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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Montage eines Umfangsrings in einer Außennut eines Gegenstandes, insbesondere zur Montage eines Kolbenrings in einer Kolbennut eines Kolbens sowie ein zugehöriges Verfahren zur Montage des Umfangsrings in der Außennut.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In verschiedenen Bereichen der Technik werden Umfangsringe in Außennuten verschiedenster Gegenstände, meist zur Sicherung gegen axiale Verschiebbarkeit, montiert. Eine besondere häufige und zugleich anspruchsvolle Montage ist die Montage eines Kolbenringes in einer Kolbenringnut. Derartige Kolbenringe dienen bei den Kolben eines Verbrennungsmotors beispielsweise zur Abdichtung gegenüber der Zylinderwand und/oder zur optimalen Verteilung des Ölfilms an der Zylinderwand. Die Kolbenringe sind typischerweise geschlitzt, wodurch sie radial aufgespreizt und in die Kolbennut eingelegt werden können. Meist weisen die Kolbenringe dabei eine zunächst nicht exakt kreisringförmige Geometrie auf, die durch die Montage des Kolbens in der Zylinderbohrung in eine exakte Kreisform übergeht.
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Bisher werden derartige Kolbenringe mit Hilfe von Kegelhülsen oder Spreizfingern aufgespreizt, die auf den Durchmesser des Kolbens angepasst sind. Die Kolbenringe werden dann von den Kegelhülsen oder Spreizfingern auf den Kolben abgestreift und in die Außennut eingesetzt. Eine weitere Möglichkeit stellt die Spreizung der Kolbenringe durch Spreizfinger am Ringstoß dar. Hierfür muss der Ring jedoch exakt radial geschlitzt sein
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Nachteilig an diesen Montagevorrichtungen ist, dass sie jeweils nur für eine Umfangsringgröße und Gegenstandsgröße geeignet sind. Ferner kann durch Entlangstreifen des Umfangsrings auf dem Gegenstand die Oberfläche des Gegenstandes beschädigt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Montage eines Umfangsringes in einer Außennut eines Gegenstandes anzugeben, die eine größere Flexibilität, insbesondere hinsichtlich der Größe des Umfangsringes und/oder des Gegenstandes, aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine eingangs genannte Vorrichtung erreicht, bei der
- a) die Vorrichtung einen Klemmgreifer aufweist, der dazu eingerichtet ist, den Umfangsring zumindest im radial aufgespreizten Zustand von außen axial zu klemmen,
- b) die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Klemmgreifer und den Gegenstand relativ zueinander derart zu bewegen, dass der Umfangsring fluchtend mit der Außennut axial positioniert wird,
- c) die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, anschließend den Klemmgreifer zu öffnen, um durch Lösen der Klemmung den Umfangsring in die Außennut einzulegen.
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Der Erfinder hat erkannt, dass der Umfangsring nicht nur von radial innen in einer Geometrie gehalten werden kann, die gegenüber seiner Geometrie im montierten Zustand aufgespreizt ist und es erlaubt, den Umfangsring über den Gegenstand hinweg in die Außennut zu führen. Der Erfinder hat weiter erkannt, dass ein Klemmen des Umfangsrings von außen verschiedene Vorteile hat. Denn durch ein axiales Klemmen von radial außen bleibt der Innenraum des Umfangsrings vollständig frei für den Gegenstand. Auf diese Weise kann die Aufspreizung gerade so gewählt werden, dass der Umfangsring nur unwesentlich mehr als der Außendurchmesser des Gegenstandes geöffnet werden muss. Dies hat den Vorteil, dass keine Berührung zwischen dem Umfangsring und dem Gegenstand bei der axialen Bewegung in Richtung der Außennut erfolgt. Demgegenüber war bei bisherigen Montagevorrichtungen mit Kegelhülsen oder Spreizfingern eine größere Aufspreizung notwendig, um zwischen dem Gegenstand und dem Umfangsring ausreichend Platz für die Kegelhülsen oder Spreizfinger zu schaffen, wodurch der Umfangsring beschädigt werden konnte.
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Die Klemmung kann dabei erfolgen, wenn der Umfangsring sich bereits in seinem aufgespreizten Zustand befindet. Erfindungsgemäß soll jedoch auch eine Vorrichtung vom Schutz umfasst sein, die einen unaufgespreizten Umfangsring klemmt und anschließend aufspreizt. In jedem Fall muss die axiale Klemmung jedoch in der Lage sein, den Umfangsring zumindest im aufgespreizten Zustand zu halten. Um dies zu erreichen, kann der Klemmgreifer beispielsweise am Ringstoß, d.h. an den Enden des Umfangsrings angreifen, um die Spreizung aufrecht zu erhalten.
