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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung
zum Befestigen eines Motorzylinderkopfes für den Prozess des Bearbeitens der
Ventilsitze des Zylinderkopfes und insbesondere auf eine Universal-Kipp-Zylinderkopfspannvorrichtung
gemäß Anspruch
1, die drehbar und kippbar ist und die eine Einrichtung zum Palettieren
des Vorbereitungsprozesses eines Zylinderkopfes zur Verfügung stellt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Einspannen
eines Motorzylinderkopfes gemäß Anspruch
11.
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Das
Bearbeiten der Ventilsitze in einem Zylinderkopf erfordert das sichere
Befestigen des Zylinderkopfes in einer Position unter einer Bearbeitungsvorrichtung.
Ventilsitzbohrungsführungen
eines Zylinderkopfes können
winklig in einer Vielzahl von Richtungen angeordnet sein. Somit
muss, um das Bearbeitungswerkzeug mit einer Ventilsitzbohrungsführung auszurichten,
das Bearbeitungswerkzeug entweder in der Lage sein, im Winkel und
in der Höhe eingestellt
zu werden, oder der Zylinderkopf muss durch Verwendung einer einstellbaren
Zylinderkopfhalterung in Ausrichtung positioniert werden. Zylinderkopfspannvorrichtungen,
die im Fachgebiet bekannt sind, weisen eine eingeschränkte Bewegbarkeit
des Zylinderkopfes auf. Eine typische, dem Stand der Technik entsprechende,
Zylinderkopfspannvorrichtung kann das Verdrehen des Zylinderkopfes
einschränken.
Das vertikale oder Höhenpositionieren
des Zylinderkopfes erfordert eine manuelle Einstellung der Spannvorrichtung,
die oft mühsam und
zeitaufwändig
ist. Weiterhin sind diese Systeme keine zweckdienlichen und schnellen
Einrich tungen für
das Kippen des Zylinderkopfes in Längsrichtung oder zur Seite.
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Die
korrekte Ausrichtung der Ventilsitzbohrungsführung wird oft nicht beim ersten
Ausrichtversuch erreicht. Dem Stand der Technik entsprechende Zylinderkopfspannvorrichtungen
sind nicht dazu ausgestaltetet, Mechanismen für Feineinstellungen bereit
zu stellen. Somit müssen,
wenn keine korrekte Ausrichtung erreicht wird, die Konstruktionselemente der
Spannvorrichtung manuell gelöst
werden, um eine neue Grobeinstellung vorzunehmen, welche annähernd der
korrekten Einstellung entspricht. Der Anwender ist dann auf die
Bearbeitungsmaschine angewiesen, um eine präzise Ausrichtung zu erreichen. Bearbeitungsmaschinen,
die keine Feineinstellungsmöglichkeit
aufweisen, sind auf den Ausrichtmechanismus der Zylinderkopfspannvorrichtung
angewiesen.
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Eine
Maschinenwerkstatt hat oft eine Anzahl von in einer Linie angeordneten
Zylinderköpfen
zu bearbeiten. Die dem Stand der Technik entsprechenden Zylinderkopfspannsysteme
erfordern einen zeitlich aufeinanderfolgenden Prozess des Anordnens eines
Zylinderkopfes in einer Spannvorrichtung, des Einstellens des Zylinderkopfes,
wenn das möglich
ist, des Bearbeitens des Zylinderkopfes und des Entfernens des Zylinderkopfes
aus der Spannvorrichtung. Im Stand der Technik gibt es keine Einrichtung,
um diesen Prozess zu beschleunigen, die es erlaubt, jede Anzahl
von Zylinderköpfen
für das
Bearbeiten getrennt von der Spannvorrichtung vorzubereiten, während ein
anderer Zylinderkopf bearbeitet wird.
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Die
dem Stand der Technik entsprechenden Zylinderkopfspannvorrichtungen
stellen keine zweckmäßige und
schnelle Einrichtung zum Einstellen des Drehwinkels, der vertikalen
Höhe, des
Kippens in Längsrichtung
und des seitlichen Kippens des Zylinderkopfes zur Verfügung. Weiterhin
wird im Stand der Technik kein Verfahren zum Palettieren von Zylinderköpfen zum
Bearbeiten zur Verfügung
gestellt. Bei diesen Mängeln
im Fachgebiet ist es erwünscht,
eine Spannvorrichtung für
einen Zylinderkopf zur Verfügung
zu stellen, die Einstellmöglichkeiten
für das Drehen,
die Höhe
und das Kippen bietet. Weiterhin ist es erwünscht, eine Einrichtung zum
Vorbereiten eines Zylinderkopfes für das schnelle Einsetzen in eine
Spannvorrichtung zur Verfügung
zu stellen.
