DE4402709C1 - Einrichtung zum Drehen einer Welle einer zu montierenden und/oder zu prüfenden Baugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Drehen einer Welle einer zu montierenden und/oder zu prüfenden Baugruppe, wobei die Baugruppe und die Einrichtung relativ zueinander bewegbar sind.

Derartige Baugruppen können z. B. Motore, Pumpen, Getriebe oder ähnliche rotierende Baugruppen sein, die mit Hilfe von Trans­ portsystemen zu verschiedenen Montage-, Bearbeitungs- oder Prüf­ station gelangen.

Nach dem Ablauf vorgegebener Montageschritte sind Drehbewegungen der Welle der Baugruppe durchzuführen, die den nächsten Montage­ schritt vorbereiten oder zu Prüfzwecken erforderlich sind. Dabei sind verschiedene Daten, wie z. B. hinsichtlich des beim Drehen der Welle auftretenden Schleppmomentes und/oder des zurückgeleg­ ten Schleppwinkels für die Überwachung der jeweiligen Montage­ schritte von Bedeutung.

Aus der Zeitschrift Antriebstechnik 31 (1992) Nr. 2, S. 42 bis 44 sind torsionssteife Metallbalgkupplungen bekannt. Sie dienen zur spielfreien, torsionssteifen Übertragung von Ver­ drehwinkel und Drehmoment bei gleichseitigem Ausgleich von axia­ len, lateralen und angularen Versätzen.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der ein­ gangsgenannten Art anzugeben, die beim Andocken an die Welle der Baugruppe die unvermeidbaren Versatz-, Ab­ stands- und Winkelfehler ausgleicht sowie die Beeinflus­ sung der Meßgenauigkeit bei der Reibmoment- bzw. Drehwin­ kelmessung minimiert.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Einrichtung einen der Welle zugewandten Spannkopf, ein koaxial zum Spannkopf angeordnetes kardanisch auf ge­ hängtes Gehäuse, wenigstens einen Meßgeber und einen An­ trieb für die Drehbewegung des Spannkopf es aufweist, daß im gelösten Zustand des Spannkopf es derselbe radial und axial gegenüber dem kardanisch aufgehängten Gehäuse fi­ xiert ist, daß bei in Spannstellung befindlichem Spann­ kopf die Fixierung gegenüber dem Gehäuse aufgehoben ist, wobei ein vom Antrieb bis zum Spannkopf erstreckter An­ triebsstrang eine erste Lagerstelle im Bereich des An­ triebs aufweist, wobei die Welle der Baugruppe selbst die weitere Lagerstelle bildet und wobei wenigstens ein Teil­ bereich des Antriebsstranges als an sich bekannte torsionssteife Metallfaltenbalgkupplung ausgebildet ist.

Damit wird bei in Spannstellung befindlichen Spannbacken eine kraftschlüssige, verdrehsteife und spielfreie Über­ tragung der Drehbewegung erzielt. Innerhalb der Aus­ gleichsgrenzen der eingesetzten Faltenbalgkupplung sind die durch den Lage- und Winkelversatz hervorgerufenen Spannungen auf die angeschleppte Welle minimal. Durch die lagerfreie Verbindung wird das Auftreten einer das Reib­ moment verfälschenden Scheinreibung verhindert, d. h., es wird nur das Reibmoment bzw. andere Meßwerte der zu Welle gehörigen Baugruppe gemessen. Somit wird eine automatisch andockende Einrichtung geschaffen, die eine integrierte Schleppmoment- und Schleppwinkelmessung aufweist und trotzdem von der Einrichtung selbst herrührende Einflüsse von der Baugruppe fernhält.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß in einem Ringraum des Gehäuses ein mit einem Druckring ausgestat­ teter Druckzylinder angeordnet ist, daß ein Spannring des Spannkopfes mit mehreren parallel zur Achse der Ein­ richtung erstreckten Bundbolzen verschraubt ist, daß je­ dem Bundbolzen ein Tellerfederpaket zugeordnet ist, das an einer Stirnseite eines vom Bundbolzen durchsetzten Zentrierstückes zur Anlage kommt.

Auch dieses Zusammenspiel von Tellerfederpaket und Druck­ zylinder unterstützt das automatische Andocken und Lösen der Einrichtung mit der Welle einer Baugruppe.

Nach einem Beaufschlagen des Druckzylinders mit einem Druckmedium erfolgt eine Bewegung des Druckzylinders in Richtung Spannring, wobei die Spannbacken in Offenstel­ lung gelangen. Dabei ist die Fixierung zwischen Spannkopf und Gehäuse der kardanischen Aufhängung durch Kontakte zwischen dem Druckring und dem Spannring sowie zwischen dem Zentrierstück und einem Distanzring des Gehäuses her­ gestellt.