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Der Umfangsring muss nicht zwingend kreisringförmig sein, sondern kann eine beliebige Polygonform oder elliptische Form haben. So kann der Umfangsring beispielsweise auch eine Rechteckform haben. Es muss sich jedoch um einen spreizbaren Umfangsring handeln. Derartige Umfangsringe sind typischerweise nicht geschlossen. Für die erfindungsgemäße Montage kommen aber auch geschlossene Umfangsring aus einem ausreichend elastischen Material, z.B. aus einem speziellen Kunststoff, in Frage. Insbesondere kann es sich bei dem Umfangsring um einen Kolbenring, der in eine Kolbenringnut eines Kolbens montiert wird, handeln. Derartige Kolbenringe werden als Kompressionsringe, Ölabstreifringe usw. in Verbrennungsmaschinen, Kälteaggregaten, Kompressoren und Pumpen eingesetzt. Dabei können axial flache, aber auch gewellte oder anderweitig geformte Umfangsringe zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise kann der Klemmgreifer auch dazu eingerichtet sein, durch seine axiale Klemmung einen gegebenenfalls in axialer Richtung zufällig verformten Umfangsring für die Montage eben zu richten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders vorteilhaft, da auf einer einzigen Vorrichtung zur Montage Gegenstände und/oder Umfangsringe unterschiedlicher Größe ohne größere Umbaumaßnahmen montiert werden können. Zudem bleiben die Oberflächen der Gegenstände, insbesondere die Oberflächen der Kolben, frei von Beschädigungen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Aufspreizeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Umfangsring radial aufzuspreizen. Da es unter Umständen schwierig sein kann einen Klemmgreifer zu konzeptionieren, der den Umfangsring nicht nur axial klemmt, sondern auch dessen Aufspreizung bewirkt, ist eine Aufspreizeinrichtung vorteilhaft, von welcher der Klemmgreifer den Umfangsring bereits im aufgespreizten Zustand übernimmt. Insbesondere kann die Aufspreizeinrichtung von radial innen ansetzen, wodurch eine einfachere Konstruktionsweise ermöglicht wird. Durch eine Aufspreizeinrichtung, die hinsichtlich der Größe der radialen Aufspreizung des Umfangsrings flexibel ausgestaltet ist, können darüber hinaus unterschiedliche Größen von Umfangsringen und Gegenständen montiert werden.
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Vorzugsweise weist die Aufspreizeinrichtung auseinander bewegbare Spreizfinger auf, um den Umfangsring radial aufzuspreizen. Je nachdem wie weit diese Spreizfinger auseinander bewegt werden, kann man Umfangsringe unterschiedlicher Größe unterschiedlich weit aufspreizen.
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Vorzugsweise wird die Relativbewegung zwischen Klemmgreifer, Aufspreizeinrichtung und Gegenstand durch ein wechselweises axiales Verschieben der Aufspreizeinrichtung und des Gegenstands vor den axial feststehenden Klemmgreifer erzeugt. Dies ist vorteilhaft, da sowohl der Umfangsring als auch der Gegenstand ohnehin der Vorrichtung zugeführt werden müssen, sodass dort bereits entsprechende Bewegungsfreiheiten vorhanden sein müssen. Zudem kann auf diese Weise bei mehreren Klemmgreifern deren axiale Position konstant gehalten werden. Ansonsten müssten die Klemmgreifer hochpräzise gemeinsam geführt werden, um eine axiale Verspannung des Umfangsrings zu verhindern.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung mehrere Klemmgreifer auf, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Dadurch wird der Umfangsring axial besser festgelegt. Zudem kann beim Einlegen in die Außennut eine wendelförmige Geometrie definiert werden, sodass bei einem überlappenden Ringstoß festgelegt werden kann, welches Ringende "oben" und welches "unten" zu liegen kommt. Besonders vorteilhaft ist dabei eine gleichmäßig beabstandete Verteilung der Klemmgreifer in Umfangsrichtung.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die mehreren Klemmgreifer in einer vorgegebenen Reihenfolge zu öffnen, um den Umfangsring in die Außennut einzulegen. Beispielsweise können die Klemmgreifer im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn aufeinanderfolgend öffnen. Dies kann beispielsweise bei der Montage mehrerer Umfangsringe in ein und derselben Außennut vorteilhaft sein. Insgesamt lässt sich dadurch der Vorgang des Einlegens in die Außennut besser kontrollieren.
