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Die
Erfindung betrifft eine Walzmaschine mit Gewindewalzen zum Walzen
von Zündkerzen, mit orientiertem Gewinde für Brennkraftmaschinen,
die ein zylindrisches Metallgehäuse und eine Masseelektrode
aufweisen, die mit dem Metallgehäuse verbunden ist.
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Aus
der
DE 1085842 B ist
eine Zuführungsvorrichtung zum Ausrichten von Zündkerzen
bei einer Gewindewalzmaschine bekannt, mit der die kopflastigen
Werkstücke mittels einer Magnethalterung in den Walzspalt
zwischen zwei Rundwalzwerkzeugen eingeführt und gehalten
werden. Durch die Magnethalterung werden schiefe Gewinde vermieden.
Zur magnetischen Ausrichtung ist die Magnethalterung mit einem Topfmagnet
versehen, an dem die Zündkerze rechtwinklig ausgerichtet
wird. Die Zündkerze wird stirnseitig von dem Magneten angezogen
und ausgerichtet. Auf diese Weise ist das Walzen von Zündkerzen
mit einer Masseelektrode nicht möglich. Die Masseelektrode
muss daher nach dem Gewindewalzen angeschweißt werden.
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Das
nachträgliche Anschweißen der Masseelektrode ist
insofern nachteilig, weil dadurch die Einbaulage der Masseelektrode
nicht definiert ist. Wenn die Zündkerze in den Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine eingeschraubt wird, ergibt sich eine zufällige
Einbaulage der Masseelektrode der Zündkerze. Bei Brennkraftmaschinen
mit Direkteinspritzung ist das Einspritzventil in unmittelbarer
Nähe der Zündkerze angeordnet, damit das Kraftstoff-Luft-Gemisch
mittels der Zündkerze sofort gezündet wird. Dadurch
kann sich Kraftstoff auf der Masseelektrode niederschlagen. Dieser
Niederschlag an der Masseelektrode kann dadurch vermieden werden,
dass die Masseelektrode beim Einschrauben der Zündkerze in
einer definierten Einbaulage zum Einspritzventil angeordnet wird.
Wenn die Zündkerze bei herkömmlicher Herstellung
durch Gewindewalzen ein zufällig hergestelltes Gewinde
aufweist, ist die definierte Einbaulage nicht gesichert.
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Um
zu garantieren, dass die in der Wand der Brennkammer montierte Zündkerze
die richtige Orientierung hat, müssen das Außengewinde
der Zündkerze und das Innengewinde in der Aufnahmebohrung
der Brennkammerwand so angelegt werden, dass sie eine fest verschraubte
Stellung der Zündkerze festlegen, in der die leitfähigen
Elemente der Masseelektrode sich an der vom Einspritzventil abgewandten
Seite des Isolatorkörpers befinden. Derartig zueinander orientiert
hergestellte Gewinde wirken sich allerdings erheblich in den Herstellungskosten aus,
da die einander korrespondierenden Gewinde äußerst
genau hergestellt werden müssen.
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In
der
DE 10 2006
062 737 A1 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem die
Masseelektrode stets in einer definiert orientierten Position relativ
zum Einspritzventil angeordnet ist. Eine definierte Position der
Körperelektrode zum Gewindeanschnitt des Zündkerzeneinschraubgewindes
wird dadurch erzielt, dass der Körper der Zündkerze
am Außendichtsitz an einem Anschlag festgelegt wird, wonach
das Gewindeprofil in einem Messfenster durch Drehbewegung justiert
und die Körperelektrode angeschweißt wird. Das
Anschweißen der Körperelektrode am Zündkerzenkörper
erfolgt gemäß der
DE 10 2006 062 737 A1 nach
dem Anfertigen des Einschraubgewindes, wobei für das positionsgenaue Schweißen
der Körperelektrode die Form und die Lage des Gewindeprofils
als Bezug genutzt wird. Das Ausrichten, Einstellen und die Positionieren
des Zündkerzenkörpers beim Anschweißen
der Masseelektrode wird mittels eines optischen Messsystems überwacht,
so dass dadurch ein definierter Abstand des äußeren
Dichtsitzes zum Gewindeprofil sichergestellt wird. Das optische
Verfahren ist vergleichsweise aufwendig.
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In
der
WO 2008062880
A1 wird ein optisches Verfahren bei einer Gewindewalzmaschine
vorgeschlagen, wobei das Gewinde an dem Einschraubende der Zündkerze
nach dem Anschweißen der Masseelektrode gewalzt wird. Hierbei
weist die Gewindewalzmaschine eine Zuführeinrichtung mit
einer Aufnahme für die Zündkerze auf. Die Aufnahme
umfasst einen elastischen Dorn für die Innenbohrung der Zündkerze.
