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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement und ein Verfahren zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement.
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Pleuellager müssen in der Regel hohen Anforderungen in Hinblick auf ihre Belastbarkeit und Reibungseigenschaften genügen. Entsprechende Anforderungsprofile an die Pleuellager können dabei unter anderem vom beabsichtigten Einsatzzweck bzw. Einsatzgebiet abhängen. Zur individuellen Anpassung der Lagereigenschaften bzw. der gezielten Pleuellagerverstärkung des Pleuels sieht es der Stand der Technik daher vor, die Innenseite des Pleuellagers mit Schalenelementen zu verkleiden, wobei sich diese Schalenelemente den Anforderungen entsprechend, beispielsweise in Hinblick auf eine Materialwahl, Beschichtung oder Form, auswählen lassen. Beispiele für das Verkleiden des Pleuellagers lassen sich in den Druckschriften
JP 07068427 A und
JP 2013 215 848 A finden.
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Das Platzieren der Schalenelemente per Hand ist ausgesprochen aufwendig und zeitintensiv, während beim automatisierten Anordnen die dafür vorgesehene Vorrichtung den vergleichsweise hohen Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit des Schalenelements relativ zur Lagerinnenseite des Pleuellagers genügen muss.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement bereitzustellen, mit der die erforderliche Positionierungsgenauigkeit für ein reibungsloses Fügen gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement, wobei die Vorrichtung eine Halterung zum Halten des Pleuelelements, eine Fügeeinrichtung zum Fügen des Schalenelements mit dem Pleuelelement und eine Positionierungseinrichtung zum Vorpositionieren des Schalenelements gegenüber dem Pleuelelement umfasst, wobei die Positionierungseinrichtung ein federelastisches Halteelement zum kraftschlüssigen Halten des Schalenelements aufweist.
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Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, mittels des federelastischen Halteelements das Schalenelement zwecks der Vorpositionierung kraftschlüssig zu halten bzw. zu verklemmen. Dadurch wird ohne großen Aufwand für die erforderliche Positionierungsgenauigkeit gesorgt. Weiterhin erlaubt die Nutzung des federelastischen Halteelements, dass eine von dem federelastischen Halteelement ausgehende Kraftwirkung auch dann zur Positionierung genutzt werden kann, wenn das Schalenelement durch die Positionierungseinrichtung geführt wird. Mit anderen Worten: Mittels des federelastischen Halteelements lässt sich die Vorpositionierung aufrechterhalten bzw. bilden, wenn das Schalenelement in der Positionierungseinrichtung, insbesondere durch die Positionierungseinrichtung, bewegt wird, wodurch der Positionierungsprozess in vorteilhafter Weise nicht nur auf ein statisches Anordnen des Schalenelements über dem Pleuelelement beschränkt ist.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass es sich bei dem Pleuelelement um eine Pleuelstange und/oder einen Pleueldeckel handelt, wobei Pleuelstange und Pleueldeckel vorzugsweise nach dem Fügen des Schalenelements am Pleuelelement zum Pleuel zusammengefügt werden. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Schalenelement zur Bildung einer Kontaktfläche bzw. Gleitfläche des Pleuellagers durch das Fügen an einer Innenseite eines Pleuellagerteils des Pleuelelements angeordnet wird. Zum Fügen umfasst die Fügeeinrichtung vorzugsweise einen Fügestempel, der derart ausgestaltet ist, dass der Fügestempel zumindest teilweise durch die Positionierungseinrichtung führbar ist bzw. in die Positionierungseinrichtung während des Fügeprozesses zumindest zeitweise eingreift. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Positionierungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Rückstellkraft des Federelements auf das Schalenelement einwirkt, wenn das Schalenelement vom Fügestempel durch die Positionierungseinrichtung geschoben wird. