DE2304946A1 - Automat zum auswuchten von umlaufenden werkstuecken, insbesondere von kurbelwellen von verbrennungskraftmaschinen, in kleinen und mittleren serien - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 8 MÜNCHEN 22

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstmße 10

Dr. rer. nat. W. KÖRBER «pum)·»««

Dipl.-lng. J. SCHMiDT-EVERS 2304946

PATENTANWÄLTE , _ , ,_r„,

1. Februar 1973

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILES PEUGEOT

75 Avenue de la Grande Armee

Paris / Frankreich

Patentanmeldung

Automat zum Auswuchten von umlaufenden Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen von Verbrennungskraftmaschinen, in kleinen und mittleren Serien

Die Erfindung bezieht sich auf das dynamische Auswuchten von umlaufenden Werkstücken durch Materialabnahme· und betrifft eine automatisch arbeitende Maschine zum Auswuchten von Kurbelwellen von Verbrennungskraftmaschinen in kleinen und mittleren Serien.

Bei der Serienfabrikation werden in der Automobilindustrie

409821/028 1

seit langem Transfermaschinen eingesetzt, die im wesentlichen bestehen aus:

- einer Auswuchtmaschine für die Messung der dynamischen' Unwucht, mit den zugehörigen Rechenketten und Speicherwerken;

- Einrichtungen für die Materialabnahme (Fräs- und Bohrmaschinen), von denen prinzipiell je eine für jede Richtung der Materialabnahme vorgesehen ist, d.h. sechs Stück für die Kurbelwelle eines Reihenvierzylindermotors.

Die nicht passenden Werkstücke werden aus der Serie herausgenommen und einzeln behandelt.

Derartige, sehr teure Maschinen eignen sich nur für grosse Serien.

Für kleinere Serien werden im allgemeinen Maschinen verwendet, die aus einer Station zum Messen und Kontrollieren der Unwucht und einer Materialabnahme-Station bestehen, wobei der Übergang von der einen Station zur anderen mit-· teIs eines automatisierten Transportarms erfolgt. Der Hauptnachteil dieser Art von Maschinen besteht darin, daß man, weil nur ein Transportarm vorhanden ist, ein zweites Werkstück erst behandeln kann, wenn das vorhergehende Werkstück an die Unwuchtmeßstation, an die Materialabnahmestat ion und zur Kontrolle wiederum an die Unwuchtmeßstation und unter Umständen noch einmal zum Nacharbeiten an die Materialabnahmestation und neuerdings zur Abschlußkontrollean die Unwuchtmeßstation gegeben worden ist. Derartige Maschinen haben naturgemäß nur einen sehr schlechten Wirkungsgrad.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine einfache, für kleine

409821/0281

und mittlere Serien verwendbare automatische Auswuchtmaschine zu entwickeln,

bei der die Arbeits-, die Unwuchtmeß- und die Materialatnahmestation gleichzeitig mehrere Werkstücke behandeln und dadurch einen verhältnismässig hohen Ausstoß ermöglichen, und zwar sollen die Kosten dieser Maschine praktisch gleich denen der Maschinen für kleine Serien sein;

bei der der gleichzeitige Übergang aller Werkstücke von einer Station zur nächsten durch eine zentrale umlaufende Einrichtung vorgenommen wird, die Zeitverluste möglichst klein hält;

- bei der dank einer automatischen Schwenkbewegung des Werkstücks die Möglichkeiten jeder Station optimal ausgenutzt werden, um StationsVerdopplungen zu vermeiden;

die automatisch die Werkstücke nachbessert, die beim erstenDurchgang ausserhalb des Unwuchttoleranzbereiches liegen;

die gut zugänglich und leicht zu warten ist.