Mit einem Sensor wird die Winkelstellung der Masseelektrode der
auf dem Dorn befestigten Zündkerze detektiert. Hierbei
kann der Sensor wie ein Kontakt-Sensor als Endschalter ausgebildet
werden. Der Sensor kann ein kontaktfreier Sensor sein, beispielsweise
ein fotoelektrischer Sensor oder ein Näherungsschalter
beziehungsweise eine bildgebendes System, das eine Bildverarbeitung
und Bildanalyse beinhaltet. Ferner ist die Aufnahme mit einem Antriebsmotor
für den Dornvorschub versehen. Der Antriebsmotor ist mit
einem Encoder als Absolutwertgeber verbunden. Die Werkstückposition
in der Vorschubrichtung wird mittels einer Kamera überwacht, damit
die Zündkerze mit der Masseelektrode in eine bestimmte
Position zu den Gewindewalzen gebracht werden kann. Auf diese Weise
wird ein Gewinde gewalzt, mit dem beim Einschrauben der Zündkerze eine
definierte Position der Masseelektrode im Brennraum eines Kraftfahrzeuges
erreicht werden kann.
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Diese
Gewindewalzmaschine ist aufgrund der Verwendung von optischen Sensoren
vergleichsweise kompliziert aufgebaut. Auch besteht die Gefahr der
Beeinträchtigung der optischen Sensoren durch Ablagerungen
im Betrieb.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in einer Walzmaschine für
das Gewindewalzen, mit der eine vereinfachte Herstellung einer Zündkerze
mit einem definierten Gewindeanschnitt ermöglicht wird,
damit eine exakte Positionierung der Masseelektrode im Brennraum
einer Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Walzmaschine gelöst, die eine automatische Werkstückzuführung
zum orientierten Zuführen des Werkstücks einer
Zündkerze in den Walzspalt und eine Drehwinkelsteuerung
für das Einspuren der Gewindewalzen aufweist, die im Stillstand
in Umfangsrichtung gesehen auf einen definierten Gewindeanfang beziehungsweise
Gewindeauslauf einer Zündkerze ausgerichtet und radial
zustellbar sind, wobei die Werkstückzuführung
eine Aufsteckeinrichtung mit einem Walzdorn zur Werkstückaufnahme
und eine Leiteinrichtung zum selbsttätigen Ausrichten des Werkstücks
der Zündkerze mittels der Masseelektrode aufweist. Durch
das selbsttätige Ausrichten des Werkstücks einer
Zündkerze mit der Masseelektrode beim Gewindewalzen kann
die Herstellung von Zündkerzen wesentlich vereinfacht werden.
Dadurch kann auf eine wirtschaftlich Weise gesichert werden, dass
die Masseelektrode in einer definierten Einbaulage zum Einspritzventil
bei einem Verbrennungsmotor angeordnet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das selbsttätige
Ausrichten der Masseelektrode mit einer Leiteinrichtung vorgenommen,
die aus zwei bogenförmigen Leitblechen besteht. Die Leitbleche
reichen in den Walzspalt zwischen den Gewindewalzen hinein und sind
entsprechend den Abmessungen der Masseelektrode gegeneinander beabstandet.
Damit bilden die Leitbleche einen in Richtung zur Werkstückzuführung
hin offenen Leitkanal, der eine exakte Ausrichtung der Masseelektrode gewährleistet.
Auf diese einfache Art und Weise wird das Walzen von Zündkerzen
mit orientiertem Gewinde ermöglicht.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert
werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen. Im Einzelnen zeigt
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1 den
Arbeitsraum der Walzmaschine mit den Gewindewalzen und der Werkstückzuführung,
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2 die
Vorderansicht des Arbeitsraumes mit den Leitblechen,
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3 die Draufsicht auf den Walzspalt zwischen
den Gewindewalzen mit dem Werkstück, einer Zündkerze
und
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4 das
Werkstück einer Zündkerze in schematischer Darstellung.
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In 1 ist
der Arbeitsraum der Walzmaschine mit einer Gewindewalze 1 dargestellt,
die mit einer gegenüberliegenden Gewindewalze 1 in 2 einen
Walzspalt 2 bildet. In dem Walzspalt 2 befindet sich
in der Ebene der Achse 3 der Gewindewalzen 1 das
Werkstück 4 in der Walzposition.
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Das
Werkstück 4 ist ein in 4 gezeichneter
Rohling einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen,
das ein zylindrisches Metallgehäuse 40 und eine Masseelektrode 7 aufweist,
die mit dem Metallgehäuse 40 verbunden ist. Das
Werkstück 4 weist eine Innenbohrung 5 für
den Walzdorn 6 auf, in die nach dem Walzen des Gewindes 41 eine
Mittelelektrode der Zündkerze eingefügt wird.