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Vorzugsweise ist der Klemmgreifer radial beweglich. Dadurch können Umfangsringe mit unterschiedlichem Durchmesser geklemmt werden. Zwar ist dies grundsätzlich auch mit einem radial unbeweglichem Greifer möglich, wenn der Umfangsring im Klemmbereich des Klemmgreifers in radialer Richtung unterschiedlich zu liegen kommt. Allerdings lässt sich so eine bessere Anpassung an unterschiedlich große Gegenstände vornehmen.
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Vorzugsweise weist der Klemmgreifer einen oder mehrere Anschläge auf, die mit dem Gegenstand, einer Aufnahme für den Gegenstand und/oder gegebenenfalls der Aufspreizeinrichtung zusammenarbeiten, um den Klemmgreifer radial zu positionieren. Selbstverständlich erreicht man eine solche radiale Positionierung auch mit entsprechenden Steuerungen und Schrittmotoren. Anschläge sind jedoch verlässlicher und in Kombination mit einer Pneumatiksteuerung besonders geeignet, um die Vorrichtung zur Montage für unterschiedliche Umfangsringgrößen und/oder Gegenstandsgrößen flexibel zu gestalten.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens eine Umfangsring-Zuführeinrichtung auf. Diese kann aus einem Vorrat an Umfangsringen der Aufspreizeinrichtung oder dem Klemmgreifer einen einzelnen Umfangsring zuführen. Sind wie beispielsweise bei der Montage von Kolbenringen unterschiedliche Umfangsringe zu montieren, so können mehrere Umfangsring-Zuführeinrichtungen vorgesehen werden, die jeweils unterschiedliche Umfangsringe zuführen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Kolben auf einer einzigen Montagevorrichtung vollständig fertigstellen.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:
- a) Axiales Klemmen des Umfangsrings zumindest im radial aufgespreizten Zustand mit einem Klemmgreifer von außen;
- b) Relatives Bewegen des Gegenstandes und des Klemmgreifers zueinander derart, dass der Umfangsring fluchtend mit der Außennut axial positioniert wird;
- c) Anschließendes Öffnen des Klemmgreifers, um durch Lösen der Klemmung den Umfangsring in die Außennut einzulegen.
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Vorzugsweise ist der Gegenstand dabei ein Kolben mit einer Kolbennut und der Umfangsring ein Kolbenring, welcher in die Kolbennut montiert wird. Ein derartiger Kolben ist frei von Beschädigungen, die mit den herkömmlichen Montageverfahren auf der Mantelfläche des Kolbens auftreten können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Montage eines Umfangsrings in einer Außennut eines Gegenstands;
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2 eine Seitenansicht der Vorrichtung;
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3 eine Schnittansicht entlang der in 2 gezeigten Linie A-A;
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4 einen Vergrößerungsausschnitt des in 3 gezeigten Bereichs B;
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5 eine Untersicht auf eine Aufspreizeinrichtung der Vorrichtung entlang der in 3 gezeigten Linie C-C;
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6 eine Vorderansicht der gesamten Vorrichtung;
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7 eine Draufsicht auf eine Umfangsring-Zuführeinrichtung entlang der Linie D-D aus 6;
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8 eine Draufsicht auf die gesamte Vorrichtung;
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9 eine perspektivische Ansicht eines Klemmschlittens der Vorrichtung;
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10 eine Seitenansicht des Klemmschlittens aus 9;
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11 eine Vorderansicht des Klemmschlittens;
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12 eine Draufsicht auf den Klemmschlitten.
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BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Montagevorrichtung zur Montage eines Umfangsrings in einer Außennut, hier eines Kolbenrings 12 in einer Kolbennut 14 eines Kolbens 16. Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, kann der Kolben 16 dabei mehrere Kolbennuten 14, 14' aufweisen, in welche ein oder mehrere Kolbenringe 12 montiert werden.
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Die Montagevorrichtung 10 weist als grobe Struktur eine Kolbenring-Zuführeinrichtung 20, eine Aufspreizeinrichtung 22, eine Kolbenzufuhr- und Positioniereinrichtung 24 sowie vier auf einer Arbeitsplatte 26 angeordnete Klemmgreifer 30 auf.
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Der Verfahrensablauf der Montagevorrichtung 10 wird über eine aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert, die mit den einzelnen Aktuatoren und Sensoren der Montagevorrichtung 10 verbunden ist. Das Ausführungsbeispiel geht von einer Pneumatiksteuerung aus. Selbstverständlich sind aber auch andere Steuerungskonzepte denkbar.
