4) nach der Behandlung und dem Fügevorgang durch Luft abgekühlt bzw. erwärmt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Maßänderung durch Wärme

- die Temperaturübertragungseinheit (2) und das Werkstück (4) zusammengeführt werden,
- die Temperaturübertragungseinheit (2) formschlüssig an dem Werkstück (4) anliegend angebracht wird,
- der zu erwärmende Abschnitt (8) zwischen 20°C und 600°C abgenommen wird,
- nach Ablauf der Anwärmzeit, die Temperaturüberwachungseinheit (2) von dem Werkstück (4) angewärmt wird,
- ein einzusetzendes Bauelement in den behandelten Abschnitt des Werkstücks (4) bzw. das Werkstück (4) in ein zugeordnetes Bauelement zur Fügung eingesetzt und
- das Werkstück (4) nach der Behandlung und dem Fügevorgang durch Luft abgekühlt bzw. erwärmt und auf Umgebungstemperatur gebracht wird.

12. Vorrichtung zum Anwärmen eines Werkstücks (4) für Fügezwecke, mit einem Gerät (1) und wenigstens einer Temperaturübertragungseinheit (2), die in einer Arbeitsposition (6) zu einem Werkstück (4) positionierbar ist, insbesondere zur Durchführung des sogenannten Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragungseinheit (2) teilweise formschlüssig zum Werkstück (4) positionierbar ist und einen bestimmten eingeschränkten Temperaturübertragungsabschnitt (7) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Flächen (17, 18) von Werkstück (4) und Temperaturübertragungseinheit (2) den Temperaturübertragungsabschnitt (7) bilden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturübertragungseinheit (2) Anpreßmittel (9), insbesondere Federelemente, aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragungseinheit (2) mit seiner Wärmequelle an die Geometrie des Wärmeübertragungsabschnittes (7) anpaßbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragungseinheit (2) eine vorzugsweise austauschbare Wärmequelle (12) und ein die Wärmequelle (12) aufnehmendes Basisteil (13) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (12) zu dem Basisteil (13) verstellbar angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmequelle ausgebildete Temperaturquelle (12) Widerstandsheizelemente (14) insbesondere Heizdrähte, aufweist, die in einer hoch wärmeleitfähigen Einbettmasse (15) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheitzelemente (14) gewickelt, nämlich wendelförmig, spiralförmig oder schraubenförmig, wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, in Aufnahmen, insbesondere in nutenförmigen Rillen der Einbettmasse (15) angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettmasse (15) von einer hitzebeständigen Isolierung (16) umgeben ist und eine freibleibende, wärmeübertragende Fläche (17) aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die freibleibende Fläche (17) der Einbettmasse (15) eine oberflächenhärtende Beschichtung, vorzugsweise Nickelbeschichtung, aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Temperaturübertragungseinheit (2) und Werkstück (4) ein das Werkstück (4) aufnehmendes Werkstückbett (10) vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragungsabschnitte (7) des Werkzeugbetts (10) eine vorzugsweise konisch verlaufende Andockfläche (11) zum paßgenauen Anliegen der Temperaturübertragungs einheit (2) aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugbett (10) aus einem hoch wärmeleitfähigen Material gebildet ist und Wärmeübertragungsabschnitte (7) zwischen Werkzeugbett (10) und dem formschlüssig angeordneten Werkstück (4) aufweist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatursteuereinrichtung (3) zur jeweiligen Parametereinstellung der Leistungsdaten für wenigstens eine Temperaturübertragungseinheit (2) vorgesehen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturübertragungseinheit (2) fest an die Temperatursteuereinrichtung (3), vorzugsweise jedoch frei handhabbar angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturübertragungseinheit (2) an der Temperatursteuereinrichtung (3) austauschbar, insbesondere mit einem Schnellwechselsystem, angeordnet ist.