УСТРОЙСТВО ПРОВЕРКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА
CYLINDER HEAD LEAK TESTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится, в целом, к машине и установке для испытания на герметичность головки блока цилиндров, блока цилиндров или аналогичного технического изделия промышленного изготовления, имеющего по меньшей мере одну испытываемую на герметичность полость. Кроме того, настоящее изобретение относится к применению указанной машины и установки при испытании на герметичность деталей промышленного изготовления и к промышленному способу испытания на герметичность, в частности металлических изделий, изготовленных из литых заготовок. В данном документе термины "испытание на герметичность" и "испытание на утечку" тождественны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При промышленном производстве двигателей внутреннего сгорания изделия, имеющие объем пустот или, соответственно, полость, в частности головка блока цилиндров и блок цилиндров или, соответственно, картер двигателя, после обработки резанием, как правило, проверяют на негерметичность различных полостей в машине для испытания на герметичность. Только таким образом обеспечивается надлежащее функционирование готового двигателя, поскольку такие изделия или, соответственно, детали, в большинстве случаев изготовленные из литых заготовок, по технологическим причинам могут иметь критические негерметичности полостей, например, обусловленные литейными дефектами поры или трещины. В случае негерметичности камеры сжатия или, соответственно, полости деталь под рабочим давлением откажет полностью или частично. Это относится как к смазочной системе, так и в частности к более тонко разветвленной системе каналов для охлаждающей жидкости. Перед последующей обработкой или, соответственно, окончательной сборкой каждое изделие целесообразно проверять на герметичность соответствующей полости. В особенности это относится к случаю небольшой толщины стенок из отлитого под давлением алюминия (из-за уменьшения массы, желательного для уменьшения выбросов), но это относится и к обычному изготовлению из серого чугуна.
Например, если система охлаждения негерметична, охлаждающая жидкость может попасть в камеру сгорания или контур смазки. Из-за этого в зависимости от величины утечки может существенно сократиться срок службы двигателя, или двигатель может в короткий срок разрушиться. Из-за затрат последующая замена негерметичной головки блока цилиндров или блока цилиндров была бы неоправданной. Поэтому негерметичные компоненты должны быть отсортированы и исключены из окончательной сборки двигателя внутреннего сгорания как брак, или дефекты этих компонентов должны быть устранены, а сами компоненты испытаны снова. Соответствующее испытание на герметичность является основным назначением машины для испытания на герметичность рассматриваемого типа.
Машина для испытания на герметичность более раннего поколения известна из патентной заявки ЕР 0 122 551 А2. Эта машина для испытания на герметичность головки блока цилиндров имеет уплотнительную пластину с уплотнительным устройством, подходящую к присоединительной области головки блока цилиндров, открытой со стороны блока цилиндров, станину машины с по меньшей мере одним удерживающим устройством для изделия, расположенным на станине, выполненной с возможностью поворота в горизонтальном направлении, и соответствующее установочное устройство. Установочное устройство имеет пневматический цилиндр в качестве привода для зажима или, соответственно, прижима изделия и уплотнительной пластины в испытательном положении. В испытательном положении изделие своей присоединительной областью плотно прилегает к уплотнительному устройству уплотнительной пластины и для испытания нагружается сжатым воздухом. Однако конструкция согласно ЕР 0 122 551 А2 для автоматизированного производства не подходит.
Полуавтоматическая испытательная система (специально для небольших партий) раскрыта в патентном документе DE 103 60 143 B4. В патенте DE 102 41 368 B4 описывается испытание на герметичность картера, в особенности разъемного картера.
Машина для испытания на герметичность рассматриваемого типа и автоматическая установка для испытания на герметичность более раннего поколения известны из патента ЕР 1 333 266 В1, являющегося наиболее близким уровнем техники. Машина для испытания на герметичность согласно ЕР 1 333 266 В1 подходит для головки блока цилиндров, блока цилиндров или аналогичного изделия промышленного изготовления, в котором имеется испытываемая на герметичность полость. Эта машина имеет нижнюю уплотнительную пластину и уплотняющий пуансон с соответствующим уплотнительным устройством, подходящим для уплотняемой открытой области соединения или, соответственно, присоединительной области изделия. В готовом состоянии к присоединительной области прилегает еще одна деталь. На станине машины имеется удерживающее устройство для изделия, установленное с возможностью перемещения. Установочное устройство для соединения изделия и уплотнительной пластины среди прочего содержит подъемное устройство с подъемными цилиндрами для подъема нижней уплотнительной пластины к изделию, а также дополнительные приводы для уплотняющих пуансонов. Таким образом, установочное устройство устанавливает уплотнительную пластину и уплотняющие пуансоны в испытательное положение, в котором изделие своей присоединительной областью плотно прилегает к уплотнительному устройству уплотнительной пластины.
Для повышенной степени готовности и одновременного сокращения предотвратимого брака в ЕР 1 333 266 В1 с точки зрения схемотехники для каждого типа изделия предусмотрены по меньшей мере две однотипные машины для испытания на герметичность. Вторая машина предназначена для избыточного испытания. Это необходимо для подтверждения негерметичности, а также для технического обслуживания уплотнительного устройства на неисправной машине, если негативным является только одно из двух испытаний. С целью подготовки установки при техническом обслуживании машины с неисправным уплотнением в эксплуатацию может быть введена третья идентичная машина.
В патенте ЕР 1 333 266 В1 в отношении схемотехники установки, кроме того, предлагается для каждого типа изделия применять соответствующую машину для испытания на герметичность, что соответствует современному уровню техники. Однако, для осуществления вышеуказанного изобретения, для каждого типа изделия было бы необходимо предусмотреть комплект избыточных машин для испытания на герметичность, т.е. для каждого типа изделий по меньшей мере две, предпочтительно три машины.
В частности, в сверхгибких производственных системах, получающих распространение в настоящее время, например, для изготовления разных крупносерийных двигателей и их вариантов без ограничений или переоснащения, требующего больших затрат времени, в зависимости от типа изделия и, следовательно, в зависимости от двигателя, требуется значительное число машин для испытания на герметичность. То же самое относится и к случаю, когда сверхгибкое производство не применяется, например, когда на одной и той же технологической линии без переоснащения необходимо изготавливать так называемые двигатели модульной конструкции, в зависимости от необходимости, в виде трех-, четырех- и шестицилиндровых однорядных двигателей. Это связано с соответствующими затратами на изготовление, установку, управление, обслуживание и т.д., а также с большей потребностью в площадях.
