DE4027903A1 - Verfahren und vorrichtung zur montage von schaltfedern in geraete - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage von Schraubenfedern in Geräte, insbesondere zur Montage von Schalt­ federn für elektrische Schaltgeräte, wobei die Federn mehrere Federgänge mit einem radial geführten kurzen Federschenkel und mit einem tangential geführten langen Federschenkel aufweisen. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei Halte- bzw. Aufnahmeein­ heiten für die Schaltfeder einerseits und das Gerät, in welches die Schaltfeder montiert werden soll andererseits vorhanden sind.

Insbesondere elektrische Schaltgeräte, wie beispielsweise Leitungsschutzschalter, haben innerhalb des Geräteaufbaus vorgespannte Schaltfedern, die im Bedarfsfall den Schalt­ vorgang bewirken.

Bei der Fertigung der Schaltgeräte müssen diese Schaltfedern im vorgespannten Zustand an die geeignete Position gebracht und montiert werden. Letzteres erfolgt bisher per Hand mit einem Hilfswerkzeug. Dieser Montagevorgang ist vergleichsweise kompliziert, so daß bei Einsatz durch ungeübtes Personal erhebliche Fehlerquellen auftreten können, und muß daher durch eigens ausgebildete Personen durchgeführt werden. Bei hohen Stückzahlen erscheint diese Tätigkeit für das Personal inhuman.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit der das Einsetzen von gespannten Schaltfedern in Geräte weitgehend automatisiert erfolgen kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Ausführung folgender Verfahrensschritte gelöst:

• - In einer ersten Station werden die Federn jeweils mechanisch gespannt,
• - anschließend werden die Federn in gespanntem Zustand von einem Montagewerkzeug übernommen und
• - im gespannten Zustand einer zweiten Station, die eine Aufnahmeeinheit für das Gerät hat, zugeführt und dort lagegerecht in das Gerät eingesetzt. Dabei kann das Aufsetzen der Feder auf das Werkzeug in der ersten Station einerseits und das Einsetzen des Gerätes in die Aufnahmeeinheit in der zweiten Station andererseits entweder manuell oder automatisiert erfolgen. Für den Fertigungsablauf wird das Montagewerkzeug mittels einer Steuereinheit zwischen der ersten Station und der zweiten Station verfahren.

Bei der Erfindung erfolgt die Verfahrbarkeit des Montagewerk­ zeuges durch wenigstens teilweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Schlitten in Richtungen der Raum­ koordinaten. Die Einsetzbewegung des Montagewerkzeuges erfolgt über dessen Bewegung mit unterschiedlichen Schwenkradien und auch über Linearbewegungen. Die Bewegung kann dabei kulissen­ geführt sein und auch insbesondere über eine Kurvenscheibe gesteuert werden.

Statt einer unmittelbar für den bestimmungsgemäßen Zweck abgestellten Montagevorrichtung kann auch ein Industrieroboter vorhanden sein, der eine entsprechend programmgesteuerte Bewegung zwischen der ersten Station und der zweiten Station ausführt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere ein Montagewerkzeug vorhanden, das in den Raumrichtungen verschieb­ bar und gegenüber einer der Achse der Schaltfeder parallele Achse verschwenkbar ist, wobei das Montagewerkzeug im wesent­ lichen von der Halteeinheit für die gespannte Schaltfeder zur Aufnahme für das Gerät zwecks Übergabe und Montage der vorge­ spannten Schaltfeder bewegbar ist. Dafür sind im wesentlichen eine Dreheinheit und zwei senkrecht zueinander stehende Schlitten vorhanden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 den Teil eines Schaltgerätes, in das eine Schaltfeder eingesetzt werden soll, in nur teilweise aufgebrochener Darstellung,

Fig. 2 schematisch die in das Schaltgerät gemäß Fig. 1 einzu­ setzende Schaltfeder,

Fig. 3 die Seitenansicht bzw.

Fig. 4 die Draufsicht der neuen Montagevorrichtung und

Fig. 5 das eigentliche Montagewerkzeug zur Manipulation der Schaltfeder.

Die Figuren werden nachfolgend im wesentlichen zusammen be­ schrieben.

In Fig. 1 ist mit 120 das Gerätegehäuse eines Leitungsschutz­ schalters 100 von dem nur ein Funktionsteil dargestellt ist, bezeichnet. Innerhalb des Gehäuses ist ein Kontaktträger 140 angedeutet, der als Funktionsteil beweglich sein muß. Der Kon­ taktträger 140 wird teilweise durch ein Leitblech 141 abgedeckt, unter das der eine Schenkel 15 einer Schaltfeder 13 gefädelt werden muß.

Der Kontaktträger 140 muß in einer bestimmten Position gehalten werden. Dazu dient eine Feder 13, die in einem Dom 130 des Schaltgerätes eingebracht ist, und deren längerer Federschenkel 15 den Gegendruck für die Schaltbewegung generiert. Dafür muß die Feder selbst im Dom 130 im gespannten Zustand so eingesetzt werden, daß sich der lange Schenkel 15 der Schaltfeder 13 in der Sicke 142 des Kontaktträgers 141 abstützt.

