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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für mit Kolbenringen bestückten Kolben zur Übergabe an eine Kolbenmontagemaske, mit einem Antriebsmechanismus, zumindest zwei Greifelementen, die über den Antriebsmechanismus zwischen einer geöffneten Stellung und einer Montagestellung verschwenkbar sind, zum umfänglichen Halten eines Kolbens in dem Bereich der Kolbenringe in der Montagestellung.
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Die automatische Montage der Kolben in den Zylinderbohrungen eines Motorblocks ist ein mehrstufiges Verfahren. Es wird auch als Kolbenstecken bezeichnet. Zunächst werden die einzelnen Kolben in einem Vormontageschritt mit Kolbenringen bestückt, wobei hier regelmäßig zwei einteilige Kompressionsringe und mehrteilige Ölabstreifringe Verwendung finden. In einem nächsten Schritt wird der mit Kolbenringen bestückte Kolben im Bereich seines Kolbenhemdes gegriffen, beispielsweise über einen Handhabungsroboter, und einer Greifvorrichtung präsentiert, die über ihre zumindest zwei Greifelemente den Kolben umfänglich im Bereich der Kolbenringe greift und den Kolben an eine Kolbenmontagemaske übergibt, über die der Kolben mit den Kolbenringen in axialer Richtung in die Zylinderbohrung eingeführt wird.
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Kolbenringe sitzen in jeweiligen umfänglichen Kolbennuten des Kolbens ein und sind offene Ringe, die im eingebauten Zustand eine Umfangsöffnung, den sog. Ringstoß, haben. Im nicht in die Zylinderbohrung eingebauten Zustand sind Kolbenringe nicht kreisrund, sondern haben eine definierte unrunde Form und eine Öffnung, die sogenannte Maulweite. Außerdem ist der Außendurchmesser der Kolbenringe im nicht eingebauten Zustand größer als ein Bohrungsdurchmesser der Zylinderbohrung. Infolge der Maulweite und der Materialeigenschaft können Kolbenringen in radialer Richtung federn komprimiert werden. Die Aufgabe der Greifvorrichtung besteht nun darin, die Kolbenringe, die bereits in den Kolbennuten der Kolben lose einsitzen, zu komprimieren, das heißt in die jeweilige Kolbennut hinein zu drücken. Entscheidend ist hierbei, dass die Kolbenringe in diesem komprimierten Zustand einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser der Zylinderbohrung ist, so dass die mit Kolbenringen bestückten Kolben in die Zylinderbohrung eingeführt werden können.
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Bei der beschriebenen automatischen Kolbenmontage ergibt sich ein Problem nun in dem Fall, in dem die Kolbenringe in ihrem unkomprimierten Zustand nicht vollständig in der jeweiligen Kolbennut einsitzen oder aber Federn der Ölabstreifringe überlappen. Dies kann entweder bereits in dem Vormontageschritt ihren Ursprung haben oder aber während der Handhabung des bestückten Kolbens in Richtung der Greifvorrichtung auftreten. Wird nun ein solcher Kolben, bei dem zumindest einer der Kolbenringe nicht vollständig in der jeweiligen Kolbennut einsitzt, von den Greifelementen der Greifvorrichtung umfänglich in dem Bereich der Kolbenringe gegriffen, besteht die Gefahr eines Bruchs oder eines Verbiegens des betreffenden Kolbenrings. Wird eine derartige Beschädigung eines Kolbenrings nicht erkannt, sondern der Kolben mit dem beschädigten Kolbenring in dem Motorblock montiert, führt dies mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu Beschädigungen der jeweiligen Zylinderlaufbahn. Hiermit können ein Leistungsverlust, verschlechterte Abgaswerte, mangelnde Schmierung und in der Folge ein erhöhter Ölverbrach des Motors einhergehen. Das Brechen der Kolbenringe infolge des Greifens über die Greifelemente könnte beispielsweise über ein akustisches Sensorsystem detektiert werden, wobei ein entsprechender industrieller Einsatz nicht bekannt ist.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Greifvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass sichergestellt werden kann, dass sich vor der Übergabe des Kolbens an die Kolbenmontagemaske alle Kolbenringe in der jeweilige Kolbennut befinden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Greifvorrichtung für mit Kolbenringen bestückten Kolben zur Übergabe an eine Kolbenmontagemaske, mit einem Antriebsmechanismus, zumindest zwei Greifelementen, die über den Antriebsmechanismus zwischen einer geöffneten Stellung und einer Montagestellung beweglich sind, zum umfänglichen Halten eines Kolbens in dem Bereich der Kolbenringe in der Montagestellung, und einer Sensor- und Steuerungseinrichtung, über die während der Bewegung von der geöffneten Stellung in die Montagestellung eine Schließkraft auf die Greifelemente vorgebbar und eine Schließposition der Greifelemente erfassbar ist.
