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Die Erfindung betrifft eine Kolbenmontagezange zur Montage von Motorkolben in Zylinderbohrungen von Kraftfahrzeugmotoren.
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Bei der Montage von Motorkolben in Zylinderbohrungen eines Kraftfahrzeugmotors ist zu beachten, dass der mit Kolbenringen versehene Motorkolben so dimensioniert ist, dass der Motorkolben einen minimal kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung aufweist und die Kolbenringe im entspannten Zustand einen größeren Außendurchmesser haben als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung. Somit sind beim Einfügen der Motorkolben in die Zylinderbohrung die Kolbenringe auf den Innendurchmesser der Zylinderbohrung zu komprimieren, um eine Beschädigung der Kolbenringe beim Einfügen zu vermeiden. Dazu wird nach heutigem Stand der Technik eine Kolbenmontagezange verwendet, welche zwei halbkreisförmige Ringe aufweist, die an einem Ende miteinander gelenkig verbunden sind, so dass ein vollkreisförmiger Ring entsteht, der mittels Handgriffen zu öffnen und zu schließen ist. Zur Montage wird der Motorkolben in die geöffnete Kolbenmontagezange eingesetzt. Nachdem die Kolbenmontagezange geschlossen ist, werden die Kolbenringe auf das Zylinderbohrungsinnenmaß komprimiert. Die Kolbenmontagezange wird an die Zylinderbohrung angelegt, so dass der Kolben mit komprimierten Kolbenringen direkt in diesem Zustand aus der geschlossenen Kolbenmontagezange in die Zylinderbohrung gedrückt werden kann.
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Bei diesem Stand der Technik ist jedoch zu berücksichtigen, dass an der Eintrittsöffnung der Zylinderbohrung die Eintrittskante mit einer Fase versehen ist, so dass beim Einschieben des Motorkolbens aus der Kolbenmontagezange in die Zylinderbohrung die Kolbenringe diese Fase überwinden müssen ohne dadurch beschädigt zu werden. Dies gilt insbesondere für den in Einschieberichtung ersten Kolbenring, der in der Regel als Ölabstreifring fungiert und dessen Ringquerschnitt häufig im Wesentlichen U-förmig ist.
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Die
DE 39 20 845 C1 offenbart ein Montagewerkzeug zum Einsetzen von mit Kolbenringen versehenen Kolben in einen Zylinder. Aus der
FR 2 803 552 A1 ist eine Greifvorrichtung zum Einführen und Einsetzen von Kolben in einen Zylinderblock eines Motors bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Möglichkeit zur Montage von Motorkolben in Zylinderbohrungen zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenmontagezange gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines Motorkolbens gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Kolbenmontagezange mit einem Trägerteil, welches eine Vielzahl von Ringsegmenten hält, die kreisringförmig um eine Fügeachse herum anordnet sind und die gemeinsam über eine Betätigungseinrichtung radial nach innen zur Fügeachse hin in eine Innenposition oder radial nach außen von der Fügeachse weg in eine Außenposition verschiebbar sind, und mit einem Auflageteil, welches eine kreisringförmige Öffnung aufweist, deren Mittelpunkt auf der Fügeachse liegt und deren Radius kleiner ist als die kürzeste Distanz zwischen der Fügeachse und den in ihrer Außenposition befindlichen Ringsegmenten. