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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von rohrförmigen Elementen,
insbesondere in der Branche der Automobilzulieferer, insbesondere
die Herstellung von Anschlussstutzen in Abgasanlagen, vor allem
von mit Katalysatoren, akustischen Katalysatoren oder Schalldämpfern verbundenen
Rohren, und hat eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Verbindungen
durch Fliessbohren oder Fliessgewindebohren zum Gegenstand. Aus dem
Dokument WO-A-98/45584 ist beispielsweise die Ausführung von
Anschlussstutzen in Abgasanlagen mit Hilfe von mehreren unabhängigen Zentrier-, Fliessbohr-
und Fliessgewindebohr-Vorrichtungen bekannt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein diese Vorrichtung verwendendes Verfahren.
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Abgasanlagen,
welche Katalysatoren aufweisen, verwenden Mess- und Steuerelemente,
die im Allgemeinen an den entsprechenden Anschlussrohren mit durchgehenden
Bohrungen befestigt sind, um die Eigenschaften der Abgase bei einer
kontinuierliche Regelung der Verbrennungsparameter des mit der genannten
Abgasanlage verbundenen Motors zu erfassen.
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Hierzu
ist es notwendig, an den entsprechenden Rohren Lagerstellen auszubilden,
die durch Bohrungen gebildet werden, und Mittel zur Befestigung der
genannten Mess- und
Steuerelemente bereitzustellen.
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Derzeit
werden die genannten Lagerstellen durch eine Abfolge von Arbeitsvorgängen hergestellt, bestehend
aus einem Abflachen eines Teils des Umfangs der Rohre und einer
anschließenden
Bohrung, gefolgt vom Aufschweißen
einer Mutter oder einer vorher mit einer Gewindebohrung versehenen
Metallplatte. Auf diese Arbeitsvorgänge folgt eine Dichtigkeitsprüfung.
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Eine
solche Ausführung
erzielt gute Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der erhaltenen Lagerstellen.
Jedoch ist das eingesetzte Verfahren aufgrund der Tatsache, dass
verschiedene voneinander unabhängige
Bearbeitungsvorgänge
und das Einbringen von Material erforderlich sind, relativ langsam
und kostspielig, so dass die Gestehungskosten der so erhaltenen
Abgasanlagenteile beträchtlich
erhöht
werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
zu beseitigen, indem sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Herstellen von Anschlussstutzen in Abgasanlagen, vor allem von mit
Katalysatorgehäusen,
akustischen Katalysatoren oder Schalldämpfern verbundenen Rohren, mittels
Fliessbohren und Fliessgewindebohren vorschlägt, welche es ermöglichen,
die Produktionskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit
beträchtlich
zu senken.
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Hierzu
ist die Vorrichtung zur Herstellung von Anschlussstutzen in Abgasanlagen,
vor allem von mit Katalysatorgehäusen,
akustischen Katalysatoren oder Schalldämpfern verbundenen Rohren dadurch gekennzeichnet,
dass sie im wesentlichen aus einer Montagetrommel für die zu
bearbeitenden Werkstücke,
aus mindestens einer beweglichen Gruppe von Einheiten zum Zentrieren,
Fliessbohren und Fliessgewindebohren der genannten Werkstücke, wobei die
genannte bewegliche Gruppe parallel zur Längsachse der Trommel verschiebbar
ist, und aus einem Trag- bzw.
Führungsgestell
für die
Montagetrommel und mindestens einer beweglichen Gruppe besteht.
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Die
Erfindung hat weiter zum Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung
von Anschlussstutzen in Abgasanlagen, vor allem von mit Katalysatorgehäusen, akustischen
Katalysatoren und Schalldämpfern
verbundenen Rohren, das mittels dieser Vorrichtung realisiert wird
und dadurch gekennzeichnet ist, dass es im wesentlichen darin besteht,
die zu bearbeitenden Werkstücke
sukzessive auf einer Montagetrommel zu montieren, um an den genannten Werkstücken sukzessive
Vorgänge
des Zentrierens, des Fliessbohrens und des Fliessgewindebohrens durchzuführen und
anschließend
die bearbeiteten Werkstücke
zu demontieren und abzuführen.
