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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gesteuerten Drehung einer Kurbelwelle eines Antriebssatzes. Unter „Antriebssatz“ wird im Rahmen der Erfindung entweder ein Fahrzeugmotor allein oder eine aus einem Fahrzeugmotor und einem Getriebe oder Wandler gebildete Einheit verstanden.
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Eine derartige Vorrichtung wird insbesondere in der Automobilindustrie bei der Montage von Antriebssätzen eingesetzt, wobei in der Regel ein Antriebsmotor mit einem Getriebe oder Wandler zu verschrauben ist. Aufgrund der beengten Zugangsmöglichkeiten zu den Verbindungsschrauben im Bereich der Schwungscheibe des Motors muss diese bzw. die Kurbelwelle des Motors zwischen den einzelnen Verschraubungsvorgängen um regelmäßige Winkelintervalle gedreht werden, damit jede einzelne Verschraubungsposition nacheinander zugänglich ist und die jeweiligen Befestigungsschrauben eingedreht und/oder mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen werden können.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den jeweils zur Montage anstehenden Antriebssatz, der an einer deckenseitigen Transportschiene herangeführt wird, mit Hilfe der Motorhalterungen an einer auf dem Boden angeordneten Motorstütze vorübergehend zu fixieren. Anschließend wird eine mit einem Elektromotor versehene, drehwinkelgesteuerte Antriebsvorrichtung, die auf einer mit der Motorstütze fest verbundenen Linearführung gehalten ist, mit dem Befestigungselement an der Kurbelwelle des Antriebssatzes von Hand in Eingriff gebracht, so dass die einzelnen Verschraubungsvorgänge wie oben beschrieben der Reihe nach erfolgen können. Nachteilig ist hierbei, dass die Fixierung des jeweiligen Antriebssatzes an der Motorstütze eine gewisse Zeit benötigt, und dass der Antriebssatz wegen der bodenseitigen Motorstütze in weiten Bereichen von unten nicht oder nur eingeschränkt zugänglich ist. Weiterhin ist aus der
DE 198 13 671 C1 eine Vorrichtung zur gesteuerten Drehung einer Kurbelwelle eines Antriebssatzes bekannt, umfassend:
- - einen drehwinkelgesteuerten Getriebemotor und
- - ein Antriebselement mit nicht kreisförmigem Außen- oder Innenquerschnitt, das drehfest mit einer Ausgangswelle des Getriebemotors verbunden ist und mit einem drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Befestigungselement mit einer nicht kreisförmigen Querschnittsfläche in Eingriff bringbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen auf einfachere Weise eine gesteuerte Kurbelwellendrehung eines Antriebssatzes vorgenommen werden kann, insbesondere zum Zwecke einer Verschraubung zwischen einem Fahrzeugmotor und einem Getriebe oder Wandler, und insbesondere ohne dass eine bodenfeste Motorstütze erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in vorrichtungsmäßiger Hinsicht durch eine Vorrichtung zur gesteuerten Drehung einer Kurbelwelle eines Antriebssatzes gelöst, wobei die Vorrichtung umfasst: einen drehwinkelgesteuerten Getriebemotor; ein Antriebselement mit nicht kreisförmigem Außen- oder Innenquerschnitt, das drehfest mit einer Ausgangswelle des Getriebemotors verbunden ist und mit einem drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Befestigungselement mit einer nicht kreisförmigen Querschnittsfläche in Eingriff bringbar ist; ein mit der Ausgangswelle fest verbundenes Anlageteil mit einer radial verlaufenden Anlagefläche; eine konzentrisch zu dem Antriebselement angeordnete Verriegelungseinrichtung, mit der das Anlageteil an einer konzentrisch zu dem Befestigungselement angeordneten Riemenscheibe des Antriebssatzes verriegelbar ist; und eine Drehmomentabstützung zum Ausgleich eines von der Ausgangswelle übertragenen Drehmoments, wobei die Drehmomentabstützung ein an einem mit dem Getriebemotor verbundenen Auslegerarm befestigtes Ausgleichsgewicht aufweist.
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Das Antriebselement ist bevorzugt ausgebildet zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Befestigungselement, und ist zweckmäßigerweise axial so positioniert, dass es in einer Arbeitsposition, in der die Anlagefläche gegen die Riemenscheibe anliegt, formschlüssig mit dem Befestigungselement zusammenwirkt.