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Hierbei erfolgt eine Bewegung der Greifelemente bevorzugt in einer Normalenebene zu einer Längsachse des Kolbens, wobei die Längsachse mit der Laufrichtung des Kolbens im späteren Betrieb zusammenfällt. Bevorzugt handelt es sich bei der Bewegung um eine radial auf die Längsachse hin gerichtete Bewegung. Der Antriebsmechanismus kann pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein. Bevorzugt ist eine Schließkraft, die über die Sensor- und Steuerungseinrichtung auf die Greifelemente vorgegeben wird, um einen geringen Betrag größer, als die Kraft, die die Kolbenringe infolge ihrer federnden Materialeigenschaften bei Kompression den Greifelementen entgegensetzen. Letztlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schließkraft gerade groß genug ist, um die Federkraft der Kolbenringe infolge ihrer Eigenspannung zu überwinden. Sollte also ein Kolbenring nicht ordnungsgemäß in der jeweiligen Kolbennut einsitzen und der Kolben nach dem Vormontageschritt von einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung übernommen werden, sind die Greifelemente infolge der sehr geringen Schließkraft überhaupt nicht in der Lage, den betreffenden Kolbenring zu brechen oder zu verbiegen. Vielmehr wird der Kolbenring aufgrund seiner Festigkeit in der Lage sein, der vorgegebenen Schließkraft zu widerstehen und die Bewegung der Greifelemente anzuhalten. Erfindungsgemäß ist nun weiterhin vorgesehen, dass über die Sensor- und Steuerungseinrichtung eine Schließposition der Greifelemente erfassbar ist. Hierbei ist unter einer Schließposition irgendeine Position zumindest eins der Greifelemente zwischen der geöffneten Stellung und der Montagestellung zu verstehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Sensor- und Steuerungseinrichtung anhand einer zeitlichen Ableitung der Schließposition, das heißt der Schließgeschwindigkeit, den Verlauf der Schließbewegung überwachen kann. So können beispielsweise Vorgabewerte für eine Schießgeschwindigkeit oder eine durchschnittliche Schließzeit für die Bewegung der Greifelemente von der geöffneten in die Montagestellung gemacht werden. Dies ergibt zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorgabe der Schließkraft der Greifelemente die Möglichkeit, die Schließbewegung der Greifelemente zu überwachen. Wenn beispielsweise sowohl eine Schließkraft als auch eine Schließgeschwindigkeit vorgegeben ist, kann in dem Fall, in dem die Schließgeschwindigkeit bereits von Erreichen der Montageposition auf Null abfällt, darauf geschlossen werden, dass ein Kolbenring nicht ordnungsgemäß in der entsprechenden Kolbennut einsitzt, so dass eine weitere Bewegung zumindest eins der Greifelemente gehemmt wurde. Gleichzeitig ist aber durch die vorgegebene Schließkraft, die gerade größer ist als die Federkraft des Kolbenrings infolge Kompression, sichergestellt, dass keine Beschädigung des Kolbenrings und/oder des Kolbens erfolgt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Vibrationseinheit vor, über die eine schwingende Anregung der Greifelemente auf den Kolben übertragbar ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Kolbenringe entgegen ihrer Schwerpunklage in radialer und axialer Richtung angeregt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein leichteres Eingleiten der Kolbenringe in die Kolbennuten gewährleistet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensor- und Steuerungseinrichtung einen mechanischen Wegaufnehmer zur Erfassung der Schließposition aufweist. Ein mechanischer Wegaufnehmer ist insgesamt robust in seinem Aufbau und von hinreichender Messgenauigkeit.