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Zwei
bekannte Zylinderkopfspannvorrichtungen sind in
US 4,414,723 und
US 5,741,111 dargestellt. Sowohl
US 4,414,723 als auch
US 5,741,111 beziehen sich
auf Zylinderkopfspannvorrichtungen, die ein Werkstück auf einer
Arbeitsoberfläche
mittels einer Spannvorrichtung aufspannen können, die an der Arbeitsoberfläche anbringbar
ist, wobei die Spannvorrichtung eine erste und zweite Trägerbasis aufweist,
um das Werkstück
zu tragen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopfträger zur
Verfügung
zu stellen, der die vollständige
Verdrehung, d.h. 360°,
eines Zylinderkopfes zulässt,
wodurch der Zylinderkopf bis zu einem festgelegten Winkel gedreht
und in seiner Position festgestellt werden kann. Es ist ein anderer Vorteil,
einen Zylinderkopfträger
zur Verfügung
zu stellen, der die Höhe
des Zylinderkopfes vertikal einstellt. Es ist ein noch anderer Vorteil,
einen Träger
zur Verfügung
zu stellen, der Einrichtungen zum Kippen des Zylinderkopfes zur
Seite oder für
das Kippen einer einzelnen Ecke des Zylinderkopfes aufweist. Es ist
ein weiterer Vorteil, ein Zylinderkopfträgersystem zur Verfügung zu
stellen, das ein „Palettieren„ der Zylinderköpfe ermöglicht.
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Die
Spannvorrichtung des Ausführungsbeispiels
ist auf einer Arbeitsoberfläche
einer Bearbeitungsvorrichtung bewegbar und trägt einen Zylinderkopf an einer
Position unter einem Bearbeitungswerkzeug der Bearbeitungsvorrichtung.
Die Spannvorrichtung weist zwei vertikale Träger für das Tragen der gegenüberliegenden
Enden eines Zylinderkopfes auf, so dass der Zylinderkopf zwischen
dem ersten und zweiten vertikalen Träger angeordnet und aufge hängt ist.
Der erste und der zweite vertikale Träger können unabhängig voneinander oder zusammenwirkend
betätigt
werden. Das gleichzeitige Betätigen der
vertikalen Träger
ergibt ein gleichmäßiges, d.h. im
Wesentlichen horizontales, Anheben oder Absenken des Zylinderkopfes.
Das Anheben oder Absenken entweder des ersten vertikalen Trägers oder
des zweiten vertikalen Trägers
bewirkt das Kippen des Zylinderkopfes in Längsrichtung.
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Der
erste vertikale Träger
nimmt eine Verlängerung
einer ersten Befestigungseinrichtung auf, die an einem ersten Ende
eines Zylinderkopfes anbringbar ist, und ein zweiter vertikaler
Träger
nimmt eine Verlängerung
der zweiten Befestigungseinrichtung auf, die an dem zweiten Ende
eines Zylinderkopfes anbringbar ist. Die erste und die zweite Befestigungseinrichtung
können
Bestandteil einer einzigen Befestigungseinheit sein, oder es kann
sich um getrennte oder trennbare Einrichtungen handeln. In dem Ausführungsbeispiel
sind die Verlängerungen
der ersten und der zweiten Befestigungseinrichtung, oder die Zylinderkopfstützelemente,
zylindrische Spindeln. Der Zylinderkopf und die Befestigungseinrichtungen bilden
eine palettierbare Einheit, die getrennt von der Spannvorrichtung
vorbereitet und später
der Spannvorrichtung zugeführt
werden kann, wenn es erforderlich ist. Somit können ein zusätzlicher
Zylinderkopf oder mehrere zusätzliche
Zylinderköpfe „palettiert„, d.h.
für die
Verwendung und das schnelle Einsetzen in die Spannvorrichtung vorbereitet
werden, während
die Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der Ventilsitze eines
anderen Zylinderkopfes verwendet wird.
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Jeder
der ersten und zweiten vertikalen Träger weist einen Spannblock
auf, der einen oberen und einen unteren Spannblock umfasst. In einem ausgesparten
Bereich des oberen Spannblocks und in einem entsprechend ausgesparten
Bereich des unteren Spannblocks ist eine Spindelöffnung ausgebildet, so dass,
wenn der obere und der untere Spannblock zusammengepasst werden,
die ausgesparten Bereiche die Spindelöffnung für das Aufnehmen einer Spindel
des Zylinderkopfstützwinkels
bilden.
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Die
oberen und die unteren Spannblöcke
lassen sich öffnen,
um das Anordnen der Spindeln der palettierbaren Einheit auf den
ausgesparten Bereichen der unteren Spannblöcke zu erlauben. In dem Ausführungsbeispiel
sind die oberen und die unteren Spannblöcke gelenkig so angebracht,
dass der obere Spannblock um einen Spannzapfen in die offene Stellung
schwenkt. Ein Feststellmechanismus, beispielsweise eine Hebel- oder
Nockenanordnung, bewirkt, dass die Spindel der Befestigungseinrichtung zwischen
dem oberen Spannblock und dem unteren Spannblock sicher festgestellt
wird. Es ist nicht erforderlich, dass die oberen und unteren Spannblöcke gelenkig
angebracht sind. In einer alternativen Ausführung können z.B. die oberen und unteren
Spannblöcke
vertikal trennbar sein, um zuzulassen, dass die Spindeln der Zylinderkopfstützelemente
auf den unteren Spannblöcken
angeordnet werden können.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet zylindrische Spindeln, die um 360° in der Spindelöffnung zwischen
den oberen und den unteren Spannblöcken drehbar sind. Nachdem
der Zylinderkopf in eine gewünschte
Verdrehposition gedreht ist, stellt der Feststellmechanismus die
Spindeln der Befestigungseinrichtungen in ihrer Position durch festes
Einklemmen der Spindeln zwischen den oberen und unteren Spannblöcken fest.