Abschließend wird die Masseelektrode 7 in der
angedeuteten Form rechtwinklig abgebogen. Damit die Masseelektrode 7 nach
dem Einschrauben der Zündkerze in die Wand der Brennkammer
die richtige Orientierung hat, muss der Gewindeauslauf 8 beziehungsweise
der Gewindeanfang am oberen Ende der Zündkerze in Umfangsrichtung
gesehen in Bezug auf die Masseelektrode 7 ausgerichtet
werden. Die Orientierung der Masseelektrode 7 nach dem
Einschrauben in der Brennkammer wird durch den Gewindeanfang in
der Wand der Brennkammer und die Einschraubtiefe bestimmt, die durch
den an der Zündkerze angeformten Bund 9 definiert
wird. Diese Einbaubedingungen werden beim Gewindewalzen 1 in
der Walzmaschine reproduziert. Dies geschieht dadurch, dass die
Gewindewalzen 1 nach dem Ausrichten des Werkstücks 4 mit
der Masseelektrode 7 in der Orientierung des Gewindeauslauf 8 beziehungsweise
Gewindeanfangs eingespurt werden. Die Orientierung ergibt sich aus der
Anordnung des Einschraubgewindes in der Wand der Brennkammer der
Brennkraftmaschine.
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Das
Ausrichten des Werkstücks 4 mit der Masseelektrode 7 wird
durch die in 1 dargestellte Werkstückzuführung
vorgenommen. Die Werkstückzuführung umfasst ein
nicht weiter dargestelltes Werkstückmagazin 10 mit
einer Zuführschiene 11, mit der die Werkstücke 4 lagerichtig
transportiert werden. Am Ende der Zuführschiene 11 befindet
sich beispielsweise eine Greifeinrichtung 12 mit Linearantrieb
zur Werkstückvereinzelung, mit der das Werkstück 4 auf
einen Walzdorn 6 einer Aufsteckeinrichtung 13 aufgesteckt
wird. Beim lagerichtigen Aufstecken befindet sich die Masseelektrode 7 senkrecht oberhalb
des Werkstücks 4, was in 1 ersichtlich ist.
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Nach
dem Aufstecken auf den Walzdorn 6 wird das Werkstück 4 mit
einem über eine Antriebsachse 14 angetriebenen
Taktstern 15 in den Walzspalt 2 eingeführt.
Der Taktstern 15 ist mit vier diametral gegenüberliegenden
Aufsteckeinrichtungen 13 ausgestattet, die ein gleichzeitiges
Zuführen, Walzen und Abführen mehrerer Werkstücke 4 gestatten.
Das Ausrichten des Werkstücks 4 mit der Masseelektrode 7 geschieht
selbsttätig während der Drehbewegung des Taktsterns 15.
Hierzu weist die Werkstückzuführung zum orientierten
Zuführen des Werkstücks 4 eine Leiteinrichtung
zum selbsttätigen Ausrichten der Masseelektrode 7 auf.
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Die
Leiteinrichtung besteht aus einem Leitbogen beziehungsweise aus
zwei bogenförmig angeordneten Leitblechen 16.
Die Leitbleche 16 sind so angeordnet, dass sie über
einen Winkelbereich von der Senkrechten bis zur Waagerechten von
annähernd 90 Grad in den Walzspalt 2 zwischen
den Gewindewalzen 1 hineinreichen. Die Leitbleche 16 sind gemäß 2 entsprechend
den Abmessungen der Masseelektrode 7 gegeneinander beabstandet,
damit sie einen in Richtung zur Werkstückzuführung
hin offenen Leitkanal 17 ausbilden. In dem Leitkanal 17 wird
die Masseelektrode 7 geführt und in senkrechter Richtung
zur Werkstückachse ausgerichtet. Beginnend von der Senkrechten
bis zur Waagerechten weist der Leitkanal 17 eine Verjüngung
auf. Damit kann die Masseelektrode 7 im Walzspalt 2 exakt
in der vorgesehenen Orientierung ausgerichtet und positioniert werden.
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Für
das Einfädeln der Masseelektrode 7 in den Leitkanal 17 ist
an dem einen Leitblech 16 im oberen Anfangsbereich eine
Leitfläche 18 zum Eindrehen der Masseelektrode 7 in
den Leitkanal 17 vorgesehen. Das Eindrehen geschieht mit
einer mit der Aufsteckeinrichtung 13 korrespondierenden
Dreheinrichtung 19, mit welcher im Anfangsbereich der Leitfläche 18 das
Werkstück 4 zum Beginn der Drehbewegung des Taktsterns 15 soweit
gedreht wird, bis die Masseelektrode 7 an der Leitfläche 18 anliegt. Die
Drehbewegung kann beispielsweise mit einem Reibantrieb bewirkt werden.