Поэтому по сравнению с идеей изобретения, изложенной в документе ЕР 1 333 266 В1, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить решение по испытанию на негерметичность множества различных типов изделий, требующее меньших затрат, в частности меньших производственных расходов, в частности, для различных конструктивных исполнений одного типа, например, изделий типа головки блока цилиндров или типа блока цилиндров или, соответственно, картера.
В качестве наиболее близкого уровня техники в этом отношении рассматривается машина для испытания на герметичность согласно патенту ЕР 1 014 068 В1. Эта машина соответствует ограничительной части п. 1 формулы изобретения. Она имеет устройство для замены различных уплотнительных пластин, имеющее удерживающее устройство, выполненное с возможностью перемещения на станине машины, с соответствующим приводом для замены, при необходимости, уплотнительной пластины. При этом, одна из множества уплотнительных пластин, выполненных в виде переходника, переводится из положения ожидания в рабочее положение, и обратно. В примере осуществления согласно ЕР 1 014 068 В1 удерживающее устройство имеет, например, четыре переходника для уплотнительной пластины на соответствующей общей несущей части, установленной с возможностью поворота на станине машины. Таким образом, машина может применяться с несколькими (до четырех) типами изделий. Однако недостаток этой машины состоит в том, что она всегда принимает, испытывает и снова выпускает только одно изделие за другим.
Исходя из наиболее близкого уровня техники, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы увеличить пропускную способность или, соответственно, уменьшить тактовый интервал (цикл) машины для испытания на герметичность. Это достигается благодаря машине для испытания на герметичность по п. 1 или, соответственно, по п. 17 формулы изобретения.
Еще одна задача заключается в том, чтобы обеспечить усовершенствованную конструкцию и технологию для сверхгибкого производства. Это достигается благодаря установке по п. 12 формулы изобретения.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рассматриваемая машина предназначена для испытания на герметичность головки блока цилиндров, блока цилиндров или аналогичного изделия промышленного изготовления, имеющего по меньшей мере одну или множество испытываемых на герметичность полостей или камер сжатия. При этом под машиной в частности понимается устройство, в зависимости от необходимости, применяемое отдельно или, соответственно, как унифицированный узел, как правило, соответствующий отдельной технологической позиции. Машина для испытания на герметичность содержит по меньшей мере одну уплотнительную пластину или, соответственно, уплотнительный узел, имеющий уплотнительное устройство, подходящее к испытуемому изделию. На станине (совокупность несущих частей) машины для испытания на герметичность предусмотрено по меньшей мере одно удерживающее устройство для изделия. Удерживающее устройство может быть установлено на станине машины неподвижно или подвижно.
Машина для испытания на герметичность содержит установочное устройство, содержащее по меньшей мере первый привод для соединения (сведения вместе) изделия и уплотнительной пластины в испытательное положение (специальный термин: подача). Это происходит благодаря относительному движению только одной из указанных деталей или обеих деталей. В испытательном положении изделие своей присоединительной областью плотно прилегает к уплотнительному устройству уплотнительной пластины, чтобы можно было провести испытание полости на герметичность. Термин "уплотнительная пластина" следует понимать с функциональной точки зрения в значении уплотнительного узла, в зависимости от обстоятельств, даже без опорной пластины, для временного газонепроницаемого запечатывания открытой наружу присоединительной области относительно полости. Уплотнительная пластина представляет собой уплотнение, применяемое только для испытания, и его исполнение зависит от изделия или, соответственно, адаптировано к изделию.
Для решения упомянутой первой задачи изобретение в простейшем варианте осуществления для замены используемой в испытательном положении уплотнительной пластины предусматривает оснащение машины для испытания на герметичность встроенным устройством для замены пластин (так называемый "встроенный автомат для замены пластин"), которое может быть оснащено по меньшей мере двумя уплотнительными пластинами.
Для этого в соответствии с изобретением может быть предусмотрено удерживающее устройство, расположенное на станине машины с возможностью перемещения и имеющее по меньшей мере два крепления для установки в каждом из них уплотнительной пластины и по меньшей мере второй привод, предназначенный для устройства для замены. Это позволяет при необходимости переместить крепление с уплотнительной пластиной из положения ожидания в рабочее положение и обратно, т.е. переместить указанное крепление с уплотнительной пластиной из рабочего положения в положение ожидания. При этом рабочее положение соответствует испытательному положению, т.е. оно идентично или, соответственно, совпадает с испытательным положением, или находится вблизи испытательного положения (обращена к нему) в зависимости от того, перемещается ли уплотнительная пластина установочным устройством и, в зависимости от обстоятельств, каким образом. Положение ожидания уплотнительной пластины или, соответственно, каждой уплотнительной пластины или, соответственно, крепления, не находящегося в рабочем положении, может быть обращено от или, соответственно, расположено на удалении (дистально) относительно испытательного положения, во всяком случае, оно отличается от рабочего положения. В качестве привода могут применяться электромеханические, пневматические или гидравлические приводы непосредственно или через передачу. Предпочтительно устройство для замены имеет по меньшей мере один привод с электрическим серводвигателем или электрическим шаговым двигателем.
При готовности к работе машина для испытания на герметичность оснащена на удерживающем устройстве по меньшей мере двумя взаимозаменяемыми уплотнительными пластинами, чтобы при помощи устройства для замены могла быть выполнена быстрая замена, в зависимости от обстоятельств, автоматически.
Таким образом, одна и та же машина для испытания на герметичность может быть применена без переналадки для двух, предпочтительно, для множества типов изделий. Таким образом, предлагаемое решение уменьшает издержки производства, а также необходимую площадь для установки машин. В этом случае специальная машина для каждого типа уже не требуется. Благодаря встроенному устройству для замены, несмотря на уменьшение общих издержек, становится возможной повышенная модульность и гибкость в отношении испытуемых изделий. Предлагаемое решение не только облегчает дооснащение и переоснащение при изменении изделий, например, при модернизации изготавливаемого двигателя, но и делает возможным смешанное предсерийное и крупносерийное производство множества вариантов или, соответственно, поколений изделия без остановки для переоснащения.