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Weitere
erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert
werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Front- und Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
Seiten- und Schnittansicht der Vorrichtung, und
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3a bis 3d schematische
Schnittbilder, welche die verschiedenen Phasen des Zentrierens und
des Fliessbohrens darstellen.
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Erfindungsgemäß und wie
dies insbesondere beispielsweise aus den 1 und 2 der
beigefügten
Zeichnungen zu entnehmen ist, besteht die Vorrichtung zur Herstellung
von Anschlussstutzen in Abgasanlagen, vor allem von mit Katalysatorgehäusen, akustischen
Katalysatoren oder Schalldämpfern verbundenen
Rohren, im wesentlichen aus einer Montagetrommel 1 für die Werkstücke 2,
aus mindestens einer beweglichen Gruppe 3 von Einheiten
zum Zentrieren 4, Fliessbohren 5 bzw. Fliessgewindebohren 6 der
genannten zu bearbeitenden Werkstücke 2 und aus einem
Trag- und Führungsgestell 7 für die Montagetrommel 1 und
mindestens einer beweglichen Gruppe 3. Die Erfindung wird
in Verbindung mit einer Vorrichtung beschrieben, die eine einzige
bewegliche Gruppe 3 umfasst. Diese Vorrichtung kann jedoch,
wie dies in 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt
wird, mit einer weiteren beweglichen Gruppe ausgestattet sein, d.h.
mit mindestens zwei beweglichen Gruppen 3.
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Die
Montagetrommel 1 für
die zu bearbeitenden Werkstücke 2 ist
vorteilhafterweise in Form eines mechanisch geschweißten Elements
mit polygonalem Querschnitt ausgeführt, welches auf jeder Seite mit
Mitteln 8 für
das Positionieren und Fixieren der Werkstücke 2 versehen ist
und über
einen indexierbaren Getriebemotor 9 und mittels einer Rad-
und Kettenübertragung 10 in
Rotation versetzt wird.
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Die
genannte Trommel 1 ist mit ihren Enden an Lagern 11 montiert,
welche auf dem Trag- und Führungsgestell 7 der
Montagetrommel 1 und mindestens einer beweglichen Gruppe 3 vorgesehen sind,
und weist gegenüber
jeder diese begrenzenden planen Flächen an einem Endflansch 1' eine Bohrung 1'' auf, welche dazu bestimmt ist,
mit einem auf dem Gestell 7 vorgesehenen Indexierungsfinger 12 zusammenzuwirken.
Der Indexierungsfinger 12 kann aus der Kolbenstange eines
Pneumatik- oder Hydraulikkolbens bestehen, der automatisch mit dem Entriegeln
der Trommel 1 durch den jeweiligen Rotationssteuerimpuls
gesteuert wird, wobei die Verriegelung nach Beendigung der Rotation
der Trommel 1 ebenfalls automatisch erfolgt. Vorzugsweise
ist das Ende des Indexierungsfingers 12 kegelförmig oder kegelstumpfförmig, um
jedes Funktionsspiel ausgleichen zu können, das eventuell bei der
Drehung der Trommel 1 eintreten könnte.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
eine perfekte Positionierung der Trommel 1 und insbesondere
ihrer Aufnahmeflächen
für die
Werkstücke 2 einerseits aufgrund
des schrittweisen Antriebs des indexierbaren Getriebemotors 9 und
andererseits dank einer Blockierung der Trommel 1 in ihrer
Position mittels des Indexierungsfingers 12 sicherzustellen.