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass sich die Ringsegmente in eine Außenposition zurück bewegen lassen, welche so ausgelegt ist, dass sich in dieser Außenposition das Auflageteil weiter zur Fügeachse hin erstreckt als die Ringsegmente. Dies schafft eine Auflagefläche für einen ersten Kolbenring, wenn der Kolben vorbei an den Ringsegmenten in die Kolbenmontagezange eingeführt wird und der erste Kolbenring in einem entspannten Zustand an der Auflagefläche zum Aufliegen kommt. Wenn die Ringsegmente in ihre Innenposition gebracht werden, die weiter innen liegt als die Außenposition, werden die Kolbenringe zumindest soweit komprimiert, dass sie durch die Öffnung des Auflageteils hindurch passen. Da die Kolbenringe die Öffnung des Auflageteils passieren müssen, eröffnet die Innenfläche dieser Öffnung des Weiteren die Möglichkeit, diese so auszugestalten, dass die Kolbenringe noch weiter komprimiert werden. Somit werden die Kolbenringe über ein zum Einfügen erforderliches Maß komprimiert, so dass beim Vorbeiführen insbesondere des ersten Kolbenrings an der Fase der Eintrittsöffnung der Zylinderbohrung, der Kolbenring ausreichend komprimiert ist, um nicht an der Fase hängen bleiben zu können. Darüber hinaus weist das Auflageteil auf seiner zu den Ringsegmenten gewandten Seite eine Vielzahl von Fangstegen auf, die jeweils zwischen zwei benachbarten Ringsegmenten angeordnet sind. Durch diese Fangstege kommt der erste Kolbenring beim Einfügen des Motorkolbens in die Kolbenmontagezange bereits vor der Unterkante der Ringsegmente zum Liegen. Dadurch Untergreifen die Ringsegmente den ersten Kolbenring, d. h. die Unterkante des ersten Kolbenrings ist nicht bündig zur Unterkante der Ringsegmente, sondern die Unterkante des ersten Kolbenrings ist oberhalb der Unterkante der Ringsegmente angeordnet. Dadurch wird auch der erste Kolbenring sicher und gleichmäßig von den Ringsegmenten gegriffen und es besteht nicht die Gefahr, dass der untere Steg des in der Regel U-förmigen Ringquerschnitts nicht sicher genug von den Ringsegmenten gegriffen wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verjüngt sich eine Innenfläche des Auflageteils, d. h. die Fläche des Auflageteils, welche hin zur Fügeachse gewandt ist, in Richtung entlang der Fügeachse weg von den Ringsegmenten, konisch. Durch diese konische Verjüngung werden die Kolbenringe beim Passieren der Öffnung des Auflageteils zusätzlich komprimiert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich eine Innenfläche des Auflageteils in einer Richtung parallel zur Fügeachse zwischen einer oberen und einer unteren Kante, wobei die untere Kante von den Ringsegmenten weg weist, und die obere Kante einen Radius hat, der gleich oder größer ist als die Distanz zwischen Fügeachse und den in ihrer Innenposition befindlichen Ringsegmenten innerhalb einer Normalebene durch die obere Kante.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Ringsegmente auf dem Auflageteil gleitbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Betätigungseinrichtung von zwei Griffen gebildet wird, die zur Verschiebung der Ringsegmente um die Fügeachse drehbar sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kolbenmontagezange an eine bestimmten Größe von Motorkolben angepasst, wobei die kreisringförmige Öffnung des Auflageteils derart dimensioniert ist, dass der Motorkolben durch die Öffnung hindurch passt und ein am Motorkolben angebrachter Kolbenring in einem entspannten Zustand nicht durch die Öffnung hindurch passt.
