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Die
Erfindung betrifft eine Montageeinheit zum Einsetzen eines Kolbens
in einen Zylinderblock mit vormontierter Kurbelwelle, beispielsweise
in einen Zylinderblock eines V6-Verbrennungsmotors. Des Weiteren
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einsetzen des Kolbens in
den Zylinderblock.
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Bei
einer derartigen Montageeinheit wird der Kolben mit einer daran
befestigten Pleuelstange von einer Zylinderkopfseite in einen Zylinder
des Zylinderblocks geführt.
Dabei sind üblicherweise
an einem Pleuelkopf der Pleuelstange Schrauben zur Befestigung eines
Pleuellagerdeckels eingesteckt oder eingepresst, um die Pleuelstange
auf einen Kurbelzapfen der Kurbelwelle zu montieren.
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Die
Montageeinheit umfasst eine Haltevorrichtung zum Fixieren des Zylinderblocks
in einer vorbestimmten Lage und eine Pleuelstangenführung, wobei
die Pleuelstangenführung
von einer Kurbelwellenseite des Zylinders durch den Zylinder greift, um
die Pleuelstange zu führen.
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Zum
Einsetzen des Kolbens mit der Pleuelstange sind bei der oben beschriebenen
Montageeinheit zwei Bedienpersonen notwendig. Die erste Bedienperson
führt den
Kolben, der über
einen Kolbenbolzen mit der Pleuelstange verbunden ist, von der Zylinderkopfseite
in den Zylinder ein. Die zweite Bedienperson hält die Pleuelstangenführung von
der Kurbelwellenseite derart in den Zylinder, dass die erste Bedienperson
die an dem Pleuelkopf eingesteckten oder eingepressten Schrauben
in dafür
vorgesehene Öffnungen
der Pleuelstangenführung
hineinschieben kann.
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Um
den Kolben in den Zylinder einschieben zu können, werden Kolbenringe, die
be reits auf den Kolben vormontiert worden sind, durch ein Kolbenringzangenwerkzeug
zusammengedrückt.
Während die
erste Bedienperson versucht, den Kolben mit den zusammengedrückten Kolbenringen
in den Zylinder einzuführen,
kommt der zweiten Bedienperson die Aufgabe zu, die Pleuelstangenführung derart
zu halten, dass beim Einschieben des Kolbens die Pleuelstange mit
dem Pleuelkopf auf den Kurbelzapfen geführt wird.
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Falls
eine Führung
der Pleuelstange durch die Pleuelstangenführung nicht mehr gegeben ist, weil
beispielsweise sich die Pleuelstange von der Pleuelstangenführung löst, kann
es beim Einschieben des Kolbens in den Zylinder zu Beschädigungen des
Kurbelzapfens kommen. So kann beispielsweise eine Schraube der Pleuelstange
oder auch ein Rand des Pleuelkopfes bei nichtgeführter Pleuelstange Kratzer
oder dergleichen auf der fein bearbeiteten Oberfläche des
Kurbelzapfens verursachen. Durch die Beschädigungen auf der Oberfläche des
Kurbelzapfens kann die Tragfähigkeit
des zwischen Pleuelkopf und Kurbelzapfen gebildeten Gleitlagers derart
herabgesetzt werden, dass es beim Motoreneinsatz zu einem fatalen
Motorschaden kommt. Aus diesem Grunde werden bei der Montageeinheit
zum Einsetzen eines Kolbens in einen Zylinderblock vorzugsweise
besonders erfahrene Bedienpersonen eingesetzt.
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Das
Einsetzen des Kolbens in den Zylinder ist sehr arbeitsintensiv,
da, wie oben ausgeführt,
dafür zwei
Bedienpersonen notwendig sind. Des weiteren kann es passieren, dass
die erste Person beim Hereinschieben des Kolbens in den Zylinder
sich an ihren Fingern beziehungsweise Fingergelenken verletzt.
