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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatisierten Verschrauben
einer aus zwei koaxial zueinander angeordneten und untereinander
drehbar verbundenen Bauteilen bestehenden Baugruppe an einem weiteren
Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
der an einem weiteren Bauteil zu verschraubenden Baugruppe handelt
es sich um zwei drehbar und koaxial angeordnete Bauteile, welche mit
Schlüsselflächen versehene
und axial benachbarte Mehrkantschraubenköpfe aufweisen. Die Bauteile
sind axial zueinander nicht verschiebbar. Das Einschrauben erfolgt
durch Drehen des koaxial äußeren Bauteils,
welches als Überwurfschraube
oder Überwurfmutter
ausgebildet sein kann. Ein Drehen der Schraubenköpfe mit um 360° kreisenden,
seitlich ansetzbaren Schraubwerkzeugen ist durch vom Basisteil in
den Bewegungsbereich der Schraubwerkzeuge ragende Bauteile nicht
möglich.
Ein steckschlüsselartiges Übergreifen
der Schraubenköpfe
ist ebenfalls nicht möglich,
da das koaxial äußere Bauteil,
welches das Schraubgewinde aufweist, einen Schraubenkopf mit kleinerem
Kopfkreis besitzen kann, als das mit ihm drehbar verbundene Bauteil. Beim
Schraubvorgang kommt es darauf an, die zu verschraubende Baugruppe
hinsichtlich Winkelstellung und Drehmoment definiert am Basisteil
zu verschrauben. Eine derartige Schraubaufgabe besteht insbesondere
bei der Montage von Common-Rail-Baugruppen für Dieselmotoren. Eine automatisierte
Lösung
zum Verschrauben solcher Bauteile ist nicht bekannt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schraubvorrichtung für die oben
erläuterten Schraubbedingungen
zu schaffen, mit welcher der Schraubvorgang hinsichtlich Drehmoment
und Drehwinkel prozessüberwacht
erfolgen kann, wobei aus Gründen
der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Schraubvorgänge eine
achsfluchtende Anordnung des Schraubantriebs, der Drehlagerung für den Arbeitsschlüssel, der
Drehlagerung für
den Halteschlüssel
sowie der zu verschraubenden Bauteile realisiert werden soll.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schraubvorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die
Möglichkeit
des radialen Ein- und Ausrückens
des Halteschlüssels
und des Arbeitsschlüssels
in überlappenden
Stellungen hinsichtlich Drehmoment und Drehwinkel jeder gattungsgemäß beschriebene
Schraubprozess realisiert werden kann. Die Anordnung von zwei konzentrisch angeordneten
und voneinander unabhängig
antreibbaren Antriebswellen ermöglicht
eine sehr kompakte Bauform, was wiederum Voraussetzung für die geforderte
hohe Prozessgenauigkeit ist.
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Durch
die um eine zur zu verschraubenden Baugruppe parallel verlaufende
Achse zusätzlich schwenkbaren
Schlüssel
besteht die Möglichkeit,
am Basisteil sowie an der zu verschraubenden Baugruppe auftretende
Toleranzen hinsichtlich Koaxialität der Gewinde und Mittigkeit
der Schlüsselflächen zu
kompensieren.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Prinzipdarstellung
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2 ein
Basisteil mit verschraubter Baugruppe
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3 u. 4 die
Draufsichten verschiedener Schlüsselstellungen
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5 die
perspektivische Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der Schraubvorrichtung
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Gemäß 1 ist
an einem Gestell 2 die Antriebswelle 1 für den Antrieb
des Arbeitsschlüssels 8 gelagert,
wobei der Wellenantrieb nicht dargestellt ist. Die Verbindung mit
dem Arbeitsschlüsselausleger 7 erfolgt über die
Wellenkupplung 4. Die Lagerung des mit dem Arbeitsschlüsselausleger 7 verbundenen
Teils der Antriebswelle 1 erfolgt im Wellenlager 6. Ebenfalls
im Wellenlager 6 wird die als Hohlwelle ausgebildete und
koaxial angeordnete Antriebswelle 3 gelagert, welche mit
dem Halteschlüsselausleger 10 verbunden
ist. Der Drehantrieb der Antriebswelle 3 erfolgt über einen
gestellfest angeordneten Zugmittelantrieb 20. Am Umfang
der Antriebswelle 3 ist weiterhin eine Bremsscheibe ausgebildet,
welche mit zugehörigen
gestellfesten Bremsmitteln eine Feststellbremse 5 bilden.