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Positionierungseinrichtung zwischen der Fügeeinrichtung und der Halterung angeordnet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das federelastische Halteelement eine federgelagerte Führungsplatte und/oder ein federgelagertes Blockelement zum kraftschlüssigen Halten des Schalenelements aufweist. Durch die federgelagerten Führungsplatten lässt sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise großflächig auf das Schalenelement einwirken, wodurch eine Erhöhung der Positionierungsgenauigkeit, insbesondere bei einer Relativbewegung des Schalenelements gegenüber der Positionierungseinrichtung, bewirkt wird. Vorzugsweise bilden zwei gegenüberliegende Führungsplatten einen Kanal, durch den das Schalenelement für das Fügen bewegt wird. Insbesondere sind die beiden gegenüberliegenden Führungsplatten gegeneinander vorgespannt, wenn zwischen ihnen das Schalenelement verklemmt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionierungseinrichtung eine Nut zur Führung eines Nockens des Schalenelements aufweist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Schalenelement, insbesondere der Nocken des Schalenelements, über ein federelastisches Halteelement, beispielsweise in Gestalt des federgelagerten Konusblocks, in die Nut zur Führung des Nockens gedrückt wird. Zu diesem Zweck sind der Konusblock und die Nut an gegenüberliegenden Seiten in der Positionierungseinrichtung angeordnet und das federelastische Halteelement in Richtung der Nut vorgespannt, wenn das Schalenelement in der Positionierungseinrichtung angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Fügeeinrichtung einen Fügestempel, der beim Fügen zumindest teilweise in die Positionierungseinrichtung eingreift, umfasst. Dabei umfasst die Positionierungseinrichtung vorzugsweise eine weitere Nut zur Führung des Führungsstempels. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Fügestempel auf eine Stoßfläche des Schalenelements einwirkt und das Schalenelement durch die Positionierungseinrichtung schiebt. Dadurch wird die vorteilhafte Vorpositionierung des Schalenelements durch die Wirkung des federelastischen Halteelements aufrechterhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionierungseinrichtung und/oder die Fügeeinrichtung beweglich zur Halterung gelagert sind. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise das Schalenelement durch die Bewegung von Positionierungseinrichtung und Fügeeinrichtung relativ zur Halterung automatisiert vorpositionieren und fügen. Dabei umfasst beispielsweise die Fügeeinrichtung ein Druckstück, mit dem die Positionierungseinrichtung beim Fügen niedergehalten wird.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Montieren eines Schalenelements an einem Pleuelelement, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- – Anordnen eines Pleuelelements an einer Halterung,
- – Vorpositionieren eines Schalenelements in einer Positionierungseinrichtung mittels eines federelastisches Halteelements und
- – Fügen des Schalenelements mit dem Pleuelelement.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird ein federelastisches Halteelement zur Vorpositionierung genutzt, wodurch eine Rückstellkraft des federelastischen Halteelements während der gesamten Aufenthaltszeit, also auch beim Einführen und Ausführen, zum Vorpositionieren genutzt werden kann. Dadurch wird ein schnelles und genaues Vorpositionieren möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schalenelement beim Vorpositionieren von einem federgelagerten Blockelement, insbesondere einem Konusblock, und/oder einer federgelagerten Führungsplatte in der Positionierungseinrichtung kraftschlüssig gehalten bzw. verklemmt wird. Durch eine möglichst großflächige und insbesondere von der Seite auf das Schalenelement einwirkende Führungsplatte, lässt sich die Positionierungsgenauigkeit weiter verbessern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass beim Vorpositionieren das Schalenelement solange in die Positionierungseinrichtung eingeschoben wird, bis eine fluchtende Anordnung zwischen dem Schalenelement und der Positionierungseinrichtung an einer Seite der Positionierungseinrichtung realisiert wird. Dadurch wird das Schalenelement in vorteilhafter Weise derart angeordnet, dass der Fügestempel der Fügeeinrichtung unmittelbar auf das Schalenelement, insbesondere auf dessen Stoßflächen, einwirken kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schalenelement beim Fügen durch die Positionierungseinrichtung von einem Fügestempel der Fügeeinrichtung geschoben wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schalenelement zeitlich während oder nach einem Verlassen der Positionierungseinrichtung in das Pleuelelement eingesetzt wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement.