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Aus
der
DE 25 54 784 A1 ist
eine voll automatisierte Montagevorrichtung für Kolben von V-Motoren nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Das Einführen des
Kolbens in den Zylinder erfolgt mittels eines Preßstempels,
der den Kolben in den Zylinder preßt. Die Pleuelstangenführung ist
in Montagerichtung verschiebbar angeordnet, so daß diese
der Bewegung des Kolbens bei der Montage folgen kann, bis der Pleuel
auf der Kurbelwelle aufliegt. Insgesamt erfordert diese Vorrichtung
einen hohen Automatisierungsaufwand, da sowohl Preßstempel
als auch Pleuelstangeführung
durch Aktuatoren bewegt werden müssen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Montageeinheit
bereitzustellen, bei der Beschädigungen
an dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle vermieden werden und durch die
eine kostengünstige
Montage der Kolben in den Zylinderblock möglich ist.
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Die
Aufgabe wird durch die Montageeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Dadurch, dass die Pleuelstange und Pleuelstangenführung wenigstens
in Rich tung der Zylinderachse form- und/oder kraftschlüssig verbindbar
sind, kann vermieden werden, dass sich die Pleuelstange von der Pleuelstangenlösung löst und dann
beim Hineinschieben des Kolbens in den Zylinder aufgrund der dann
fehlenden Führung
den Kurbelzapfen der Kurbelwelle beschädigt. Aufgrund der Verbindung
in Richtung der Zylinderachse ist es darüber hinaus möglich, die
Pleuelstange mit dem daran befestigten Kolben mittels der Pleuelstangenführung in
den Zylinder zu ziehen, bis die Pleuelstange auf dem Kurbelzapfen
aufsetzt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst
die Pleuelstangenführung
wenigstens einen Greifarm. Dieser Greifarm kann betätigt werden,
und er kann in einer geschlossenen Position die Pleuelstange hintergreifen.
Dadurch werden Pleuelstange und Pleuelstangenführung verbunden, wodurch über den
Greifarm eine Zugkraft der Pleuelstangenführung auf die Pleuelstange
ausgeübt
werden kann.
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Vorzugsweise
ist der Greifarm schwenkbar um einen Drehpunkt an der Pleuelstangenführung befestigt.
Als zweckmäßig hat
sich erwiesen, den Drehpunkt in der Nähe des pleuelstangenseitigen Endes
der Pleuelstangenführung
anzuordnen. Der Greifarm kann sich im Wesentlichen in Richtung der Achse
des Zylinders erstrecken, wobei durch Schwenken um den Drehpunkt
der Greifarm mit einem Greifende im Wesentlichen in radialer Richtung des
Zylinders bewegt wird. In einer geschlossenen Stellung ist der Abstand
des Greifendes des Greifarms zur Zylinderachse kleiner als in einer
geöffneten Stellung.
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Der
Greifarm kann mit einem druckluftbetriebenen Mechanismus betätigbar sein.
Druckluft ist ein Energieträger,
der üblicherweise
bei der Motorenproduktion zu geringen Kosten zur Verfügung steht.
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Zweckmäßigerweise
kann eine maximale Haltekraft des Greifarms eingestellt werden.
Wenn beispielsweise der Kolben bei dessen Einzug durch die Pleuelstangenführung klemmt,
kann die maximale Haltekraft des Greifarm so eingestellt werden,
dass Beschädigungen
am Kolben und/oder am Zylinder sicher vermieden werden. In diesem
Fall würde
der Greifarm die Pleuelstange nicht mehr halten, das heißt, die
Ver bindung zwischen Pleuelstange und Pleuelstangenführung wird
gelöst.
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Die
Haltekraft des Greifarms kann über
die Haltekraft eines Druckluftkolbens einstellbar sein, wobei der
Druckluftkolben ein Teil des druckluftbetriebenen Mechanismus darstellt.