An dem aus dem Wellenlager 6 austretenden Ende der Antriebswelle 3 ist
der Halteschlüsselausleger 10 angeordnet.
Dieser ist U-förmig ausgebildet,
wobei der obere Schenkel vom Ende der Antriebwelle 1 durchragt
wird. Am oberen Teil des Halteschlüsselauslegers 10 ist
der Stellantrieb 12 angeordnet, an welchem der untere Schenkel
mit dem nochmals U-förmig
nach unten abgewinkelten Halteschlüssel 11 radial verfahrbar
gelagert ist. An dem zwischen oberen und unteren Schenkel des Halteschlüsselauslegers
endenden Teil der Antriebswelle 1 ist der Arbeitsschlüsselausleger 7 U-förmig abragend
angeordnet. Am unteren Schenkel des Arbeitsschlüsselauslegers 7 ist
der Stellantrieb 9 angeordnet, auf welchem der Arbeitsschlüssel 8 radial
verfahrbar gelagert ist. Der U-förmige
Arbeitsschlüsselausleger 7 kann
dabei den unteren U- förmigen Teil des
Halteschlüsselauslegers 10 mit
Halteschlüssel 11 umgreifen.
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In 1 ist
ein Basisteil 13 mit zu verschraubender Baugruppe 15 in
Schraubposition dargestellt, wobei der Halteschlüssel 11 an den Schlüsselflächen 16 der
Baugruppe 15 und der Arbeitsschlüssel 8 an der Überwurfschraube 17 angreifen.
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2 zeigt
in Alleinstellung ein Basisteil 13 mit verschraubter Baugruppe 15.
Das Basisteil weist im Drehbereich von Halteschlüssel 11 und Arbeitsschlüssel 8 ein
abragendes Störteil 14 auf.
Das Basisteil ist mit einem Innengewinde versehen, in welches die
Baugruppe 15 gegen eine im Basisteil 13 ausgebildete
Anschlagfläche
(nicht dargestellt) verschraubt ist. Dazu weist die Baugruppe 15 unterhalb der
Schlüsselflächen 16 eine
ebenfalls mit Schlüsselflächen versehene Überwurfschraube 17 auf,
welche drehbar aber axial nicht verschiebbar angeordnet ist. Das
Außengewinde
der Überwurfschraube 17 ist
in das Innengewinde im Basisteil 13 eingeschraubt und zieht
die Baugruppe 15 somit in das Basisteil 13. Das Verschrauben
der Baugruppe 15 ist dabei so erfolgt, dass sich die Baugruppe 15 bei
einem vorgegebenen Anzugsdrehmoment in einer definierten Winkelstellung
befindet.
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Zum
automatischen Verschrauben wird die aus Basisteil 13 und
Baugruppe 15 bestehende Einheit vormontiert in der Schraubvorrichtung
in eine achsfluchtende Ausgangsstellung gebracht und das Basisteil 13 durch
nicht dargestellte Spannmittel fixiert. Über ebenfalls nicht dargestellte
sensorische Mittel wird die momentane Winkelstellung der Baugruppe 15 erfasst.
Der Halteschlüssel 11 wird
durch Drehen des Halteschlüsselauslegers 10 zu
den Schlüsselflächen 16 ausgerichtet
und somit in Einrückposition
gebracht. Das Ansetzen des Halteschlüssels 11 erfolgt dann
durch radiales Bewegen des unteren Schenkels des Halteschlüsselauslegers 10 mittels
des Stellantriebs 12. Ein definiertes Drehen des Halteschlüsselauslegers 10 bewirkt
dann eine drehwinkelgenaue Ausrichtung der Baugruppe 15.