Der Feststellmechanismus kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch
oder elektrisch sein.
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In
dem Ausführungsbeispiel
ist ein Spannband auf jeder Spindel an der Position der Spindelöffnung so
angeordnet, dass der obere und der untere Spannblock um jedes Spannband
schließt,
welches wiederum straff um jede Spindel schließt, wenn der Feststellmechanismus
in Eingriff gebracht ist. Die Spannbänder, die verwendet werden,
um zu verhindern, dass die Spindeln rutschen und sich aus der gewünschten
Verdrehposition herausdrehen, sind sphärisch geformte Verbindungselemente,
die eingekerbt sind, um es dem Spannband zu erlauben, sich radial
auf einen kleineren Durchmesser zusammenzuziehen, wenn Druck auf
die Außenseite
der Bänder ausgeübt wird.
Wenn kein Druck mehr ausgeübt
wird, erweitert sich das Spannband auf seinen ursprünglichen
Durchmesser. Das Band kann aus jedem Material hergestellt sein,
beispielsweise aus einer Eisenlegierung, die ausreichend elastisch
ist, um zu sichern, dass sich die Spannbänder auf ihre ursprüngliche Form
ausweiten, nachdem kein Druck mehr ausgeübt wird.
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Die
Spannblöcke
jeder der vertikalen Träger sind
vertikal einstellbar, so dass der Zylinderkopf auf eine gewünschte vertikale
Höhe angehoben
und abgesenkt werden kann. Die vertikale Einstellung jedes Spannblocks
ist unabhängig
betätigbar,
so dass der Zylinderkopf in Längsrichtung
gekippt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel
wird jeder Spannblock auf zwei Säulen
getragen, aufweisend eine erste Säule, die einer Bedienungsperson
der Bearbeitungsvorrichtung am nächsten
ist, und eine zweite Säule,
die benachbart zu der ersten Säule
angeordnet ist. Jede Säule
kann unabhängig
von jeder anderen Säule
in den Spannvorrichtung angehoben oder abgesenkt werden, um den
Zylinderkopf in jede Richtung zu kippen. Daher kann der Zylinderkopf
in einer Ebene horizontal zu der Arbeitsoberfläche angehoben oder abgesenkt,
in Längsrichtung
gekippt und zur Seite gekippt werden. Die Möglichkeit des seitlichen Kippens
ermöglicht
eine Feineinstellung des Verdrehwinkels des Zylinderkopfes. Die
vorliegende Ausführung
erlaubt weiterhin, einen Eckbereich des Zylinderkopfes anzuheben
oder abzusenken.
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In
dem Ausführungsbeispiel
ist ein Paar von Gasfedern sowohl an dem ersten vertikalen Träger als
auch an dem zweiten vertikalen Träger von dem Spannblock zu der
Trägerbasis
befestigt. Die Gasfedern liefern eine konstante, nach oben gerichtete Vorspannung
auf die Spannblöcke.
Um die vertikale Position des Zylinderkopfes einzustellen, wird
ein nach unten gerichteter Druck auf den Zylinderkopf oder auf die
oberen Oberflächen
des Spannblocks ausgeübt,
um zu bewirken, dass der Spannblock abgesenkt wird, wenn die Säulen abgesenkt
werden. Ein Druck, der auf ein Ende des Zylinderkopfes oder auf
einen einzelnen Spannblock ausgeübt
wird, senkt die Säulen
ab, die benachbart zu dem abwärts
gerichteten Druck angeordnet sind. Gleichermaßen senkt Druck, der auf die
Mitte des Zylinderkopfes ausgeübt
wird, den gesamten Zylinderkopf gleichmäßig ab. Nachdem die gewünschten
vertikalen Einstellungen des Zylinderkopfes abgeschlossen sind,
wird die Feststellanordnung aktiviert, um die Säulen in der gewünschten
Position festzustellen. Der Zylinderkopf kann durch Freigeben der
Feststellanordnung und Ausüben
eines nach unten gerichteten Drucks auf den Zylinderkopf neu positioniert
werden. Das Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet einen pneumatisch gesteuerten Säulenfeststellmechanismus.