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Bei dem Befestigungselement kann es sich um eine Sechskantmutter oder eine Sechskantschraube bzw. deren Kopf handeln, wobei das Antriebselement zweckmäßigerweise einen Innensechskant- oder Innenzwölfkantquerschnitt aufweist, um nach Art eines Steckschlüsseleinsatzes (Nuß) mit dem Befestigungselement zusammenzuwirken. Es kann austauschbar an der Antriebswelle gehalten sein, damit die Vorrichtung an unterschiedliche Befestigungselemente angepasst werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Antriebselement axial verschieblich auf der Ausgangswelle geführt und federnd vorgespannt ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement mittels Magnetkraft oder Unterdruck in formschlüssiges Zusammenwirken mit einem Teil des Antriebssatzes oder dem Befestigungselement bringbar ist und/oder in dieser Stellung gehalten wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungseinrichtung mehrere über den Umfang des Anlageteils verteilt angeordnete Greifhebel zum Zusammenwirken mit einer Randkante der Riemenscheibe aufweist.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Greifhebel zum Zusammenwirken mit Riemenscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind, insbesondere innerhalb eines Durchmesserbereichs von +/- 20 mm, bezogen auf einen vorgegebenen mittleren oder am häufigsten vorkommenden Durchmesser.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Greifhebel in Richtung auf eine Lösestellung federbelastet sind. Es ist vorteilhaft, wenn die Greifhebel jeweils um eine senkrecht und in einem radialen Abstand von der Ausgangswelle angeordnete Schwenkachse schwenkbar gelagert sind.
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Zweckmäßigerweise ist koaxial zu der Ausgangswelle ein Verriegelungsring axial verschieblich geführt, der bevorzugt in einer Verriegelungsrichtung federbelastet ist und eine insbesondere konische oder kegelstumpfförmige Verriegelungsfläche zum Zusammenwirken mit den Greifhebeln aufweist, um diese gleichzeitig um die Schwenkachse in einer Verriegelungsrichtung zu verschwenken.
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Hierbei ist es günstig, wenn jeder Greifhebel eine Rolle zum Zusammenwirken mit der Verriegelungsfläche aufweist, die um eine parallel zu der Schwenkachse angeordnete Drehachse drehbar sein kann.
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Zweckmäßigerweise sind die Schwenkachsen der Greifhebel fest mit dem Anlageteil verbunden.
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Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass der Getriebemotor ein Schneckengetriebe aufweist, insbesondere ein selbsthemmendes Schneckengetriebe, damit ein unerwünschtes Vor- oder Zurückdrehen des Antriebssatzes über eine gewünschte Position hinaus verhindert wird.
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Vorzugsweise ist eine Aufhängung zum horizontalen Verfahren der Vorrichtung vorgesehen. Die Aufhängung ist zweckmäßigerweise mit einem Balancer verbunden, um die Handhabung zu vereinfachen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Drehmomentabstützung ein an einem mit dem Getriebemotor verbundenen, horizontal angeordneten Auslegerarm befestigtes Ausgleichsgewicht aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Drehmomentabstützung einen insbesondere senkrecht angeordneten Stützarm zur Fixierung an einem externen Abstützpunkt aufweist.
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Bevorzugt weist die Aufhängung Tragseile auf, die einerseits im Bereich des Getriebemotors und andererseits im Bereich des Ausgleichsgewichts angreifen, so dass eine dreieckförmige Aufhängung gebildet ist, die sich gut zur Aufnahme und zum Ausgleich von Drehmomenten eignet.
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Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass der Getriebemotor eine elektronische Steuerung zum automatischen Weiterdrehen der Kurbelwelle um einen vorgegebenen Drehwinkel auf einen Steuerbefehl hin aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird in verfahrensmäßiger Hinsicht durch ein Verfahren zur gesteuerten Drehung einer Kurbelwelle eines Antriebssatzes gelöst, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, b) formschlüssiges Verbinden der Vorrichtung mit dem Befestigungselement und der Riemenscheibe des Antriebssatzes, c) Ansteuern des Getriebemotors derart, dass die Kurbelwelle um ein vorgegebenes Winkelintervall gedreht wird, d) Lösen der Vorrichtung von dem Antriebssatz.
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Bevorzugt werden nach Schritt c) Meß-, Justier- oder Verschraubungsarbeiten vorgenommen, insbesondere derart, dass c1) eine Befestigungsschraube eingedreht und/oder mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen wird, und es kann vorgesehen sein, dass Schritt c) und ein solcher Arbeitsschritt c1) abwechselnd wiederholt werden, bis ein bestimmter Verschraubungsvorgang abgeschlossen ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen wird.
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Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit der Verschraubung eines Antriebssatzes,
- 2 eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung in Richtung II in 3,
- 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach 1 und 2 in Richtung III in 2, und
- 4 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab entlang Linie IV-IV in 3.