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Darüber stellt die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Motorkolbens in eine Zylinderbohrung unter Verwendung einer Kolbenmontagezange gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bereit, mit den Schritten: Anlegen des Auflageteils an die Zylinderbohrung; Positionieren der Ringsegmente in ihren Außenpositionen; Hindurchführen des Motorkolbens durch die kreisförmige Öffnung des Auflageteils, bis ein erster Kolbenring auf den Fangstegen des Auflageteils aufliegt; Positionieren der Ringsegmente in ihren Innenpositionen, und Hineindrücken des Motorkolbens in die Zylinderbohrung.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei dem Schritt des Positionierens der Ringsegmente in ihren Innenpositionen der erste Kolbenring derart komprimiert, dass nach diesem Schritt sein Außendurchmesser gleich oder kleiner als ein Durchmesser einer Kante des Auflageteils ist, auf welcher der erste Kolbenring aufliegt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei dem Schritt des Hineindrückens des Motorkolbens in die Zylinderbohrung, der erste Kolbenring beim Passieren der Öffnung des Auflageteils weiter komprimiert.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
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1 ist eine dreidimensionale Darstellung einer Kolbenmontagezange gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Ringsegmente der Kolbenmontagezange in einer Außenposition positioniert sind;
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2 ist eine dreidimensionale Darstellung der Kolbenmontagezange aus 1, wobei Ringsegmente der Kolbenmontagezange in einer Innenposition positioniert sind;
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3 zeigt eine Montage eines Motorkolbens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kolbenmontagezange, wobei sich die Ringsegmente in der Außenposition befinden und wobei sich die Kolbenringe noch außerhalb der Kolbenmontagezange befinden;
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4 zeigt die Montage des Motorkolbens, wobei sich die Ringsegmente in der Außenposition befinden und ein erster Kolbenring auf einem Auflageteil der Kolbenmontagezange aufliegt;
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5 zeigt die Montage des Motorkolbens, wobei sich die Ringsegmente in der Innenposition befinden und der erste Kolbenring auf dem Auflageteil der Kolbenmontagezange aufliegt; und
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6 zeigt die Montage des Motorkolbens, wobei der Motorkolben samt seiner Kolbenringe in die Zylinderbohrung eingefügt wurde.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmontagezange unter Bezugnahme auf die dreidimensional dargestellten 1 und 2 beschrieben. Dabei sind in 1 Ringsegmente der Kolbenmontagezange in einer Außenposition positioniert; und in 2 sind die Ringsegmente der Kolbenmontagezange in einer Innenposition positioniert.
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Die erfindungsgemäße Kolbenmontagezange 1 dient zur Montage von Motorkolben 12 (siehe 3 bis 6), z. B. für Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren Kolbenringen 13 bis 15 in eine Zylinderbohrung 16. Die Kolbenringe 13 bis 15 müssen zum Fügen des Motorkolbens 12 in die Zylinderbohrung 16 auf einen Außendurchmesser des Motorkolbens, d. h. ein Nennmaß, bzw. auf ein davon nur geringfügig abweichendes Unter- oder Übermaß zusammengedrückt werden, um sich nach dem Fugen an eine Wandung der Zylinderbohrung 16 anlegen zu können.
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Die Kolbenmontagezange 1 umfasst ein ringförmiges Trägerteil 2, welches eine Vielzahl von Ringsegmenten 3 hält, von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich ein paar mit Bezugszeichen versehen sind. Die Ringsegmente 3 sind kreisringförmig um eine Fügeachse 4 herum angeordnet. Insbesondere haben alle Ringsegmente 3 stets den gleichen Abstand zur Fügeachse 4. Die Ringsegmente 3 sind in regelmäßigen Abständen um die Fügeachse 4 herum angeordnet, d. h. jeweils benachbarte Ringsegmenten 3 sind gleich voneinander beabstandet. Gegenüber dem Trägerteil 2 sind die Ringsegmente 3 verschiebbar angeordnet, d. h. sie sind bzgl. der Fügeachse 