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GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Pleuelstangen (auch bekannt als Kolbenstangen) und insbesondere auf Vorrichtungen zur Durchführung der Bruchtrennung des Pleuelfußes (bzw. unteren Pleuelendes) der Stangen und damit verbundene Arbeitsschritte.
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STAND DER TECHNIK
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Bei Verbrennungsmotoren für Automobile wird die Pleuelstange zur Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle verwendet. Die Pleuelstangen werden normalerweise aus einem Metall wie Stahl gefertigt, obwohl ebenfalls andere Materialien verwendet werden können, um beispielsweise eine gewünschte Leichtigkeit zu erhalten. Eine Pleuelstange besitzt üblicherweise einen Pleuelkopf (bzw. kleines/oberes Pleuelende) mit einer kleinen Bohrung und einen Pleuelfuß (bzw. großes/unteres Pleuelende) mit einer großen Bohrung. Das kleine Pleuelende ist mit dem Kolbenbolzen oder etwas Ähnlichem verbunden und das große Pleuelende ist normalerweise mit der Kurbelwelle verbunden.
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Die stellt eine typische Ausführung einer Pleuelstange dar. Die Pleuelstange 1000 umfasst (bzw. enthält) das, was im Folgenden als Stangenteil oder Stange 1001 bezeichnet wird (wobei diese den Schaftteil 1004 und das kleine Pleuelende 1003 aufweist, in dem die kleine Bohrung 1005 gebildet ist, sowie einen Teil des großen Pleuelendes, in dem die große Bohrung 1006 gebildet ist), sowie einen Deckel 1002, der zusammen mit dem großen Pleuelende 1001 die große Bohrung 1006 definiert. Der Deckel 1002 ist mit Schrauben 1007 an der Stange befestigt, die in entsprechende Bohrungen eingeschraubt sind. Die Verbindung 1008 zwischen der Stange 1001 und dem Deckel 1002 ist bei der montierten Stange häufig kaum zu sehen.
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Die Pleuelstange wird erhalten, indem ein Rohling in Form eines einzigen Metallstücks spanend gefertigt wird, um einen Stangenrohling zu erzeugen, der sowohl das kleine Pleuelende mit der kleinen Bohrung als auch das große Pleuelende mit der großen Bohrung aufweist. Dieser Stangenrohling wird anschließend in die Stange 1001 und den Deckel 1002 zertrennt (bzw. gespalten). Dieser Arbeitsschritt wird normalerweise als „Bruchtrennen” der Stange bezeichnet, ein Arbeitsschritt, der normalerweise durchgeführt wird, indem ein Gegenstand wie beispielsweise zwei Spreizdornteile in die große Bohrung 1006 eingeführt wird und diese beiden Dornteile dann zum Beispiel mit einem Keilelement getrennt werden. Vor der Durchführung des tatsächlichen Trennvorgangs wurde das große Pleuelende beispielsweise mit einem Laser oder einem anderen geeigneten Mittel „eingekerbt”, um Kerben vorzusehen, welche die Ebene definieren, entlang der das große Pleuelende während der Trennung der beiden Spreizdornteile zerteilt wird.
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Aufgrund der Tatsache, dass der Deckel 1002 und die Stange 1001 voneinander getrennt werden, indem das Metall tatsächlich „gebrochen” wird (anstatt dieses beispielsweise durch Schneiden oder andere Mittel zu trennen oder anstatt die Stange und den Deckel aus zwei getrennten Rohlingen zu fertigen), passen die Oberflächen, an denen die Stange und der Deckel miteinander verbunden sind, sehr gut zusammen, nachdem die Stange und der Deckel zur Bildung der Pleuelstange wieder zusammengesetzt wurden.
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Das Bruchtrennen von Stangenrohlingen entspricht bei der Herstellung von Pleuelstangen dem allgemeinen Stand der Technik.
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Das Patent
DE-19841027-C1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, die zum Bruchtrennen von Stangen verwendet wird. Ein Laser wird zur Erzeugung der Kerben genutzt, welche die Bruchebene definieren. Das Bruchtrennen wird durchgeführt, indem anscheinend zwei Spreizdornhälften verwendet werden, die aufgrund der Bewegung eines Keilelements gespreizt werden. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus Mittel zur Anschraubung des Deckels an der Stange.
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Die
US-6457621-B1 lehrt eine Vorrichtung zur Trennung der Stange und des Deckels einer Pleuelstange, indem das große Pleuelende mit zwei Spreizdornhälften und einem Spaltkeil bruchgetrennt wird. Die Vorrichtung enthält eine feste Vorrichtungshälfte und eine bewegbare Vorrichtungshälfte. Die US-6457621-B1 beschreibt ausführlich, wie der Stangenrohling während des Arbeitsvorgangs in seiner Position fixiert werden kann.
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Die
DE-9320463-U1 , die
EP-568119-A1 und die
EP-467198-A1 beschreiben ebenfalls verschiedene Anordnungen zum Bruchtrennen von Pleuelstangen.
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Die
US-6671955-B1 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung einer Pleuelstange nach dem Bruchtrennen durch die Anwendung einer Vibrationsbehandlung. Die Bruchflächen berühren sich während der Vibrationsbehandlung.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bruchtrennen einer Pleuelstange (oder eines Stangenrohlings, das heißt, eines Rohlings, der spanend bearbeitet wurde, um viele der Eigenschaften des endgültigen Produkts aufzuweisen, bei dem der Deckel und die Stange jedoch noch Teil desselben Metallkörpers sind), mit einem kleinen Pleuelende und einem großen Pleuelende in einen Stangenteil und einen Deckelteil, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
Positionierungselemente zur Positionierung der Pleuelstange in eine Bruchtrenn-Position; und
ein spreizbares (bzw. sich erweiterndes) Element, das dazu eingerichtet ist, in eine Bohrung des großen Pleuelendes der Pleuelstange eingeführt zu werden, um die Trennung der Pleuelstange in einen Stangenteil und einen Deckelteil zu erlauben, indem das spreizbare Element gespreizt (bzw. auseinanderbewegt) wird.