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1 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer Montagesituation, bei der im Zuge der Verbindung eines schematisch angedeuteten Fahrzeugmotors 2 mit einem ebenfalls angedeuteten Wandler oder Getriebe 4 dieses bereits gehäuseseitig mit dem Fahrzeugmotor verbunden ist, allerdings noch nicht im Bereich des Wellenausgangs oder der Schwungscheibe des Fahrzeugmotors. Hierfür ist es erforderlich, Verschraubungen an zahlreichen Positionen entlang des Umfangs der Schwungscheibe vorzunehmen, wobei beispielsweise sechs Paare von Verbindungsschrauben verwendet werden, die jeweils einen Winkelabstand von 10° innerhalb jedes Paars und 60° von Paar zu Paar aufweisen.
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Da die Gehäuse von Fahrzeugmotor und Getriebe bzw. Wandler bereits miteinander verbunden sind, besteht lediglich über eine relativ kleine Gehäuseöffnung, deren Position in 1 mit 6 angedeutet ist, die Möglichkeit, jeweils eine Schraube zur Zeit einzusetzen bzw. mit einem vorgegebenen Drehmoment festzuziehen. Zur Durchführung sämtlicher Verschraubungen muss daher die Kurbelwelle des Fahrzeugmotors nach jedem einzelnen Schraubvorgang um einen bestimmten Winkel weitergedreht werden, in diesem Beispiel abwechselnd um 10° und 50°, bis sämtliche Schraubvorgänge abgeschlossen sind.
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Zum Bewirken der beschriebenen Drehung der Kurbelwelle wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur gesteuerten Kurbelwellendrehung eingesetzt, die in 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Die Vorrichtung 10, die 2 und 3 in größerem Maßstab zeigen, weist einen drehwinkelgesteuerten Getriebemotor 14 auf, der durch einen Elektromotor 12 und ein selbsthemmendes Schneckengetriebe 13 gebildet wird, dessen Ausgangswelle 15 horizontal verläuft, im Gegensatz zur Welle des Elektromotors 12, die vertikal verläuft.
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Ein Drehmomentstützrahmen 16 ist fest mit dem Getriebe 13 verbunden und weist einen horizontalen Auslegerarm 18 auf, an dessen Ende ein Ausgleichsgewicht 20 befestigt ist, sowie einen im wesentlichen senkrechten Stützarm 22, dessen Länge durch eine ein- und ausschiebbare Verlängerung 24 veränderbar ist, die an ihrem Ende eine Fixierung 26 trägt.
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In dem dargestellten Beispiel ist das Ausgleichsgewicht 20 durch zwei auf eine Achse 28 aufgeschobene Gewichtsscheiben 30 gebildet und kann bedarfsweise vergrößert oder verkleinert werden, indem weitere Gewichtsscheiben hinzugefügt oder die vorhandenen abgenommen oder durch andere ersetzt werden.
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Ein Anlageteil 32 sitzt in einem Abstand von dem Drehmomentstützrahmen 16 fest auf der Ausgangswelle 15 des Getriebemotors 14. Das Anlageteil 32 ist an seinem von dem Getriebemotor 15 abgekehrten Ende hohlzylindrisch ausgebildet und weist stirnseitig eine ringförmige, senkrecht zu einer Drehachse 15a der Ausgangswelle 15 verlaufende Anlagefläche 34 auf.
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Ein steckschlüsseleinsatzartiges Antriebselement 36 , das eine sechs- oder zwölfkantförmige Innenfläche zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Sechskantquerschnitt einer Gewindemutter oder -schraube 92 aufweist, ist axial fluchtend und drehfest mit einem Endabschnitt der Antriebswelle 15 verbunden und außerdem axial verschieblich auf dieser geführt, beispielsweise mittels einer Keilnutverbindung, und durch eine nicht dargestellte Vorspannfeder in Richtung 38 von dem Getriebemotor 14 weg vorgespannt. Das Antriebsteil ist austauschbar zur Anpassung an Sechskantquerschnitte anderer Größe oder andere Querschnittsformen. Alternativ könnte das Antriebsteil einen steckschlüsselartigen Außensechskantquerschnitt aufweisen, falls der Antriebssatz ein entsprechendes Befestigungselement mit Innensechskantquerschnitt hat.