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Am
Ende der Trommel 1, welches demjenigen gegenüberliegt,
das den mit dem Getriebemotor 9 zusammenwirkenden Rad-
und Kettenantrieb 10 aufweist, weist das Lager 11 der
Trommel 1, das mit dem Trag- und Führungsgestell 7 der
Montagetrommel 1 und mindestens einer beweglichen Gruppe 3 zusammenwirkt,
die Form eines Drehlagers auf, welches die Anschlüsse der
Steuerkreise der Mittel 8 für das Positionieren und das
Fixieren der zu bearbeitenden Werkstücke 2 aufweist. Die
Anordnung eines Drehlagers, dessen Konzeption für den Fachmann ohne weiteres
möglich
ist, ermöglicht
es, in kontinuierlicher Form die Mittel 8 zu steuern und
sie während der
Rotation der Trommel 1 in der Blockierposition zu halten.
Zusätzlich
können
weitere Steuereinrichtungen die Möglichkeit eines getrennten
Antriebs des einen oder anderen der Mittel 8 erlauben und
gleichzeitig das Festhalten der anderen Mittel 8 in ihrer
Position garantieren. Eine solche Wirkung kann insbesondere dadurch
erhalten werden, dass auf der Höhe
jedes Mittels 8 eine Verriegelungsvorrichtung des Steuerkreises
als Funktion der Position des Mittels 8 und des entsprechenden
in der Maschine zu bearbeitenden Werkstücks 2 vorgesehen wird.
So kann in Betracht gezogen werden, dass die Mittel 8 nur
in der Beladungs- und in der Entladungsposition der Werkstücke 2 aktiviert
werden.
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Die
genannten Positionier- und Fixiermittel 8 der zu bearbeitenden
Werkstücke 2 weisen
vorzugsweise die Form von Bändern
und Schablonen mit pneumatischer oder hydraulischer Betätigung auf und
werden nicht näher
beschrieben. Die Klemmen oder analogen Bauteile dieser Bänder und
Schablonen werden vorteilhafterweise über Zylinder realisiert, welche
von einem manuellen oder automatischen zentralen Steuerplatz aus
gesteuert werden.
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Jede
bewegliche Gruppe 3 der Einheiten zum Zentrieren 4,
Fliessbohren 5 und Fliessgewindebohren 6 der zu
bearbeitenden Werkstücke 2 weist die
Form eines Schlittens auf, welcher parallel zur Längsachse
der Trommel 1 auf Schienen 7' des Trag- und Führungsgestells 7 geführt und
in der Längsrichtung
längs der
Trommel 1 mittels eines Linearantriebs 13 angetrieben
wird, welcher in Form eines Getriebemotors und einer mechanischen
Bewegungsübertragung
oder einer Bewegungsübertragung
in Form eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders realisiert
ist. Im Rahmen der Ausführung
als Getriebemotor kann in Betracht gezogen werden, diesen in den
Schlitten einzusetzen und direkt mittels eines auf der Abtriebswelle
montierten Zahnrads auf eine in Längsrichtung angeordnete Zahnstange
oder aber auch den Getriebemotor in das Gestell 7 einzubauen
und mittels einer Schneckenradübertragung
auf den Schlitten einzuwirken, welcher die Gruppe 3 bildet.
Die Details einer solchen Bewegungsübertragung werden in den beigefügten Zeichnungen
nicht dargestellt, da der Aufbau solcher Übertragungen für den Fachmann
ohne weiteres möglich
ist und keine zusätzliche
Beschreibung erfordert.
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Die
Einheiten zum Zentrieren 4, Fliessbohren 5 und
Fliessgewindebohren 6 der zu bearbeitenden Werkstücke 2 sind
auf dem Schlitten montiert, der die bewegliche Gruppe 3 bildet,
wobei ein Winkelversatz vorgesehen ist, der dem Winkelversatz zwischen
den radialen Ebenen entspricht, die sich durch die Mitte der die
Trommel 1 bildenden Flächen des
Polygons sowie durch die Längsachse
der letztgenannten erstrecken. Vorzugsweise weist die Trommel 1 einen
sechseckigen Querschnitt auf, und die Einheiten 4 bis 6 sind
jeweils in der vertikalen radialen Ebene angeordnet, welche sich
durch die Längsachse
der Trommel 1 und oberhalb der genannten Trommel 1 in
einem Winkel von 60° bezogen
auf die genannte Vertikalebene und in einem Winkel von 120° bezogen
auf die genannte Vertikalebene erstreckt, wobei sämtliche
Ebenen, die die Einheiten 4 bis 6 enthalten, radial
verlaufen und die Längsachse der
Trommel 1 schneiden.