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensor- und Steuerungseinrichtung zumindest ein Proportional-Druckregelventil zur Vorgabe einer Schließkraft aufweist. Hierbei ist von Vorteil, dass Proportional-Druckregelventile in ihrer Charakteristik sensibel einstellbar sind.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Greifen von mit Kolbenringen bestückten Kolben mit einer Greifvorrichtung wie zuvor beschrieben, bei dem während einer Bewegung der Greifelemente in die Montagestellung zum umfänglichen Halten eines bereitgestellten und mit Kolbenringen bestückten Kolbens die Sensor- und Steuerungseinrichtung die jeweilige Schließposition der Greifelemente kontinuierlich erfasst und die Bewegung in die Montagestellung anhält, wenn bei gleichbleibend vorgegebener Schließkraft auf die Greifelemente die Montagestellung nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Sensor- und Steuerungseinrichtung mehrere Schließpositionen zu jeweiligen Schließabschnitten zusammenfasst und den Schließabschnitten unterschiedliche, vorgegebene Schließkräfte zuordnet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die verschiedenen Kolbenringe in der Regel sowohl unterschiedliche Durchmesser als auch unterschiedliche Eigenspannungen aufweisen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Greifelemente ab einer Kontaktierung mit den Kolbenringen über die Vibrationseinheit schwingend angeregt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Greifelemente in die geöffnete Stellung verfahren, nachdem die Bewegung in die Montagestellung angehalten wurde, wenn bei gleichbleibend vorgegebener Schließkraft auf die Greifelemente die Montagestellung nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
- 1 eine Anlage für eine automatische Kolbenmontage in einen Montageschritt;
- 2 die Anlage gemäß 1 in einen weiteren Montageschritt und
- 3 eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung in einen weiteren Montageschritt.
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Die 1 zeigt eine Anlage für eine automatische Kolbenmontage mit einzelnen Anlagenbestandteilen, wie nachfolgend beschrieben. In der Bildmitte ist ein Kolben 110 mit einer Pleuelstange 114 zu erkennen, die über einen nicht näher bezeichneten Kolbenbolzen mit den Kolben 110 schwenkbar verbunden ist. Der Kolben 110 ist an seinem Kolbenhemd über Greifbacken 102 eines Handhabungsgeräts 100 gehalten, wobei das Handhabungsgerät 100 beispielsweise über einen nicht näher bezeichneten Industrieroboter geführt sein kann. Der Kolben 110 ist bereits mit Kolbenringen 112 bestückt, wobei beispielsweise zwei Kompressionsringe und ein Ölabstreifring vorgesehen sein können. Das Handhabungsgerät 100 übernimmt den mit Kolbenringen 112 bestückten Kolben 110 an geeigneter Stelle und präsentiert ihn in der dargestellten Position zur Übernahme durch eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10, die sich in vorliegend dargestellter Anlage vertikal oberhalb des Kolbens 110 befindet. Vertikal unterhalb des Kolbens 110 ist ein mit den Kolben 110 zu versehender Motorblock angeordnet und unmittelbar über dem Motorblock ist ein Rahmenelement 106 mit darin aufgenommenen Kolbenmontagemasken 104 angeordnet.
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Die Greifvorrichtung 10 umfasst mehrere Greifelemente 14, wobei zumindest zwei Greifelemente 141 , 142 vorgesehen sind und die Greifelemente 141 , 14s kreisförmig um einen Aufnahmeraum 16 für den Kolben 110 angeordnet sind. Bevorzugt sind fünf Greifelemente 141 bis 145 vorgesehen und kreisförmig um den Aufnahmeraum 16 angeordnet. In der 1 sind die Greifelemente 14 in der geöffneten Stellung dargestellt, was durch einen Vertikalspalt zwischen benachbarten Greifelementen 14 zu erkennen ist.