Die weiteren Funktionsteile des Schaltgerätes 100 werden nachfolgend nicht im einzelnen beschrieben. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Feder 13 aus Fig. 1 eine übliche Schraub­ enfeder mit mehreren Federgängen bildet, wobei bei den Feder­ enden der lange Federschenkel 15 tangential weggeführt und der kurze Federschenkel 14 radial geführt ist. Wird die Feder 13 mit dem kurzen Federschenkel 14 fixiert, kann der lange Feder­ schenkel 15 zur Kraftgenerierung verwendet werden, sofern er zu­ nächst in der gespannten Lage festgelegt wird, was in Fig. 2 durch die strichpunktierte Darstellung angedeutet ist. Zum Festhalt­ en des gespannten langen Federschenkels 15′ sind beachtliche Kräf­ te erforderlich, wodurch das Montieren der Schaltfeder 13 im gespannten Zustand schwierig ist. In der Praxis gehört dazu viel Übung und auch Ausdauer durch die ausführenden Personen.

In der Fig. 3 und 4 ist im wesentlichen der Versuchsaufbau zur automatisierten Montage dargestellt: Die Montagevorrichtung be­ steht aus einem horizontalen Schlitten 4 mit Rückstellfeder 5 und einem Zylinder 6 sowie einem Vertikalschlitten 7 mit Be­ tätigungszylinder 8 einerseits und einem Rotor 9 mit 90° Dreh­ möglichkeit. Weiterhin ist ein Montagewerkzeug 10 mit einem integrierten, von einem Zylinder 11 betätigten Auswerfer 19 vorhanden.

Die in das Schaltgehäuse gemäß Fig. 1 zu montierende Schalt­ feder 13 gemäß Fig. 2 ist auf einem geschlitzten Spanndorn 2 in gespannter Stellung gezeichnet. Das Spannen der Schaltfeder 13 erfolgt durch einen Zylinder 3. Die Mittelachsen des Spanndornes 2 und des in der Ruhelage waagerecht liegenden Montagewerkzeuges, das weiter unten noch beschrieben wird, verlaufen in einer Linie.

Der Leitungsschutzschalter 100 gemäß Fig. 1, in dessen Gehäuse 120 die Schaltfeder montiert wird, ist so in einer Aufnahmeeinheit 20 unter der Montagevorrichtung gemäß Fig. 3 und Fig. 4 angeordnet, daß das Montagewerkzeug in der Montage­ stellung - d. h. um 90° geschwenkt - durch eine Kulisse 18 geführt wird. Dadurch steht es über dem zu bestückenden geschlitzten Dom 13 im Gehäuse 120 des Leitungsschutzschalters 100. Durch entsprechendes Verfahren des Montagewerkzeuges 10 kann das Einsetzen der gespannten Feder 13 in das Gerätege­ häuse erfolgen.

Zur Steuerung des Montageablaufes wird eine handelsübliche speicherprogrammierbare Steuerung verwendet. Folgende Vorgänge werden im einzelnen ausgeführt:
Zunächst wird die Schaltfeder 13 auf den Spanndorn 2 gesetzt und der vormontierte Leitungsschutzschalter 100 mit seinem Gehäuse in die Aufnahmeeinheit 20 gelegt. Dieser Vorgang kann manuell von der Bedienperson erfolgen oder auch automatisiert durch spezielle Handhabungsgeräte durchgeführt werden.

Nach Betätigung eines Startknopfes fährt der Zylinder 3 aus und spannt somit die Schaltfeder 13. Anschließend fährt der Zylinder 6 aus und bewegt dadurch den nicht fest angekoppelten Schlitten 4 gegen die Federkraft in Richtung des Spanndornes 2.

Durch diese Bewegung wird das an den Schlitten 4 über die Zwischenglieder 7 und 9 angekoppelte Montagewerkzeug 10 über die gespannte Schaltfeder 13 geschoben. Die beiden Schenkel 14 und 15 der Schaltfeder tauchen dabei in die Schlitze 16 und 17 des Montagewerkzeuges 10 ein. Damit ist die gespannte Feder 13 fixiert.

Anschließend fährt der Zylinder 13 zurück, wodurch die Vorspannung der Schaltfeder 13 in das Montagewerkzeug 10 übergeben wird. Letzteres geschieht durch Abstützung der beiden Federschenkel 14 und 15 in den Schlitzen 16 und 17 des Montage­ werkzeuges.

Nunmehr fährt der Zylinder 6 ein, wodurch sich der Schlitten 4 aufgrund der Federkraft 5 zurückbewegt. Die gespannte Feder 13 sitzt damit im Montagewerkzeug 10.

Jetzt wird der Rotor 9 geschwenkt, bis das Montagewerkzeug 10 an der Kulisse 18 anschlägt. Im weiteren Verlauf der Drehung des Rotors 9 bewegt sich der Schlitten 4 so lange gegen die Federkraft, bis das Montagewerkzeug senkrecht über dem Dom 130 des Schaltergehäuses 120 steht. Bei dieser Abwälzbewegung wird der lange Schenkel 15 der Schaltfeder 13 unter das Leitblech 141 des Leitungsschutzschalters 100 gefädelt. Gleichzeitig wird der kurze Schenkel 14 der Schaltfeder 13 teilweise in den Schlitz des Domes 130 eingeführt.