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Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus eine Elektropresse mit einem Servomotor zur Betätigung des spreizbaren Elements, beispielsweise um einen Spaltkeil zur Trennung zweier Spreizdornhälften zu verlagern. Einige der mit der Verwendung einer Elektropresse verbundenen Vorteile wurden oben bereits erklärt.
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Bei einigen Ausführungen der Erfindung enthält die Vorrichtung einen ersten Teil und einen zweiten Teil, wobei der zweite Teil gegenüber dem ersten Teil bewegbar ist. Der erste Teil kann beispielsweise ein fester (bzw. unbeweglicher) Teil sein, der relativ zu einem Rahmen der Vorrichtung befestigt ist; der zweite Teil kann dann so montiert werden, dass dieser relativ zu dem festen Teil bewegbar ist, beispielsweise entlang von Führungsschienen oder einer ähnlichen Vorrichtung. Der zweite Teil kann beispielsweise ein Schlitten sein, der linear gegenüber dem ersten Teil beispielsweise in der horizontalen Ebene zwischen einer proximalen Position und einer distalen Position gegenüber dem ersten Teil bewegt werden kann. Die proximale Position kann die Position sein, in der die Pleuelstange in der Vorrichtung montiert ist, bevor der Bruchtrennvorgang beginnt, und die distale Position kann einer Position am Ende des Bruchtrennvorgangs entsprechen, nachdem der Bruchtrennvorgang durchgeführt und der Deckelteil vom Stangenteil getrennt wurde.
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Der erste Teil ist so angeordnet, um einen Deckelteil des großen Pleuelendes der Pleuelstange aufzunehmen, und der erste Teil umfasst weiterhin erste Positionierungselemente, die angeordnet sind, um mit dem Deckelteil zusammenzuwirken. Diese Positionierungselemente können dazu dienen, die Position des großen Pleuelendes der Pleuelstange gegenüber dem ersten Teil der Vorrichtung zu bestimmen oder zur Bestimmung derselben beitragen oder diese fixieren; beispielsweise können diese ersten Positionierungselemente in einer Linie mit den von der
US-6457621-B1 oder
DE-9320463-U1 gelehrten Bolzen liegen.
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Der zweite Teil ist so angeordnet, das kleine Pleuelende der Pleuelstange aufzunehmen, und der zweite Teil umfasst darüber hinaus mindestens ein zweites Positionierungselement, das dazu eingerichtet ist, mit dem kleinen Pleuelende der Pleuelstange zusammenzuwirken. Dieses zweite Positionierungselement kann beispielsweise einen Bolzen, einen Vorsprung oder Ähnliches beinhalten, der dazu eingerichtet ist, innerhalb der kleinen Bohrung des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange positioniert zu werden und dadurch die Bewegung des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange in Bezug zu diesem Bolzen zu verhindern oder zu begrenzen.
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Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein spreizbares Element, das dazu eingerichtet ist, in eine Bohrung in das große Pleuelende der Pleuelstange eingeführt zu werden, um die Trennung der Pleuelstange in einen Stangenteil und einen Deckelteil zu erlauben, indem das spreizbare Element gespreizt wird. Der zweite Teil ist im Wesentlichen gegenüber dem ersten Teil verschiebbar, sodass nach der Zerteilung der Pleuelstange der Deckelteil in dem ersten Teil zurückgehalten wird und sich der Stangenteil mit dem zweiten Teil von dem Deckelteil wegbewegt. Das spreizbare Element kann üblicherweise auf die herkömmliche Art gebildet sein, das heißt, es kann zwei Spreizdornhälften enthalten, die dazu eingerichtet sind, von einem Spaltkeil voneinander getrennt zu werden. Eine der Spreizdornhälften kann an dem ersten Teil befestigt sein und der andere Spreizdornteil kann mit dem zweiten Teil der Vorrichtung verbunden sein.
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Gemäß diesen Ausführungen der Erfindung umfasst der zweite Teil einen ersten Schlitten (der Begriff „Schlitten” wird in einem allgemeinen Sinn verwendet und sollte nicht dahin gehend ausgelegt werden, irgendeine Einschränkung bezüglich der Ausführung oder der Gestaltung des Schlittens zu beinhalten), der dazu eingerichtet ist, gegenüber dem ersten Teil zwischen einer proximalen Position und einer distalen Position bewegt zu werden, sowie einen zweiten Schlitten, der dazu eingerichtet ist, gegenüber dem ersten Schlitten (beispielsweise linear) bewegt zu werden, wobei das zweite Positionierungselement auf dem zweiten Schlitten vorgesehen ist, um die Position des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange gegenüber dem zweiten Schlitten festzulegen (oder zu bestimmen oder zu fixieren).
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Das heißt, die Position des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange ist während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen gegenüber dem zweiten Schlitten fixiert, während dieses sich gegenüber dem ersten Schlitten und natürlich ebenfalls gegenüber dem ersten Teil der Vorrichtung bewegen kann. Aufgrund der Verwendung von zwei Schlitten mit der Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen diesen ist eine gewisse Bewegung des zweiten Schlittens, auf dem das kleine Pleuelende der Pleuelstange positioniert ist, gegenüber dem ersten Schlitten möglich. Dadurch ist es möglich, Kräfte und Spannungen zu vermeiden oder zu reduzieren, die während des Bruchtrennvorgangs auf den Schaft oder den Stangenteil der Pleuelstange ausgeübt werden können. Das heißt, die schwimmende Anordnung des kleinen Pleuelendes der Stange gegenüber dem ersten Schlitten kann vorteilhaft sein. Wenn sich beispielsweise das spreizbare Element zu spreizen beginnt, kann es eine Bewegung des ersten Schlittens erzwingen, was zu Spannungen in der Pleuelstange führen könnte, wenn das kleine Pleuelende der Pleuelstange nicht schwimmend gegenüber dem ersten Schlitten angeordnet wäre. Wenn beispielsweise eine der Spreizdornhälften an dem ersten Schlitten befestigt ist, wird der erste Schlitten dazu gezwungen, sich zu bewegen, wenn die Ausdehnung des spreizbaren Elements beginnt, die Positionsanordnung des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange gegenüber dem zweiten Schlitten lässt jedoch zu, dass dieses kleine Pleuelende seine Position trotz der Bewegung des ersten Schlittens während dieses ersten Teils des Betriebs der Vorrichtung beibehält, bevor der Bruchtrennvorgang stattfindet.
