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
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IPC-Nebenklasse |
B23P 19/00
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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.
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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.
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Anspruch[de] |
- 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. 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. 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. 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. 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. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallfaltenbalgkupplung (2) zwischen dem
Zentrierstück (8) des Spannkopfes (1) und einem
Zwischenstück (14) angeordnet ist.
- 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. 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
gekennzeichnet, daß die kardanische Aufhängung (39) über eine
Konsole (38) an einem Gestell (32) befestigt ist.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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