Die Haltekraft des Druckluftkolbens lässt sich leicht durch den entsprechenden
Druck einstellen, der auf den Druckluftkolben wirkt. Eine alternative
oder ergänzende
Möglichkeit,
die in Richtung der Achse des Zylinders wirkende Haltekraft einzustellen,
besteht darin, eine Auflagefläche
zwischen Greifarm und Pleuelstange nicht senkrecht zur Zylinderachse,
sondern in einem Winkel dazu verlaufen zu lassen. Aufgrund der schräg verlaufenden
Auflagefläche
wird der Greifarm, wenn die Pleuelstangenführung mittels des Greifarms
an der Pleuelstange zieht, im Zylinder radial nach außen gedrückt. In
Abhängigkeit
der Kraft, die den Greifarm in Position hält, kann somit der Greifarm
radial nach außen
geschwenkt werden. Dies hat zur Folge, dass sich die Verbindung
zwischen Pleuelstange und Pleuelstangenführung löst.
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Die
Bewegung der Pleuelstangenführung
im Bezug auf den fixierten Zylinderblock wird durch ein geeignetes
Führungsgetriebe,
durch eine Führungsschiene
oder dergleichen genau festgelegt. Das Führungsgetriebe oder die Führungsschiene
ist dabei Teil der Montageeinheit. Ein Führen der Pleuelstange durch
eine zweite Bedienperson ist bei der erfindungsgemäßen Montageeinheit
nicht mehr notwendig. Dies bedeutet, dass eine Bedienperson allein den
Kolben in den Zylinderblock einsetzen kann.
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Die
Pleuelstangenführung
wird ihrerseits vorzugsweise auf einer Gerade geführt. Bewegungsrichtung
der Pleuelstangenführung
ist dabei parallel zu der Achse des Zylinders, in den der Kolben
hineingezogen wird. Entsprechend ist der Kurbelzapfen durch Drehung
der Kurbelwelle vor dem Kolbeneinsetzen so zu positionieren, dass
bei einer derartigen gradlinigen Bewegung der Pleuelstangenführung die Pleuelstange
wie gewünscht
an dem Kurbelzapfen anliegen kann.
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Vorzugsweise
weist die Montageeinheit eine Drehvorrichtung zum Drehen der Kur belwelle
und zur Einstellung eines Drehwinkels der Kurbelwelle auf. Das Drehen
und Einstellen kann dabei durch einen elektronisch gesteuerten Linearmotor
mit vorzugsweise einer Einstellgenauigkeit < 0,5 ° erfolgen. Somit kann die Position
des Kurbelzapfens der vormontierten Kurbelwelle bezogen auf den
Zylinderblock und damit auf die festgelegte Bahn der Pleuelstangenführung genau
eingestellt werden.
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Die
Pleuelstangenführung
kann eine druckluftbetriebene Antriebseinheit aufweisen. Somit lässt sich
die Pleuelstangenführung
wie der Greifarm mit Hilfe des Energieträgers Druckluft betätigen.
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Die
Pleuelstangenführung
weist vorzugsweise zwei beabstandete Schenkel auf, deren Abstand zueinander
größer ist
als der Durchmesser des Kurbelzapfens, wobei jeweils ein Schenkel
eine Öffnung zur
Aufnahme einer in die Pleuelstange gesteckten oder eingepressten
Schraube aufweist. Ein Greifarm der Greifvorrichtung kann einem
Schenkel der Pleuelstangenführung
zugeordnet sein, wobei der Greifarm in einer geschlossenen Stellung
die entsprechende Schraube hintergreift.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel fixiert
die Halteeinrichtung den Zylinderblock derart, dass die Achse des
Zylinders in der Vertikalen liegt. Dies bedeutet, dass der Kolben
samt Pleuelstange seitlich in den Zylinder hineingeführt werden
kann, was für
die den Kolben einsetzende Bedienperson ergonomisch günstig ist.
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Zum
Schutz des Bedienpersonals können Lichtschranken
vorgesehen sein, die, wenn in diese eingegriffen wird, die Bewegung
der Pleuelstangenführung
stoppt.
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Das
erfindungsgemäße Montageverfahren zum
Einsetzen des Kolbens in den Zylinderblock mit vormontierter Kurbelwelle,
wobei der Kolben mit der Pleuelstange voran von der Zylinderkopfseite
in den Zylindergeführt
wird und die Pleuelstangenführung, die
von einer Kurbelwellenseite des Zylinders durch diesen greift, die
Pleuelstange führt,
zeichnet sich dadurch aus, dass Pleuelstange und Pleuelstangenführung wenigstens
in Richtung der Achse des Zylinders kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden werden.