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Die
Einheiten zum Zentrieren 4, Fliessbohren 5 und
Fliessgewindebohren 6 der zu bearbeitenden Werkstücke 2 sind
jeweils als Antriebsgruppe ausgebildet, welche jeweils einen Antriebsmotor 4', 5', 6' einer Werkzeugträgervorrichtung 4'', 5'', 6'' aufweisen und auf einem Schlitten 4''', 5''', 6''' für eine Bewegung
in der Längsachse
des Werkzeuges in einer sich senkrecht durch eine entsprechende
Fläche der
Trommel 1 und durch die Längsachse der genannten Trommel 1 erstreckenden
Ebene montiert sind (1 und 2).
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Die
Schlitten 4''', 5''', 6''' werden
jeweils in einer entsprechenden Einheit 14, 15 oder 16 (1 und 2)
geführt,
welche ein Mittel zur Bewegung in Längsrichtung 14', 15', 16' in einer Ebene
aufweisen, welche derjenigen entspricht, die durch das entsprechende
zu bearbeitende Werkzeug 2 sowie durch die Längsachse
der Trommel 1 verläuft,
wobei das genannte Mittel zur Bewegung in Längsrichtung 14', 15', 16' entweder durch
einen Zylinder oder einen Getriebemotor gebildet wird. Vorzugsweise
arbeiten die Schlitten 4''', 5''', 6''' mit
nicht gezeigten, in Längsrichtung
angeordneten Indexierungsmitteln zusammen, welche aus Anschlägen, Detektoren
oder dergleichen bestehen und dazu bestimmt sind, das Ende der Bewegung
der genannten Schlitten 4''', 5''', 6''' und
der Werkzeugträgervorrichtungen 4'', 5'', 6'' zu steuern.
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Es
ist so möglich,
eine vollständig
gesteuerte Bewegung jeder Werkzeugträgervorrichtung zu realisieren
und somit jeden entsprechenden Vorgang in besonders präziser Weise
auszuführen.
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Die
Zentriereinheit 4 besteht aus einer mit einem Zentrierbohrer
versehenen Standardbohreinheit, und sie führt an jeder dafür auf dem
zu bearbeitenden Werkstück 2 vorgesehenen
Stelle eine Schneidbohrung 2' aus
(3a, 3b). Das Funktionsprinzip der
genannten Zentriereinheit ist an sich bekannt.
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Die
Fliessbohreinheit 5 realisiert, wie die 3c und 3d zeigen,
in der zuvor hergestellten Schneidbohrung 2' durch Rotation eines durch Krafteinwirkung
und Temperaturerhöhung
aufgrund von Reibung versenkten kegelförmigen Bohrfutters eine Buchse,
die allein durch das verdrängte
Material des Werkstücks 2 gebildet
wird. Das die Fliessbohreinheit 5 bildende Werkzeug ist
vorteilhafterweise an der Basis seines kegelstumpfförmigen Teils
mit einem Kragen 17 zur Begrenzung des an der Außenfläche des Werkstücks 2 herausquellenden
Materials versehen. Der genannte Kragen drückt das herausquellende Material
zurück
und realisiert damit eine plane äußere Stützfläche.
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Durch
das Einführen
der Fliessbohreinheit 15 nach der Herstellung einer Schneidbohrung 2' zum Zentrieren
des Fliessbohrwerkzeuges wird in der Wand des zu bearbeitenden Werkstücks 2 ein Wandteil
mit größerer Dicke
und planer Außenfläche hergestellt,
welches mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, die das Hindurchführen einer
Sonde oder eines sonstigen Messfühlers
ermöglicht.