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Das spreizbare Element kann einen ersten Hülsenteil (bzw. Hülsenschale) enthalten, der an dem ersten Teil befestigt ist (oder mit diesem integral (bzw. einstückig) ausgebildet oder an diesem montiert oder an diesem fixiert ist, beispielsweise angeschraubt ist), sowie einen zweiten Hülsenteil (bzw. Hülsenschale), der an dem ersten Schlitten befestigt ist (oder mit diesem integral (bzw. einstückig) ausgebildet oder an diesem montiert oder an diesem fixiert ist, beispielsweise angeschraubt ist), wobei die erste und zweite Hülsenschale dazu eingerichtet sind, einen Vorsprung zu bilden, wenn sich der erste Schlitten in der proximalen Position befindet, der dazu eingerichtet ist, in eine große Bohrung im großen Pleuelende der Pleuelstange zu passen. Das heißt, jede der Hülsenschalen kann ein Segment beispielsweises eines Zylinders oder etwas Ähnlichem bilden, wie zum Beispiel ein 180-Grad-Segment, sodass diese, wenn diese zusammengebracht werden, einen Zylinder oder eine Hülse von im Wesentlichen 360 Grad bilden, der die große Bohrung der Pleuelstange durchdringt, wenn diese Stange zum Bruchtrennen in die Vorrichtung eingesetzt wird. Auf der anderen Seite kann ein Teil des spreizbaren Elements innerhalb dieses Zylinders oder dieser Hülse angeordnet werden. Wenn das spreizbare Element beispielsweise zwei Spreizdornhälften aufweist, kann eine dieser Hülsenschalen in Übereinstimmung mit einer der Spreizdornhälften – diese beispielsweise teilweise umschließend – angeordnet werden und die andere Hülsenschale kann in Übereinstimmung mit der anderen Spreizdornhälfte angeordnet werden, wodurch die Hülsenschalen dazu dienen können, die Größe des spreizbaren Elements an die Größe der großen Bohrung einer bestimmten Art von Kurbelwelle anzupassen, die in die Vorrichtung eingeführt werden soll. Das heißt, die Anpassung des spreizbaren Elements an die Größe eines spezifischen Produkts kann durchgeführt werden, indem einfach die Hülsenschalen ausgetauscht werden, ohne die Notwendigkeit, die Spreizdornhälften auszutauschen.
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Wenn das spreizbare Element beginnt, sich auseinanderzubewegen, bewegen sich die Hülsenschalen voneinander weg und in Richtung der Innenfläche der großen Bohrung. Somit üben diese Hülsenschalen einen zunehmenden Druck auf die Innenfläche der großen Bohrung aus und die kontinuierliche Ausdehnung des spreizbaren Elements erzeugt schließlich die Trennung des großen Pleuelendes der Pleuelstange in den Deckelteil und Stangenteil. Bevor jedoch der Bruch stattfindet und während die zweite Hülsenschale gezwungen wird, sich aufgrund der Ausdehnung des spreizbaren Elements zu bewegen, wird der erste Schlitten des zweiten Teils tatsächlich vom ersten Teil weggedrückt, da die zweite Hülsenschale (und, falls anwendbar, eine entsprechende Spreizdornhälfte) an diesem ersten Schlitten befestigt ist. Falls das kleine Pleuelende der Pleuelstange daher direkt an diesem ersten Schlitten befestigt wäre, könnten Spannungen entstehen, die schließlich zu einer Beschädigung der Pleuelstange führen könnten, beispielsweise des Schafts. Da das kleine Pleuelende der Pleuelstange jedoch in Bezug auf den zweiten Schlitten positioniert ist, der gegenüber dem ersten Schlitten in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des ersten Schlittens verschiebbar ist, können diese Spannungen vermieden werden, da der erste Schlitten das kleine Pleuelende der Pleuelstange nicht zwingt, sich während dieser Phase der Bewegung des ersten Schlittens vom ersten Teil wegzubewegen. Das heißt, die schwimmende Anordnung des kleinen Teils der Pleuelstange kann vorteilhaft sein und das Risiko von Beschädigungen der Pleuelstange beispielsweise während des anfänglichen Teils des Bruchtrennvorgangs reduzieren. Im vorliegenden Kontext sollten die Begriffe „Hülsenschale”, „Hülse”, „Zylinder” usw. nicht in einem begrenzenden Sinn ausgelegt werden, sondern werden zur Bezeichnung jeder Anordnung verwendet, die einen Vorsprung bilden kann, um innerhalb der großen Bohrung und beispielsweise um die Spreizdornhälften herum angeordnet zu werden. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, dass die Hülsenschalen oder die Hülse über deren ganzen Umfang vollständig kontinuierlich oder vollständig kreisförmig sind. Außerdem ist es nicht erforderlich, dass die Hülsenschalen Bogenabschnitte von 180 Grad bilden. Jede Hülsenschale kann beispielsweise abgeflachte Abschnitte enthalten und/oder aus einer Vielzahl kürzerer Bogenabschnitte gebildet werden, die zusammen einen größeren Bogenabschnitt bilden.
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Die erste Hülsenschale kann an dem ersten Teil mit Schrauben und die zweite Hülsenschale kann an dem ersten Schlitten mit Schrauben befestigt sein. Beispielsweise kann jede dieser Hülsenschalen an dem entsprechenden Teil oder Schlitten nur mit einigen wenigen Schrauben befestigt sein, beispielsweise ein, zwei, drei oder vier Schrauben. Dadurch wird der Austausch der entsprechenden Hülsenschale im Bedarfsfall erleichtert.