Vorzugsweise werden Pleuelstange und Pleuelstangenführung mittels
wenigstens eines Greifarms miteinander verbunden.
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Beim
Montageverfahren wird vorzugsweise zunächst die Pleuelstangenführung in
eine Einbauposition gefahren, in der bei geöffnetem Greifarm die Pleuelstange
an die Pleuelstangenführung
geführt wird
und/oder in diese teilweise hineingesteckt wird. Danach wird der
Kolben in Richtung des Zylinders gedrückt, wobei mittels der Pleuelstange
die Pleuelstangenführung
zurückgeschoben
wird und der Greifarm betätigt
wird, sodass er die Pleuelstange hintergreift. Dem folgt das Einführen des
Kolbens in den Zylinder vorzugsweise unter Zuhilfenahme einer Montageglocke
zum Zusammendrücken
von Kolbenringen auf dem Kolben. Der Kolben sollte nach diesem Verfahrensschritt
mindestens mit einem Kolbenboden bündig mit dem Zylinderblock
abschließen. Daraufhin
wird die Pleuelstangenführung
zurückgefahren,
sodass mittels der hintergriffenen Pleuelstange der Kolben in den
Zylinder gezogen wird, bis die Pleuelstange an einem Kurbelzapfen
der Kurbelwelle anliegt. Schließlich
wird der Greifarm geöffnet
und die Pleuelstangenführung
in eine Grundstellung zurückgefahren.
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Anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung
näher dargestellt
werden. Es zeigen:
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1 schematisch
eine Montageeinheit mit einem Zylinderblock;
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2 schematisch
eine Pleuelstangenführung
mit einer Greifvorrichtung in einer Einbauposition;
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3 zeigt
die Pleuelstangenführung
und die Greifvorrichtung der 2 in einer
veränderten Position;
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4 die
Pleuelstangenführung
mit Greifvorrichtung in einer Position, bei der sich ein Kolben mit
Kolbenring in einem Zylinder befindet; und
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5 die
Pleuelstangenführung
und die Greifvorrichtung, wobei eine Pleuel stange an einem Kurbelzapfen
anliegt.
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6 die
Pleuelstangenführung
(teilweise) in einer anderen Ausführungsform.
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7 die
Pleuelstangenführung
der 6 in der Seitenansicht
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1 zeigt
schematisch eine Montageeinheit 1 zum Einsetzen eines Kolbens 2 in
einen Zylinderblock 3. Der Zylinderblock 3 umfasst
eine bereits vormontierte Kurbelwelle 4. Der Zylinderblock 3 ist
im Schnitt dargestellt und weist drei Zylinder 5 auf, die beispielsweise
eine Zylinderreihe eines V6-Verbrennungsmotors darstellen können. Wie
zu erkennen ist, ist der Zylinderblock vertikal angeordnet, so dass
die Achsen der Zylinder horizontal verlaufen. Die schematisch dargestellte
Kurbelwelle 4 erstreckt sich in ihrer Längsrichtung in der Vertikalen
und weist mehrere Kurbelwangen 6 auf, die Kurbelzapfen
und Wellenzapfen miteinander verbinden.
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Die
Montageeinheit 1 umfasst eine Haltevorrichtung 7,
die den Zylinderblock in einer vorbestimmten Lage hält. Die
Halteeinrichtung 7 kann den Zylinderblock 3 auch
anheben, sodass ein oberes Ende 8 der Kurbelwelle 4 in
eine Drehvorrichtung 9 greift. Die Drehvorrichtung 9 dreht
mit Hilfe eines elektronisch gesteuerten Linearmotors die Kurbelwelle
auf eine vorbestimmte Drehposition.
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Der
Kolben 2 weist vormontierte Kolbenringe 10 auf
(nur ein Kolbenring ist dargestellt) und ist mit einer Pleuelstange 11 verbunden.