In anderen Ausführungen
können
die Säulenfeststellmechanismen
mechanisch, hydraulisch, elektrisch sein, oder jeder andere Feststellmechanismus
der im Fachgebiet bekannt ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Das
Verstehen der vorliegenden Erfindung wird durch die nachfolgende
ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen erleichtert, wobei die Zeichnungen zeigen in
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1 eine
Seitenansicht einer Spannvorrichtung der bevorzugten Ausführung;
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2 einen
Querschnitt einer Säule
der Spannvorrichtung von 1;
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3 eine
Vorderansicht eines Zylinderkopfes, der durch eine Befestigungseinrichtung
getragen wird, die in eine Spannvorrichtung eingesetzt ist;
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4 ein
sphärisches
Spannband, das in einer sphärischen
Spannvorrichtung positioniert ist;
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5a bis 5C das
Kippen des in eine Spannvorrichtung eingesetzten Zylinderkopfes
in Längsrichtung,
wobei 5a den im Wesent lichen in einer
horizontalen Ebene positionierten Zylinderkopf zeigt, 5b den
an einem ersten Ende gekippten Zylinderkopf zeigt und 5c den
an einem zweiten Ende gekippten Zylinderkopf zeigt;
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6 eine
Perspektivansicht einer Spannvorrichtung einer anderen Ausführung;
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7 eine
Seitenansicht einer mechanischen Einrichtung zum Absenken wenigstens
einer Säule
der Spannvorrichtung;
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8 eine
Seitenansicht einer anderen Ausführung
einer Trägerstruktur,
die einen schwenkbaren Spannblock aufweist; und
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9 eine
andere Ausführung
einer sphärischen
Federspannhülse.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungen
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Die
Spannvorrichtung der bevorzugten Aufführung kann in Verbindung mit
einer Zylinderkopfbearbeitungsmaschine, jedoch auch für das Tragen
eines Werkstücks
jeder Art verwendet werden. Die Spannvorrichtung weist zwei Trägerstrukturen
auf, die horizontal auf einer Arbeitsoberfläche bewegbar sind und die verwendet
werden können,
um einen Zylinderkopf unter dem Bearbeitungswerkzeug aufzuhängen. Die
Spannvorrichtung stellt Einrichtungen zur Verfügung, um den Zylinderkopf zu
kippen, anzuheben und abzusenken und ihn zu drehen, um das Ausrichten
jeder Ventilführung
in einem Zylinderkopf mit der Achse des Bearbeitungswerkzeugs zu
erleichtern.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer von zwei Trägerstrukturen 32 der
Spannvorrichtung der bevorzugten Ausführung. Die Basis 40 der
Trägerstruktur 32 sitzt
auf der Arbeitsoberfläche 30 der
Bearbeitungsmaschine auf. Die Arbeitsoberfläche 30 ist in 1 in
Form paralleler Schienen dargestellt, kann jedoch jede Oberfläche sein,
die eine Einrichtung zum Anbringen einer Trägerstruktur 32 bereit stellt.
Schienen erleichtern die Bewegung eines Zylinderkopfes und der Spannvorrichtung
in einer horizontalen Ebene unter dem Bearbeitungswerkzeug. Die
Trägerstruktur 32 kann
an der Arbeitsoberfläche 30 durch
die Verwendung von Schienenfeststellschrauben 48 oder anderer
geeigneter Mittel zum Verhindern einer Bewegung der Trägerstruktur 32 befestigt
werden.
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Jede
Trägerstruktur 32 weist
einen Basisaufbau 40, Säulen 52 und
einen Spannaufbau 34 auf. Wie in 1 dargestellt,
ruht der Basisaufbau 40 der bevorzugten Ausführung auf
der Arbeitsoberfläche 30 und
weist die Schienenfeststellschrauben 48 auf. Die Säulenkanäle 36 erstrecken
sich durch den Basisaufbau 40 und sind bemessen, um eine
erste und eine zweite Säule 52 aufzunehmen.
Die bevorzugte Ausführung
weist zwei parallele Säulen 52 auf.
Andere Ausführungen
können
jedoch mehr als zwei Säulen
aufweisen.
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Die
Beschreibung der bevorzugten Ausführung von 1 fortsetzend,
sind die Säulen 52 an dem
Spannaufbau 34 so befestigt, dass eine Bewegung der Säulen 52 nach
oben oder nach unten gleichermaßen
den Spannaufbau 34 nach oben oder nach unten bewegt. Der
Spannaufbau 34 weist einen oberen Block 44 auf,
der gelenkig an einem unteren Block 42 an einem Spann-Schwenkpunkt 46 befestigt
ist. In anderen Ausführungen
können
die oberen und die unteren Blöcke
vertikal entlang Verlängerungen
der Säulen
trennbar sein oder einer der oder beide Blöcke können von dem Spannblock abnehmbar sein.
Das Schwenken des oberen Blocks 44 von dem unteren Block 42 der
bevorzugten Ausführung
stellt jedoch einen ungehinderten Zutritt zu einem sphärisch ausgesparten
Bereich 60 des unteren Blocks 42 zur Verfügung.