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Die Vorrichtung kann eine Vielzahl von Sätzen der ersten Hülsenschale und der zweiten Hülsenschale umfassen, wobei mindestens einer der Sätze an eine unterschiedliche Art von Pleuelstange als ein anderer der Sätze angepasst ist. Das heißt, ein aus einer ersten Hülsenschale und einer zweiten Hülsenschale bestehender Satz kann an einen bestimmten Durchmesser der großen Bohrung und ein anderer Satz kann an einen anderen Durchmesser der großen Bohrung angepasst werden. Dadurch kann die Vorrichtung an die Fertigung unterschiedlicher Produkte angepasst werden, indem einer der Sätze durch einen anderen der Sätze ersetzt wird.
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Das zweite Positionierungselement kann einen Zentrierbolzen aufweisen, der an dem zweiten Schlitten befestigt ist. Ein Zentrierbolzen ist ein einfaches Mittel zur Fixierung der Position des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange, indem diesem erlaubt wird, die kleine Bohrung zu durchdringen.
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Die Vorrichtung kann weiterhin zwei zusätzliche Positionierungselemente umfassen, die auf dem zweiten Schlitten montiert und dazu eingerichtet sind, das große Pleuelende der Pleuelstange in Richtung des ersten Teils vorzuspannen (bzw. zu lenken). Diese zusätzlichen Positionierungselemente können dabei helfen, die Pleuelstange in ihrer Position auf dem zweiten Teil einzuspannen, da sie dazu neigen, die Pleuelstange von dem zweiten Positionierungselement wie beispielsweise dem Zentrierbolzen wegzudrücken. Dadurch können, selbst wenn der Durchmesser der kleinen Bohrung größer als der Durchmesser des Zentrierbolzens ist, sodass ein gewisses Spiel vorhanden ist, die zusätzlichen Positionierungsmittel sicherstellen, dass Spannung in der Stange vorhanden und die Position der Pleuelstange gegenüber dem Zentrierbolzen gut definiert ist.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine Antriebsvorrichtung beinhalten, die dazu eingerichtet ist, den zweiten Schlitten beispielsweise gegenüber dem ersten Schlitten zu verlagern. Diese Antriebsvorrichtung kann zum Beispiel dazu dienen, den zweiten Schlitten in Richtung einer Ladeposition zur Ladung der Pleuelstange in die Vorrichtung zu lenken.
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Der zweite Schlitten kann gleitbar innerhalb des ersten Schlittens angeordnet sein. Das heißt, der erste Schlitten kann einen Rahmenteil mit einer Öffnung bilden, wobei der zweite Schlitten so angeordnet werden kann, dass dieser innerhalb der Öffnung vor und zurück gleiten kann.
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Die ersten Positionierungselemente können dazu eingerichtet werden, in Schraubenbohrungen der Pleuelstange am großen Pleuelende der Pleuelstange eingeführt zu werden, das heißt, in die Bohrungen, die dazu verwendet werden, den Deckelteil nach dem Bruchtrennvorgang an den Stangenteil zu schrauben.
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Die ersten Positionierungselemente können dazu eingerichtet werden, die Pleuelstange in Richtung des zweiten Teils zu lenken. Das heißt, die ersten Positionierungselemente können dazu eingerichtet werden, die Pleuelstange in Richtung der proximalen Position zu drücken und, wenn die Vorrichtung eine Hülse wie oben beschrieben besitzt, somit den Deckelteil der Pleuelstange in Richtung der ersten Hülsenschale zu lenken, vorzugsweise damit dieser die erste Hülsenschale berührt, wenn der Bruchtrennvorgang beginnt.
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Die ersten Positionierungselemente können Fluidauslässe aufweisen, um ein Fluid auszustoßen. Das heißt, diese Fluidauslässe können Druckluft oder ein anderes Fluid ausstoßen, das dabei helfen kann, die Bruchflächen nach dem Bruchtrennvorgang zu reinigen und lose Partikel zu entfernen. Da diese innerhalb der Schraubenbohrungen der Pleuelstange aufgenommen sind, können die Fluidauslässe sehr nahe an den Bruchflächen platziert werden, um lose Partikel effizient entfernen zu können.
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Die Fluidauslässe können in den Schraubenbohrungen platziert werden, damit diese an der Stelle positioniert sind, an der die Bruchtrennung stattfindet. Das heißt, wenn die ersten Positionierungselemente in die Schraubenbohrungen eingeführt werden, nachdem sie ihre Endposition erreichen, werden die Fluidauslässe in dem Bereich platziert, in dem die Pleuelstange eingekerbt wurde und an dem die Bruchtrennung stattfindet. Auf diese Weise prallt das die Fluidauslässe verlassende Fluid auf die Bruchflächen des Deckelteils und des Stangenteils, nachdem die Bruchtrennung stattgefunden hat, und hilft dabei, die losen Partikel zu entfernen.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine Vielzahl von Fluidauslässen für ein Reinigungsfluid umfassen, die in dem ersten Teil und/oder in dem zweiten Teil angeordnet sind. Diese Fluidauslässe können zusätzlich dabei helfen, lose Partikel zu entfernen.