An einem dem Kolben 2 abgewandten Ende 12 der
Pleuelstange 11 ist die Pleuelstange mit einer Pleuelstangenführung 13 verbunden.
Die Pleuelstangenführung 13 lässt sich entlang
zweier Führungsschienen 14 auf
der gestrichelten Linie 15 bewegen. Um den Kolben 2 mit
der Pleuelstange 11 in den Zylinder 5 einzusetzen,
ist nur eine Bedienperson notwendig. Diese Bedienperson schiebt
den Kolben 2 in den Zylinder 5, wobei die Pleuelstange 11 durch
die Pleuelstangenführung 13 gehalten
wird und aufgrund der festgelegten Bewegung der Pleuelstangenführung 13 durch
diese entsprechend geführt
wird.
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2 zeigt
die Pleuelstangenführung 13 entlang
der in der 1 dargestellten An sicht II-II.
An der Pleuelstangenführung 13 ist
eine Greifvorrichtung 16 befestigt, die in der 1 nicht
dargestellt ist. Die Greifvorrichtung 16 umfasst zwei Greifarme 17, die
jeweils an einem Ende eine Abwinklung 18 aufweisen. In 2 befinden
sich die Greifarme 17 in einer geöffneten Stellung, bei der in
die Pleuelstange 11 gesteckte Schrauben 19 in
die Pleuelstangenführung 13 hineingeführt werden
können.
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Die
Pleuelstange 11 befindet sich im wesentlichen außerhalb
des Zylinders 5, sodass die Schrauben 19 manuell
durch die Bedienperson ohne weiteres in Pleuelstangenführung 13 gesteckt
werden.
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Die
Pleuelstangenführung 13 weist
einen gabelförmigen
Aufbau mit zwei parallel geführten Schenkeln 20 auf,
deren Abstand zueinander etwas größer ist als der Durchmesser
eines im Schnitt dargestellten Kurbelzapfens 21 der Kurbelwelle 4.
Auf die Darstellung einer Kurbelwange 4 oder einer Lagerung
der Kurbelwelle wird in der 2 und auch
in den 3 bis 5 der Einfachheit halber verzichtet.
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Zum
Einsetzen des Kolbens in den Zylinderblock 3 steckt die
Bedienperson die Schrauben 19 in die dafür vorgesehenen Öffnungen 22 der
beiden Schenkel 20, sodass die in der 2 dargestellten Anordnung
gegeben ist. Der Kolben 2 wird nun mit der Pleuelstange 11 in
Richtung des Kurbelzapfens 21 gedrückt. Wie der 3 zu
entnehmen ist, passiert die Pleuelstangenführung 13 dabei eine
Lage, bei der die Greifvorrichtung 16 betätigt wird,
sodass die Greifarme 17 von einer in der 2 dargestellten offenen
Stellung in eine geschlossene Stellung übergehen. Dabei hintergreifen
die Abwinklungen 18 die Schrauben 19 und sorgen
für eine
feste Verbindung zwischen der Greifvorrichtung 16 und der
Pleuelstange 11.
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4 zeigt
die Pleuelstangenführung 13 in einer
weiteren Position, bei der sich der Kolben 2 mit den Kolbenringen 10 bereits
in dem Zylinder 5 befindet. Um den Kolben mit den Kolbenringen 10 in
den Zylinder führen
zu können,
müssen
die Kolbenringe mit einem passenden Werkzeug zusammengedrückt werden.
In der in der 4 dargestellten Position wird
ein nicht dargestellter Antrieb der Pleuelstangenführung 13 betätigt, sodass
die Pleuelstangenführung 13 mit
der daran befestigten Pleuelstange 11 und dem Kolben 2 weiter
in den Zylinder gezogen wird. Der Antrieb der Pleuelstangenführung 13 wird gestoppt,
wenn die Pleuelstange 11 mit einem Pleuelkopf 23 an
dem Kurbelzapfen 21 zur Anlage kommt.