Благодаря тому, что без перерыва в эксплуатацию можно ввести идентичную резервную уплотнительную пластину, при необходимости без дополнительных расходов можно также избежать простоев при техническом обслуживании уплотнительной пластины.
Настоящее изобретение основано на удивительно простом факте, заключающемся в том, что ограниченные дополнительные расходы на машину, связанные с дополнительными деталями для предоставления устройства для замены уплотнительных пластин, благодаря многократному использованию других компонентов машины для испытания на герметичность делают возможным снижение расходов на систему, во много раз превосходящее эти дополнительные расходы. Благодаря встроенной смене уплотнительных пластин не только многократно используются системные компоненты, но и объединяются процессы. Благодаря уменьшению числа испытательных установок настоящее изобретение делает возможной более изящную концепцию всей системы. Это также уменьшает расходы на электротехнику и информационную технику, например, в случае управления установкой при помощи программного и аппаратного обеспечения, робототехнику и, в зависимости от обстоятельств, также на подъемно-транспортное оборудование. Кроме того, снижается основное потребление энергии. В случае установки, имеющей множество машин с n-кратным устройством для замены, коэффициент экономии может достигать n.
В общем случае, предлагаемая машина для испытания на герметичность подходит для деталей двигателей внутреннего сгорания и в особенности - для компонентов дизельных двигателей и ДВС, в частности для испытания головки блока цилиндров, блока цилиндров или картера. Кроме того, эта машина или оснащенная ею установка особенно подходит для технологических линий для сверхгибкого производства с применением сети и, в зависимости от обстоятельств, для так называемого "хаотичного" производства. Разумеется, в одной установке может применяться множество таких машин для испытания на герметичность, причем указанная установка, например, при помощи всего лишь двух машин и 4-кратного автомата для замены пластин позволяет испытывать до восьми различных типов изделий. При необходимости при помощи устройства для замены с меньшими затратами также могут быть проверены различные камеры сжатия одного типа изделия, если они не могут быть охвачены при помощи одной уплотнительной пластины.
В предпочтительном варианте осуществления удерживающее устройство содержит общую несущую часть, например, в виде опорной пластины, на которой предусмотрено по меньшей мере два, предпочтительно четыре, крепления, и которая установлена с возможностью перемещения на станине машины. Таким образом, устройство для замены может приводиться в действие всего лишь одним вторым приводом. Общая несущая часть представляет собой несущую или удерживающую конструкцию, которая может состоять из одной или множества частей. Альтернативное удерживающее устройство без общей несущей части должно было бы для каждой уплотнительной пластины иметь крепление, установленное на станине машины с возможностью независимого перемещения, но это требует множество приводов или дорогостоящего механизма переключения. Каждое из креплений действует в качестве держателя только для одной уплотнительной пластины, причем оно может иметь любую конструкцию, подходящую для крепления уплотнительной пластины, при необходимости - с возможностью снятия. Извлечение уплотнительной пластины из ее крепления для подачи в рабочее положение возможно, но не обязательно.
В усовершенствованном варианте с общей несущей частью, несущая часть установлена на станине машины с возможностью поворота, в частности вокруг вертикальной оси. Таким образом, каждая уплотнительная пластина на соответствующем креплении путем поворота вокруг указанной оси подобно ротационному дисковому питателю, карусельному или револьверному механизму может быть перемещена в рабочее положение или из рабочего положения. Это позволяет размещать множество креплений. Для замены уплотнительных пластин также возможно удерживающее устройство, приводимое в движение по прямой или кривой линии. В случае вертикальной оси поворота уплотнительная пластина для ее подачи, в частности, может подводиться к изделию в вертикальном направлении сверху или снизу, что делает возможной компактную конструкцию.
В предпочтительном исполнении поворотная несущая часть для каждой уплотнительной пластины имеет четыре или более креплений, распределенных по периметру, в частности через равные угловые промежутки. В частности, но не только в сочетании с несущей частью, поворачиваемой подобно карусели, множество креплений может быть реализовано компактно, например, с распределением в виде звезды или многоугольника.
В соответствии с одним из аспектов изобретения по п. 17, который сам по себе не зависит от вышеизложенного решения задачи, рассматриваемая машина для испытания на герметичность, т.е. машина с признаками, изложенными в ограничительной части указанного пункта, может быть оптимизирована уже благодаря тому, что на станине машины установлен тактовый поворотный стол, содержащий одно, предпочтительно два или более удерживающих устройства для изделий, а также собственный, предназначенный для него привод. Тактовый поворотный стол может перемещать изделие из положения загрузки в исходное положение перед испытательным положением или непосредственно в испытательное положение, и обратно. При этом отдельное положение загрузки предназначено для загрузки и разгрузки машины для испытания на герметичность. Поэтому, в то время, как ранее загруженное изделие все еще подвергается испытанию на герметичность, в машину или из машины для испытания на герметичность может быть перемещено следующее изделие. Благодаря этому можно получить меньшие тактовые интервалы и более высокую производительность. В настоящем документе под тактовыми поворотными столами, в общем, также понимаются поворотные столы или делительно-поворотные столы. Такие поворотные устройства делают возможным тактированное и/или непрерывное перемещение изделий по круговой траектории. При этом предпочтительное тактирование с угловыми шагами (т.е. без свободного позиционирования) выполняется посредством блока управления машины для испытания на герметичность и, например, при помощи сельсин-датчика на приводе. В принципе достаточно одного тактового поворотного стола только с двумя смещенными на угол 180° удерживающими устройствами для каждого изделия.
Это усовершенствование рассматривается как существенное для изобретения само по себе, но оно предпочтительно и в сочетании с устройством для замены, так как во время замены вновь загруженного и уже проверенного изделия при помощи тактового поворотного стола без существенных потерь времени одновременно могут быть заменены уплотнительные пластины.