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Auf einer äußeren Umfangsfläche des Anlageteils 32 sind eine Anzahl, in diesem Beispiel fünf, Greifhebel 42 schwenkbar gehalten, und zwar an mit dem Anlageteil 32 fest verbundenen Schwenkachsen 44, die jeweils senkrecht zu und in einem Abstand von der Drehachse 15a angeordnet sind. Jeder Greifhebel 42 steht nach vorn über das Anlageteil 32 und die Anlagefläche 34 mit einem hakenförmigen Verriegelungsabschnitt 46 über. An seinem entgegengesetzten, zu dem Getriebemotor 14 weisenden Ende trägt jeder Greifhebel 42 eine Rolle 50, deren Drehachse 52 parallel zur Schwenkachse 44 des jeweiligen Greifhebels ist.
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Jeder Greifhebel 42 ist mit einer nicht dargestellten Vorspannfeder in einer Löse- oder Freigaberichtung 43 vorgespannt, in der der Verriegelungsabschnitt des betreffenden Greifhebels von dem Anlageteil 32 weggedrückt wird. 4 zeigt einen Greifhebel 42 gestrichelt in einer Lösestellung.
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Ein Verriegelungsring 56 ist relativ zu dem Anlageteil 32 axial verschieblich geführt und durch eine Feder 59 in Verriegelungsrichtung 57 vorgespannt. Er weist benachbart zu den Rollen 50 eine außen konusförmige Verriegelungsfläche 58 auf, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei einer axialen Verlagerung des Verriegelungsrings 56 in Verriegelungsrichtung 57 derart mit den Rollen 50 zusammenwirkt, dass diese radial nach außen gedrückt werden, so dass die Verriegelungsabschnitte 46 radial nach innen und in eine Verriegelungsstellung schwenken. Zum Aufsetzen und zum Lösen der Vorrichtung wird der Verriegelungsring gegen die Federkraft entgegen der Verriegelungsrichtung gedrückt, so dass sich die Greifhebel öffnen.
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3 erläutert in einer Vorderansicht eine Aufhängung 60 der Vorrichtung, wobei zwei Tragseile 62 an der Achse 28 des Ausgleichsgewichts 20 und ein drittes Tragseil 64 an dem Drehmomentstützrahmen 16 angreift. Die drei Tragseile 62 und 64 sind etwa mittig oberhalb des Auslegerarms 18 zusammengeführt und über eine Verlängerung an einem Balancer 70 aufgehängt, der seinerseits an einer querverlaufenden Tragschiene 72 in Richtung des Doppelpfeils 74 verschieblich geführt ist. Der Balancer 70 reduziert in an sich bekannter Weise das spürbare Gewicht der Vorrichtung 10 für eine Bedienungsperson 76 auf einen Bruchteil des tatsächlichen Werts, so dass die Bedienungsperson die Vorrichtung problemlos in jeder Richtung bewegen kann, insbesondere auch in vertikaler Richtung 78.
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Wie insbesondere 1 zeigt, ist der Stützarm 22 mittels der Fixierung 26 vorübergehend und lösbar an einem Zwischenträger 80 befestigt, der einer vorteilhaften Aufhängung von Fahrzeugmotor 2 und Getriebe bzw. Wandler 4 an einer horizontal verlaufenden Transportschiene 82 dient.
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Bei der Verschraubung zwischen Fahrzeugmotor 2 und Getriebe oder Wandler 4 wird erfindungsgemäß wie folgt verfahren. Eine zu montierende Antriebseinheit wird, gezogen von einer nicht dargestellten Transportkette, entlang der Transportschiene 82 in Transportrichtung 84 zu einem von der Bedienungsperson 76 betreuten Montageplatz transportiert und bleibt dort während der nachfolgend beschriebenen Arbeitsschritte ortsfest stehen.
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Der Antriebssatz weist an einem vorderen Ende eine Riemenscheibe 90 auf, die mittels einer das Befestigungselement bildenden Befestigungsmutter 92 drehfest mit der Kurbelwelle verschraubt ist (4). Es ist darauf hinzuweisen, dass in dem hier beschriebenen Fertigungsstadium noch kein Keil- oder Zahnriemen montiert ist, so dass die Riemenscheibe 90 allseitig frei zugänglich ist und von den Verriegelungsabschnitten 46 erfasst werden kann.