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Der
obere Block 44 und der untere Block 42 der bevorzugten
Ausführung
weisen sphärisch
ausgesparte Bereiche 58, 60 auf, die eine sphärische Öffnung 38 bilden,
wenn der obere Block 44 gelenkig auf den unteren Block 42 geschlossen
wird. Die sphärische Öffnung 38 bildet
einen Sitz für
eine sphärische
Spannhülse 62, die
hierin auch als Spannband bezeichnet ist. Die sphärische Federspannhülse 62 passt
auf die Spindel 64 einer Befestigungseinrichtung, die an
einem Ende eines Zylinderkopfes anbringbar ist.
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Die
Art und Weise, in welcher ein Zylinderkopf durch ein Paar von Trägerstrukturen 32 in
Position gehalten wird, ist in 3 dargestellt.
Eine erste Befestigungseinrichtung 114 und eine zweite
Befestigungseinrichtung 112 sind an den gegenüberliegenden
Enden eines Zylinderkopfes 118 befestigt. Die Befestigungseinrichtungen 112, 114 weisen
Spindeln 110, 108 auf, die sich von den Befestigungseinrichtungen 112, 114 nach
außen
erstrecken. Die Spindeln 110, 108 sind in Lagersitze
eingesetzt, die aus den oberen Lagersitzen 100, 104 und
den unteren Lagersitzen 102, 106 bestehen, die
an den Säulen 116 befestigt
sind. Die Spindel von 3 ist in eine Richtung im Uhrzeigersinn
oder in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn frei drehbar, d.h.
um 360°, wie
es durch R angezeigt ist, wenn die Lagersitze nicht um die Spindel
angezogen sind. Nachdem der Zylinderkopf 118 in eine gewünschte Position
gedreht und/oder gekippt ist, werden die oberen Blöcke 100, 104 eingespannt
und an den unteren Blöcken 102, 106 festgestellt,
wodurch die Spindeln 108, 110 in ihrer Position
eingespannt werden. Ein festes Einklemmen der Spindeln 108, 110,
um einen Schlupf zu verhindern, erfolgt durch Verwendung einer sphärischen
Federspannhülse 120,
die in eine sphärische Aussparung
des Lagersitzes eingesetzt werden kann, wie es In 4 dargestellt
ist. Die sphärische Federspannhülse 120 ist
eine kugelförmige
Spannhülse,
die auf die Spindel 108 passt und als Kugelschale mit gegenüberliegenden
Spindelöffnungen oder
als Kugel mit einem Kanal ausgebildet sein kann. Jede Ausführung der
sphärischen
Federspannhülse 120 weist
Schlitze 122 auf, die sich abwechselnd von einer Spindelöffnung zur
gegenüberliegenden
Spindelöffnung
erstrecken, jedoch kurz davor enden. Die Schlitze 122 erlauben
es der sphärischen
Federspannhülse 120 sich
zusammenzuziehen und dabei die Spindel 108 festzuziehen,
wenn der obere Block 100 eingepasst und an dem unteren Block 102 festge stellt
wird. Die Anzahl der abwechselnden Schlitze 122 kann gemäß der Größe der sphärischen
Federspannhülse 120 und/oder
der Elastizität
des Materials, welches die Spannhülse 120 bildet, variieren.
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Wieder
auf 1 Bezug nehmend, muss, um einen radialen, zusammenziehenden,
nach innen gerichteten Druck auf die sphärische Federspannhülse 62 auszuüben, der
den Schlitz 74 zwingt, sich nach innen zu schließen, die
sphärische
Federspannhülse 62 im
Durchmesser geringfügig
größer sein,
als der Innendurchmesser der sphärischen Öffnung 38,
die gebildet wird, wenn der sphärisch
ausgesparte Bereich des oberen Blocks 44 in den sphärisch ausgesparten
Bereich 60 des unteren Blocks 42 eingepasst wird.
Weiterhin muss der obere Block 44 in seiner Position zu
dem unteren Block 42 durch einen Feststellmechanismus 54 festgestellt
werden. Die bevorzugte Ausführung
verwendet einen Hebelfeststellmechanismus 54, der einen
Feststelldruck bereit stellt, der den oberen Block 44 zu
dem unteren Block 42 zwingt. Der Feststellmechanismus 54 schwenkt
auf einem Feststellmechanismuszapfen 56, um die sphärische Federspannhülse 62 aus
einem zusammengezogenen Zustand freizugeben und um es dem oberen
Block 44 zu erlauben, von dem unteren Block 42 auf
dem Einspannzapfen 46 in die offene Stellung zu schwenken.
Andere Ausführungen können Variationen
der mechanischen Feststellmechanismen verwenden, wie es durch den
Feststellmechanismus 14 in 6 dargestellt
ist. Die oberen und die unteren Blöcke 44, 42 können auch
pneumatische, hydraulische oder elektrische Feststelleinrichtungen
verwenden.
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Die
sphärische
Federspannhülse 62 der
bevorzugten Ausführung
ist so dargestellt, dass sie eine zylindrische Spindel 64 aufnimmt.
Wie in 3 und 4 dargestellt, wird das Drehen
des Zylinderkopfes 118 durch die sphärische Federspannhülse 120 erleichtert
und nicht so sehr durch die Form der Spindel 108.