Letzterer Bewegungsablauf ist notwendig, um die Schaltfeder 13 bei den zur Verfügung stehenden begrenzten Raumverhältnissen optimal im Gehäuse 120 montieren zu können. Bei diesem Bewegungsablauf kann statt der Kulisse 18 eine Kurvenscheibe zur Steuerung verwendet werden, die sich mit dem Montage­ werkzeug 10 um die Drehachse des Rotors 9 dreht.

Anschließend fährt Zylinder 8 aus und bewegt dadurch den Schlitten und das daran angekoppelte Montagewerkzeug 10 nach unten. Dadurch wird die gespannte Schaltfeder 13 vollends auf den geschlitzten Dom 130 des Schaltgehäuses 120 gefädelt. Der kurze Schenkel 14 der Schaltfeder 13 wird gleichzeitig weiter im Schlitz des Domes 130 geführt.

Nunmehr werden Zylinder 11 bzw. Ausstoßer 19 angesteuert. Gleich­ zeitig fährt Zylinder 8 ein, wodurch der Schlitten 7 und das Montagewerkzeug 10 nach oben bewegt werden. Erst bei dieser Rück­ wärtsbewegung drückt der Ausstoßer 19 die Schaltfeder 13 aus dem Montagewerkzeug 10. Der lange Schenkel 15 der Schaltfeder 13 legt sich dadurch beim Ausstoßvorgang in die Sicke 142 des beweglichen Kontaktträgers 140 und ist fixiert.

Nach Ausführung des Montagevorganges können die Einzelkom­ ponenten in die Ruhelagen zurückgesteuert werden. Das Monta­ gewerkzeug ist weitgehend an die Montageaufgabe angepaßt. Stattdessen könnte auch ein handelsüblicher Industrieroboter mit Greifer verwendet werden, wobei hier allerdings die Takt­ zeiten verlängert werden. Insofern ist die Verwendung einer aufgabenspezifischen Montagevorrichtung vorteilhafter.

Claims (18)

1. Verfahren zur Montage von Schaltfedern in Geräte, insbesondere zur Montage von Schaltfedern für elektrische Schaltgeräte, wobei die Federn mehrere Federgänge mit einem radial geführten kurzen Federschenkel und einem tangential geführten langen Federschenkel aufweisen, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - In einer ersten Station werden die Federn jeweils mechanisch gespannt,
• - anschließend werden die Federn in gespanntem Zustand von einem Montagewerkzeug übernommen und
• - im gespannten Zustand einer zweiten Station, die eine Auf­ nahmeeinheit für das Gerät hat, zugeführt und dort lagege­ recht in das Gerät eingesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder manuell auf einen Spanndorn in der ersten Station gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder automatisch auf einen Spanndorn in der ersten Station gesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät, insbesondere das vormontierte Schaltgerät, manuell in die Aufnahmeeinheit in der zweiten Station gelegt und zentriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät, insbesondere das vormontierte Schaltgerät automatisch in die Aufnahmeeinheit in der zweiten Station gelegt und zentriert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Montage­ werkzeug mittels einer Steuereinheit zwischen der ersten Station und der zweiten Station verfahren wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahr­ barkeit des Montagewerkzeuges durch wenigstens teilweise elektrisch pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Schlitten in den Richtungen der Raumkoordinaten erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagevorgang des Montagewerkzeuges über dessen Bewegung mit unterschiedlichen Schwenkradien und Linearbewegungen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Montagewerkzeuges kulissengeführt erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Montagewerkzeuges durch eine Kurvenscheibe gesteuert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrbarkeit des Montagewerkzeuges über einen Industrie­ roboter, welcher das Montagewerkzeug trägt, erfolgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei Halte- bzw. Aufnahme­ einheiten für die Schaltfeder einerseits und das Gerät, in welches die Schaltfeder montiert werden soll andererseits vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Montage­ werkzeug (10) vorhanden ist, das in den Raumrichtungen ver­ schiebbar und gegenüber einer der Achse der Schaltfeder (13) parallele Achse verschwenkbar ist, wobei das Montagewerkzeug (10) im wesentlichen von der Halteeinheit (2) für die gespannte Schaltfeder (13) zur Aufnahmeeinheit (20) für das Gerät (100) zwecks Übergabe und Montage der Schaltfeder (13) bewegbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Montage­ werkzeug (10) mittels einer Dreheinheit (9) und zweier senkrecht zueinander stehender Schlitten (4, 7) bewegbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Schlitten (4, 7) pneumatisch betätigte Zylinder (6, 8) zugeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13) auf einem Spanndorn (2) gehalten wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel­ achse des Spanndornes (2) und die Mittelachse des in Ruhelage befindlichen Montagewerkzeuges (10) eine gerade Linie bilden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kulis­ senführung (18) für das Montagewerkzeug (10) vorhanden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Montage­ werkzeug (10) eine Auswerfeinheit (19) zugeordnet ist.