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Wenn
die Pleuelstange 11 an dem Kurbelzapfen 21 anliegt,
bringt die Greifvorrichtung 16 die Greifarme 17 wieder
in eine geöffnete
Stellung, sodass die Pleuelstangenführung 13 von der Pleuelstange 11 weggeführt werden
kann (vgl. 5). Mit Hilfe der Schrauben 19 kann
nun ein Pleuellagerdeckel an der Pleuelstange 11 befestigt
werden.
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Wie
den 2 bis 5 zu entnehmen ist, kann durch
die erfindungsgemäße Montageeinheit sicher
vermieden werden, dass die Schrauben 19 oder die Pleuelstange 11 Beschädigungen
auf der Oberfläche
des Kurbelzapfens 21 verursachen, die einen schwerwiegenden
Motorschaden zur Folge haben können.
Des weiteren wird deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Montageeinheit
lediglich eine Bedienperson notwendig ist, was gegenüber einer Montageeinheit
mit zwei Bedienpersonen die Arbeitskosten reduziert.
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Um
nun auch die übrigen
Zylinder 5 im Zylinderblock 3 mit einem Kolben
zu bestücken,
kann die Pleuelstangenführung 13 samt
der Führungsschienen 14 in
ihrer vertikalen Höhe
variiert werden.
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Die 6 und 7 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
für die
Pleuelstangenführung 13, wobei
hier nur die sich gegenüberstehenden
Schenkel 20 dargestellt sind. An beiden der Schenkel 20 ist über jeweils
ein Drehbolzen 24 der jeweilige Greifarm 17 drehbar
befestigt. Der Drehbolzen 24 befindet sich dabei in der
Nähe des
pleuelstangenseitigen Endes der Pleuelstangenführung.
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In 6 sind
die Öffnungen 22 zur
Aufnahme der Schrauben 19 zu erkennen, wobei die Öffnungen 22 als
Sacklöcher
ausgebildet sind. Bei eingesetzten Schrauben 19 mitsamt
der Pleuelstange 11 (Schrauben und Pleuelstange sind nicht
dargestellt) liegt der Greifarm 17 mit einer Schräge 25 an
einer entsprechend schräg
ausgebildeten Fläche
einer Schraube an.
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Betätigt wird
der Greifarm 17 durch den angetriebenen Zapfen 26,
der in einem Langloch 27 des Greifarms verschiebbar angeordnet
ist. Der Zapfen, der beispielsweise mit einem druckluftbetriebenen Kolben
verbunden sein kann, lässt
sich längs
der Haupterstreckung der Schenkel 20 bewegen. Diese lineare
Bewegung führt
zu einem Gleiten des Zapfens innerhalb des Langlochs, wobei, bedingt
durch die schräge
Ausrichtung des Langlochs 27, der Greifarm 17 um
den Drehbolzen 24 gedreht wird.
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Aufgrund
der Schräge 25 führt eine
mittels des Greifarms 17 auf die Schraube 19 (nicht
dargestellt) wirkende Kraft in Axialrichtung des Zylinders dazu,
dass auf den Greifarm 17 eine radial zur Zylinderachse
nach außen
gerichtete Kraft lastet. Diese Kraft führt zu einem Lösen der
Verbindung zwischen Pleuelstange und Pleuelstangenführung, wenn
deren Moment um den Drehbolzen größer ist als das Moment, das
eine Haltekraft erzeugt, die auf den Zapfen 26 wirkt.
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- 1
- Montageeinheit
- 2
- Kolben
- 3
- Zylinderblock
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Zylinder
- 6
- Kurbelwange
- 7
- Halteeinrichtung
- 8
- oberes
Ende
- 9
- Drehvorrichtung
- 10
- Kolbenring
- 11
- Pleuelstange
- 12
- abgewandtes
Ende
- 13
- Pleuelstangenführung
- 14
- Führungsschiene
- 15
- gestrichelte
Linie
- 16
- Greifvorrichtung
- 17
- Greifarm
- 18
- Abwinklung
- 19
- Schraube
- 20
- Schenkel
- 21
- Kurbelzapfen
- 22
- Öffnung
- 23
- Pleuelkopf
- 24
- Drehbolzen
- 25
- Schräge
- 26
- Zapfen
- 27
- Langloch