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Die
Fliessgewindebohreinheit 6 ermöglicht es anschließend, durch
Einsatz des entsprechenden Werkzeuges für das Fliessgewindebohren,
d.h. also durch Einsatz eines Werkzeugs, welches an seiner Peripherie
mit einem Gewinde versehen ist und durch Krafteinwirkung und Rotation
in die durch Fliessbohren ausgeführte
Bohrung eingedrückt
wird, einen mit Gewinde versehenen Teil in der genannten Bohrung
herzustellen. Dieser mit einem Gewinde versehene Teil ermöglicht anschließend eine
Montage einer Sonde oder eines sonstigen Messfühlers durch Schrauben.
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In
an sich bekannter Weise sind die Werkzeuge, mit denen die Einheiten 4 bis 6 ausgestattet sind,
von einem schnell auswechselbaren, automatischen oder manuellen
Typ und werden hier nicht weiter im Detail beschrieben.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Schrank mit einer digitalen Steuerung auf, welche die Gesamtheit
der Bearbeitungsvorgänge
verwaltet, die einem Bearbeitungszyklus eines Werkstücks 2 entsprechen.
Ein solcher digitaler Steuerschrank berücksichtigt die jeweiligen Bearbeitungszeiten
jedes Arbeitsvorgangs und liefert die Steuerimpulse für die Rotation
der Trommel 1, für
die Bewegung der Werkstücke 2 nach
jedem Arbeitsvorgang zur nächsten
Bearbeitungsposition sowie die Bewegungen der beweglichen Gruppe 3 für den Fall, dass
mehrere Arbeitsvorgänge
an ein und demselben Werkstück 2 auszuführen sind.
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Das
Be- und Entladen der Werkstücke 2 kann
manuell von einer Bedienungsperson ausgeführt werden, die jeweils vor
und nach einem Bearbeitungszyklus tätig wird und diese Arbeitsvorgänge unabhängig von
der Taktzeit ausführt,
indem sie über eine
nicht dargestellte manuelle Steuerung auf die Positionier- und Blockiermittel 8 der
Werkstücke 2 einwirkt.
Eine solche manuelle Steuerung kann vorteilhafterweise eine gesicherte
Zweihandbedienung sein, d.h. also eine Bedienung, die nur dann betätigt werden
kann, wenn die Bedienungsperson ihre Hände von der Maschine entfernt
hat, nachdem sie das Werkstück 2 in
den Mitteln 8 angeordnet hat. Für das Entladen eines Werkstücks 2 kann
eine andere Steuerung vorgesehen werden, welche eine Einhandbedienung
erlaubt, um die andere Hand für
das Ergreifen des gelösten
Werkstückes
frei zu machen.
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Wie
dies insbesondere 2 zeigt, erfolgt das Entladen
der bearbeiteten Werkstücke
vorzugsweise, wenn diese noch nach einem sich in der Horizontalen
erstreckenden Winkel ausgerichtet sind, während die Beladung entsprechend
einer Ebene erfolgt, die oberhalb der Horizontalen geneigt ist.
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Die
manuelle Steuerung der Mittel 8 muss natürlich aus
Sicherheitsgründen
mit dem digitalen Steuerschrank verbunden sein, wobei dieser für das Entladen
und Laden der Werkstücke
nur während
der Bearbeitungsvorgänge
zulässt
und keinesfalls bei Abgabe eines Steuerimpulses für die Rotation
der Trommel 1. Für
den Fall, dass ein Impuls der Trommel 1 ausgelöst werden
könnte,
während
ein manueller Arbeitsvorgang noch läuft, wird der Automat den Bearbeitungszyklus
bis zum Abschluss des manuellen Arbeitsvorganges stoppen.
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Nach
einem Erfindungsmerkmal und wie dies insbesondere die 1 der
beigefügten
Zeichnungen zeigt, kann die Vorrichtung durch schwenkbare Schutzgitter 18 ergänzt werden,
welche sich jeweils bezogen auf die beweglichen Gruppen 3 in Längsrichtung
und beiderseits der Trommel 1 nach vorne und hinten erstrecken
und den Zugang zu den beiden Flächen
der Trommel 1 lediglich freigeben, um das Montieren und
Demontieren der Werkstücke 2 zu
ermöglichen.