Gemäß der Erfindung ist der Automat zum dynamischen Auswuchten von umlaufenden Werkstücken in kleinen und mittleren Serien dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Arbeitsstationen, nämlich eine Meßitation und Bearbeitungsstationen vorgesehen sind, die auf einem Kreis angeordnet sind und daß am Schnittpunkt der Achsen dieser Stationen ein um eine vertikale Achse umlaufendes zentrales Organ angebracht ist, das den gleichzeitigen Übergang aller zu behandelnden Werkstücke von einer Station zur anderen bewirkt, wobei der Übergang immer in demselben Drehsinn erfolgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und anhand der zugehörigen Zeichnungen, die als Beispiele aufzufassen sind

409821/0281

und die die Wirkungsweise der Erfindung besser verständlich machen.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf die erfindungs- · gemässe Maschine.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht des zentralen Übertragungsorgans und einer Bearbeitungsstation.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Halterung einer Kurbelwelle in den Werkstückhaltern der zweiten* und der dritten Maschinenstation.

In Fig. 1 sind in der Draufsicht drei einander schneidende geometrische Achsen 1, 2, 3 gezeichnet, die die Achsen der drei Maschinenstationen darstellen sollen.

Im Schnittpunkt 4· dieser drei geometrischen Achsen ist eine vertikal stehende Säule 5 feststehend angebracht (Fig. 2), die eine Muffe 6 mit drei übereinstimmenden, radial verlaufenden Gabeln 7 trägt, welche in horizontaler Richtung um 120 gegeneinander versetzt sind. Die Muffe 6 läßt sich in vertikaler Richtung verschieben und im Uhrzeigersinn (vgl. Fig. 1) drehen und stellt das Übertragungsorgan für die Werkstücke dar.

Die zu der Achse 1 gehörige erste Station ist eine dynamische Auswuchtmaschine, die folgende Grossen mißt:

die Eingangswerte der Unwucht der Kurbelwellen, um einer an sieh bekannten elektronischen Rechenkette die Werte zu liefern, die die in der zweiten und der dritten Station vorzunehmenden Korrekturen zu errechnen gestatten;

- die Unwuchtgrössen, die nach dem Durchlaufen der beiden

409821/0281

■" O ^¥

Nachbesserungsstationen verblieben sind, um

entweder das Ausgabesignal für die Maschine abzugeben, wenn die vorgenommenen Korrekturen die Unwucht in den Toleranzbereich zurückgeführt haben,

oder der Rechenkette neue Eingangswerte für einen weiteren Durchgang der Kurbelwelle durch die Hachbesserungsstationen zu liefern,

oder das Ausschußsignal zu geben, wenn das Werkstück eine ausserhalb des Toleranzbereichs liegenden Unwucht behalten hat, die von der Maschine nicht korrigiert werden kann.

Die zweite, zu cer Achse 2 gehörige Station ist die Station, an der die Materialabnahme an den beiden äusseren Gegengewichten der Kurbelwelle erfolgt» Diese besteht im wesentlichen aus einem schwenkbaren Werkstückhalter 8, der weiter unten näher beschrieben wird und zwei Standwerkzeugen 9 zum Bohren oder Fräsen, die etwa 30 gegen die Horizontale geneigt angeordnet sind. Die \on dem zentralen Übertragungsorgan 6 auf die Halterung 8 gelegte Kurbelwelle ist in einer ersten Winkelstellung verriegelt und die beiden Bearbeitungsvorriehtungen 9, die von dem Speicher der Rechenvorrichtung gesteuert werden, nehmen in einer ersten Arbeitsrichtung Material von den Gegengewichten ab. Nach der Zurücknahme der Bearbeitungswerkzeuge wird die Kurbelwelle dann durch eine automatisch gesteuerte Drehung um ihre Achse in ihre zweite Winkelstellung gebracht und in dieser Stellung verriegelt. Die Werkzeuge 9 nehmen dann in einer zweiten Arbeitsrichtung wieder Material ab. Nach dem neuerlichen Zurücklaufen der Werkzeuge erhält das Zentralorgan den Befehl, die Gruppe der drei Werkstücke anzuheben und sie um einen Winkel von 120° zu schwenken.

Die dritte, auf der Achse 3 liegende Station nimmt die

409821/0281

- ⁶ " 2304948

Materialabnahme an. den mittleren Gegengewichten vor. Die Station ist ebenso aufgebaut und arbeitet ebenso wie die im vorigen Abs£z beschriebene zweite Station.

Mach der Bearbeitung in dieser dritten Station kehrt das Werkstück zur ersten Station zurück und wird dort in der schon beschriebenen Weise behandelt.