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5a bis 5c zeigen
die weiteren Vorteile einer sphärischen
Federspannhülse.
Zusätzlich dazu,
dass sie einen Drehpunkt dar stellt und einen Einspanndruck liefert,
um die Spindeln 88 in einer gewünschten Verdrehposition festzuhalten,
erlauben es die sphärischen
Federspannhülsen 86 einem
Zylinderkopf 84 auch in Längsrichtung gekippt zu werden. 5a zeigt
einen Zylinderkopf 84, der zwischen den Lagersitzen 80 und 82 aufgehängt ist.
Die Säulen 94 und 92 sind
gleich weit ausgefahren, um den Zylinderkopf 84 in einer
Ebene zu halten, die parallel zu der Arbeitsoberfläche 90 verläuft. In 5b ist
die Säule 94 nach
oben ausgefahren, um ein erstes Ende des Zylinderkopfes 84 anzuheben.
Wenn die Säule
angehoben ist, drehen sich die sphärischen Federspannhülsen 86 in
den sphärischen Öffnungen der
Lagersitze 80, 82. Nachdem die gewünschte Verdrehung
und Neigung des Zylinderkopfes 84 erreicht ist, werden
die Lagersitze 80, 82 und die Säulen 92, 94 durch
Feststellmechanismen in ihrer Position festgestellt. 5c zeigt
die Säule 94 in
einer nahezu nicht ausgefahrenen Position, was bewirkt, dass ein zweites
Ende des Zylinderkopfes 84 über ein erstes Ende angehoben
wird. In der bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung können
die Säulen 94 und 92 gleichzeitig
oder getrennt angehoben oder abgesenkt werden.
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In
der bevorzugten Ausführung
zeigen 5a bis 5c die
vorderen Säulen 94, 92 einer Zweisäulen-Trägerstruktur,
wobei die zweiten Säulen hinter
den vorderen Säulen 94, 92 verdeckt
sind. 5a bis 5c können auch
so angesehen werden, dass sie eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung sind,
die Einsäulen-Trägerstrukturen 94, 92 aufweist.
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Wiederum
auf 1 Bezug nehmend, können die Säulen 52 der Trägerstruktur 32 sich
bis zu einer ausgefahrenen Höhe
nach oben erstrecken, die durch die Säulenlänge und die Ausfahrgrenze der nach
oben vorgespannten Komponente(n) der Struktur 32 bestimmt
wird. 1 zeigt die Säulen 52 in
einer nicht ausgefahrenen Stellung. Die nach oben vorgespannten
Komponenten der bevorzugten Ausführung
sind Gasfedern 66. Wenn die Säulen 52 sich in einem
nicht festgestellten Zustand befinden, heben die Gasfedern 66 den Lagersitz 34 und
das entsprechende Ende des getragenen Zylinderkopfes bis zu einer
vollständigen
Verlängerung,
die von der Länge der
ausgefahrenen Gasfeder 66 abhängig ist. Der Zylinderkopf
wird durch Ausüben
eines nach unten gerichteten Drucks auf den Zylinderkopf abgesenkt.
Der nach unten gerichtete Druck überwindet
die Vorspannung der Gasfedern 66 und bewirkt, dass die
Säulen 52 nach
unten in die Säulenkanäle 36 gleiten.
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Wenn
der Zylinderkopf in einer gewünschten Höhe positioniert
ist, werden die Säulen 52 in
ihrer Position unter Verwendung von Feststellmechanismen festgestellt,
wodurch sie die gewünschte
Zylinderkopfhöhe
feststellen und sichern. Die Höhe
kann durch Freigeben der Säulenfeststellmechanismen eingestellt
werden, wodurch es der nach oben gerichteten Vorspannung erlaubt
wird, eine nach oben gerichtete Kraft auszuüben. Der Anwender übt dann
erneut einen nach unten gerichteten Druck aus, indem er nach unten
auf den Zylinderkopf drückt,
bis die alternative gewünschte
Höhe erreicht
ist.
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Der
Säulenfeststellmechanismus
der bevorzugten Ausführung
ist in 1 dargestellt. Die Federspannhülsen 68 sind konzentrisch
mit den Säulenkanälen 36 und
benachbart einer oberen Oberfläche 41 des
Basisaufbaus 40 positioniert. Die Spannhülsenplatte 50 quetscht
und drückt
die Spannhülsen 68 in
die Säulen 52,
wodurch sie in einer gewünschten
Position festgestellt werden. Die festgestellte Position der bevorzugten
Ausführung
ist der Normaloder „Ruhe„-Zustand
der Spannvorrichtung. Um die Säulen 52 aus
der festgestellten Position freizugeben, wird Luft in den Lufteinlass 70 eingeführt, um den
Kolben 72 zu aktivieren. Der Kolben 72 hebt die Spannhülsenplatte 50 an
und erlaubt es den Federspannhülsen 68 sich
auszudehnen und die Säulen 52 freizugeben.