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Die 2 zeigt die Greifvorrichtung 10 in der Montagestellung, nachdem zuvor eine Übergabe des Kolbens 110 von dem Handhabungsgerät 100 an die Greifvorrichtung 10 stattgefunden hat.
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Die 3 zeigt einen Querschnitt durch die Greifvorrichtung 10 und den in dem Aufnahmeraum 16 innerhalb der Greifelemente 14 aufgenommenen Kolben 110. Die Greifelemente 14 befinden sich in der Montagestellung, das heißt der Stellung, in der sie die Kolbenringe 112 radial in die Kolbennuten 114 komprimiert haben. Außerdem befindet sich die Greifvorrichtung 10 in einer Position, in der sie auf der Kolbenmontagemaske 104 in Längsrichtung L fluchtend aufsitzt. Zu erkennen ist weiterhin ein Vertikalstößel 22 und ein hieran gehaltener Stößelteller 24. Der Vertikalstößel 22 ist in der Längsrichtung L, welche der Laufrichtung des Kolbens 110 in der Zylinderbohrung entspricht, verschiebbar, so dass der Kolben 110 über den Vertikalstößel 22 ausgehend von dem Aufnahmeraum 16 in die Kolbenmontagemaske 104 und weiter in die Zylinderbohrung des Motorblocks geschoben werden kann.
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In die 3 ist ferner der Antriebmechanismus 12 und die Sensor- und Steuerungseinrichtung 20 und deren Funktionsweise einskizziert. Zunächst kann vorgesehen sein, dass der Antriebmechanismus 12 ein Proportional-Druckregelventil 26 aufweist, über das ein hydraulischer oder ein pneumatischer Antrieb der Greifelemente 14 von der geöffneten Stellung in die Montagestellung äußerst sensibel erfolgen kann. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Proportional-Druckregelventil 26 derart ausgelegt ist, dass die Schließkraft, mit der die Greifelemente 14 von der geöffneten Stellung in die Montagestellung beaufschlagt werden, einerseits auf einer sehr geringes Niveau eingestellt werden kann und andererseits sehr feinfühlig variiert werden kann. Die Sensor- und Steuerungseinrichtung 20 umfasst einen Wegaufnehmer, der als mechanischer Wegaufnehmer 28 ausgeführt sein kann, wobei für jedes Greifelement 14 eine Abgleitebene 30 und ein auf der Abgleitebene 30 laufender Messtaster 32 vorgesehen ist. Der Antriebmechanismus 12 und die Sensor- und Steuerungseinrichtung 20 sind zur Steuerung und Signalübertragung miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass über die mechanischen Wegaufnehmer 28 der Sensor- und Steuerungseinrichtung 20 eine Schließposition der Greifelemente 14 erfassbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Sensor- und Steuerungseinrichtung 20 anhand einer zeitlichen Ableitung der Schließposition, das heißt der Schließgeschwindigkeit, den Verlauf der Schließbewegung überwachen kann. So können beispielsweise Vorgabewerte für eine Schießgeschwindigkeit oder eine durchschnittliche Schließzeit für die Bewegung der Greifelemente 14 von der geöffneten in die Montagestellung gemacht werden. Zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorgabe der Schließkraft der Greifelemente 14 über das Proportional-Druckregelventil 26 ergibt dies die Möglichkeit die Schließbewegung der Greifelemente 14 zu überwachen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Greifvorrichtung
- 12
- Antriebsmechanismus
- 14
- Greifelement
- 16
- Aufnahmeraum
- 20
- Sensor- und Steuerungseinrichtung
- 22
- Vertikalstößel
- 24
- Stößelteller
- 26
- Proportional-Druckregelventil
- 28
- Wegaufnehmer
- 30
- Messtaster
- 32
- Abgleitebene
- 40
- Vibrationseinheit
- 100
- Handhabungsgerät
- 102
- Greifbacken
- 104
- Kolbenmontagemaske
- 106
- Rahmenelement
- 110
- Kolben
- 112
- Kolbenring
- 114
- Kolbennut