Die Werkstückhalterung der zweiten Station stimmt mit derjenigen der dritten Station überein bis auf die Kurbelzapfenanschläge. Die Kurbelwelle ruht darin (Fig. 3) waagerecht auf ihren.Endlagerflächen und mit ihrem MitteHager in Prismen 10 (die beiden dazwischen befindlichen Lagerflächen werden von den Übartragungsgabeln 7 gehalten). Ein zentraler Kurbelzapfen der Kurbelwelle stützt .sich (Fig. H) einerseits an einem Halterungsanschlag 11 ab, um so die erste Winkelstellung der Kurbelwelle in der Halterung zu definieren und andererseits an einem zweiten Halterungsanschlag 12, um die zweite Winkelstellung der Kurbelwelle in der Halterung zu definieren. Eine Montageklappe 13 (Fig. 3 und 4-), die von einem Arbeitszylinder betätigt wird, zeigt: .

einen Pumpenflansch 15, dessen Kolben in eine Schrägkante 16 ausläuft; das. Gelenk der Klappe, die Stellung des Pumpenbügels und die Schrägkante sind so eingerichtet, daß der Kolben dieses selben Bügels einen mittleren Kurbelzapfen für jede. Lage der Kurbelwelle in ihrer Halterung gegen den Bezugsanschlag legt;

am Ort jeder der drei Stützauflager einen Bügel 1? zum Blockieren der Kurbelwelle. .

Die Bügel 17 können in geringem Umfang federnd hin und herschwingen, damit sie eine gleichzeitige Blockierung

409821/0281

vornehmen können.

Die Drehung der Kurbelwelle in jeder Halterung erfolgt durch den Druck einer Kolbenstange auf den mittleren Kurbelzapfen, der von der Klappe 13 frei gelassen wird.

In jeder Station kann mittels versenkbarer Anschläge bei dem Anheben und dem Absenken des zentralen Übertragungsorgans 6 die Kurbelwelle gedreht werden, damit sie richtig eingelegt wird.

Die beschriebene Maschine arbeitet folgendermaßen:

die Kurbelwelle wird entweder von Hand oder automatisch etwa mittels einer Haltezange, die das Werkstück an einer Bearbeitungsstraße erfaßt, in die erste Station gesetzt;

in der ersten Station werden die von zwei Meßwertgebern gelieferten Spannungen elektronisch weiterverarbeitet und stellen die in den Stationen 2 und 3 vorzunehmenden Korrekturen dar. Diese Grossen werden in den Speicher übernommen ;

wenn die drei Stationen ihre Arbeiten an dem dort befindlichen Werkstück ausgeführt haben, führt das zentrale Organ folgende Arbeiten aus:

- hebt die drei Werkstücke an, während automatisch gesteuerte Arme eine Drehung der Werkstücke vornehmen,

- führt eine Schwenkung um 120° herbei,

- senkt die drei Werkstücke ab, während die wiederum automatisch betätigten Dreharme die richtige Lage der drei Kurbelwellen in den drei Stationen herbeiführen;

in der Station 2 wird das Werkstück ausgerichtet und von der Halterungsklappe 13 festgeklammert, im ersten Arbeitsgang von den beiden materialabtragenden .Werkzeugen

409821/0281

bearbeitet, durch Schwenken der Halterungsklappe 13 gelöst, von der Kolbenstange des Schubzylinders gedreht, wiederum ausgerichtet und durch Schwenken der Klappe 13 verriegelt, im zweiten Arbeitsgang von den Werkzeugen 9 bearbeitet, wiederum durch Schwenken der Klappe 13 gelöst; das zentrale Übertragungsorgan führt, sobald es dazu den Befehl von den drei Stationen erhalten hat, eine zweite Übertragungsbewegung aus;

- in der Station 3 wird das Werkstück ebenso behandelt, wie es im Zusammenhang mit Station 2 beschrieben wurde, wobei in diesem Fall die Bearbeitung an den mittleren Gegengewichten erfolgt;