Bei drucklosem Druckzylinder erfolgt eine von den Tel­ lerfederpaketen veranlaßte Spannbewegung der Spannbacken, wobei nach Beendigung der Spannbewegung zwischen dem Spannring und dem Druckring sowie zwischen dem Distanz­ ring und dem Zentrierstück ein Spalt gebildet ist.

Durch das selbsttätige Zusammenspiel zwischen Spannen und Lösen in Verbindung mit der Fixierung bzw. der Freischal­ tung des Spannkopfes ist eine automatische Andockung der Einrichtung an die Welle gewährleistet.

Zur Positionsanzeige des Druckzylinders dient ein in Zu­ sammenhang mit einem Stellungsanzeiger wirkender Gelenk­ hebel.

Die Metallfaltenbalgkupplung ist vorzugsweise zwischen dem Zentrierstück des Spannkopfes und einem Zwischenstück der Antriebswelle angeordnet.

Das Zwischenstück und die Antriebswelle sind über eine formschlüssige Paßfederverbindung miteinander verbunden.

Zur Überwachung und Dokumentierung der Wellendrehvorgänge ist der Antriebswelle eine Drehmomentmeßstelle und/oder ein Drehwinkelgeber zugeordnet.

Die stationären Teile der Kugellagerung der Antriebswelle und die kardanische Aufhängung sind vorzugsweise an einem Gestell befestigt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und der Fig. 1 und 2 wird eine erfindungsgemäße Einrichtung beschrieben.

Dabei zeigt die:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung und

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in einem grö­ ßeren Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung, die einen eine Ver­ drehbewegung um einen vorgebbaren Winkel ausführenden An­ triebsstrang aufweist, der aus einem Spannkopf 1, einer Metallfaltenbalgkupplung 2, einer Antriebswelle 3 und ei­ nem Zahnriementrieb 4 besteht. Der Spannkopf 1 besteht aus einem Spannring 5, der konisch zulaufende Innenflä­ chen aufweist, die mit einer in gleicher Weise konisch zulaufenden Außenfläche eines aus mehreren Einzelbacken 6 bestehenden Spannbackensatzes in Eingriff bringbar ist. Wie später noch zu erläutern ist, gehen die Spannbacken mit einer Welle 7 einer nicht weiter dargestellten Bau­ gruppe eine kraftschlüssige Verbindung ein, um deren Ver­ drehbewegung zu vollziehen. Dem Spannkopf 1 ist noch ein Zentrierstück 8 zugeordnet, das mit mehreren Bundbolzen 9, die jeweils ein Tellerfederpaket 10 aufnehmen, und Schrauben 11 gegenüber dem Spannring 5 arretiert ist. Mittels Schrauben 12 ist am Zentrierstück 8 eine Metallfaltenbalgkupplung 2 befestigt, die an ihrem dem Zentrierstück 8 abgewandten Ende mit einem Zwischenstück 14 verschraubt ist. Eine Antriebswelle 3 ragt über eine Paßfederverbindung 16 in das Zwischenstück 14 und ist mittels einer zentralen Schraube 17 und einem Verbin­ dungsstück 18 gegen das Zwischenstück 14 verspannt. Spannringe 19, 20 sichern das Verbindungsstück 18 und die Schraube 17. Das Zwischenstück 14 trägt ferner über eine Schraubverbindung 21 einen als Drehwinkelgeber 22 ausge­ bildeten Meßgeber, zur Anzeige der Verdrehbewegung der Antriebswelle 3 und damit der Welle 7. An ihrem dem Zwi­ schenstück 14 abgewandten Ende ist die Antriebswelle 3 ebenfalls über eine Paßfederverbindung 16 mit einer Buchse 23 verbunden, die mittels einer Schraube 24 ein Zahnrad 25 eines nicht weiter dargestellten Zahnriemen­ triebes 4 trägt. Über eine Schraube 27 und eine Hülse 28 ist die Antriebswelle 3 mit dem Zahnrad 25 verbunden. Zwischen der Buchse 23 und einem Ring 29 ist eine Kugel­ lagerung 30 angeordnet. Der Ring 29 ist über mehrere Schrauben 31 mit einem Gestell 32 verbunden, das ledig­ lich in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Mit ei­ ner zweiten Schraube 33 ist das Gestell mit einer Halte­ rung 34 für ein Drehmomentmeßgerät 35 verbunden.