4 radial nach außen und nach innen verschiebbar. Diese Bewegung wird mittels zweier Handgriffe 5 realisiert, von denen einer mit dem Trägerteil 2 verbunden ist und der andere eine ringförmige Kulisse um die Fügeachse 4 verdreht, deren Drehung wiederum die Ringsegmente 3 synchron nach innen oder synchron nach außen verschiebt. So könnte beispielsweise die ringförmige Kulisse eine Vielzahl an Führungsbahnen in der Anzahl der Ringsegmente 3 aufweisen, wobei jedes Ringsegment 3 über einen Führungsstift in einer der Führungsbahnen geführt wird, so dass die Führungsbahn durch Verdrehung der Kulisse das zugeordnete Ringsegment 3 nach innen oder außen verschiebt. Durch diesen Bewegungsmechanismus mittels Kulissenführung der einzelnen Ringsegmente 3 wird eine taktile Rückmeldung an den Monteur erreicht, so dass während der Betätigung ein nicht fügbarer Kolbenring detektiert werden kann. Außerdem hat der Bewegungsmechanismus den Vorteil, dass die Kolbenmontagezange 1 eine geringe Bauhöhe aufweist. Die Ringsegmente 3 sind im Wesentlichen quaderförmig, wobei die zur Fügeachse 4 weisende Fläche mit abgerundeten oder gefasten Kanten versehen ist. Ebenso kann diese Fläche leicht nach außen gewölbt sein. In 1 sind die Ringsegmente 3 in einer nach außen verschobenen Position, einer Außenposition, dargestellt, in der die zur Fügeachse 4 weisenden Flächen der Ringsegmente 3 einen definierten Durchmesser ausbilden, der von der Größe des zu montierenden Motorkolbens 12 abhängt. Genauer sollte der definierte Durchmesser in der Außenposition größer sein als der maximale Außendurchmesser der Kolbenringe 13 bis 15. In 2 sind die Ringsegmente 3 in einer nach innen verschobenen Position, einer Innenposition dargestellt, in der die zur Hochachse 4 weisenden Flächen der Ringsegmente 3 einen definierten Durchmesser ausbilden. Genauer sollte der definierte Durchmesser in der Innenposition in etwa dem Außendurchmesser des Motorkolbens 12 entsprechen. An einer Unterseite der Kolbenmontagezange 1 ist ein Auflageteil 6 vorgesehen, auf dem die Ringsegmente 3 gleiten.
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Das Auflageteil 6 bildet eine kreisrunde Öffnung 7 mit der Fügeachse 4 als Mittelpunkt aus, durch die der Motorkolben 12 beim Montageprozess hindurchgeführt wird. Das Auflageteil 6 bildet den unteren Abschluss der Kolbenmontagezange 1 und hat eine plane Unterseite (d. h. die in Richtung der Fügeachse 4 von den Ringsegmenten 3 weg weisende Fläche), die zur Ausrichtung der Öffnung 7 über der Zylinderbohrung 16 auf einer Zylinderstirnfläche 17 gleiten kann. Auf seiner Oberseite, d. h. seiner nach innen, zu den Ringsegmenten gewandten Seite, ist das Auflageteil 6 mit einer Vielzahl an Fangstegen 8 versehen. Jeweils einer der Fangstege 8 ist zwischen zwei benachbarten Ringsegmenten 3 angeordnet. Die Fangstege 8 sind im Wesentlichen keilförmig, wobei sie sich hin zur Fügeachse 4 verjüngen. Zwischen zwei benachbarten Fangstegen 8 werden Gleitbahnen 9 für die einzelnen Ringsegmente 3 ausgebildet. Die Innenfläche 10 des Auflageteils 6, d. h. die zur Fügeachse 4 weisende Fläche des Auflageteils 6 verjüngt sich in einer Richtung von der Oberseite des Auflageteils 6 zur Unterseite des Auflageteils 6. Insbesondere ist die Verjüngung konisch ausgebildet. Dabei verjüngt sich die Innenfläche 10 beispielsweise von den Gleitbahnen 9 bis zu der Unterseite des Auflageteils 6 und ist von den Gleitbahnen 9 bis zur Oberseite der Fangstege 8 konstant im Durchmesser. Es ist auch möglich, dass sich die Innenfläche 10 von der Oberseite der Fangstege 8 bis zu der Unterseite des Auflageteils 6 verjüngt. Die Verjüngung kann dabei konisch mit einem einzigen Neigungswinkel oder mit abschnittsweise unterschiedlichen Neigungswinkeln ausgeführt sein. An der Unterseite des Auflageteils 6 soll dabei die Öffnung 7 einen Öffnungsdurchmesser haben, der zumindest gleich oder vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 16 ist. Die Oberseite der Fangstege 8, d. h. die Oberkanten 11 der Fangstege 8, welche zur Fügeachse 4 weisen, sollen dabei einen Öffnungsdurchmesser ausbilden der zumindest gleich oder vorzugsweise größer als der Durchmesser ist, den die zur Fügeachse 4 gewandten Flächen der Ringsegmente 3 in ihrer Innenposition ausbilden.