- das zentrale Übertragungsorgan führt eine dritte Übertragungεbewegung aus, sobald es den Befehl dazu von den drei Stationen erhalten hat;

bei der Rückkehr zur Station 1 wird die Kurbelwelle wieder geprüft, um die Restunwuchten festzustellen, deren Betrag entscheidet,

- ob das Werkstück die Maschine als brauchbar verläßt,

in welchem Fall das Werkstück von Hand oder automatisch mit Hilfe einer Zange aus der Maschine genommen wird, wobei .die Zange der Eingabezange zugeordnet sein kann, und ein neues Werkstück wird eingesetzt und behandelt;

- ob das Werkstück Ausschuß ist oder eine Einzelnachbearbeitung' erfahren kann, in welchem Fall die gleichen Vorgänge ablaufen wie bei einem einwandfreien Werkstück;

- ob das Werkstück die Maschine noch einmal durchlaufen und darin eine neue Nachbesserung erfahren soll, in welchem Fall natürlich kein Austausch der Werkstücke vorgenommen wird.

Für die nachzubessernden Werkstücke benutzt die erfindungsgemässe Maschine die gleichen Bohrer an denselben Stellen wie bei dem ersten Durchgang des Werkstücks.

409821/0281

Daher muß zunächst festgestellt werden, daß der Bohrer das Werkstück berührt, daß dieses vorher angebohrt war odar nicht. Eine rein elektrisch arbeitende Vorrichtung muß ausschliessen, daß der Bohrer das Werkstück berührt, bevor der Bohrer wirklich den Boden einer 3ohrung erreicht hat. Das-wird erreicht, wenn der von dem Werkzeug ausgeübte Äxialdruck unterhalb des Betrages eines Axialdrucks bleibt, der normalerweise während der Arbeit ausgeübt wird. Beispielsweise kann die Bohrspindel bei einer bestimmten Kraftwirkung zurücklaufen und einen elektrischen Kontakt auslösen. Wenn der Vorschub mit einem Arbeitszylinder vorgenommen wird, wird die Funktion von einem richtig eingestellten Druckschalter ausgeübt.

Dann muß im Augenblick dar Berührung der Abstand der Bohrerspitze von der Achse des Werkstücks ermittelt werden. Dazu -braucht nur der Verlagerung des Werkzeugs eine Möglichkeit zum Kessen dieses Abstands zugeordnet zu werden. Die Vorrichtung, die nicht besonders genau zu arbeiten braucht, kann von der Vorrichtung zum Messen der Eindringtiefe des Bohrers während der Bearbeitung abgenommen sein oder mit ihr vereinigt.bleiben. Man kann beliebige Arten Meßfühler verwenden (numerische, digitale, potentiometrische usf.).

Das von dem Berührungsanzeiger gelieferte Signal ermöglicht es, den von dem .Positionsfühler angegebenen Wert abzugreifen. Dieser in den Speicher eingegebene Wert wird von dem Rechner in dem Fachmann an sich bekannter Weise verwendet, um die Bohrungstiefe zu ermitteln, die für die Nachbesserung erforderlich ist.

Die für eine Kurbelwelle ,eines üblichen Vierzylinder-Rei-. henmotors entworfene Maschine ist als Ausführungsbeispiel

409821 /0281

und bevorzugte Ausführungsform angeführt worden.

Natürlich können Abänderungen vorgenommen werden, wie z.B. die folgenden:

Auswuchtmaschine mit Simulation der Pleuelwirkung (l'embiellage), beispielsweise bei V-Motoren auftretend;

- Bearbeitungen in ein, zwei oder drei Richtungsserien an einer Station und entsprechende Halterung des Werkstücks in einer, zwei oder drei Stellungen;

eine, zwei oder drei BearbeitungsStationen, wobei der anteilige Abstand der Stationen, gleich dem Über.-tragungswinkel, entsprechend abzuändern wäre.

Das zentrale Übertragungsorgan dieser Maschine gewährleistet eine befohlene, gleichzeitige und ausserordentlich schnelle Versetzung der Werkstücke.