An dem Gestell 32 ist mit einer Schraube 36 und einem Stift 37 auch eine Konsole 38 einer kardanischen Aufhän­ gung 39 befestigt. Die Konsole 38 nimmt über Schrauben 40 einen Verbindungsbolzen 41 und einen mit Kugellager 42 versehenen Pendelring 43 auf. Ein an diesem Pendelring 43 über Schrauben 44 befestigter Verbindungsbolzen 41a ist über ein Kugellager 42a in einem Gehäuse 45 pendelnd ge­ führt. Das Gehäuse 45 ist in einem Ringraum 46 mit einem Druckzylinder 47 ausgestattet. Eine über Schrauben 48 mit dem Gehäuse 45 verschraubter Abdeckring 49 begrenzt den Ringraum 46 und unterstützt über Druckfedern 50 die Rück­ stellbewegung des Druckzylinders 47, der in einer Stift­ verbindung 51 zusätzlich geführt ist. Ein Druckring 52 ist mit einer Schraube 53 mit dem Druckzylinder 47 ver­ bunden. Über einen Gelenkhebel 54 ist die jeweilige Po­ sition des Druckzylinders 47 an einen Stellungsgeber 55 übertragbar.

Die Einrichtung ist auf dem Gestell 32 abgestützt. Das Gestell kann stationär oder auf einem nicht dargestellten Schlittensystem angeordnet sein. Ein auf einem nicht dar­ gestellten Montage- oder Transportband herangeführte Bau­ gruppe, wie z. B. ein Motor, eine Pumpe, ein Getriebe oder eine ähnlich rotierender Baugruppe, ist zum Zwecke einer Schleppbewegung der Welle 7 der jeweiligen Bau­ gruppe mit dem Spannkopf 1 zu verbinden, um während der Schleppbewegung das Schleppmoment und den Schleppwinkel zu bestimmen. Unter Einbeziehung der Fig. 2 wird die Funktion der Einrichtung erläutert.

Der Spannkopf 1 befindet sich dazu in Aufnahmeposition, d. h. die Spannbacken 6 sind in geöffneter Stellung. Er­ reicht wird diese Position durch Beaufschlagen des pneu­ matischen Druckzylinders 47, wodurch er in Pfeilrichtung 56 bis in eine durch den strichpunktiert dargestellten Gelenkhebel 54a symbolisierte und vom Stellungsgeber 55 angezeigte Position gelangt. Durch diese Bewegung ist der Abstand "a" zwischen dem Druckzylinder 47 und dem Abdeck­ ring 49 nahezu auf gebraucht. Der mit dem Druckzylinder 47 verbundene Druckring 52 verschiebt im Rahmen dieser Bewe­ gung den Spannring 5 ebenfalls in Pfeilrichtung 56, so daß unterstützt durch die Druckfedern 57 die Spannbacken 6 radial verschoben in ihre Offenstellung gelangen. Die mit dem Spannring verschraubten Bundbolzen 9 führen zwangsläufig dessen Bewegung in Pfeilrichtung 56 mit aus, was zum einem zu einer Vorspannung des Tellerfederpaketes 10 und zum anderen zur Anlage des relativ zu den Bundbol­ zen 9 bewegbaren Zentrierringes 8 mit einer Schrägfläche seines Bundes 58 an einer Schrägfläche eines am Gehäuse 45 der kardanischen Aufhängung 39 abgestützten Distanz­ ringes 59 führt. Da auch zwischen den Schrägflächen von Druckring 52 und Spannring 5 durch die besagte Bewegung in Pfeilrichtung 56 Kontakt hergestellt ist, ist bei in Offenstellung befindlichem Spannbacken 6 der Spannkopf 1 radial und axial in der kardanischen Aufhängung 39 fi­ xiert.