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Im Folgenden wird anhand der 3 bis 6 eine Montage des Motorkolbens 12 unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kolbenmontagezange 1 beschrieben.
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Zunächst wird die Kolbenmontagezange 1 mit der Unterseite des Auflageteils 6 auf einer Zylinderstirnfläche 17 positioniert. In diesem Zustand ist vorzugsweise das einer Kurbelwelle zugewandte Ende des Motorkolbens 12 bereits in der Kolbenmontagezange 1 aufgenommen. Durch das Gleiten auf der Zylinderstirnfläche 17 kann eine Zentrierung der Fügeachse 4 und einer Zylinderbohrungsachse 18, durch den Motorkolben 12 selbst beim Fügevorgang übernommen werden, d. h. während das Ende des Motorkolbens 12 etwas über die Unterseite des Auflageteils 6 hervorsteht und die Kolbenmontagezange 1 auf der Zylinderstirnfläche 17 gleitend bewegt wird, kann der Motorkolben 12 in die Zylinderbohrung 16 einrasten. in dem in 3 dargestellten Zustand sind die Ringsegmente 3 in ihren Außenpositionen und das der Kurbelwelle zugewandte Ende des Motorkolbens 12 ist in die Öffnung 7 des Auflageteils 6 eingefügt. Anschließend wird der Motorkolben 12 in die Zylinderbohrung 16 eingeführt bis der erste Kolbenring 13 (d. h. der erste in Einfügerichtung gesehen) auf der Oberseite des Auflageteils 6 aufliegt. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Genauer liegt der Kolbenring 13 auf der Oberseite der Fangstege 8 auf. In diesem Zustand sind die Ringsegmente 3 der Kolbenmontagezange 1 weiterhin in ihren Außenpositionen. Dies vermeidet, dass nach der Zentrierung der Fügeachse 4 mit der Zylinderbohrungsachse 18 der Kolben bereits in die Zylinderbohrung 16 gleitet und der erste Kolbenring 13 unkontrolliert in die Zylinderbohrung 16 eintaucht. Vielmehr wird der erste ungespannte Kolbenring 13 an den Fangstegen 8 gefangen und der Motorkolben 12 in der Eindringtiefe begrenzt. Die einzelnen Ringsegmente 3 gestatten das komplette kontaktieren der Kolbenringe bei radialer Zustellung mittels Übergriff, der dadurch erreicht wird, dass wie oben beschrieben die Fangstege 8 jeweils zwischen zwei benachbarten Ringsegmenten 3 angeordnet sind. Anschließend werden die Ringsegmente 3 über die Handgriffe 5 in ihre Innenpositionen gebracht. Dabei komprimieren die Ringsegmente 3 die Kolbenringe 13 bis 15, wie in 5 dargestellt. Anschließend wird der Motorkolben 12, wie in 6 dargestellt, manuell durch die Öffnung 7 des Auflageteils 6 in die Zylinderbohrung 16 gedrückt. Bei diesem Vorgang werden die Kolbenringe 13 bis 15 beim Passieren der Öffnung 7 durch die konische Verjüngung weiter komprimiert, so dass sich insbesondere der erste Kolbenring 13 leicht über die Fase an der Eintrittsöffnung der Zylinderbohrung 16 hinweg bewegt, ohne in die Fase einzugreifen. Die Fangstege 8 gehen also in den koaxial und konisch ausgeführten Abschnitt der Innenfläche 10 der Öffnung 7 über, der einen definierten Übergang von den zugestellten Ringsegmenten 3 zum Zylinderbohrungsdurchmesser bezüglich Maß und Form darstellt. Bei zugestellten Ringsegmenten 3 kann der Motorkolben 12 durch die separate, axiale Fügebewegung entlang der zugestellten Ringsegmente 3 und der konischen Innenfläche 10, die die Kolbenringe 13 bis 15 auf Nennmaß komprimiert, in die Zylinderbohrung 16 gefügt werden.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