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Die 2 zeigt schematisch eine Halterung für die Vorrichtung zur Montage des Schalenelements an dem Pleuelelement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt Ausschnitte aus der Vorrichtung zur automatisierten Montage des Schalenelements an dem Pleuelelement gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 zeigt im Detail eine Fügeeinrichtung für die Vorrichtung zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 5 zeigt eine Anordnung von Halterung, Positionierungseinrichtung und Fügeeinrichtung der Vorrichtung zur automatisierten Montage eines Schalenelements an einem Pleuelelement gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Abschluss eines Fügens von Schalenelement und Pleuelelement.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Montage eines Schalenelements 11 an einem Pleuelelement 10 dargestellt. Vorzugsweise handelt es sich um ein Pleuelelement 10, das Teil eines Pleuels ist. Dabei umfasst der Pleuel vorzugsweise einen Pleuelschaft, an dessen Enden jeweils ein Pleuellager bzw. ein Pleuelauge angeordnet ist. Der Pleuel wird dabei bei dessen Fertigung aus mindestens zwei Pleuelelementen 10, beispielsweise einer Pleuelstange und einem Pleueldeckel, zusammengesetzt. Eine Positionierungseinrichtung 20 ist dafür vorgesehen, eine Vorpositionierung des Schalenelements 11 relativ zum Pleuelelement 10 vorzunehmen, bevor das Schalenelement 11 und das Pleuelelement 10 gefügt werden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Pleuellager oberhalb der Positionierungseinrichtung 20 angeordnet, wobei eine Innenseite des Pleuellagers auf das in der Positionierungseinrichtung 20 angeordnete Schalenelement 11 gerichtet ist. Die Positionierungseinrichtung 20 ist dabei als halbkreisförmige Auflage ausgestaltet, auf der das Schalenelement 11 aufliegt. Zum Fügen wird das Pleuellager, beispielsweise in Richtung der Positionierungseinrichtung 20, geführt. Hierbei ist für das erfolgreiche Fügen das positionsgenaue Platzieren des Schalenelements 11 Voraussetzung.
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In 2 ist schematisch auf der linken Seite ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung 1 zur automatisierten Montage des Schalenelements 11 an dem Pleuelelement 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Auf der rechten Seite sind wiederum Vergrößerungen aus dem auf der linken Seite dargestellten Ausschnitt illustriert. Der links dargestellte Ausschnitt zeigt die Positionierungseinrichtung 20, die zwischen der Halterung 3 und einer Fügeeinrichtung 30 angeordnet ist. Dabei ist die Fügeeinrichtung 30 zum Fügen des Schalenelements 11 und des Pleuelelements 10 vorgesehen, indem beispielsweise ein Fügestempel 31 der Fügeeinrichtung 30 zum Fügen in die Positionierungseinrichtung 20 eingreift und das Schalenelement 11 in Richtung des Pleuelelements 10 verschiebt. Insbesondere umfasst die Positionierungseinrichtung 20 einen Matrizenblock, in den federelastische Halteelemente 21, 23 eingelassen sind, mit denen das Schalenelement 11 zur Vorpositionierung in der Positionierungseinrichtung 20 verklemmt wird. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus 1 lässt sich mittels der federelastischen Halteelemente 21, 23 automatisch eine positionsgenaue Vorpositionierung erzielen, die die Voraussetzung für eine wertige Verbindung bei der automatisierten Montage des Schalenelements 11 am Pleuelelement 10 erfüllt. Dazu weist die Positionierungseinrichtung 20 beispielsweise zwei parallel zueinander ausgerichtete Führungsplatten 21 auf, die vorzugsweise gegeneinander und insbesondere entlang einer durch das Pleuellager vorgegebenen axialen Richtung vorgespannt sind, wenn zwischen ihnen das Schalenelement 11 angeordnet wird. Mittels dieser Führungsplatten 21 lässt sich das Schalenelement 11 seitlich, d. h. entlang der durch das Pleuellager vorgegebenen axialen Richtung, positionieren. Weiterhin umfasst die Positionierungseinrichtung 20 in Form eines Konusblocks 23 ein federelastisches Halteelement, mit dem auf das in die Positionierungseinrichtung 20 eingesetzte Schalenelement 11 zur Vorpositionierung eingewirkt werden kann. Dabei ist der federgelagerte Konusblock 23 in Richtung einer in die Positionierungseinrichtung 20 eingelassenen Nut 22 vorgespannt, wenn das Schalenelement 11 in die Positionierungseinrichtung 20 eingeführt wird bzw. innerhalb der Positionierungseinrichtung 20 angeordnet ist. Insbesondere wird ein an einer Außenseite des Schalenelements 11 angeordneter Nocken dabei in die Nut 22 gedrückt. Dadurch lässt sich die Vorpositionierung des Schalenelements 11 in vorteilhafter Weise steuern. Vorzugsweise wirken Rückstellkräfte von federelastischen Halteelementen, die beispielsweise mittels Federlagerungen 25 in der Positionierungseinrichtung 20 eingelassen sind, von mehreren, insbesondere drei, Seiten auf das Schalenelement 11. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Schalenelement 11 derart in die Positionierungseinrichtung 20 eingefügt wird, dass eine Abschlussfläche des Schalenelements 11 eine Stoßfläche für die Fügeeinrichtung 30, insbesondere den Fügestempel 31 der Fügeeinrichtung 30, bildet. Für das Vorpositionieren des Schalenelements 11 in der Positionierungseinrichtung 20 ist es dabei insbesondere vorgesehen, dass das Schalenelement 11 mit der Nocke voraus in die Nut 22 des Matrizenblocks eingesetzt wird und das Schalenelement 11 nach unten geschoben wird, bis die Stoßfläche plan bzw. fluchtend mit dem Matrizenblock bzw. einer Außenseite des Matrizenblocks angeordnet ist. Dabei wird das Schalenelement 11 dank der seitlich federgelagerten Führungsplatten 21 in Position gehalten und der Konusblock 23 drückt das Schalenelement 11 in Richtung der Nut 22 im Matrizenblock, wodurch ein sicherer Sitz der Nocke in der Nut 22 gewährleistet wird. Weiterhin weist die Positionierungseinrichtung zur Führung des Fügestempels 31 durch die Positionierungseinrichtung 20 eine weitere Nut für den Fügestempel 31 auf, wobei die weitere Nut für den Fügestempel 31 vorzugsweise in den Matrizenblock und/oder in den Konusblock 23 eingelassen ist und sich insbesondere durch die gesamte Positionierungseinrichtung 20 erstreckt.