Durch das Wirksamwerden der Feststellbremse 5 wird die
Winkelstellung der Baugruppe 15 fixiert.
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Gleichwirkend
wird die Winkelstellung der Überwurfschraube 17 erfasst
und der Arbeitsschlüssel 8 durch
Drehen des Arbeitsschlüsselauslegers 7 in
Einrückposition
gebracht. Das Ansetzen des Arbeitsschlüssels 8 an die Schlüsselflächen der Überwurfschraube 17 erfolgt
dann durch radiales Einrücken
des Arbeitsschlüssels 8 mittels
des Stellantriebs 9.
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Durch
Drehen des Arbeitsschlüsselauslegers 7 und
damit des Arbeitsschlüssels 8 in
die entsprechende Richtung erfolgt das Einschrauben der Überwurfschraube 17 in
das Innengewinde des Basisteils 13. Dabei erfolgt das Einschrauben
der Überwurfschraube 17 auf
Grund des in den Drehbereich ragenden Störteils 14 immer nur
schrittweise um einen bestimmten Drehwinkel. Daran schließt sich
ein Ausrücken
des Arbeitsschlüssels 8,
ein Zurückdrehen
in eine neue Einrückstellung
und eine erneute Schraubbewegung an, bis die Baugruppe 15 im
Inneren des Basisteils 13 an eine Anschlagfläche gedrückt wird
und das geforderte Anzugsmoment erreicht ist. Nach Beendigung des
Schraubvorgangs werden der Arbeitsschlüssel 8 und der Halteschlüssel 11 wieder
ausgerückt
und das Basisteil 13 mit verschraubter Baugruppe 15 kann
der Schraubvorrichtung entnommen werden.
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In
den 3 und 4 sind verschiedene Aus- und
Einrückstellungen
des Halteschlüssels 11 und
des Arbeitsschlüssels 8 in
Bezug auf die jeweilige Stellung der Schlüsselflächen 16 und der Überwurfschraube 17 dargestellt. 4 zeigt
eine Situation, in welcher der Arbeitsschlüssel 8 und der Halteschlüssel 11 direkt über einander
angeordnet sind und aus diesen Stellungen aus- und eingerückt werden.
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Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schraubvorrichtung
sind zusätzlich
am hinteren Ende des Halteschlüssels 11 das
Schwenklager 19 und hinter dem Arbeitsschlüssel 8 das Schwenklager 18 ausgebildet.
In diesen Schwenklagern 18 und 19 sind die vertikalen
Achsen 22 und 21 gelagert. Um diese Achsen 21 und 22 können der Halteschlüssel 11 und
der Arbeitsschlüssel 8 um
ca. 3° in
beide Richtungen geschwenkt werden. Die Stellantriebe sind dabei
kraftlos. So können
am Basisteil 13 sowie an der zu verschraubenden Baugruppe 15 auftretende
Toleranzen hinsichtlich Koaxialität der Gewinde und Mittigkeit
der Schlüsselflächen kompensiert
werden.
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- 1
- Antriebswelle
AS
- 2
- Gestell
- 3
- Antriebswelle
HS
- 4
- Wellenkupplung
- 5
- Feststellbremse
HS
- 6
- Wellenlager
- 7
- Arbeitsschlüsselausleger
- 8
- Arbeitsschlüssel
- 9
- Stellantrieb
AS
- 10
- Halteschlüsselausleger
- 11
- Halteschlüssel
- 12
- Stellantrieb
HS
- 13
- Basisteil
- 14
- Störteil
- 15
- Baugruppe
- 16
- Schlüsselflächen
- 17
- Überwurfschraube
- 18
- Schwenklager
- 19
- Schwenklager
- 20
- Zugmittelantrieb
- 21
- Achse
- 22
- Achse