В качестве альтернативы тактовому поворотному столу, например, возможно применение робота с двойным захватом для прямой загрузки, причем один захват удерживает загружаемое изделие, а другой открыт для разгрузки, чтобы разгружать и загружать машину в короткий промежуток времени.
При этом особенно компактную конструкцию с тактовым поворотным столом и автоматом для замены уплотнительных пластин можно осуществить, если несущая часть установлена на станине машины с возможностью поворота и коаксиально оси вращения тактового поворотного стола. Конструкция становится особенно простой, если несущая часть установлена с возможностью поворота прямо на тактовом поворотном столе, в частности на его станине. Тактовый поворотный стол может быть выполнен в виде стандартного компонента установки. Учитывая в значительно мере существенные массы, точной и стабильной конструкции можно достичь, если тактовый поворотный стол имеет вертикальную ось вращения и центральную консоль, выполненную с возможностью поворота вокруг указанной оси, приводимую в движение приводом стола и проходящую вертикально, подобно опорной стойке. На центральной консоли могут быть установлены по меньшей мере два противолежащие удерживающие устройства для изделия, при необходимости также выполненные с возможностью перемещения.
При этом удерживающее устройство для изделия может быть выполнено в виде модульного промежуточного держателя для носителя переходника для приема изделия. При помощи переходных опор по всей установке стандартно и модульно может осуществляться манипулирование изделиями различных типов, в частности одинакового вида для другого конструктивного ряда, например, блоки цилиндров для трех-, четырех- и шестицилиндровых рядных двигателей. В этом отношении машина для испытания на герметичность по своему существу также подходит для приема или, соответственно, манипулирования изделиями различных типов.
Удерживающее устройство для изделия может быть выполнено любым подходящим для автоматизации образом - пассивным в смысле приема или активным со средствами приведения в действие, например, в виде захвата, крепления на присоске и т.д.
Несмотря на загрузку машины, и в особенности при применении тактового поворотного стола с вертикальной центральной консолью, установочное устройство в виде вертикального подъемного устройства может иметь соответствующую вертикальную линейную направляющую для каждого удерживающего устройства для изделия, например, на центральной консоли, а в качестве первого привода иметь подъемный привод для подачи удерживающего устройства для изделия вместе с изделием из исходного положения в испытательное положение и/или для прижима изделия к поданной уплотнительной пластине. При этом уплотнительная пластина, в зависимости от обстоятельств, может иметь только степень свободы устройства для замены, т.е. подается только изделие к уплотнительной пластине. Альтернативно уплотнительная пластина может быть расположена подвижно на креплении или с возможностью перемещения вместе с креплением с еще одной степенью для подачи из рабочего положения в рабочее положение.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере в одном устройстве для замены (ср. ниже) каждое крепление имеет отсоединяемый переходник для уплотнительной пластины, который в частности может быть закреплен с возможностью отсоединения в вертикальном направлении. Благодаря этому для всех уплотнительных пластин возможно единое устройство для сопряжения с другими деталями устройства для замены. В этом случае каждая уплотнительная пластина размещается на креплении при помощи переходника для уплотнительной пластины. Предпочтительно уплотнительная пластина фиксируется на переходнике. В свою очередь каждый переходник для уплотнительной пластины может модульно и с единым устройством сопряжения взаимодействовать с установочным устройством, в частности с дополнительным подъемным приводом. Таким образом, уплотнительная пластина вместе с переходником для уплотнительной пластины может быть подана из рабочего положения (или, соответственно, положения готовности) в испытательное положение, и/или может произойти прижим этой уплотнительной пластины к изделию.
С точки зрения конструкции привода для установочного устройства в качестве подъемных приводов предпочтительны гидравлические цилиндры, а для указанного второго привода, соответствующего устройству для замены, - соединенный с блоком управления установкой электрический серводвигатель или электрический шаговый двигатель для приведения в движение несущей части, предпочтительно через передачу. В частности электродвигатель может через червячную передачу приводить в движение зубчатый ремень, взаимодействующий с кольцеобразным зубчатым венцом на несущей части. Аналогично, как и в случае тактового поворотного стола, также можно применить цилиндрическую зубчатую передачу, кулачковый механизм или (для предпочтительно точно заданных n угловых шагов для п заменяемых герметизирующих узлов) мальтийский механизм.
В частности для испытания на герметичность блока цилиндров, картера или других изделий, в особенности для изготовления двигателя, с двумя присоединительными областями, обращенными в противоположную друг от друга сторону, является предпочтительным, чтобы машина для испытания на герметичность имела по одной уплотнительной пластине для каждой из двух присоединительных областей изделия, т.е. набор из двух уплотнительных пластин. Соответственно в этом случае машина для испытания на герметичность предпочтительно также имеет два встроенных устройства для замены уплотнительных пластин. Указанные устройства могут быть расположены так, что уплотнительные пластины относительно принимаемого изделия лежат друг напротив друга и могут охватывать изделие, образуя своего рода сэндвич. Для этого, в частности, одно устройство для замены может быть расположено на станине машины под удерживающим устройством для изделия, а еще одно устройство для замены - на станине машины над удерживающим устройством для изделия. Таким образом, в особенности в сочетании с компоновкой, имеющей несущие части, установленные в виде поворотной платформы, несмотря на наличие устройств для замены, может быть реализована компактная конструкция, для установки которой необходима небольшая площадь.
Для компактной конструкции с двумя устройствами для замены уплотнительных пластин является предпочтительным, если нижняя уплотнительная пластина из своего рабочего положения при помощи подъемного устройства подводится вертикально снизу, в зависимости от обстоятельств, вместе с вертикально направляемым изделием, к верхней уплотнительной пластине, неподвижной в вертикальном направлении, и прижимается. Для этого для обоих устройств для замены также предпочтительными являются несущие части, поворачиваемые в виде карусели. Каждое из устройств для замены может иметь собственный привод или общий привод для синхронного хода.