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Die Bedienungsperson richtet nun die Vorrichtung 10 axial, d.h. bezüglich ihrer Ausgangswelle 15, mit der Befestigungsmutter 92 und der Riemenscheibe 90 aus und bewegt die Vorrichtung 10 dann in Richtung auf den Antriebssatz, wobei sie den Verriegelungsring 56 entgegen der Verriegelungsrichtung 57 bewegt. Dabei gelangt das Antriebselement 36 entweder sogleich in formschlüssigen Eingriff mit der Befestigungsmutter 92, oder es wird zunächst aufgrund eines Drehstellungsversatzes entgegen der Kraft seiner Vorspannfeder in Richtung auf den Getriebemotor 14 verlagert. Im Wesentlichen gleichzeitig kommen die nach vorn über das Anlageteil 32 und dessen Anlagefläche 34 überstehenden Verriegelungsabschnitte 46 der Greifhebel 42 in Eingriff mit einer vorderen, äußeren Randkante 91 der Riemenscheibe 90 und rasten bei einer fortgesetzten Bewegung der Vorrichtung 10 in Richtung auf den Antriebssatz schließlich hinter der Randkante der Riemenscheibe 90 ein, während die Anlagefläche 34 fest gegen eine vordere Randfläche der Riemenscheibe anliegt. Aufgrund der hakenartigen Form der Verriegelungsabschnitte 46 und der Federspannung der Greifhebel 42 wird die Vorrichtung 10 nach Loslassen des Verriegelungsrings 56, wobei dieser sich unter der Kraft der Feder 59 in Verriegelungsrichtung 57 bewegt, mit der Riemenscheibe 90 und damit mit dem Antriebssatz fest gekoppelt. Das Antriebselement 36 gleitet gegebenenfalls erst nach einer Drehung der Ausgangswelle 15 um einen kleinen Winkelbetrag auf die Befestigungsmutter 92.
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Um den vorstehend beschriebenen Andockvorgang zu erleichtern, könnten die Verriegelungsabschnitte 46 der Greifhebel 42 innen konisch angeschrägt sein, und/oder das Antriebselement 36 könnte innen konisch ausgebildet sein, damit ein zentriertes Ansetzen der Vorrichtung erleichtert wird.
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Anschließend wird der Stützarm 22 mit Hilfe der Fixierung 26 an dem Zwischenträger 80 befestigt, so dass eine Drehmomentabstützung gewährleistet ist.
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Zusätzlich zu dem Stützarm 22 ist eine Drehmomentabstützung durch das Ausgleichsgewicht 20 gegeben, wobei die Anordnung des Ausgleichsgewichts 20 seitlich und horizontal neben dem Getriebemotor 14 zusammen mit der außermittigen Anordnung der Tragseile 62, 64 bereits für eine erhebliche Ausgleichsfähigkeit für übertragene Antriebsdrehmomente sorgen. Wenn die Ausgangswelle 15 ein von der Bedienungsperson aus gesehen im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment an die Kurbelwelle des Antriebssatzes überträgt, wird das Ausgleichsgewicht 20 in Folge des resultierenden Moments tendenziell angehoben, so dass das durch das Ausgleichsgewicht auszugleichende Drehmoment durch Vergrößerung des Ausgleichsgewichts ebenfalls vergrößert werden und gegebenenfalls auf den Stützarm 22 ganz verzichtet werden kann.
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Wenn beispielsweise für ein Verdrehen der Kurbelwelle ein Drehmoment von etwa 150 bis 180 Nm erforderlich ist, genügt ein Ausgleichsgewicht von ca. 30 bis 40 kg bei einer wirksamen Hebellänge (Abstand des Schwerpunkts des Ausgleichsgewichts zu der Ausgangswelle 15) von etwa 600 mm zum Ausgleich der auftretenden Antriebsmomente.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeugmotor
- 4
- Getriebe oder Wandler
- 6
- Gehäuseöffnung
- 10
- Vorrichtung zur Kurbelwellendrehung
- 12
- Elektromotor
- 13
- Schneckengetriebe
- 14
- Getriebemotor
- 15
- Ausgangswelle
- 15a
- Drehachse
- 16
- Drehmomentstützrahmen
- 18
- Auslegerarm
- 20
- Ausgleichsgewicht
- 22
- Stützarm
- 24
- Verlängerung
- 26
- Fixierung
- 28
- Achse
- 30
- Gewichtsscheibe
- 32
- Anlageteil
- 34
- Anlagefläche
- 36
- Antriebselement
- 38
- Vorspannrichtung (von 36)
- 42
- Greifhebel
- 43
- Löserichtung
- 44
- Schwenkachse
- 46
- Verriegelungsabschnitt
- 50
- Rolle
- 52
- Drehachse
- 56
- Verriegelungsring
- 57
- Verriegelungsrichtung
- 58
- Verriegelungsfläche
- 59
- Feder
- 60
- Aufhängung
- 62, 64
- Tragseil
- 70
- Balancer
- 72
- Tragschiene
- 74
- Verschieberichtung
- 76
- Bedienungsperson
- 78
- vertikale Richtung
- 80
- Zwischenträger
- 82
- Transportschiene
- 84
- Transportrichtung
- 90
- Riemenscheibe
- 91
- Randkante
- 92
- Befestigungsmutter