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In 3 ist schematisch eine Halterung 6 für die Vorrichtung 1 zur Montage des Schalenelements 11 an dem Pleuelelement 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist in der 2 eine Pleuelstange in der Halterung 6 angeordnet, indem das kleine Pleuelauge 6, d. h. das kleinere der beiden Pleuellager, lösbar an einem Bolzen 7 angelenkt ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Pleuelstange mittels Anlageelemente 4 derart ausgerichtet ist, dass die Lagerinnenseite der Pleuelstange nach oben offen ist. Mit anderen Worten: Das Pleuelelement 10 ist derart in der Halterung angeordnet, dass ein Teil der Lagerinnenseite des Pleuellagers für die Aufnahme des Schalenelements 12 ausgerichtet wird. Darüber hinaus sorgt vorzugweise ein Fixierungsmittel 5 für eine seitliche Stabilisierung der Pleuelstange. Dabei drückt das Fixierungsmittel 5 insbesondere entlang einer durch das Pleuellager vorgegebenen axialen Richtung gegen die Pleuelstange.
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In 4 ist im Detail die Fügeeinrichtung 30 der Vorrichtung 1 zur automatisierten Montage eines Schalenelements 11 an einem Pleuelelement 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Fügestempel 31 das in der Positionierungseinrichtung 20 vorpositionierte Schalenelement 11 durch die, vorzugsweise konusförmige, Positionierungseinrichtung 20 schiebt und am Ausgang bzw. in einem Ausgangsbereich der Positionierungseinrichtung 20 das Schalenelement 11 mit dem Pleuelelement 10, insbesondere der Innenseite des Pleuellagers, fügt. Dabei ist es vorgesehen, dass zum Fügen die Positionierungseinrichtung 20, insbesondere der Matrizenblock, abgesenkt wird und die nachfolgende Fügeeinrichtung 30 mittels eines Druckstücks 32 die Positionierungseinrichtung 20 niederhält. Mit dem Fügestempel 31 wird das Schalenelement 11 in vorteilhafter Weise durch den konusförmigen Matrizenblock geschoben und gleichzeitig auf Einbaumaß vorgespannt und mit dem Verlassen der Positionierungseinrichtung 20 wird das Schalenelement 11 positionsgenau in das Pleuelelement 10 eingesetzt.
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In 5 ist ein Ausschnitt aus der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Anordnung dargestellt, in der der Fügestempel 31 in die Positionierungseinrichtung 20 eingreift bzw. durchgreift und dadurch das Schalenelement 11 auf das Pleuelelement 10 setzt. Während auf der linken Seite die Anordnung von Halterung 3, Positionierungseinrichtung 20 und Fügeeinrichtung 30 dargestellt ist, wird auf der rechten Seite die Anordnung von Fügestempel 31, Halterung 3, Pleuelelement 10 und Schalenelement 11 ohne den in dieser Anordnung andernfalls die Sicht versperrenden Matrizenblock gezeigt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass zeitlich nach dem Fügen des Schalenelements 11 mit dem Pleuelelement 10 die Pleuelstange mit dem Pleueldeckel zur Bildung des Pleuels zusammengefügt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 07068427 A [0002]
- JP 2013215848 A [0002]