В отношении конструкции второе устройство для замены может быть выполнено в основном аналогично первому. Оно может иметь еще одно удерживающее устройство, установленное с возможностью перемещения на станине машины, и имеющее по меньшей мере два или более креплений для каждой уплотнительной пластины и соответствующий собственный или четвертый привод. Второе устройство для замены уплотнительных пластин также предназначено для перемещения крепления с уплотнительной пластиной из положения ожидания в рабочее положение, соответствующее испытательному положению, и обратно. В практичной компоновке дополнительное удерживающее устройство во втором устройстве для замены в рабочем положении будет удерживать вторую уплотнительную пластину напротив первой уплотнительной пластины на первом устройстве для замены.
Каждое устройство для замены предпочтительно оснащено по меньшей мере двумя различными уплотнительными пластинами, соответствующими двум типам изделия, причем устройство для замены предпочтительно выполнено с возможностью установки на нем четырех или более уплотнительных пластин.
Соответственно каждое удерживающее устройство может иметь два, три, в частности четыре или более креплений для каждой из уплотнительных пластин, которые, например, равномерно распределены или, соответственно, расположены с угловым смещением вокруг оси поворота.
Уплотнительная пластина специально выполнена так, что она подходит к присоединительной области изделия. При этом уплотнительная пластина может быть скомпонована в виде узла, состоящего из поставляемых уплотнений, уплотняющих пуансонов и т.п., или она может иметь более сложную конструкцию со встроенным прижимным устройством (например, в соответствии с полезной моделью DE 202 16 543 U1).
Чтобы избежать ошибочных операций и повреждений, является предпочтительным, чтобы каждое крепление имело средство защиты от перепутывания, специальным образом подходящее только для одного типа уплотнительной пластины, т.е. взаимно-однозначную защиту от перепутывания. Для этого в частности с переходником для уплотнительной пластины может быть предусмотрена комбинация установочного (кодового) штырька и соответствующего углубления или эквивалентная защитная блокировка, делающая возможной установку на определенном креплении уплотнительной пластины только одного типа или, соответственно, только определенного переходника. Аналогично средство защиты от перепутывания также может быть предусмотрено между переходником для уплотнительной пластины и самой уплотнительной пластиной.
В типичном исполнении каждая уплотнительная пластина имеет опорную пластину с уплотнительным устройством. Кроме того, на каждой уплотнительной пластине устройства для замены может быть предусмотрено по меньшей мере одно контрольное присоединение для контрольного (тестирующего) устройства, герметично соединяемого с полостью изделия. Контрольное устройство соединено с контрольным присоединением для измерения разности давлений или объемного расхода и нагружает проверяемую полость. Однако, насколько это возможно, контрольное присоединение расположено не на уплотнительных пластинах устройства для замены, а отдельно, например, на дополнительном уплотняющем пуансоне и т.п.
В обычной конструкции, при необходимости, в дополнение к уплотнительной пластине или, соответственно, уплотнительным пластинам, как правило, поперек направлению воздействия установочного устройства, в частности под углом и/или в боковом направлении, предусмотрены подаваемые к изделию уплотняющие пуансоны или небольшие уплотнительные пластины для дополнительных отверстий, идущих к полости изделия и уплотняемых для испытания. Указанные дополнительные уплотнительные элементы благодаря соответствующим подающим механизмам и/или приводам подачи расположены на станине машины с возможностью автоматического приведения в действие, например, с возможностью линейного перемещения посредством пневматического привода.
В сочетании с устройством для замены, в частности с двумя устройствами для замены, машина может иметь более компактную конструкцию, если дополнительные уплотняющие пуансоны или, соответственно, дополнительные уплотнительные пластины могут перемещаться из области перемещения устройства (устройств) для замены в исходное положение и обратно в рабочее положение.
Кроме того, изобретение относится к установке для полуавтоматического или автоматического испытания на герметичность изделий промышленного изготовления, содержащих испытуемую полость, в частности головок блока цилиндров или блоков цилиндров, содержащей по меньшей мере одну машину для испытания на герметичность, в частности множество машин для испытания на герметичность в соответствии с одним их вышеописанных вариантов осуществления. Реализуемая экономия и гибкость производства соотносятся с числом применяемых машин, имеющих соответствующий изобретению многократное устройство для замены уплотнительных пластин.
При этом для повышения степени автоматизации блок управления установкой или, соответственно, машиной должен быть выполнен с возможностью управления для каждой машины для испытания на герметичность управлял каждым устройством для замены, в частности его приводом, для автоматического перевода в рабочее положение подходящей для изделия уплотнительной пластины.
Для этого блок управления установкой предпочтительно соединен с устройством распознавания для распознавания типа следующего загружаемого изделия. В соответствии с этим устройство для замены управляется в зависимости от распознавания изделия и автоматически переводит в рабочее положение соответствующую подходящую в данном случае уплотнительную пластину.
При этом само устройство для замены предпочтительно имеет один или множество датчиков, например, позиционных датчиков, для обратной связи относительно фактического положения удерживающего устройства, по которому блок управления распознает установку устройства для замены относительно находящейся в рабочем положении уплотнительной пластины. Для позиционирования уплотнительных пластин блок управления имеет контур регулирования или незамкнутую цепь управления.
Автоматическая установка содержит промышленного робота для автоматического манипулирования изделиями, включая загрузку и разгрузку изделий в удерживающее устройство (удерживающие устройства). Промышленный робот предпочтительно управляется блоком управления установкой, также управляющего устройством (устройствами) для замены.
Для дальнейшей автоматизации в качестве контрольного устройства может быть предусмотрено компьютеризованное измерительное устройство для измерения разности давлений или объемного расхода, которое для автоматического испытания на герметичность также может быть интегрировано в блок управления установкой.
Для повышения степени автоматизации блок управления установкой управляет как устройством для замены уплотнительных пластин так и, с целью автоматического испытания на герметичность, измерительным устройством и/или, для автоматического манипулирования изделиями, промышленным роботом и, в соответствии с этим, соединено с указанными компонентами установки.