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Wie oben angegeben wurde, weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Elektropresse mit einem Servomotor zur Betätigung des spreizbaren Elements auf. Auf diesem technischen Gebiet wurden spreizbare Elemente bisher herkömmlicherweise von mechanischen Kolben betätigt und häufiger von Hydrauliksystemen. Die Hydrauliksysteme haben sich als funktionstüchtig und im Allgemeinen als zuverlässig erwiesen. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine Elektropresse bestimmte Vorteile mit sich bringen kann. Diese ist beispielsweise hinsichtlich vieler Gesichtspunkte sauberer und kann die Erfüllung von Regelungen zum Umweltschutz erleichtern, wie zum Beispiel die Norm ISO 14000. Darüber hinaus können die Stabilität und die Steuerung des Prozesses verbessert werden. Eine Elektropresse kann mit einem Servomotor betrieben werden, der einfach und zuverlässig gesteuert werden kann. Parameter wie Kraft, Drehzahl, Position usw. können leicht gesteuert werden. Es stehen Elektropressen zur Verfügung, die eine zuverlässige Steuerung dieser Parameter bereitstellen, ohne dass eine große Menge Sensoren benötigt wird; dagegen erfordern Hydrauliksysteme Sensoren zur Überprüfung der Geschwindigkeit, Kraft, Position usw. Die Elektropresse kann so ausgebildet sein, dass sie innerhalb eines Bereichs von beispielsweise 500 N bis 120 kN arbeitet.
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Ein weiterer Vorteil bezüglich der Verwendung einer Elektropresse besteht darin, dass der Betrieb der Vorrichtung weniger von externen Faktoren wie der Temperatur abhängt. Der Betrieb eines Hydrauliksystems kann zu einem großen Teil von der Temperatur beeinflusst werden, da diese die Viskosität der Flüssigkeit des Systems beeinflusst. Die Leistung kann daher abhängig von der Temperatur variieren. Dieser Nachteil wird zumindest zum Teil bei der Verwendung einer Elektropresse anstelle des herkömmlichen hydraulischen Aktuators (bzw. Aktuators) vermieden.
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Die Verwendung einer Elektropresse kann zudem einen reduzierten Energieverbrauch im Vergleich zu einem hydraulischen oder pneumatischen System mit sich bringen.
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Eine Elektropresse kann normalerweise mit Wiederholbarkeit im Bereich von +/–0,005 mm betrieben werden. Dieser Grad an Wiederholbarkeit kann die Notwendigkeit reduzieren, Kalibrierungen durchzuführen, wenn die Vorrichtung beispielsweise zur Fertigung einer neuen Art von Pleuelstange angepasst wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zur Vervollständigung der Beschreibung und um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird ein Satz Zeichnungen bereitgestellt. Die Zeichnungen bilden einen integralen Bestandteil der Beschreibung und veranschaulichen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, die nicht als eine Einschränkung des Umfangs der Erfindung angesehen werden dürfen, sondern nur als ein Beispiel, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Die Zeichnungen umfassen die folgenden Abbildungen:
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stellt ein Beispiel einer Pleuelstange dar.
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und sind zwei Draufsichten auf eine Vorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung, jeweils ohne und mit einer zu brechenden Pleuelstange.
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ist eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung der und .
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stellt die ersten Positionierungselemente schematisch dar.
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ist eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung einschließlich des Aktuators des spreizbaren Elements.
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ist eine seitliche Ansicht des Querschnitts eines ersten Positionierungsschlittens und der verbundenen Vorrichtungen.
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ist eine perspektivische Darstellung eines ersten Positionierungsschlittens.
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und sind schematische seitliche Querschnittsansichten eines ersten Positionierungsschlittens und der verbundenen Vorrichtungen, die darstellen, wie der Schlitten in der Position gesperrt wird.
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ist eine schematische Rückansicht des Teils der Vorrichtung, der mit den ersten Positionierungsschlitten verbunden ist.
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ist eine Rückansicht des Teils der Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die und stellen schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die einen Vorrichtungengrundrahmen aufweist, der einen ersten, fixierten (bzw. festen), Teil 1 aufweist, in Bezug zu dem ein zweiter Teil 2, der einen ersten (Haupt-)Schlitten 21 umfasst, gleitbar zwischen einer proximalen Position und einer distalen Position montiert ist. Der zweite Teil 2 umfasst weiterhin einen zweiten Schlitten 22, der gleitbar innerhalb des ersten Schlittens montiert ist, sodass dieser innerhalb des ersten Schlittens 21 vor- und zurückbewegt werden kann. Auf dem ersten Schlitten 21 ist ein Aktuator oder eine Antriebsvorrichtung 25 vorgesehen, um den zweiten Schlitten 22 steuerbar innerhalb des ersten Schlittens zu verschieben, beispielsweise, um den zweiten Schlitten in einer Ladephase des Vorrichtungenbetriebs gegen Anschläge 26 zu lenken (bzw. zu drücken).
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Wie am besten in der zu sehen ist, ist eine erste Halbschale oder Hülsenschale 19 an dem ersten Teil 1 mit Schrauben 190 befestigt und eine erste Halbschale oder Hülsenschale 29 ist an dem ersten Schlitten 21 mit Schrauben 290 befestigt. Diese beiden Hülsenschalen 19 und 29 bilden zusammen (das heißt, wenn sich der erste Schlitten in der proximalen Position befindet, wie in der dargestellt ist) einen Vorsprung, der in die große Bohrung der Pleuelstange 1000 eintritt, wenn zum Bruchtrennen die Stange in die Vorrichtung montiert wird (wie in der dargestellt ist). Diese Hülsenschalen sind Teil eines Spreizelements 3, das ferner zwei Spreizdornhälften 31 und 32 aufweist, die innerhalb der Hülse oder des Zylinders positioniert sind, der aus der ersten 19 und zweiten 29 Hülsenschale gebildet wird. Einer dieser Spreizdornteile 31 ist an dem ersten Teil 1 der Vorrichtung befestigt und der andere Spreizdornteil ist an dem ersten Schlitten 21 befestigt. Die Spreizdornhälften sind dazu eingerichtet, von einer Vorwärtsbewegung eines Spaltkeils 33 getrennt zu werden. Der Spaltkeil kann von allen geeigneten Betätigungsmitteln betätigt werden, wie zum Beispiel einem herkömmlichen hydraulischen Aktuator, der häufig bei dieser Art von Vorrichtungen eingesetzt wird, obwohl es manchmal vorgezogen werden kann, eine Elektropresse 4 zu verwenden, wie schematisch in der dargestellt ist.