Um die Säulen 52 erneut
festzustellen, wird der Luftdruck in dem Kolben 72 aufgehoben
und die Spannhülsenplatte 50 senkt
sich ab und übt
erneut einen Druck nach innen auf die Federspannhülsen 68 aus,
die dann die Säulen
in ihrer gewünschten Höhenposition
festhalten.
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In
anderen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung kann die Spannhülsenplatte 50 angehoben werden,
um die Säulen 52 durch
hydraulische, elektrische oder mechanische Anordnungen oder durch eine
Variation des vorher beschriebenen pneumatischen Systems freizugeben.
Außerdem
ist es nicht notwendig, ein auf einer Federspannhülse basierendes
Feststellsystem zu verwenden. So können zum Beispiel die Säulen durch
ein Getriebesystem oder durch jedes äquivalente mechanische, hydraulische, pneumatische
oder elektrische System festgestellt werden, das ausgestaltet werden
kann, die Säulen 52 festzustellen
und freizugeben.
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Wie
in 5a bis 5c dargestellt
ist, kann der Motorzylinderkopf 84 in Längsrichtung gekippt werden.
Das Kippen des Zylinderkopfes erfordert eine unabhängige Betätigung der
Säulen 94 und 92. In
der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführung steuert
das pneumatische System die Kolben 72 der ersten und der
zweiten Trägerstruktur 32,
welche die gegenüberliegenden
Enden des Zylinderkopfes trägt.
Um zu verhindern, dass die Säulen 68 einer Trägerstruktur 32 angehoben
werden, wenn die Spannhülsenplatte
angehoben wird, kann ein Anschlagstift 76, wie er in 1 dargestellt
ist, verwendet werden. 2 zeigt einen Querschnitt einer
Säule 52 der
Spannvorrichtung. Der Anschlagstift 76 erstreckt sich von
der Basis 40 und kann nach außen gezogen werden, um den
Anschlagstift 76 aus einer Säulenvertiefung 77 freizugeben.
Die Säulenvertiefung 77 ist
mit dem Anschlagstift 76 ausgerichtet, wenn die Säule 52 sich
in einer nicht ausgefahrenen Position befindet. Somit kann, wenn
die pneumatische Anordnung die Spannhülsenplatten 50 der
ersten und der zweiten Trägerstruktur 32 anhebt,
die nach oben gerichtete Vorspannung der Gasfedern 66 die
Lagersitze 34 nicht anheben, wenn die Anschlagstifte 76 nicht
freigegeben sind. Ein Kippen des Zylinderkopfes in Längsrichtung,
wie es in 5a bis 5c dargestellt
ist, kann durch Freigeben eines einzigen Anschlagstiftes 76 entweder
der ersten oder der zweiten Trägerstruktur 32 erreicht
werden.
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In
einer alternativen Ausführung
einer Trägerstruktur,
wie sie in 8 dargestellt ist, sind die Säulen 140 schwenkbar
an dem Lagersitz 142 an gelenkigen Schwenkpunkten 144 angebracht,
um eine unabhängige
Betätigung
der Säulen 140 zu
erlauben. Es kann eine einzelne Ecke des Zylinderkopfes abgesenkt
werden, um ein Kippen des Zylinderkopfes in Längsrichtung und seitlich zu
erreichen, nachdem der gewünschte
Drehwinkel gewählt
worden ist. Ein nach unten gerichteter Druck an einer Ecke des Zylinderkopfes
oder des Lagersitzes 142 bewirkt ein Absenken einer Säule 140,
die dem Ort der Druckausübung
am nächsten
liegt. Die Ausführung
mit seitlicher Neigung bietet eine Feineinstellung des Drehwinkels,
wenn die Spindeln durch einen Spannblockfeststellmechanismus in
ihrer Position festgestellt sind.
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Ein
wahlweiser Griff 78 für
die Spannvorrichtung ist in 1 und in 2 der
bevorzugten Ausführung
dargestellt. Der Griff 78 erlaubt es einem Anwender jede
Trägerstruktur 32 für eine Anzahl
von Anwendungszwecken festzuklemmen, einschließlich für das horizontale Bewegen der
Spannvorrichtung auf der Arbeitsoberfläche 30. In anderen
Ausführungen
kann die horizontale Bewegung der Spannvorrichtung durch einen mechanischen,
elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Bewegungsmechanismus
erleichtert werden, der in die Arbeitsoberfläche integriert ist.
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6 ist
eine perspektivische Zeichnung einer anderen Ausführung einer
Trägerstruktur 2.
Eine Basis 4 ist auf parallelen Schienen einer Arbeitsoberfläche 30 einer
Bearbeitungsvorrichtung gelagert. Die Säulen 22 können in
Säulenkanäle 26 in
der Basis 4 angehoben und abgesenkt werden, wenn eine Feststellmechanismus-Anordnung 28 von
der Basis 4 abgehoben wird, um die Säulen 22 aus einer
festgestellten Position freizugeben. Eine Lagersitzanordnung ist
an den Säulen 22 angebracht
und besteht aus einem oberen Block 8, der an einem Schwenkpunkt 18 mit
einem unteren Block 6 verbunden ist. Die unteren und oberen
Blöcke 8, 6 weisen
sphärisch ausgesparte
Bereiche 16, 20 auf, die eine sphärische Öffnung bilden,
wenn die oberen und unteren Blöcke 8, 6 in
eine geschlossene Position geschwenkt werden. Die sphärische Öffnung nimmt
ein Spannband 10 auf, das so bemessen sein kann, dass es
minimal größer als
die sphärische Öffnung ist.