Danach geschieht das Einfädeln der Masseelektrode 7 in
den Leitkanal 17 selbsttätig bei fortschreitender
Drehung des Taktsterns 15 bis die 90 Grad Bewegung vollendet
ist. Das Werkstück 4 befindet sich damit in der
Beladeposition, die in 3 dargestellt
ist.
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Bei
der in 3a dargestellten Beladeposition
hat das Werkstück 4 im Walzspalt 2 keinen
Kontakt mit den Gewindewalzen 1. Zwischen dem Bund 9 des
Werkstücks 4 und den Stirnseiten 21 der
Gewindewalzen 1 befindet sich ein Spalt 22, der
das Einschwenken des Werkstücks 4 in den Walzspalt 2 ermöglicht.
Die Masseelektrode 7 ist exakt senkrecht in der Ebene der
Werkstückachse ausgerichtet und die Gewindewalzen 1 sind
mit der Orientierung auf den determinierten Gewindeauslauf 8 des
zu walzenden Gewindes eingespurt. Das Einspuren erfolgt mittels
einer Drehwinkelsteuerung für die Gewindewalzen 1.
Wenn eine numerisch gesteuerte Profilwalzmaschine vorhanden ist,
kann die Position des Gewindeauslaufs 8 in das Steuerungsprogramm
der Walzmaschine eingegeben werden. Nach dem Einspuren befinden
sich die Gewindewalzen 1 im Stillstand.
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In 3b wird
der stirnseitige Kontakt des Werkstücks 4 mit
den Gewindewalzen 1 hergestellt. Die Masseelektrode 7 ist
senkrecht ausgerichtet und das Werkstück 4 wird
axial in Pfeilrichtung 23 vorgeschoben, bis der Bund 9 an
den Stirnseiten 21 der Gewindewalzen 1 anliegt.
In 3c werden die Gewindewalzen 1 während
des Stillstands radial entsprechend den Pfeilen 24 zugestellt.
Damit wird das Werkstück 4 in der vorgesehenen
Orientierung fixiert. Nachfolgend wird die Drehung der Gewindewalzen 1 aktiviert
und das Gewinde gewalzt.
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Da
das Einführen des Werkstücks 4 in den Walzspalt 2 zwischen
den Gewindewalzen 1 mit dem Taktstern 15 auf einer
kreisförmigen Bahn erfolgt, muss das Werkstück 4 vor
dem Beladen auf eine zurückgezogene Endstellung zurückgenommen
werden. Nach dem Beladen wird das Werkstück 4 in Richtung
der Stirnseiten 21 der Gewindewalzen 1 entsprechend 3c vorgeschoben.
Das wird dadurch ermöglicht, dass der Walzdorn 6 in
der Aufsteckeinrichtung 13 zwischen einer zurückgezogenen
Endstellung und einer in Richtung der Stirnseiten 21 der
Gewindewalzen 1 vorgeschobenen Walzposition in Richtung
des Doppelpfeils 25 axial verschiebbar gelagert ist. Das
Verschieben des Walzdorns 6 kann auf unterschiedliche Weise
erfolgen. Vorzugsweise kann zum Vorschieben des Walzdorns 6 ein Federelement
eingesetzt werden. Mit dem Federelement wird der Walzdorn 6 in
der Walzposition gegen die Stirnseiten 21 der Gewindewalzen 1 vorgespannt.
Während des Beladens wird der Walzdorn 6 beim
Zuführen des Werkstücks 4 durch eine,
gegen die Federkraft wirkende, pneumatische, hydraulische, elektromagnetische
oder elektromotorische Antriebseinheit in der zurückgezogenen
Endstellung gehalten.
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Durch
den Einsatz eines pneumatisch betätigten Kontraktionsantriebs
kann der Walzdorn 6 in seiner Endstellung gehalten werden,
wenn der Kontraktionsantriebe mit Druckluft beaufschlagt wird, um eine
Längenkontraktion zu bewirken. Mit einem Kontraktionsantrieb
kann der Axialschub des Walzdorns 6 bei einfachem Aufbau
und relativ geringen Kosten gewährleistet werden.
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Nach
dem Beenden des Walzvorgangs wird das jeweils fertig bearbeitete
Werkstück 4 weiter getaktet und zum Abtransportieren
zu einer Entnahmestation 26 geführt. Das Werkstück 4 enthält
dann ein orientiertes Gewinde, das mit einer Mittelelektrode versehen,
als Zündkerze in einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine
eingesetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1085842
B [0002]
- - DE 102006062737 A1 [0005, 0005]
- - WO 2008062880 A1 [0006]