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Zusätzlich zu der aus der ersten 19 und zweiten 29 Hülsenschale gebildeten Hülse sind ferner mehrere Positionierungsmittel zur Positionierung der Pleuelstange in der Vorrichtung vorhanden. Erste Positionierungsmittel sind an dem ersten Teil 1 angeordnet und schließen erste Positionierungselemente 11 ein, die dazu eingerichtet sind, von entsprechenden Aktuatoren vor- und zurückbewegt zu werden, die in den Schlitten 11A aufgenommen sind (die hierin als erste Positionierungsschlitten bezeichnet werden), die auf dem ersten Teil 1 der Vorrichtung montiert sind. Diese ersten Positionierungselemente 11 sind dazu eingerichtet, mindestens teilweise in die Schraubenbohrungen der Pleuelstange eingeführt zu werden, die zur Aufnahme der Schrauben verwendet werden, mit denen der Deckelteil nach dem Bruchtrennen an dem Stangenteil befestigt wird, wie schematisch in der dargestellt ist. Diese ersten Positionierungselemente beinhalten einen Spindelteil oder ein Spindelstück 111, das von dem Deckelteilende der Pleuelstange in die Schraubenbohrungen eingeführt wird, sowie eine Kontaktfläche 110 oder ein Anschlagteil, das, wenn die Positionierungselemente während des Betriebs der Vorrichtung zur Pleuelstange bewegt werden, an den Deckelteil der Pleuelstange anstößt und diesen dadurch in Richtung der ersten Hülsenschale 19 lenkt (bzw. vorspannt), wobei ein Kontakt mit der ersten Hülsenschale 19 hergestellt wird. Die Spindelteile werden dadurch vollständig in die Schraubenbohrungen eingeführt. Wie in der dargestellt ist, schließen die Spindelteile 111 Fluidauslässe 12 ein und während des Betriebs der Vorrichtung kann ein Reinigungsfluid kontinuierlich oder periodisch aus diesen Auslässen 12 strömen. Diese Auslässe sind so positioniert, dass während des Bruchtrennens das Fluid aus diesen Fluidauslässen 12 auf die Bruchflächen des Deckelteils und/oder des Stangenteils prallt, um das Entfernen von losen Partikeln zu unterstützen.
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Auf der anderen Seite werden, wie am besten in der dargestellt ist, weitere Fluidauslässe 13 im ersten Teil 1 und in dem ersten Schlitten 21 angrenzend an den Bereich bereitgestellt, an dem die beiden Hülsenschalen 19 und 29 aufeinandertreffen, um ein weiteres Fluid auf die Bruchflächen aufzubringen, wenn der Bruchtrennvorgang stattfindet, um das Entfernen von losen Partikeln zu erleichtern.
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Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Druckluft handeln.
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Weitere Positionierungsmittel zur Positionierung der Pleuelstange zum Bruchtrennen umfassen einen Zentrierbolzen 23, der dazu eingerichtet ist, in die kleine Bohrung 1005 der Pleuelstange zu passen, sowie zwei zusätzliche Positionierer 24, die dazu eingerichtet sind, das große Pleuelende der Pleuelstange vom Zentrierbolzen 23 weg zu lenken. Der Zentrierbolzen 23 und die zusätzlichen Positionierer 24 sind auf dem zweiten Schlitten 22 angeordnet, der, wie oben erklärt wurde, innerhalb des ersten Schlittens 21 bewegbar ist. Der Zweck dieser schwimmenden Anordnung der Positionierungsmittel besteht darin, das Risiko übermäßiger Spannungen oder Kräfte zu reduzieren, welche die Pleuelstange während der anfänglichen Phase des Bruchtrennvorgangs beschädigen oder abnutzen können.
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Gemäß der vorliegenden Ausführung wird der zweite Schlitten 21, wenn die Pleuelstange in der Vorrichtung platziert werden soll, von dem Aktuator 25 gegen die Anschläge 26 gelenkt und die Pleuelstange in die Vorrichtung eingeführt, sodass der Zentrierbolzen 23 in die kleine Bohrung der Pleuelstange eintritt. Der Zentrierbolzen 23 kann von externen Kräften in Richtung des ersten Teils 1 verschoben werden, um eine korrekte Positionierung der Pleuelstange zu ermöglichen, die so platziert ist, dass die Hülse 19 + 29 in die große Bohrung 1006 der Pleuelstange eintritt.
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Sobald die Pleuelstange positioniert ist, werden die ersten Positionierungselemente 11 nach vorne bewegt (das heißt in Richtung der Pleuelstange), die Spindeln 111 treten in die Schraubenbohrungen ein und die Kontaktflächen 110 stoßen gegen den Deckelteil der Pleuelstange, sodass die Pleuelstange fest gegen die erste Hülsenschale 19 gelenkt wird und diese berührt; sowohl die Aktuatoren der ersten Positionierungselemente (die in den ersten Positionierungsschlitten 11A aufgenommen sind) als auch der Aktuator 25 neigen daher dazu, die Pleuelstange gegen die erste Hülsenschale 19 zu lenken. Dies führt zu einer kleinen Trennung (bzw. Lücke) zwischen der Innenfläche der großen Bohrung der Pleuelstange und der zweiten Hülsenschale 29.
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Wenn der Spaltkeil 33 beginnt, sich nach vorne zu bewegen, wird die zweite Hülsenschale 29 gezwungen, sich von der ersten Hülsenschale 19 in Richtung des kleinen Pleuelendes der Pleuelstange weg zu bewegen; der erste Schlitten 21, auf dem die zweite Hülsenschale 29 montiert ist, bewegt sich ebenfalls. Falls das kleine Pleuelende der Pleuelstange an dem ersten Schlitten 21 fixiert wäre, würden Spannungen in der Pleuelstange auftreten, da deren großes Pleuelende von der ersten Hülsenschale 19 daran gehindert wird, sich zu bewegen. Da der Verbindungsbolzen 23 jedoch auf dem zweiten Schlitten 22 montiert ist, der gegenüber dem ersten Schlitten 21 schwimmend angeordnet ist, kann die Pleuelstange ihre ursprüngliche Position ohne wesentliche Spannungen beibehalten, trotz der anfänglichen Bewegung des ersten Schlittens 21. Dadurch treten diese Spannungen oder Beanspruchungen nicht auf oder werden zumindest wesentlich reduziert.