Somit bewirkt, wenn die Spann-Feststelleinrichtung 14 um
den Feststellzapfen 12 geschwenkt wird, um den oberen Block 8 an
dem unteren Block 6 festzustellen, der auf die Außenseite
des Spannbandes 10 ausgeübte Druck, dass die Spannbandschlitze 28 sich
verengen, wodurch sich das Spannband 10 zusammenzieht.
Das Zusammenziehen des Spannbandes 10 hält eine Spindel (nicht dargestellt)
bei einem gewünschten
Drehwinkel fest. Eine Anordnung für eine nach oben gerichtete
Vorspannung 24 hebt den Lagersitz, wenn die Feststellmechanismus-Anordnung 28 die
Säulen 22 aus
einer festgestellten Position freigibt.
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7 zeigt
eine Seitenansicht einer mechanischen Einrichtung zum Absenken wenigstens
einer Säule 52 der
Spannvorrichtung. Die nach oben gerichtete Vorspannung der Trägerstruktur
kann schwierig zu überwinden
sein, wenn ein Werkstück nicht
auf der Spannanordnung getragen wird, Daher kann eine alternative
Einrichtung zum Absenken der Säule 52 wünschenswert
sein. 7 zeigt ein Beispiel einer Einrichtung, die eine
mechanische Getriebeanordnung verwendet. Ein Bedienerrad 190 dreht ein
Zahnrad 194, dass mit einer Zahnstange 192 zusammenwirkt,
um die Säule 52 abzusenken.
Die Zahnstange 192 kann in die Säule 52 eingearbeitet oder
an der Außenseite
der Säule 52 befestigt
sein. Die in 7 dargestellte mechanische Zahnradanordnung
ist ein Mechanismus für
eine nach unten gerichtete Vorspannung. Eine nach unten gerichtete Vorspannung
kann auch durch andere Systeme bereitgestellt werden, die im Fachgebiet
bekannt sind, einschließlich
elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Systeme.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet eine sphärische Verbindung/Kugel, die
in einem sphärischen
Lagersitz positioniert ist, der an einer vertikal verschiebbaren
Säule angebracht
ist. Die sphärische Verbindung/Kugel
stellt eine Spannvorrichtung zur Verfügung, die einen angebrachten
Zylinderkopf drehen und kippen kann. Ob der Lagersitz eine greiferförmige Öffnung hat
oder ob die sphärische
Verbindung einstückig
mit dem Lagersitz oder der Spindel oder getrennt von diesen ausgestaltet
ist, ist für
die Nützlichkeit
der Erfindung nicht relevant. 9 zeigt einen
ungeteilten Lagersitz 132, der nicht offen sein muss, um
eine Spindelanordnung 130 aufzunehmen. Bei dieser Ausführung ist
die sphärische
Spannhülse 136 Bestandteil
des Lagersitzes und die Spindelanordnung 130 ist in die
Spannhülse
verschiebbar. Ein Spalt 134 in dem Lagersitz 132 erlaubt
es der Spannhülse 136 in
einen nicht festgestellten Zustand zu expandieren. Das Feststellen
des Lagerblocks 132 beinhaltet das Verengen des Spaltes 134 und
dadurch das Zusammenziehen der Spannhülse 136. In einer noch
anderen Ausführung
ist eine sphärische
Spannhülse
Bestandteil der Befestigungseinrichtung, die an dem Zylinderkopf
befestigt ist. Bei dieser Ausführung benötigt das Öffnen des
Lagersitzes, der die sphärische
Spannhülse
aufnimmt, nur eine partielle sphärische
Aussparung. Weiterhin muss sich die Spindel nicht entweder durch
die Spannhülse
oder den Lagersitz erstrecken.
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„Palettieren„ bezieht
sich auf einen zeitsparenden Prozess des Vorbereitens jeder Anzahl
von Zylinderköpfen
zur Bearbeitung. Die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung
zum Vorbereiten von Zylinderköpfen
für das
serielle Einsetzen in eine Spannvorrichtung während der Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung
zur Verfügung.
Der Zylinderkopf und die Befestigungseinrichtungen bilden eine palettierbare
Einheit, die getrennt von der Spannvorrichtung vorbereitet und später, wenn
es erforderlich ist, zu der Spannvorrichtung überführt werden kann.
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Es
ist offensichtlich, dass es weitere Ausführungen gibt, die vorher nicht
erläutert
worden sind, die jedoch deutlich erkennbar in den Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung fallen. Die vorherige Beschreibung und die
Zeichnungen sind daher nur als Beispiel zu betrachten und der Schutzumfang
der Erfindung wird lediglich durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt.