DE10144520A1

DE10144520A1 - Klemmverbindung

Info

Publication number: DE10144520A1
Application number: DE2001144520
Authority: DE
Inventors: Rainer Engelhard
Original assignee: IMI NORGREN AUTOMOTIVE GmbH
Current assignee: Norgren Automotive GmbH
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: DE10144520C2

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Klemmverbindung mit einer Welle (11) und Klemmbacken (7, 10), die die Welle zwischen sich klemmen, wobei die Klemmbacken glatte Klemmflächen (29) aufweisen, vor. Hierbei ist die Welle als Vielzahnwelle ausgebildet und mit mindestens einer Klemmbacke ein Zahnsegment (14) verbunden, das mit Zähnen der Vielzahnwelle kämmt. DOLLAR A Einer solchen Verbindung wird neben der Klemmung der Welle eine positionsgenaue Lagerung der Welle, bezogen auf deren Winkelanordnung, erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmverbindung mit einer Welle und Klemmbacken, die die Welle zwischen sich klemmen, wobei die Klemmbacken glatte Klemmflächen aufweisen.
Es ist bekannt, bei solchen Klemmverbindungen die Oberfläche der Welle gleichfalls glatt auszubilden, so dass die Klemmbacken, bei Annährung, die Welle zwischen sich klemmen. Die Klemmverbindung weist dabei beispielsweise zwei Klemmbacken auf, die als Halbschalen ausgebildet sind, und zum Erzeugen der Klemmung miteinander verschraubt werden.
Nachteilig ist bei einer solchen Klemmverbindung, dass Welle und Klemmbacken nicht eindeutig zueinander positioniert werden können. Wegen der ausschließlich vorgesehenen Klemmung, somit kraftschlüssigen Verbindung, sind im Normalfall die Klemmbacken und die Welle nur dann eindeutig zueinander positioniert, wenn die Backen die Welle fest zwischen sich halten. Dies schließt aber nicht aus, dass im Überlastfall, bei Einleitung erhöhter, nicht zulässiger Drehmomente über die Klemmbacken bzw. die Welle, eine Relativbewegung der zueinander positionierten Teile stattfindet. Dies kann von außen nur schwer erkannt werden, insbesondere wenn die Relativverdrehung nur um wenige Winkelgrade erfolgt. Durch diesen Aufbau der Klemmverbindung ist die positionsgenaue Montage nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klemmverbindung anzugeben, die sich insbesondere durch eine einfache Montage, eindeutige Positionierung von Klemmbacken und Welle sowie Verdrehsicherung der Teile aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Klemmverbindung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Welle als Vielzahnwelle ausgebildet ist und mit mindestens einer Klemmbacke ein Zahnsegment verbunden ist, das mit Zähnen der Vielzahnwelle kämmt.
Erfindungsgemäß ist damit ein zusätzliches Element nahe des Zahnsegmentes vorgesehen, das der definierten Positionierung von Klemmbacken und Welle dient. Auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Klemmverbindung durch die gegen die Welle gedrückten Klemmbacken, die in diesem Fall gegen die Zähne der Vielzahnwelle gedrückt sind. Aufgrund des mit dem Klemmbacken verbundenen Zahnsegmentes kann die Welle in einer definierten, gewünschten Winkelposition zu den Klemmbacken angeordnet werden.
Im erfindungsgemäßen Sinne ist der Begriff Vielzahnwelle und Zahnsegment umfassend zu verstehen. Unter Vielzahnwelle wird auch eine Vielkeilwelle verstanden, entsprechend wird unter Zahnsegment ein Bauteil verstanden, das mindestens einen komplementären Ansatz zum Eingreifen in dem Raum zwischen zwei benachbarte Vorsprünge der Vielkeilwelle aufweist.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Robotergreifsysteme in der Fahrzeugfertigung, wobei mittels einer Vielzahl von Klemmverbindungen aus einzelnen Hauptträgern und Wellen gebildete spinnenartige Elemente erzeugt werden, die beispielsweise Greifer, Spanner, Sauger aufnehmen, die vorzugsweise pneumatisch und/oder hydraulisch betrieben werden.
Baulich besonders einfach ist die Klemmverbindung gestaltet, wenn sie zwei Klemmbacken aufweist, die als Halbschalen ausgebildet sind. Die Klemmbacken können beispielsweise als durch Klappelemente gebildete Baueinheit ausgebildet sein, wobei die Klappelemente im Bereich ihres dem Klappscharnier abgewandten Endes mittels einer Schraubverbindung verbindbar sind. Es ist auch denkbar, dass die Klemmbacken separate Bauteile bilden, die mittels beidseitig der Welle angeordneter Schraubverbindungen miteinander verbindbar sind.
Es ist allerdings nicht erforderlich, dass zwei separate Bauteile bildende Klemmbacken verwendet werden. Es ist auch denkbar, eine einteilige Backeneinheit vorzusehen, die auf einer Seite geschlitzt ausgebildet ist, so dass mittels einer Spannschraube die beiden Klemmbacken mit ihren Halbschalen aufeinander zu bewegt werden. Bei dieser Gestaltung wird die Baueinheit stirnseitig auf die Welle aufgeschoben.
Im Sinne der Erfindung kommt dem Aufbau und der Anordnung des Zahnsegmentes eine besondere Bedeutung zu. So ist vorgesehen, dass das Zahnsegment und/oder die Vielzahnwelle eine Zahnteilung von 10 bis 20°, insbesondere 15° aufweist. Dies ermöglicht es grundsätzlich, die Vielzahnwelle relativ zu den Klemmbacken in einer definierten Position entsprechend einer Zahnteilung gedreht anzuordnen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist allerdings vorgesehen, dass das Zahnsegment in mindestens einer weiteren Winkelposition relativ zum Klemmbacken anordbar ist, insbesondere einem Winkel, der einem Teil der Zahnteilung des Zahnsegments entspricht, vorzugsweise der halben Zahnteilung. In diesem konkreten Fall bestünde die Möglichkeit, in der einen Winkelposition die Verdrehpositionen 15°; 30°, 45° usw. zu realisieren, und in der anderen Winkelposition die Drehstellungen 7,5°, 22,5°, 37,5° usw. zu verwirklichen. Es ist demzufolge eine feinstufige Positionierung von Welle und Klemmbacken möglich.
Vorzugsweise weist das Zahnsegment drei bis fünf Zähne, insbesondere vier Zähne auf. Es ist insbesondere als Platte ausgebildet, mit stirnseitigen Zähnen. Das Zahnsegment besteht zweckmäßig aus Metall oder Kunststoff. Insbesondere bei der Ausbildung als Kunststoffteil kann das Überschreiten von in die Klemmverbindung eingeleiteten Drehkräften und damit ein Bruch des Zahnsegmentes auf einfache Art und Weise festgestellt werden. Das Zahnsegment ist, bezogen auf die Aufnahmerichtung der zwischen den Klemmbacken gehaltenen Welle, insbesondere stirnseitig mit den Klemmbacken verbunden, vorzugsweise mit diesem verschraubt. Zwecks exakter Positionierung des Klemmbackens, insbesondere des plattenförmig ausgebildeten Klemmbackens, sollte dieser mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme des Zahnsegments aufweisen. Soll die Möglichkeit bestehen, das Zahnsegment in der einen grundsätzlichen Position oder der zweiten winkelversetzten Position anzuordnen, empfiehlt es sich, den Klemmbacken so auszubilden, dass er auf jeder Stirnseite eine Ausnehmung aufweist, wobei in der einen oder der anderen Ausnehmung das Zahnsegment positioniert wird.
Um eine definierte Bezugsgröße für die Ausrichtung von Welle und Klemmbacken zu besitzen, wird es als vorteilhaft angesehen, zur Definition einer Nullstellung der Klemmverbindung relativ zur Welle, die Welle in diesem Bereich mit einem modifizierten Zahn, insbesondere einem in seiner Länge verkürzten Zahn auszubilden.
Die erfindungsgemäße Klemmverbindung ermöglicht auf einfache Art und Weise den modularen Aufbau von Trägersystemen für die unterschiedlichsten Handhabungsgeräte (Greifer, Spanner, Sauger usw.), vorzugsweise auf dem Gebiet der Fahrzeugherstellung. Es ist eine flexible Montage möglich, bei eindeutiger Gradeinstellung, somit definierter Positionierung der Teile. Eine Verstellung des Systems ist erkennbar. Bei einer Crash-Situation kann der ursprüngliche Zustand einfach wieder hergestellt werden. Es ist ein identischer Nachbau des Greifers außerhalb der Anlage zur Herstellung des Fahrzeuges möglich. Klappelemente und Halbschalenverbindungen ermöglichen eine sehr einfache Montage. Durch Gradangaben auf den Elementen ist die Montage und Wiedereinstellung positionsgenau möglich. Das System ist eindeutig positioniert und gegen unbemerktes Verstellen gesichert.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren und den Figuren selbst dargestellt, wobei bemerkt wird, dass alle Merkmale sowie Kombinationen von Merkmalen erfindungswesentlich sind.
In den Figuren ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsformen dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:
Fig. 1 eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Klemmverbindungen für den Fall der Verbindung eines Hauptprofiles mit einer Vielzahnwelle und zweier Trägerrohre mit der Vielzahnwelle,
Fig. 2 eine Ansicht der Verbindung gemäß Pfeil II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht der Verbindung gemäß Pfeil III in Fig. 1,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Verbindung im Bereich eines Trägerrohres,
Fig. 5 ein Zahnsegment, in einer Draufsicht,
Fig. 6 das in Fig. 5 gezeigte Zahnsegment in einer Schnittdarstellung gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 ein Trägerrohr mit diesem verbundenen, als Baueinheit ausgebildeten Klappelementen und von einem Klappelement aufgenommener Vielzahnwelle, bei geöffneter Stellung des anderen Klappelementes, in einer ersten Position des Zahnsegments,
Fig. 8 eine Anordnung gemäß Fig. 7, allerdings bei Anwendung eines auf der anderen Seite des einen Klappelementes angeordnetem, in anderer Winkelposition befindlichen Zahnsegment und
Fig. 9 ein Trägerrohr gemäß der Darstellung der Fig. 7 und 8, das allerdings als außen glattes Rohr ausgebildet ist, mit einem vom Trägerrohr aufgenommenen pneumatischen Greifer.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein längliches Hauptprofil 1, dessen Hülllinie im wesentlichen die Form eines Rechtecks beschreibt. Das Hauptprofil ist mit einer Vielzahl von hinterschnittenen Aussparungen 2 versehen, die der Aufnahme von Seitenplatten 3 dienen. Diese sind mit dem Hauptprofil 1 klemmend verbunden, indem Schrauben 4 Bohrungen in den Seitenplatten 3 durchsetzen und in dem Profil der Aussparungen 2 angepasste Klemmschlitten 5 eingeschraubt sind, die beim Anziehen der Schrauben 4 gegen das Hauptprofil 1 im Bereich der Aussparungen 2 geklemmt werden.
Das jeweils frei über das Hauptprofil 1 auskragende Ende der jeweiligen Seitenplatte 3 ist als Halbschale ausgebildet, womit diese Seitenplatte 3 eine Klemmbacke 7 bildet. Diese Klemmbacke ist mit zwei parallelen Gewindebohrungen versehen, in die Schrauben 8 einschraubbar sind, die Bohrungen in einem weiteren Halbschalenteil 9 durchsetzen, das die andere Klemmbacke 10 bildet. Die beiden Paare von Klemmbacken 7 und 10, die beidseitig des Hauptprofiles 1 angeordnet und im Bereich der jeweiligen Klemmbacke 7 mit diesem verbunden sind, nehmen, zwischen den glatten Klemmflächen 29 der jeweiligen Klemmbacken 7 und 10, eine Vielzahnwelle 11 auf. Diese ist hohl, somit als Rohr ausgebildet und weist eine Zahnteilung von 15° auf. Auf einer Seite der Vielzahnwelle weist der horizontal gerichtete Zahn eine verkürzte Höhe auf, so dass sich eine Nullgradausrichtung der Welle 11 im Bereich 12 ergibt. Das mit dieser zu verbindende Hauptprofil 1 kann so exakt bezüglich der Welle 11 ausgerichtet werden. Der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass die Teilungsebene der Klemmbacken 7 und 10 im Bereich 12 angeordnet ist. Der jeweilige Zahn der Vielzahnwelle 11 ist mit der Bezugsziffer 13 bezeichnet.
Durch Anziehen der Schrauben 8 wird die Klemmung der Welle 11 zwischen den Klemmbacken 7 und 10 herbeigeführt. Die exakte Positionierung der Welle 11 relativ zu den Klemmbacken 7 und 10 wird mittels eines plattenförmigen Zahnsegmentes 14 herbeigeführt, das eine Zahnteilung entsprechend der Welle 11 aufweist. Das Zahnsegment 14 ist als Platte ausgebildet, das in eine dessen Außenkontur angepasste Ausfräsung 15 der Seitenplatte 3 seitlich eingesetzt ist. Das Zahnsegment 14 ist mittels zweier Schrauben 16, die in Gewindebohrungen der Seitenplatte 3 eingeschraubt sind und Bohrungen 17 des Zahnsegments 14 durchsetzen, mit der Seitenplatte 3 verbunden. Das Zahnsegment 14 weist vier Zähne 18 auf. In montiertem Zustand des Zahnsegmentes 14 ist dieses außerhalb der Welle 11 positioniert und es kämmen die zur Achse der Welle 11 gerichteten Zähne 18 des Zahnsegmentes 14 mit den zugewandten Zähnen 13 der Welle 11. Das Zahnsegment 14 bewirkt damit eine winkelgenaue Positionierung der Welle 11 bezüglich der Klemmbacken 7 und 10.
Nachfolgend wird auf die Darstellung der Fig. 1, 2 und 4 bis 8 Bezug genommen. Gezeigt ist, dass mit der vom Hauptprofil 1 aufgenommenen Vielzahnwelle 11 zwei Trägerrohre 19 mittels der erfindungsgemäßen Klemmverbindung verbunden sind, wobei im Ausführungsbeispiel das jeweilige Trägerrohr 19 gleichfalls als Vielzahnwelle im Sinne der Ausbildung der Vielzahnwelle 11 ausgebildet ist. Das jeweilige Trägerrohr 19 könnte damit weitere Elemente mittels der erfindungsgemäßen Klemmverbindung aufnehmen.
Das Trägerrohr 19 ist fest mit einer Baueinheit 20 verbunden, die zwei um eine Scharnierachse 21 klappbare Klappelemente aufweist, die die halbschalenförmigen Klemmbacken 22 und 23 bilden. Die Klemmbacke 22 ist dabei mit dem Trägerrohr 19 verschweißt. Das der Scharnierachse 21 abgewandte Ende der Klemmbacke 23 ist mit einer Bohrung versehen, die eine Schraube 8 durchsetzt. Bei aufeinander zu bewegten Klemmbacken 22 und 23 ist diese Schraube 8 in eine Gewindebohrung der Klemmbacke 22 eingeschraubt. Entsprechend der vorbeschrieben Ausführungsform ist ein Zahnsegment 14 vorgesehen, das in eine Ausfräsung 15 der Klemmbacke 22 eingelegt und mittels zweier Schrauben 16 mit dieser befestigt ist.
Fig. 7 zeigt die Lagerung des einen Tragrohres 19 in der Vielzahnwelle 11, bei in Offenstellung befindlichem Klemmbacken 23. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass die Ausfräsung 15 symmetrisch zum Bereich 12 der Nullgradwinkelstellung angeordnet ist, so dass aufgrund der zwangsläufigen Positionierung des Zahnsegmentes 14, ausgehend von der Position 0°, nur eine Verdrehung des Klemmbackens 22 relativ zur Welle 11 um 15° (aufgrund der Zahnteilung) in die Positionen 15°, 30°, 45° usw. möglich ist. - Hingegen ist der Klemmbacken 22 auf seiner anderen Seite, wie in Fig. 8 dargestellt, mit einer um 7,5° bezüglich der durch den Bereich 12 vorgegebenen 0° Achse verschwenkt eingebrachten Ausfräsung 15 versehen, so dass, wegen der zwangsläufigen Schrägstellung des Zahnsegmentes 14 um diesen Winkelbetrag, bei derselben Zahnteilung von 15°, ausgehend von einer 7,5° Ausgangsstellung eine weitere Drehpositionierung des Klemmbackens 22 zur Welle 11 von 22,5°, 37,5°, 52,5° usw. möglich ist. Durch die zwei möglichen, unterschiedlichen Ausrichtungen des Zahnsegmentes 14 kann eine Positioniergenauigkeit von 7,5°, bei einer Zahnteilung von 15° erreicht werden. Es ist eine Flexibilität für eine feinere Einstellung, zum Beispiel ausgehend von einer 3,75° Ausgangsstellung möglich, wenn das Zahnsegment an einer anderen Stelle positioniert wird, und zwar mit einer noch größeren Neigung als die vorbeschriebene zum Erreichen der Ausgangsstellung von 7,5°.
Wie oben dargelegt, kann das jeweilige Trägerrohr 19 durchaus auch einen glatten äußeren Umfang aufweisen, wie es zur Ausführungsform nach Fig. 9 dargestellt ist. Dort ist mit dem Trägerrohr 24 die Klemmbackeneinheit 25, wie sie im Detail in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, verbunden und es klemmt ein normales, glattes Klemmbackenpaar 26 dieses Trägerrohr 24, wobei eine Klemmbacke 27 des Klemmbackenpaares 26 die Funktion einer Lagerplatte für einen pneumatischen Greifer 28 aufweist.

Claims

1. Klemmverbindung mit einer Welle (11) und Klemmbacken (7, 10; 22, 23), die die Welle (11) zwischen sich klemmen, wobei die Klemmbacken (7, 10; 22, 23) glatte Klemmflächen (29) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Vielzahnwelle (11) ausgebildet ist, und mit mindestens einer Klemmbacke (7; 22) ein Zahnsegment (14) verbunden ist, das mit Zähnen (13) der Vielzahnwelle (11) kämmt.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Klemmbacken (7, 10; 22, 23) aufweist, die als Halbschalen ausgebildet sind.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacken als durch Klappelemente (22, 23) gebildete Baueinheit (20) ausgebildet ist, wobei die Klappelemente (22, 23) im Bereich des dem Klappscharnier (21) abgewandten Endes mittels einer Schraubverbindung (8) verbindbar sind.

4. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacken separate Bauteile (7, 10) bilden, die mittels beidseitig der Welle (11) angeordneter Schraubverbindungen (8) miteinander verbindbar sind.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahnwelle (11) und/oder das Zahnsegment (14) eine Zahnteilung von 10 bis 20°, insbesondere 15° aufweist.

6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (14) in mindestens einer weiteren Winkelposition relativ zum Klemmbacken (7; 22) anordbar ist, insbesondere einem Winkel, der einem Teil der Zahnteilung des Zahnsegments (14) bzw. der Vielzahnwelle (1) entspricht, vorzugsweise der halben Zahnteilung.

7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (14) drei bis fünf Zähne, insbesondere vier Zähne aufweist.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (14) als Platte ausgebildet ist, insbesondere mit stirnseitigen Zähnen (18).

9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (14) aus Metall oder Kunststoff besteht.

10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (14), bezogen auf die Aufnahmerichtung der zwischen den Klemmbacken (7, 10; 22, 23) gehaltenen Welle (11), stirnseitig mit dem Klemmbacken (7; 22) verbunden, insbesondere verschraubt ist.

11. Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbacken (7; 22) mindestens eine Ausnehmung (15) zur Aufnahme des Zahnsegments (14) aufweist.

12. Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbacken (7; 22) auf jeder Stirnseite eine Ausnehmung (15) aufweist, wobei die Ausnehmungen (15) in zueinander winkelversetzter Position angeordnet sind.

13. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Definition einer Nullstellung der Klemmbacken (7, 10; 22, 23) relativ zur Welle (11), die Welle (11) in diesem Bereich (12) mit einem modifizierten Zahn (13), insbesondere einem in seiner Länge verkürzten Zahn (13) ausgebildet ist.

14. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Klemmbacken (22) mit einem Montagearm (19) fest verbunden ist, insbesondere einem Montagearm zur Aufnahme eines Greifers (28), Saugers oder Spanners.

15. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die die Welle (11) zwischen sich klemmenden Klemmbacken (7, 10) mindestens einer Klemmverbindung mit einem Hauptträger (1) verbunden sind, wobei die Welle (11) der Aufnahme mehrerer Montagearme (19) dient.