Изобретение также относится к промышленному применению машины для испытания на герметичность или установки по одному из вышеописанных примеров осуществления с целью испытания на герметичность изделия промышленного изготовления, имеющего испытуемую полость, в частности головки блока цилиндров или блока цилиндров. Наряду с гибкостью в отношении изделия указанное применение предпочтительно предусматривает, что устройство для замены перемещает уплотнительную пластину, распознанную как неисправная или подлежащая замене, из рабочего положения в положение ожидания или, соответственно, в отдельное положение технического обслуживания. При этом распознавание может быть основано на результатах испытания или данных для предполагаемого технического обслуживания. Одновременно резервная уплотнительная пластина, уже установленная на креплении устройства для замены, может быть переведена в состояние готовности к работе или, соответственно, в эксплуатацию. Таким образом, устройство для замены может быть использовано или применено также для уменьшения обусловленных техническим обслуживанием тайм-аутов.
Наконец, изобретение также относится к способу промышленного испытания на герметичность с автоматической заменой уплотнительной пластины. При этом в машину для испытания на герметичность загружают головку блока цилиндров, блок цилиндров или т.п.в качестве испытуемого изделия. Соответствующим образом происходит подача или, соответственно, соединение (сведение) изделия и уплотнительной пластины в испытательное положение, в котором изделие присоединительной областью герметично прилегает к уплотнительному устройству уплотнительной пластины и в котором оно испытывается при помощи соответствующего измерительного устройства.
Способ в соответствии с настоящим изобретением отличается автоматической заменой уплотнительной пластины при помощи встроенного в машину для испытания на герметичность устройства для замены, имеющего по меньшей мере две уплотнительные пластины, причем машина для испытания на герметичность перед соединением изделия и уплотнительной пластины в испытательное положение, в зависимости от необходимости, переводит подходящую для изделия уплотнительную пластину из положения ожидания в рабочее положение, соответствующее испытательному положению, если подходящая уплотнительная пластина еще не находится в рабочем положении. В частности замена может происходить автоматически, например, при помощи блока управления установкой с распознаванием изделий.
Дополнительные предпочтительные аспекты применения и способа вытекают из вышеописанных признаков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные подробности и преимущества изобретения могут быть понятны из следующего подробного описания приводимых исключительно в качестве примера вариантов осуществления изобретения (без ограничения объема защиты) при помощи прилагаемых чертежей. На чертежах изображено следующее:
фиг. 1 представляет собой принципиальную схему установки, имеющей две машины для испытания на герметичность для автоматического испытания на герметичность изделий, в данном случае блоков цилиндров, промышленного робота и схему блока управления установкой;
фиг. 2А представляет собой вид сбоку предлагаемой согласно изобретению машины для испытания на герметичность для головок блока цилиндров;
фиг. 2В представляет собой перспективный частичный вид нижнего устройства для замены уплотнительных пластин (см. фиг. 2А), наглядно показывающий привод;
фиг. 3 представляет собой перспективный частичный вид с вертикальным разрезом предлагаемой по изобретению машины для испытания на герметичность для головок блока цилиндров;
фиг. 4 представляет собой частичный вид в вертикальном полуразрезе машины для испытания на герметичность по фиг. 3, причем головка блока цилиндров прилегает к верхней уплотнительной пластине, до подачи в испытательное положение нижней уплотнительной пластины.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана установка, в целом обозначенная ссылочным обозначением 1 и имеющая промышленного робота 2, управляемого при помощи блока 3 управления установкой. Для этого промышленный робот 2 соединен с блоком 3 управления установкой посредством полевой или промышленной шины 7 для передачи сигналов управления и информационных сигналов. Установка 1 предназначена для автоматического испытания на герметичность изделий, на фиг. 1 в качестве примера - блоков 12 цилиндров.
Для этого промышленный робот 2 берет по одному с конвейерной линии 4А, осуществляющей подачу продукции из расположенной выше по потоку технологической линии, блоки 12 цилиндров и передает их в одну из множества машин 10А, 10В для испытания на герметичность (здесь исключительно в качестве примера показано две машины). Каждая из машин 10А, 10В для испытания на герметичность имеет удерживающее устройство 22А для изделий в рабочей зоне промышленного робота 2, чтобы при помощи промышленного 2 робота обеспечить загрузку изделия в машину. Удерживающее устройство 22А для изделия соответствующим образом доставляет блок цилиндров 12 в испытательное положение 25А. Каждая машина 10А, 10В для испытания на герметичность посредством трубопровода 8 известным способом соединена с собственным или общим компьютеризированным контрольным или измерительным прибором 5. При помощи измерительного прибора 5 с целью испытания на утечку или, соответственно, на герметичность в каждом случае обеспечивается уплотнительная пластина (здесь схематично обозначена ссылочным обозначением 14), подходящая для блока 12 цилиндров. Для испытания на герметичность может быть применен любой известный специалисту способ испытаний, например, измерение разности давлений или объемного расхода, позволяющий осуществить испытание на утечки или негерметичности в соответствующих камерах сжатия или, соответственно, полостях блока 12 цилиндров.
Считывающий прибор 6 для считывания кода изделия для распознавания оптически считываемого кода изделия (например, QR кода, штрихового кода и т.п.), предусмотренного для идентификации на блоке 12 цилиндров, и для передачи данных о типе и, в зависимости от обстоятельств, идентификационных данных, посредством промышленной шины 7 соединен с блоком 3 управления установкой. Блок 3 управления установкой использует эти данные и может обрабатывать или, соответственно, передавать их, например, для обеспечения качества. Блок 3 управления установкой для каждого блока 12 цилиндров документирует соответствующий результат испытаний соответствующей машины 10А, 10В для испытания на герметичность. После испытания на герметичность промышленный робот 2 берет испытанный блок 12 цилиндров из соответствующей машины 10А, В. В случае успешного или, соответственно, позитивного результата испытанный блок 12 цилиндров передается промышленным роботом 2 на выходную конвейерную линию 4 В, в частности для дополнительного монтажа, например, для изготовления двигателя. В случае негативного результата испытаний промышленный робот 2 передает неисправный блок 12 цилиндров на другую выходную конвейерную линию 4С с целью ремонта или отбраковки.