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Sobald die zweite Hülsenschale 29 an die Innenfläche der großen Bohrung der Pleuelstange stößt, findet der Bruchtrennvorgang auf normale Weise statt, in Übereinstimmung mit Kerben oder Ähnlichem, die vorher beispielsweise mit einem Laser auf die herkömmliche Weise vorgesehen wurden. Nach dem Bruchtrennen werden der Stangenteil und der Deckelteil getrennt und der Stangenteil wird aufgrund der Bewegung des ersten Schlittens 21 vom Deckelteil weg geführt.
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Die stellt schematisch die Verwendung einer Elektropresse anstelle der herkömmlich verwendeten Hydraulikpresse dar. Die damit verbundenen Vorteile wurden oben beschrieben.
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Um die Vorrichtung an unterschiedliche Arten von herzustellenden Pleuelstangen anzupassen, kann es erforderlich sein, den Abstand zwischen den ersten Positionierungselemente 11 zu ändern, um diesen Abstand an den Abstand zwischen den Schraubenbohrungen am Deckelende der herzustellenden Pleuelstange anzupassen, damit die Spindelteile 111 in die Schraubenbohrungen eingeführt werden können, oder, falls die ersten Positionierungselemente diese Art von Spindelteilen nicht beinhalten, damit die Kontaktfläche 110 an einem gewünschten Punkt oder Bereich des großen Pleuelendes gegen das große Pleuelende der Pleuelstange stößt. Um dies zu ermöglichen, können die ersten Positionierungselemente 11 in ersten Positionierungsschlitten 11A platziert werden, die seitlich verschiebbar entlang horizontaler Schienen 11F angeordnet sind, wie in der dargestellt ist. Diese Schienen 11F sind mit einem festen Teil 1A der Vorrichtung verbunden, der beispielsweise gegenüber dem ersten Teil 1 der Vorrichtung fixiert werden kann. An dem festen Teil 1A sind Handräder 11G montiert, um Sperrelemente 11C zu verschieben, die zum Blockieren der ersten Positionierungsschlitten in ausgewählten Positionen verwendet werden, wobei jede der ausgewählten Positionen einer vorbestimmten Position des entsprechenden ersten Positionierungselements 11 entspricht. Durch die Platzierung der ersten Positionierungsschlitten an einer ausgewählten spezifischen Position kann die Vorrichtung daher angepasst werden, eine spezifische Art von Pleuelstange zu fertigen, die einen spezifischen Abstand zwischen den Schraubenbohrungen besitzt.
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Die stellt dar, wie ein erster Positionierungsschlitten mit einer Vielzahl von Öffnungen 11B ausgestattet ist, die entlang der vertikalen Richtung verteilt sind. Jede der Öffnungen besitzt ebenfalls eine spezifische Position in der seitlichen oder horizontalen Richtung (auf einen ersten Blick kann es so aussehen, als ob die Öffnungen 11B alle in derselben Richtung entlang der horizontalen Achse angeordnet wären, dies liegt jedoch an der Tatsache, dass die Öffnungen wesentlich größer als die Differenz ihrer Positionen in der horizontalen Richtung sind; die Differenz zwischen den Abständen der Schraubenbohrungen unterschiedlicher Pleuelstangen kann ziemlich klein sein, sodass die seitliche Verschiebung der ersten Positionierungsschlitten zur Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Arten von Pleuelstangen oft nicht sehr groß ist; es kann jedoch vorgezogen werden, relativ große Öffnungen 11B zu verwenden; beispielsweise kann es vorgezogen werden, dass alle Öffnungen mehr als 50% miteinander überlappen, wenn diese – orthogonal – auf die horizontale Achse projiziert werden, da dies die Einführung des Sperrelements erleichtern kann, wenn von einer Öffnung auf eine andere gewechselt wird, wie aus unseren Erläuterungen unten hervorgehen wird).
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Durch die Einführung des Sperrelements 11C in eine ausgewählte Öffnung der Öffnungen 11B kann der Schlitten 11A in einer spezifischen seitlichen/horizontalen Position platziert werden, die einer spezifischen Position des ersten Positionierungselements entspricht. Die zeigt, wie das Sperrelement 11C auf der Höhe der zweiten Öffnung 11B von oben platziert wurde, und durch die Drehung des Handrads 11G wird das Sperrelement in diese Öffnung auf die Position eingeführt, die in der dargestellt ist, in der dieses genau in die Öffnung 11B passt und so den Schlitten 11A in einer bestimmten ausgewählten seitlichen Position sperrt.
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Wie in den und erkennbar ist, besitzt das Sperrelement 11C ein kegelförmiges Ende. Die stellt dar, dass die Öffnungen 11B alle eine Größe besitzen, sodass diese wesentlich überlappen, wenn sie auf die horizontale Achse projiziert werden. Das heißt, dass bei der Verschiebung des Sperrelements 11C in der vertikalen Richtung, um dessen Einführung in eine dieser Öffnungen in die Einführung in eine andere dieser Öffnungen zu ändern, die Spitze des Sperrelements in Übereinstimmung mit der neuen Öffnung ist, sodass die Erfordernis vermieden wird, den Schlitten „manuell” seitlich zu verschieben, um die Spitze in die entsprechende Öffnung einführen zu können. Wenn jetzt das Handrad gedreht wird, um das Sperrelement in die neue Öffnung einzuführen, verschiebt die Vorwärtsbewegung des Sperrelements 11C aufgrund des abgeschrägten Charakters des Endes und der engen Passung zwischen dem Sperrelement 11C und der Öffnung 11B, wenn das Sperrelement eingeführt ist, den Schlitten 11A seitlich auf seine gewünschte Position.