Man sieht anhand der gegebenen Beschreibung der erfindungsgemässen Maschine, daß die angestrebten Ziele erreicht sind:

alle Stationen behandeln gleichzeitig verschiedene Werkstücke;

- die gleichzeitige Übertragung aller Werkstücke erfolgt ausserordentlich einfach und schnell;

die Möglichkeiten der verschiedenen Stationen werden vollständig ausgenützt und zwar sowohl hinsichtlich der Bearbeitungsstationen dank der Halterungseinrichtung, die das Werkstück den Bearbeitungswerkzeugen nacheinander unter verschiedenen Winkeln darbietet, als auch hinsichtlich der Meßstation, die die Überprüfung nach der Auswuchtung vornimmt;

- die Automatisierung ist vollständig, einschließlich etwaiger Jachbesserungen der Werkstücke;

409821/0281

230A9A6

die Zugänglichkeit ist gut und daher ist die Wartung der Maschine besonders einfach.

Diatür lieh kann die beschriebene Maschine, die in ihrer Anwendung als Auswuchtmaschine für Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren aller Art in kleinen oder mittleren Serien dargestellt wurde, auch zum Auswuchten anderer Arten umlaufender Teile verwendet werden, etwa für Rotoren in elektrischen Motoren und Generatoren, in Kompressoren, in Pumpen usf..

Patentansprüche:

409821/0281

Claims (1)

1. Pat entansprüche

   1. Automat zum dynamischen Auswuchten von umlaufenden Werkstücken in kleinen und mittleren Serien, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßstation und Bearbeitungsstationen vorgesehen sind, die auf einem Kreis angeordnet sind, und daß am Schnittpunkt (M-) der Achsen (1, 2, 3) dieser Stationen ein um eine vertikale Achse umlaufendes zentrales Organ (6) angebracht ist, das den gleichzeitigen Übergang aller zu behandelnden Werk- - stücke von einer Station zur anderen bewirkt, wobei der Übergang immer in demselben Drehsinn erfolgt.

   2. Auswuchtautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Station für die automatische Messung der Anfangsunwuchten auch die automatische Messung der Restunwuchten der Werkäücke nach deren Nachbesserung vornimmt.

   3. Auswuchtautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Bearbeitungsstation die verschiedenen Materialabnahmevorgänge in jeder Nachbesserungsebene automatisch aufeinanderfolgend von ein und demselben Werkzeug (9) vorgenommen werden, wobei das Werkstück nach jedem Bearbeitungsvorgang automatisch gedreht, ausgerichtet und verriegelt wird.

   M-. Auswuchtautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   409821/0281

   230494a

   daß an jedem Bearbextungswerkzeug die Berührung des Werkzeugs mit dem Werkstück, die in dem Augenblick festgestellt wird, in dem die Reaktionskraft an dem Werkzeug kleiner ist als eine vorgegebene, bei der Bearbeitung erreichte normale Reaktionskraft, das Ablesen und Einspeichern der Werkzeugstellung auslöst, die für die Bestimmung der Bearbeitungstiefe benutzt wird.

   5. Auswuchtautomat nachAispruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß jedes bereits nachgebesserte Werkstück, das bei der Nachprüfung durch die Meßstatbn eine ausserhalb des Toleranzbereichs liegende Restunwucht aufweist, die von der Maschine noch verringert werden kann, automatisch einen weiteren Durchgang des Werkstücks durch die Maschine auslöst.

   Auswuchtautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterungen der Bearbeitungsstationen für das Auswuchten von Verbrennungsmotor-Kurbelwellen mit Auflageprismen (10) und Zentrierstücken für die Lagerflächen der Kurbelwelle, mit Halterungsanschlägen (12) und Richtstücken für einen mittleren Kurbelzapfen und mit einer automatisch durch einen Arbeitszylinder (14) gesteuerten Klappe (13) ausgerüstet sind, auf welcher Klappe am Ort der Äuflageprismen und Zentrierstükke für die Lagerflächen Bügel sowie ein Teil (16) mit Schrägkanten vorgesehen sind, das den Bezugskurbelzapfen

   409821/0281

   (le maneton de reference) gegen das eine der beiden Auflageprismen legt, je nach der der Kurbelwelle zuvor gegebenen Orientierung.

   Der Patentanwalt

   409821/0281