В соответствии с изобретением каждая из машин 10А, 10В для испытания на герметичность имеет встроенное и автоматизированное устройство 30 для замены (на фиг.1 показано лишь схематично), предназначенное для замены при необходимости уплотнительной пластины 14, которую используют в испытательном положении 25А для испытания на герметичность блока 12 цилиндров. Таким образом, блок 3 управления установкой может автоматически выбрать или, соответственно заменить уплотнительную пластину 14 в зависимости от испытываемого блока 12 цилиндров, т.е. в одной и той же машине становится возможным гибкое испытание на герметичность. Для этого устройство 30 для замены имеет удерживающее устройство с соответствующим числом креплений для уплотнительных пластин 14, в качестве примера подробно описанное ниже. В показанном примере удерживающее устройство устройства 30 для замены может, как карусель, поворачиваться вокруг вертикальной оси А (перпендикулярной плоскости фиг. 1). Для этого устройство 30 для замены при помощи блока 3 управления установкой взаимодействует со считывающим устройством 6 для считывания кода изделия, предусмотренным на входном конвейере 4А. При помощи считывающего устройства 6 для считывания кода изделия блок 3 управления установкой идентифицирует тип испытуемого блока 12 цилиндров и в соответствии с этим настраивает соответствующие гибкие машины 10А, 10В для испытания на герметичность так, что в испытательное положение 25А автоматически берется подходящая для этого уплотнительная пластина 14.
В примере согласно фиг. 1 машины 10А, 10В для испытания на герметичность имеют только одно устройство 30 для замены. Однако для определенных типов изделий в гибкой машине для испытания на герметичность может быть предусмотрено два устройства для замены.
Пример осуществления согласно фиг. 2-4 лишь в качестве примера относится к гибкой машине 10 для испытания на герметичность, подходящей для испытания на герметичность различных головок 11 блока цилиндров, например, для трех-, четырех- и шестицилиндровых однорядных двигателей модульной конструкции.
Машина 10 для испытания на герметичность имеет составную станину 20 с основанием для неподвижного крепления, например, на полу цеха. Станина 20 машины образует опорную точку и (в смысле машиностроения) станину для всех подвижных компонентов машины 10 для испытания на герметичность. Как лучше всего показано на фиг. 2А, машина 10 для испытания на герметичность для каждой головки 11 блока цилиндров имеет два удерживающих устройства 22А, 22В для изделия.
Машина 10 для испытания на герметичность имеет установочное устройство, в общем обозначенное ссылочным обозначением 24, имеющее пневматически или гидравлический подъемный цилиндр (фиг. 2В) в качестве привода 26 для соединения головки 11 блока цилиндров и одной из множества различных верхних уплотнительных пластин 14А в испытательное положение 25А, в котором головка 11 блока цилиндров своей первой присоединительной областью, расположенной со стороны блока цилиндров, может герметично прилегать к уплотнительному устройству 27А верхней уплотнительной пластины 14 (фиг. 4). На фиг. 2-4 установочное устройство 24 выполнено в виде вертикального подъемного устройства и для каждого из двух удерживающих устройств 22А, 22В для изделия имеет по одной вертикальной линейной направляющей 58. Линейная направляющая 58 встроена в проходящую в вертикальном направлении центральную консоль 52, выполненную в виде стойки для перевода головки 11 блока цилиндров с соответствующими удерживающими устройствами 22А, 22В для изделия в вертикальном направлении из исходного положения 55А в испытательное положение 25А, что обозначается как так называемая подача, и обратно. При этом при необходимости подъемный цилиндр 26 также может использоваться для частичного прижимания головки 11 блока цилиндров к верхней уплотнительной пластине 14А.
В примере, показанном при помощи фиг. 2-4, машина 10 для испытания на герметичность, кроме того, имеет множество различных нижних уплотнительных пластин 14В. Каждая из нижних уплотнительных пластин 14В зафиксирована на отсоединяемом в вертикальном направлении переходнике 40 для уплотнительной пластины с возможностью замены с целью технического обслуживания. Благодаря еще одному вертикальному подъемному приводу 42, здесь, например, благодаря сдвоенному гидравлическому цилиндру, установочному устройству 24 и закрепленному на нем с выходной стороны удерживающему захвату 43, переходник 40 для уплотнительной пластины вместе с нижней уплотнительной пластиной 14В в результате подачи вверх из нижнего положения 35 покоя, показанного на фиг. 3-4, подается к головке 11 блока цилиндров и прижимается или, соответственно, зажимается на ней. При этом уплотнительное устройство 27В газонепроницаемо прижимает нижнюю уплотнительную пластину 14В к расположенной со стороны крышки второй присоединительной области головки 11 блока цилиндров. Одновременно создается прижимная сила, достаточная для того, чтобы герметично прижать первую присоединительная область головки 11 блока цилиндров к уплотнительному устройству 27А верхней уплотнительной пластины 14А. В этой герметичной конфигурации (показана только частично) испытательного положения 25А головка 11 блока цилиндров подвергается испытанию на утечку или, соответственно на герметичность. При этом при помощи дополнительных уплотняющих пуансонов 60, автоматически и по выбору вводимых через отверстия в верхней уплотнительной пластине 14А, выбираются различные полости или, соответственно, камеры сжатия. Способом, который сам по себе известен, для уплотнения других отверстий полостей головки 11 блока цилиндров предусмотрены дополнительные боковые уплотнительные пуансоны или небольшие уплотнительные пластины (здесь не показаны).
Для полуавтоматической или автоматической замены обеих используемых в испытательном положении 25А уплотнительных пластин 14А, 14В машина 10 для испытания на герметичность имеет два так называемых устройства для замены уплотнительных пластин или, соответственно, устройств 30А, 30В для замены. При этом верхнее устройство 30А для замены и нижнее устройство 30В для замены выполнены в значительной степени по одному принципу, каждое из них имеет удерживающее устройство 32 для множества уплотнительных пластин 14А, 14В. В показанном здесь примере каждое удерживающее устройство 32 имеет четыре крепления 34-1 … 34-4 для соответствующей уплотнительной пластины 14А, 14В, причем эти крепления адаптированы к соответствующему типу уплотнительной пластины 14А, 14В. Кроме того, каждое удерживающее устройство 32 имеет опорную пластину 38, имеющую в плане четырехугольную форму и большое сквозное отверстие для центральной консоли 52. Крепления 34-1 … 34-4 в каждом случае со смещением на 90° привинчены с каждой стороны опорной пластины 38 так, что они выступают в радиальном направлении относительно вертикальной оси А. В показанном примере переходник 40 для уплотнительной пластины для более быстрой замены и взаимодействия с подъемным приводом 42 имеют только крепления нижнего устройства 30В для замены. На креплениях верхнего устройства 30А для замены направленные вниз верхние уплотнительные пластины 14А могут быть непосредственно привинчены и зафиксированы, или они могут быть установлены с возможностью отсоединения при помощи соответствующих переходников (не показаны).