Beim ersten Schritt des Andockvorganges stößt die anzu­ dockende Welle 8 mit ihrer Stirnseite an eine Planfläche 60 (Fig. 2) der Spannbacken 6. Dabei gleicht die kardani­ sche Aufhängung 39 im realen Einsatz zwangsläufig auftre­ tende Winkelabweichungen zwischen Wellenachse und Spannkopfachse ohne Beeinträchtigung der Welle 7 bzw. der mit ihr verbundenen Komponenten der jeweiligen Baugruppe aus. Beim nun folgenden zweiten Schritt des Andockvorgan­ ges wird der Druckzylinder 47 entlastet, so daß mit Hilfe der Tellerfederpakete 10 der Spannring 5 entgegen der Pfeilrichtung 56 bewegt wird und die Spannbacken 6 ihre radiale Spannbewegung zum kraftschlüssigen Erfassen des Endbereiches der Welle 7 durchführen. Mit dem erfolgten Spannvorgang ist die fixierte Verbindung zwischen Spann­ kopf 1 und kardanischer Aufhängung 39 aufgehoben, wie auch aus dem in Fig. 2 ersichtlichen Spalt 26 zwischen den Schrägflächen von Spannring 5 und Druckring 52 bzw. Zentrierstück 8 und Distanzring 59 erkennbar ist. Der Spannkopf 1 kann somit über die torsionssteife Metallfaltenbalgkupplung und die Antriebswelle frei ange­ trieben werden. Neben der einseitig gelagerten Antriebs­ welle bildet die anzuschleppende Welle 7 die Lagerung für den Spannkopf 1. Da somit zwischen der Drehmomentmeß­ stelle 35 bzw. dem Drehwinkelgeber 22 und der Welle 7 keine Lagerstelle des Spannkopfes 1 vorhanden ist, wird das Auftreten einer das Reibmoment der Welle verfälschen­ den Scheinreibung verhindert. Ferner wird innerhalb der Ausgleichsgrenzen der eingesetzten Metallfaltenbalgkupp­ lung die durch den Lage- und Winkelversatz hervorgerufe­ nen Spannungen auf die angeschleppte Welle 7 minimiert. Die zur Montage und/oder Prüfung zu der Welle 7 gehören­ den Baugruppen erforderliche Drehbewegung der Welle 7 wird von dem Zahnriementrieb 4 durchgeführt. Die alterna­ tiv oder gemeinsam der Antriebswelle zugeordneten Dreh­ winkelgeber 22 oder Drehmomentmeßstelle 35 überwachen den Schleppmoment- und Schleppwinkelwert der Welle 7 und lei­ ten die Werte an eine nicht dargestellte Datensammel­ stelle weiter.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Drehen einer Welle (7) einer zu montierenden und/oder zu prüfenden Baugruppe, wobei die Baugruppe und die Einrichtung relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen der Welle (7) zugewandten Spannkopf (1) ein koaxial zum Spannkopf angeordnetes kardanisch aufgehängtes Gehäuse (45), wenigstens einen Meßgeber (22, 35) und einen An­ trieb (4) für die Drehbewegung des Spannkopf es aufweist, daß in gelöstem Zustand des Spannkopf es (1) derselbe ra­ dial und axial gegenüber dem kardanisch aufgehängten Ge­ häuse (45) fixiert ist, daß bei in Spannstellung befind­ lichem Spannkopf (1) die Fixierung gegenüber dem Gehäuse (45) aufgehoben ist, wobei ein vom Antrieb bis zum Spann­ kopf erstreckter Antriebsstrang eine erste Lagerstelle (30) im Bereich des Antriebs (4) aufweist und die Welle (7) der jeweiligen Baugruppe selbst die zweite Lagerstelle bildet und wobei wenigstens ein Teilbereich des Antriebs­ stranges als an sich bekannte torsionssteife Metallfalten­ balgkupplung (2) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem Ringraum (46) des Gehäuses (45) ein mit einem Druckring (52) ausgestatteter Druckzylinder (47) angeordnet ist, daß ein Spannring (5) des Spannkopfes (1) mit mehreren parallell zur Achse der Einrichtung er­ streckten Bundbolzen (9) verschraubt ist, daß jedem Bund­ bolzen ein Tellerfederpaket (10) zugeordnet ist, das an einer Stirnseite eines vom Bundbolzen durchsetzten Zen­ trierstückes (8) zur Anlage kommt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach einer Beaufschlagung des Druckzy­ linders (47) mit Druckmedium eine Bewegung des Druckzy­ linders in Richtung Spannring (5) erfolgt, wobei die Spannbacken (6) in Offenstellung gelangen und die Fixie­ rung zwischen Spannkopf (1) und Gehäuse (45) der kardani­ schen Aufhängung (39) durch Kontakt zwischen dem Druck­ ring (52) und dem Spannring (5) sowie zwischen dem Zen­ trierstück (8) und einem Distanzring (59) des Gehäuses (45) hergestellt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß bei drucklosem Druckzylinder (47) eine von dem Tellerfederpaket (19) veranlaßte Spannbewegung der Spann­ backen (1) erfolgt, wobei nach Beendigung der Spannbewe­ gung zwischen dem Spannring (5) und dem Druckring (52) sowie zwischen dem Distanzring (59) und dem Zentrierstück (8) ein Spalt (26) gebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einem Abdeckring (49) ein Gelenkhebel (54) zugeordnet ist, der zusammen mit einem Stellungsan­ zeiger (55) die Position des Druckzylinders (47) anzeigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Metallfaltenbalgkupplung (2) zwischen dem Zentrierstück (8) des Spannkopfes (1) und einem Zwischen­ stück (14) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenstück (14) von der Antriebswelle (3) durchsetzt ist und eine formschlüssige Paßfederverbindung (16) diesen beiden Teilen zugeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebswelle (3) als Meßgeber eine Drehmomentmeßstelle (35) und ein Drehwinkelgeber (22) zugeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kardanische Aufhängung (39) über eine Konsole (38) an einem Gestell (32) befestigt ist.