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Dokumentenidentifikation DE4402709C1 27.04.1995
Titel Einrichtung zum Drehen einer Welle einer zu montierenden und/oder zu prüfenden Baugruppe
Anmelder ABB Patent GmbH, 68309 Mannheim, DE
Erfinder Simonis, Gerhard, Dipl.-Ing., 28757 Bremen, DE;
Madsen, Claus, Dipl.-Ing., 40789 Monheim, DE;
Kimmelmann, Walter, Dr., 52072 Aachen, DE
DE-Anmeldedatum 29.01.1994
DE-Aktenzeichen 4402709
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F16D 3/02
IPC-Nebenklasse B23P 19/00   
Zusammenfassung Nach dem Ablauf vorgegebener Montageschritte an derartigen Baugruppen sind Drehbewegungen der Welle (7) durchzuführen, die den nächsten Montageschritt vorbereiten oder zu Prüfzwecken erforderlich sind. Dazu soll eine Einrichtung angegeben werden, die die beim Andocken an die Welle der jeweiligen Baugruppe unvermeidbaren Versatz-, Abstands- und Winkelfehler ausgleicht. Dazu weist die Einrichtung einen der Welle (7) zugeordneten Spannkopf, ein koaxial zum Spannkopf angeordnetes kardanisch aufgehängtes Gehäuse (45), einen Meßgeber und einen Antrieb auf. In gelöstem Zustand des Spannkopfes (1) ist derselbe radial und axial gegenüber dem kardanisch aufgehängten Gehäuse (45) fixiert. Befindet sich der Spannkopf (1) in Spannstellung, so ist die Fixierung gegenüber dem Gehäuse (45) aufgehoben. Im Bereich des Antriebs ist eine erste Lagerstelle vorgesehen, während die zweite Lagerstelle von der Welle (7) selbst gebildet wird. Ein Teilbereich des Antriebsstranges ist als torsionssteife Metallfaltenbalgkupplung ausgebildet.

Beschreibung[de]

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 Transportsystemen zu verschiedenen Montage-, Bearbeitungs- oder Prüfstation gelangen.

Nach dem Ablauf vorgegebener Montageschritte sind Drehbewegungen der Welle der Baugruppe durchzuführen, die den nächsten Montageschritt vorbereiten oder zu Prüfzwecken erforderlich sind. Dabei sind verschiedene Daten, wie z. B. hinsichtlich des beim Drehen der Welle auftretenden Schleppmomentes und/oder des zurückgelegten Schleppwinkels für die Überwachung der jeweiligen Montageschritte 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 Verdrehwinkel und Drehmoment bei gleichseitigem Ausgleich von axialen, lateralen und angularen Versätzen.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangsgenannten Art anzugeben, die beim Andocken an die Welle der Baugruppe die unvermeidbaren Versatz-, Abstands- und Winkelfehler ausgleicht sowie die Beeinflussung der Meßgenauigkeit bei der Reibmoment- bzw. Drehwinkelmessung minimiert.

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

Damit wird bei in Spannstellung befindlichen Spannbacken eine kraftschlüssige, verdrehsteife und spielfreie Übertragung der Drehbewegung erzielt. Innerhalb der Ausgleichsgrenzen 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 Reibmoment 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 ausgestatteter Druckzylinder angeordnet ist, daß ein Spannring des Spannkopfes mit mehreren parallel zur Achse der Einrichtung erstreckten Bundbolzen verschraubt ist, daß jedem Bundbolzen ein Tellerfederpaket zugeordnet ist, das an einer Stirnseite eines vom Bundbolzen durchsetzten Zentrierstückes zur Anlage kommt.

Auch dieses Zusammenspiel von Tellerfederpaket und Druckzylinder 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 Offenstellung 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 hergestellt.

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

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

Zur Positionsanzeige des Druckzylinders dient ein in Zusammenhang mit einem Stellungsanzeiger wirkender Gelenkhebel.

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 größeren Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung, die einen eine Verdrehbewegung um einen vorgebbaren Winkel ausführenden Antriebsstrang aufweist, der aus einem Spannkopf 1, einer Metallfaltenbalgkupplung 2, einer Antriebswelle 3 und einem Zahnriementrieb 4 besteht. Der Spannkopf 1 besteht aus einem Spannring 5, der konisch zulaufende Innenflächen 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 Baugruppe eine kraftschlüssige Verbindung ein, um deren Verdrehbewegung 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 Verbindungsstück 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 ausgebildeten Meßgeber, zur Anzeige der Verdrehbewegung der Antriebswelle 3 und damit der Welle 7. An ihrem dem Zwischenstück 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 Zahnriementriebes 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 Kugellagerung 30 angeordnet. Der Ring 29 ist über mehrere Schrauben 31 mit einem Gestell 32 verbunden, das lediglich in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Mit einer zweiten Schraube 33 ist das Gestell mit einer Halterung 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 Aufhängung 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 geführt. 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 Rückstellbewegung des Druckzylinders 47, der in einer Stiftverbindung 51 zusätzlich geführt ist. Ein Druckring 52 ist mit einer Schraube 53 mit dem Druckzylinder 47 verbunden. Über einen Gelenkhebel 54 ist die jeweilige Position 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 dargestellten Montage- oder Transportband herangeführte Baugruppe, wie z. B. ein Motor, eine Pumpe, ein Getriebe oder eine ähnlich rotierender Baugruppe, ist zum Zwecke einer Schleppbewegung der Welle 7 der jeweiligen Baugruppe 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. Erreicht wird diese Position durch Beaufschlagen des pneumatischen 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 Abdeckring 49 nahezu auf gebraucht. Der mit dem Druckzylinder 47 verbundene Druckring 52 verschiebt im Rahmen dieser Bewegung 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 Bundbolzen 9 bewegbaren Zentrierringes 8 mit einer Schrägfläche seines Bundes 58 an einer Schrägfläche eines am Gehäuse 45 der kardanischen Aufhängung 39 abgestützten Distanzringes 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 fixiert.

Beim ersten Schritt des Andockvorganges stößt die anzudockende Welle 8 mit ihrer Stirnseite an eine Planfläche 60 (Fig. 2) der Spannbacken 6. Dabei gleicht die kardanische Aufhängung 39 im realen Einsatz zwangsläufig auftretende 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 Andockvorganges 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 Spannkopf 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 angetrieben werden. Neben der einseitig gelagerten Antriebswelle bildet die anzuschleppende Welle 7 die Lagerung für den Spannkopf 1. Da somit zwischen der Drehmomentmeßstelle 35 bzw. dem Drehwinkelgeber 22 und der Welle 7 keine Lagerstelle des Spannkopfes 1 vorhanden ist, wird das Auftreten einer das Reibmoment der Welle verfälschenden Scheinreibung verhindert. Ferner wird innerhalb der Ausgleichsgrenzen der eingesetzten Metallfaltenbalgkupplung die durch den Lage- und Winkelversatz hervorgerufenen Spannungen auf die angeschleppte Welle 7 minimiert. Die zur Montage und/oder Prüfung zu der Welle 7 gehörenden Baugruppen erforderliche Drehbewegung der Welle 7 wird von dem Zahnriementrieb 4 durchgeführt. Die alternativ oder gemeinsam der Antriebswelle zugeordneten Drehwinkelgeber 22 oder Drehmomentmeßstelle 35 überwachen den Schleppmoment- und Schleppwinkelwert der Welle 7 und leiten die Werte an eine nicht dargestellte Datensammelstelle weiter.


Anspruch[de]
  1. 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 Antrieb (4) für die Drehbewegung des Spannkopf es aufweist, daß in gelöstem Zustand des Spannkopf es (1) derselbe radial und axial gegenüber dem kardanisch aufgehängten Gehäuse (45) fixiert ist, daß bei in Spannstellung befindlichem Spannkopf (1) die Fixierung gegenüber dem Gehäuse (45) aufgehoben ist, wobei ein vom Antrieb bis zum Spannkopf 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 Antriebsstranges als an sich bekannte torsionssteife Metallfaltenbalgkupplung (2) ausgebildet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 erstreckten Bundbolzen (9) verschraubt ist, daß jedem Bundbolzen ein Tellerfederpaket (10) zugeordnet ist, das an einer Stirnseite eines vom Bundbolzen durchsetzten Zentrierstückes (8) zur Anlage kommt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Beaufschlagung des Druckzylinders (47) mit Druckmedium eine Bewegung des Druckzylinders in Richtung Spannring (5) erfolgt, wobei die Spannbacken (6) in Offenstellung gelangen und die Fixierung zwischen Spannkopf (1) und Gehäuse (45) der kardanischen Aufhängung (39) durch Kontakt zwischen dem Druckring (52) und dem Spannring (5) sowie zwischen dem Zentrierstück (8) und einem Distanzring (59) des Gehäuses (45) hergestellt ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei drucklosem Druckzylinder (47) eine von dem Tellerfederpaket (19) veranlaßte Spannbewegung der Spannbacken (1) erfolgt, wobei nach Beendigung der Spannbewegung zwischen dem Spannring (5) und dem Druckring (52) sowie zwischen dem Distanzring (59) und dem Zentrierstück (8) ein Spalt (26) gebildet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem Abdeckring (49) ein Gelenkhebel (54) zugeordnet ist, der zusammen mit einem Stellungsanzeiger (55) die Position des Druckzylinders (47) anzeigt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfaltenbalgkupplung (2) zwischen dem Zentrierstück (8) des Spannkopfes (1) und einem Zwischenstück (14) angeordnet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (14) von der Antriebswelle (3) durchsetzt ist und eine formschlüssige Paßfederverbindung (16) diesen beiden Teilen zugeordnet ist.
  8. 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. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kardanische Aufhängung (39) über eine Konsole (38) an einem Gestell (32) befestigt ist.






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