Каждое из удерживающих устройств 32 обоих устройств 30А, 30В для замены установлено на станине 20 машины с возможностью поворота вокруг вертикальной оси А, для перемещения каждой из четырех верхних уплотнительных пластин 14А и каждой из четырех нижних уплотнительных пластин 14В по выбору, т.е. в зависимости от испытуемого изделия, из положения ожидания в рабочее положение 25В, соответствующее испытательному положению 25А (фиг. 4 справа), и обратно. Для соответствующего поворота удерживающего устройства 32 каждое из двух устройств 30А, 30В для замены имеет электрический серводвигатель 36А, 36В, который в каждом случае посредством червячной передачи приводит в движение соответствующий зубчатый ремень 36-1, зацепляющийся с зубчатым венцом 36-2, в каждом случае закрепленным без возможности относительного вращения на опорной платине 38, коаксиально вертикальной оси А.
При приведении в действие устройств 30А, 30В для замены, происходящем благодаря блоку управления установкой (ср. фиг. 1), дополнительные уплотняющие пуансоны 60 или, соответственно, небольшие уплотнительные пластины, воздействующие поперечно или в боковом направлении, благодаря соответствующим устройствам отводятся в исходные положения или, соответственно, снова подводятся только после их приведения в действие.
Чтобы избежать неправильных действий, каждое крепление 34-1 … 34-4 и каждая уплотнительная пластина 14А верхнего устройства 14А для замены имеет защиту от перепутывания, например, взаимно-однозначно расположенные установочные штырьки 39А и соответствующие посадочные углубления 39В. Соответствующая защита от перепутывания с установочным штырьком (установочными штырьками) 39А и углублением 39В, подходящими друг к другу, предусмотрены на каждом переходнике 40 для уплотнительной пластины, предназначенном для соответствующей нижней уплотнительной пластины 14В. Аналогично также может быть предусмотрена защита от перепутывания для установки переходника 40 для уплотнительной пластины на нижних креплениях 34-1 … 34-4.
В заключение описывается еще один аспект. Чтобы избежать задержек из-за загрузки и разгрузки, машина 10 для испытания на герметичность - согласно аспекту настоящего изобретения, применимому совершенно независимо от замены уплотнительных пластин - на станине 20 имеет тактовый поворотный стол 50. На тактовом поворотном столе 50 косвенным образом предусмотрено два удерживающих устройства 22А, 22В для изделий 11; 12. Тактовый поворотный стол 50 имеет по меньшей мере третий привод 56, например, серводвигатель с червячной передачей, как показано на фиг. 3 и 4. Тактовый поворотный стол 50 может поворачиваться вокруг вертикальной оси А, которая, например, задана осевой мачтой 53, закрепленной на станине 20 машины. Тактовый поворотный стол 50 служит опорой для центральной консоли 52 с удерживающими устройствами 22А, 22В для изделия, а именно, в виде полого вала, выполненного с возможностью поворота вокруг вертикальной оси А. Благодаря этому удерживающие устройства 22А, 22В для изделия могут взаимно заменяться путем поворота на 180° вокруг вертикальной оси А между двумя показанными на фиг. 2 и 3 положениями. Таким образом, машина 10 для испытания на герметичность может переместить изделие 11; 12 из положения 55В загрузки для загрузки и разгрузки машины 10 для испытания на герметичность в исходное положение 55А перед испытательным положением 25А или прямо в испытательное положение 25А, и обратно. Таким образом, без потери времени одновременно может осуществляться испытание и загрузка или, соответственно разгрузка.
В предпочтительном сочетании с устройствами 30А, 30В для замены и тактовым поворотным столом 50 несущая часть 38 при помощи подшипников качения установлена коаксиально оси вращения А тактового поворотного стола 50, т.е. на осевой мачте 53. При этом, для экономии материала, несущая часть 38 нижних устройств 30В для замены может быть установлена с возможностью поворота непосредственно на конструкции тактового поворотного стола 50 (фиг. 3 и 4).
Перечень ссылочных обозначений
Фиг. 1
1 установка
2 промышленный робот
3 блок управления установкой
4А входная конвейерная линия (подача)
4В выходная конвейерная линия (качественные изделия)
4С выходная конвейерная линия (бракованные изделия)
5 измерительный прибор
6 считывающее устройство для считывания кода изделия
7 промышленная шина
8 трубопроводы
10А, 10В машина для испытания на герметичность
12 блок цилиндров
14 уплотнительная пластина
22А удерживающее устройство для изделия
25А испытательное положение
30 устройство для замены
А вертикальная ось
Фиг. 2-4
10 машина для испытания на герметичность
11 головка блока цилиндров
14А верхняя уплотнительная пластина
14В нижняя уплотнительная пластина 20 станина машины
22А, 22В удерживающее устройство для изделия
24 установочное устройство
25А испытательное положение
25В рабочее положение
26 первый привод
27А, 27В уплотнительное устройство
30А верхнее устройство для замены
30В нижнее устройство для замены
32 удерживающее устройство
34-1, 34-2, 34-3, 34-4 крепление для уплотнительной пластины
35 положение покоя
36А привод верхнего устройства для замены
36В привод нижнего устройства для замены
36-1 зубчатый ремень
36-2 зубчатый венец
38 несущая часть
39А, 39В установочный штырек / установочное углубление
40 переходник для уплотнительной пластины
42 подъемный привод
43 удерживающий захват
50 тактовый поворотный стол
52 центральная консоль
53 осевая мачта
55А исходное положение
55В положение загрузки
56 вращательный привод
58 линейная направляющая
А вертикальная ось
60 уплотняющий пуансон