Entsprechend ist ein Eingreifen einer Bedienungsperson im Innenbereich
der Vorrichtung in den Aktionsbereich der Einheiten 4 bis 6 vollkommen
ausgeschlossen, und die entsprechenden Risiken sind vermieden.
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Die
Vorrichtung kann im übrigen
mit zusätzlichen
Schutzeinrichtungen in Form von immateriellen Barrieren versehen
werden, welche aus elektromagnetischen Wellen oder aus Lichtschranken
bestehen. Solche immateriellen Barrieren sind insbesondere dazu
bestimmt, zu verhindern, dass eine Bedienungsperson der Vorrichtung
näher kommt,
als es dem Sicherheitsabstand entspricht, und automatisch einen
Alarm und/oder ein Stillsetzen der Vorrichtung auszulösen.
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Nach
einer Ausführungsvariante
der Erfindung, die in den beigefügten
Zeichnungen nicht dargestellt wird, kann auch vorgesehen werden,
die Vorrichtung mit einer automatischen Be- und Entladevorrichtung
der Werkstücke 2 zu
versehen, wobei die genannte Vorrichtung jeweils mit einem Magazin oder
einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Heranführung von Werkstücken und
mit einem Magazin und einer Transportvorrichtung für die Abfuhr
der bearbeiteten Werkstücke
versehen ist, welche direkt über den
digitalen Steuerschrank der Vorrichtung verwaltet wird. In einem
solchen Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung automatisch
funktionieren.
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Die
Erfindung hat des weiteren zum Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung
von Anschlussstutzen an Abgasanlagen, vor allem von mit Katalysatorgehäusen, akustischen
Katalysatoren oder Schalldämpfern
verbundenen Rohren, das mittels dieser Vorrichtung realisiert wird
und im wesentlichen darin besteht, die zu bearbeitenden Werkstücke 2 sukzessive
auf einer Montagetrommel 1 zu montieren, um an den genannten
Werkstücken
sukzessive Vorgänge
des Zentrierens, des Fliessbohrens und de Fliessgewindebohrens durchzuführen und
anschließend
die bearbeiteten Werkstücke
zu demontieren und abzuführen.
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Dank
der Erfindung ist es möglich,
in einer kontinuierlichen Abfolge von Arbeitsvorgängen in halbautomatischer
oder automatischer Weise Anschlussstutzen an Abgasanlagen, vor allem
von mit Katalysatorgehäusen,
akustischen Katalysatoren und Schalldämpfern verbundenen Rohren von
katalytischen Abgasanlagen herzustellen.
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Es
ist entsprechend möglich,
sämtliche
Abgaselemente, die mit einer Sonde oder einem sonstigen Messfühler versehen
werden müssen,
für eine schnelle
Aufnahme dieser Mittel durch Bearbeitungsvorgänge vorzubereiten, die keinerlei
Materialzuführung
erfordern, so dass beträchtliche
Produktivitätsgewinne
also auch Gewinne hinsichtlich der Gestehungskosten, realisiert
werden können.
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Außerdem bleiben
die so bearbeiteten Werkstücke
besonders stabil sowohl hinsichtlich ihrer Form als auch hinsichtlich
ihrer ursprünglichen
Geometrie. Aufgrund einer Bearbeitung ohne Materialzufuhr und ohne
Spanabhebung, also ohne unsaubere Kanten, wird die Gefahr einer
späteren
Zerstörung des
Monolithen vermieden.
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Natürlich ist
die Erfindung nicht auf die beschriebene und in den beigefügten Zeichnungen
dargestellte Ausführungsform
beschränkt. Änderungen bleiben
möglich,
insbesondere hinsichtlich des Aufbaus der verschiedenen Elemente
oder in Form von Ersatz durch technisch äquivalente Elemente, ohne dass
damit der durch die folgenden Patentansprüche definierte Schutzbereich
der Erfindung verlassen würde.