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Die und stellen eine vertikale Schiene 11H für die Verbindungsstruktur 11D dar, mit der die zu den beiden Schlitten 11A gehörenden Sperrelemente 11C miteinander verbunden werden, zusammen mit deren verbundenen Handrädern 11G. Diese Schiene ist an dem Rückteil des festen Teils 1A der Vorrichtung montiert und schließt eine Vielzahl von Öffnungen 11J ein, wobei jede der Öffnungen einer der Öffnungen 11B in dem Schlitten 11A entsprechen. Man kann sehen, wie die Öffnungen 11B in den Schlitten 11A vom Rückteil aus durch die Schlitze 11I sichtbar sind, die von den Sperrelementen 11C durchdrungen werden (siehe auch die und ).
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In der in der dargestellten Position sind die Sperrelemente 11C mit den niedrigsten Öffnungen 11B der beiden Schlitten 11A verbunden. Zur Anpassung der Vorrichtung an die Fertigung einer Pleuelstange mit einem unterschiedlichen Abstand zwischen den Schraubenbohrungen am Deckelende, beispielsweise an den Abstand entsprechend der zweiten Öffnung 11B von oben, muss der Bediener der Vorrichtung zuerst die Handräder 11G bewegen, um die Sperrelemente 11C aus den Öffnungen 11B herauszuziehen. Danach muss der Bediener die Sperrmittel 11E nach hinten ziehen, damit ein entsprechender Bolzen aus den niedrigsten Öffnungen der Öffnungen 11J gezogen wird. Danach muss der Bediener beispielsweise manuell die gesamte Sperrbaugruppe einschließlich der Verbindungsstruktur 11D, der Handräder 11G und der verbundenen Sperrelemente 11C anheben, bis der Bolzen (nicht dargestellt) der Sperrmittel 11E die Höhe der zweiten Öffnung 11J von oben erreicht, auf welcher der Bediener den Bolzen (wie zum Beispiel einen federbelasteten Bolzen) in diese Öffnung schnappen lässt. Dies entspricht der Position der . Der Bediener kann jetzt einfach die Handräder drehen, um die Sperrelemente 11C in die zweiten Öffnungen 11B von oben einzuführen und während dieser Einführung der Sperrelemente in die entsprechenden Öffnungen 11B werden die beiden Schlitten 11A auf ihre neuen Positionen verschoben, sodass die ersten Positionierungselemente in der korrekten Position zur Herstellung der neuen Art von Pleuelstange positioniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erster Teil der Vorrichtung
- 1A
- Fester (bzw. unbeweglicher) Teil der Vorrichtung, der in Bezug zum ersten Teil der Vorrichtung fixiert werden kann
- 2
- Zweiter Teil der Vorrichtung
- 3
- Spreizbares Element
- 4
- Elektropresse
- 11
- Erste Positionierungselemente
- 11A
- Erste Positionierungsschlitten, in denen beispielsweise die Aktuatoren der ersten Positionierungselemente aufgenommen sind
- 11B
- Erste Kupplungsmittel, zur Fixierung der seitlichen Position der ersten Positionierungsschlitten; bei diesen ersten Kupplungsmitteln kann es sich um Öffnungen handeln
- 11C
- Zweite Kupplungsmittel, die dazu eingerichtet sind, mit den ersten Kupplungsmitteln zur Fixierung der Position der ersten Positionierungsschlitten zusammenzuwirken; diese zweiten Kupplungsmittel können ein Sperrelement umfassen, das in einer der Öffnungen eingeführt wird
- 11D
- Verbindungsstruktur
- 11E
- Sperrmittel der Verbindungsstruktur
- 11F
- Horizontale Schienen
- 11G
- Handrad zur Verschiebung eines Sperrelements 11C
- 11H
- Vertikale Schiene für die Verbindungsstruktur 11D
- 11I
- Schlitze
- 11J
- Öffnungen in der vertikalen Schiene 11H
- 12
- Fluidauslässe in den ersten Positionierungselementen
- 13
- Fluidauslässe
- 19
- Erste Hülsenschale
- 21
- Erster Schlitten des zweiten Teils
- 22
- Zweiter Schlitten des zweiten Teils
- 23
- Zweites Positionierungselement
- 24
- Zusätzliche Positionierungselemente
- 25
- Antriebsvorrichtung/Aktuator
- 26
- Anschläge
- 29
- Zweite Hülsenschale
- 31, 32
- Spreizdornhälften
- 33
- Spaltkeil
- 110
- Kontaktfläche
- 111
- Spindelteil
- 190, 290
- Schrauben
- 1000
- Pleuelstange
- 1001
- Stange
- 1002
- Deckel
- 1003
- kleines Pleuelende
- 1004
- Schaft
- 1005
- Kleine Bohrung
- 1006
- Große Bohrung
- 1007
- Schrauben
- 1008
- Verbindung zwischen Stange und Deckel
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In diesem Text sollte der Begriff „umfasst” und seine Ableitungen (wie zum Beispiel „umfassend” usw.) nicht in einem ausschließenden Sinne verstanden werden, das heißt, diese Begriffe sollten nicht dahin gehend interpretiert werden, dass die Möglichkeit ausgeschlossen wird, dass die beschriebenen und definierten Elemente weitere Elemente, Schritte usw. einschließen können.
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Auf der anderen Seite ist die Erfindung offensichtlich nicht auf die hierin beschriebene(n) spezifische(n) Ausführung(en) beschränkt, sondern schließt alle Variationen ein, die von einem Fachmann auf dem Gebiet (beispielsweise hinsichtlich der Auswahl von Materialien, Abmessungen, Komponenten, Konfigurationen usw.) innerhalb des in den Ansprüchen definierten allgemeinen Umfangs der Erfindung berücksichtigt werden könnten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19841027 C1 [0007]
- US 6457621 B1 [0008, 0014]
- DE 9320463 U1 [0009, 0014]
- EP 568119 A1 [0009]
- EP 467198 A1 [0009]
- US 6671955 B1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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