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Die Kolbenring-Zuführeinrichtung 20 weist einen über einen Halteblech 32 gehaltenen Vorratszylinder 34 auf, an welchem auf einem Bevorratungsstapel übereinanderliegend Kolbenringe 12 bevorratet sind. Im hier gezeigten Beispiel unterhalb des Vorratszylinders 34 ist bezüglich einer zentralen Montagelängsachse 36 der Montagevorrichtung 10 eine Zufuhrplatte 38 radial verschiebbar geführt. Diese Zufuhrplatte 38 weist an ihrem radial nach innen ragenden Endbereich, wie aus 7 ersichtlich, an ihrer Oberfläche eine kreisförmige Vertiefungsnut 40 auf, in welcher ein einzelner Kolbenring 12 aufgrund der Schwerkraft von dem Bevorratungsstapel zu liegen kommen kann. Zudem weist der Endbereich der Zufuhrplatte 38 in Umfangsrichtung entlang der Vertiefungsnut 40 radial ver- laufende, tiefere Ausnehmungen 42 auf, deren Bedeutung später in Zusammenhang mit der Aufspreizeinrichtung 22 deutlich werden wird.
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Über einen Pneumatikzylinder 44 kann die Zufuhrplatte 38 bezüglich der Montagelängsachse 36 soweit nach innen verschoben werden bis die Montagelängsachse 36 durch den Mittelpunkt des vereinzelten Kolbenrings 12 verläuft. Währenddessen verhindert ein hinterer, glatter Bereich der Zufuhrplatte 38, dass vom Bevorratungsstapel am Vorratszylinder 34 ein weiterer Kolbenring 12 entnommen wird.
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Nachdem die Zufuhrplatte 38 den vereinzelten Kolbenring 12 auf der Montagelängsachse 36 zentriert hat, übernimmt die Aufspreizeinrichtung 22 den Kolbenring 12.
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Die Aufspreizeinrichtung 22 weist dazu einerseits eine Axialführung 46 und andererseits eine Feder 48 und einen entsprechenden Aktuatorzylinder 49 auf. Ferner weist die Aufspreizeinrichtung 22 Spreizkrallen 50 auf, die in Form von etwa auf einer Kreisbahn verlaufenden Spreizfingern 52 hier von oben in Richtung der Ebene der Zufuhrplatte 38 zeigen. Wie man der 5 entnehmen kann, sind die Spreizkrallen 50 radial verschiebbar gelagert und werden über innenliegende, in den Figuren nicht erkennbare Pneumatikaktuatoren betätigt.
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Durch entsprechende Betätigung des Aktuatorzylinders 49 tauchen die Spreizfinger 52 der Aufspreizeinrichtung 22 von oben in den Innenbereich des Kolbenrings 12 ein, der noch in der Vertiefungsnut 40 der Zufuhrplatte 38 liegt. Nun wird auch die Bedeutung der Ausnehmungen 42 in der Zufuhrplatte 38 deutlich, da die Spreizfinger 52 in diese eintauchen, um einen ausreichenden Überstand der Spreizfinger 52 über den Kolbenring 12 zu gewährleisten. Bei diesem Absenken der Spreizfinger 52 in den Innenbereich des Kolbenrings 12 legt sich die Aufspreizeinrichtung 22 mit axialen Anschlagflächen 53 auf den Kolbenring 12 auf (vgl. 5 und 6). Dadurch ist die Ebene des Kolbenrings 12 während des Aufspreizens genau definiert.
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Durch Betätigen der Pneumatikaktuatoren im Inneren der Aufspreizeinrichtung 22 werden die Spreizkrallen 50 dann radial nach außen verfahren und spreizen so den Kolbenring 12 auf. Durch eine kurze Bewegung nach oben, geben die Spreizfinger 52 die Zufuhrplatte 38 wieder frei, sodass diese mit Hilfe des Pneumatikzylinders 44 wieder zurückgezogen werden kann.
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Danach bewegt die Aufspreizeinrichtung 22 den aufgespreizten Kolbenring 12 weiter nach unten in den Bereich der Klemmgreifer 30.
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Die Klemmgreifer 30 weisen jeweils einen Klemmschlitten 56 sowie einen Verfahrzylinder 58 für den Klemmschlitten 56 auf, mit welchem der Klemmschlitten 56 radial bezüglich der Montagelängsachse 36 verschiebbar ist. Wie aus den 9 bis 12 ersichtlich ist, weist der Klemmschlitten 56 dazu an seinem unteren Ende eine Führungsschiene 59 auf.
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Ferner weist der Klemmschlitten 56 an der nach innen zeigenden Vorderseite Klemmbacken 60 und 62 auf. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Klemmback 60 bezüglich des Klemmschlittens 56 feststehend und die obere Klemmbacke 62 zu dieser entlang einer Führungsschiene 64 in axialer Richtung beweglich angeordnet. Zwischen den beiden Klemmbacken 60 und 62 wird dadurch ein Klemmspalt 66 definiert, in welchem der Kolbenring 12 axial geklemmt wird. Die nach innen weisende Vorderseite der Klemmbacken 60 und 62 weist zudem im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Schrägabschnitte 68 und 70 auf, die in etwa die Rundung des Kolbens 16 abbilden, wobei jedoch berücksichtigt ist, dass verschiedene Kolbengrößen montiert werden sollen.
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Um die Klemmung zu lösen, sind seitlich der Klemmbacke 62 Federn 72 vorgesehen, welche die Klemmbacke 62 entgegen der Wirkung eines zwischen dem Grundkörper des Klemmschlittens 56 und der Klemmbacke 62 angeordneten Pneumatikelements 74 nach oben zieht.
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Selbstverständlich sind jedoch auch andere Klemmbackenanordnungen denkbar.
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Schließlich weist jeder Klemmschlitten 56 noch eine Anschlagsrolle 78 auf, die unterhalb der Klemmbacke 60 angeordnet ist und eine Ausrichtung hat, dass die Rollenanlagefläche 79 ebenfalls wie die Schrägabschnitte 68 oder 70 in etwa entlang der Umfangsrichtung verläuft.
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Bei zurückgezogenen Klemmschlitten 56 der Klemmgreifer fährt nun die Aufspreizeinrichtung 22 in eine Höhe, in welcher der Kolbenring 12 exakt vor dem Klemmschlitz 66 der Klemmgreifer 30 zu liegen kommt. Dabei ist eine Kolbenaufnahme 80 der Kolbenzufuhrund Positioniereinrichtung 24 noch so weit nach unten zurückgefahren, dass im Bereich des Klemmschlitzes 66 sich noch kein Kolben 16 befindet und so der Innenraum zwischen den Klemmschlitten 56 für die Aufspreizvorrichtung 22 mit dem aufgespreizten Kolbenring 12 frei zugänglich ist.
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Anschließend arbeitet jeder Klemmgreifer 30 derart, dass mithilfe des Verfahrzylinders 58 der Klemmschlitten 56 nach innen bewegt wird, bis die Anschlagsrolle 78 an der Kolbenaufnahme oder dem Kolben 16 anschlägt.
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Daraufhin wird das Pneumatikelement 74 betätigt, sodass die Klemmgreifer 30 mit den Klemmbacken 60 und 62 den Kolbenring 12 axial klemmen. Der Klemmring 12 ist nun in den Klemmgreifern 30 festgelegt, sodass die Spreizkrallen 50 radial nach innen bewegt werden können und sich die Aufspreizeinrichtung 22 ohne den Kolbenring 12 wieder nach oben zurück bewegen kann.
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Nun wird die Kolbenaufnahme 80 entlang der Montagelängsachse 34 und der Anschlagsrollen 78 axial so lange nach oben bewegt, bis die zu bestückende Kolbennut 14, 14' mit dem Klemmschlitz 66 und damit dem Kolbenring 12 fluchtet, d.h. auf gleicher Höhe liegt. Der Klemmschlitz 66 und damit der Kolbenring 12 kann durch dieses Vorgehen präzise axial zur jeweiligen Kolbennut 14, 14' positioniert werden.
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Daraufhin wird das Pneumatikelement 74 entlastet, sodass die Federn 72 die Klemmbacke 62 lösen. Dadurch wird die Klemmung des Kolbenrings 12 gelöst und dieser geht aufgrund seiner Elastizität wieder in eine engere Geometrie über und wird dadurch in die Außennut 14, 14' eingelegt. Vorzugsweise werden dabei die einzelnen Pneumatikelemente 74 nacheinander im oder gegen den Uhrzeigersinn oder in anderer Reihenfolge entlastet, sodass der Kolbenring 12 definiert abschnittsweise in die Außennut 14, 14' eingelegt wird.
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Mit hier nicht gezeigten weiteren Kolbenring-Zuführeinrichtung 20 für andere Kolbenringe 12 können dann nach demselben Verfahren in die andere oder dieselbe Kolbennut 14, 14' ein weiterer oder weitere Kolbenringe 12 eingelegt werden. Dabei können die Kolbenringe 12 aufgrund der Außenklemmung sogar über andere bereits vormontierte Kolbenringe 12 hinwegbewegt werden. Der Kolben 16 muss dazu nicht mehr wie bisher im Stand der Technik in andere Montagevorrichtungen 10 umgesetzt werden.
