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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Schraubeinheit zur Integration in einer Montagelinie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 und ein Verfahren zum automatisierten Verschrauben eines ersten Schraubelementes an einem zweiten Schraubelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.
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Automatische Schraubeinheiten, welche beispielsweise in der
DE 103 54 079 A1 offenbart ist, werden beispielsweise zur Montage von Fahrzeugachsen eingesetzt, wobei zum Beispiel eine Schraube am Gegenhalter gehalten ist, während die antreibbare Schraubspindel an der Mutter der Schraube angreift. Dabei sind die Schraube und die Mutter auf einer gemeinsamen Schraubachse angeordnet. Nachdem die Mutter auf die Schraube aufgedreht ist, wird die Mutter über die Schraubspindel bis zum gewünschten Endmoment angezogen. Dabei verspannt sich das ganze System und es treten beispielsweise zwischen dem Gegenhalter und der Schraube hohe Reibungskräfte auf mit der Folge, dass der Kopf der Schraube am Gegenhalter verklemmt und nur schwer wieder abzuziehen ist.
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Die
JP 06198571 A offenbart einen Schraubenschlüssel, welcher über mehrere, teleskopartig ineinander angeordnete Einsätze verfügt. Die Einsätze sind federvorgespannt. Je nach Größe der zu betätigenden Schraube oder Mutter kommt es zu einem Eingriff eines der Einsätze. Zu kleine Einsätze werden gegen die Vorspannkraft der Feder nach hinten weg geschoben. Daher können mit diesem Schraubenschlüssel Schrauben und Muttern unterschiedlicher Größe betätigt werden, ohne den Schraubenschlüssel wechseln zu müssen.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Schraubeinheit und ein Verfahren zum automatisierten Verschrauben von Schraubelementen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Schraubspindel und der Gegenhalter von der bis auf das Endmoment angezogenen Schraube in einfacher Weise entfernt werden kann.
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Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine erste Schraubeinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1, eine zweite Schraubeinheit mit den Merkmalen des Anspruches 2 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Schraubeinheiten und dieses Verfahrens sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Schraubeinheit und ein nach dieser technischen Lehre ausgeführtes Verfahren hat den Vorteil, dass durch das Lösen des Einsatzes vom Gegenhalter dieser in die Lage versetzt wird, sich zumindest um einige Winkelgrade um die Schraubachse zu drehen. Somit kann der Einsatz dem zuvor durch das Andrehen bis auf das Endmoment aufgebauten Spannung nachgeben, wodurch die starre Verbindung zwischen Schraubelement und Gegenhalter aufgehoben wird. Der derart gelöste Gegenhalter und/oder die derart gelöste Schraubspindel kann nun in einfacher Weise von den Schraubelementen abgenommen werden.
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Der Einsatz kann wahlweise am Gegenhalter oder an der Schraubspindel angebracht sein. Dieser Effekt tritt in beiden Fällen auf.
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Erfindungsgemäß ist der Einsatz in einer sich zum Schraubenelement hin konisch erweiterten Aufnahme gehalten, wobei der Einsatz passgenau korrespondierend zur Aufnahme ausgebildet ist, um formschlüssig in der Aufnahme gehalten werden zu können. Dies hat den Vorteil, dass der eng in der Aufnahme sitzende Einsatz auf einer vergleichsweisen großen Fläche Kontakt zum Gegenhalter beziehungsweise zur Schraubspindel hat, sodass die beim Anziehen auf das Endmoment auftretenden Kräfte über eine vergleichsweise große Fläche abgeleitet werden können. Dies führt letztendlich zu einem geringeren Verschleiß und vermeidet Verkantungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Einsatz eine außen umlaufende Nut ausgebildet, während am Gegenhalter oder an der Schraubspindel ein orthogonal zur Schraubachse in die Nut eingreifendes Halteelement angebracht ist. Mit diesem Halteelement kann der Einsatz in einfacher und kostengünstiger Weise am Gegenhalter bzw. an der Schraubspindel angebracht werden. Insbesondere, wenn das Halteelement als geteilte Ringscheibe ausgebildet ist, kann der Einsatz in einfacher und kostengünstiger Weise gehalten werden. Auch ist ein Austauschen des Einsatzes schnell und ohne großen Aufwand möglich, zum Beispiel falls Schraubelemente anderer Größe verarbeitet werden. Durch die axial verschiebliche Anbringung des Einsatzes ist auch hier eine axiale Verschiebung des Einsatzes gegenüber dem Gegenhalter oder der Schraubspindel möglich.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die am Einsatz umlaufende Nut breiter ausgebildet, als der in der Nut eingreifende Teil des Halteelementes. Hierdurch ist es möglich, das Halteelement z. B. am Gegenhalter festzuschrauben und dennoch ist eine axiale Verschiebbarkeit des Einsatzes aufgrund der breiteren Nut gewährleistet.
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In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform umgreift das Halteelement den Einsatz im Bereich der Nut vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise passgenau. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch der Einsatz vom Halteelement zumindest im Wesentlichen koaxial zur Schraubachse gehalten wird, auch wenn die Schraubenelemente nicht im Eingriff mit dem Einsatz sind. Dies erleichtert das Zuführen und Erfassen des Schraubenelementes erheblich.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Aufnahme als Innensechskant ausgebildet, wobei die einzelnen Flanken nicht parallel zur Schraubachse, sondern schräg zu Schraubachse angeordnet sind, so dass sich die Aufnahme zum Schraubenelement hin vergrößernd ausgebildet sind. Ein solcher Innensechskant ist kostengünstig herstellbar und stellt eine gute formschlüssige Verbindung dar. Alternativ kann die Aufnahme auch analog als ein anderen Mehrkant oder als Torxaufnahme ausgebildet sein.
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Durch diese axial verschiebliche Lagerung des Einsatzes auf der Schraubachse werden auf dem Schraubelement vorhandene Spannungen beim Abziehen des Gegenhalters vom Schraubenelement schlagartig gelöst, weil dabei der Einsatz zumindest 1 mm axial aus der Aufnahme heraus verschoben wird und weil damit der Einsatz sich entsprechend der im Schraubelement vorhandenen Spannungen um einige Zehntel-Winkelgrade um die Schraubachse drehen kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Gegenhalter sehr klein ausgebildet sein kann und für Verschraubungen in engen Räumen eingesetzt werden kann. Dementsprechend kann die Anschlusskonstruktion ebenfalls sehr kompakt ausgeführt werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Einsatz herausnehmbar ist. Folglich kann der Gegenhalter standardisiert konstruiert werden und für eine Vielzahl von Schraubstationen eingesetzt werden. Zur Anpassung der Schraubstation an das individuelle Schraubelement braucht lediglich ein entsprechend angepasster Einsatz eingesetzt werden. Somit sinken die Kosten sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Herstellung der Schraubstation.
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Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Einsatz einfach austauschbar ist und somit ein verschleißbedingter Ersatz kostengünstig geschaffen werden kann.
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Die Aufnahme ist als Innenmehrkant, hier als Innensechskant, ausgebildet, wobei der Innensechskant koaxial zur Schraubachse angeordnet ist. Einzelne Flanken des Innensechskants sind aber nicht parallel zur Schraubachse, sondern in einem vorgegebenen Winkel zur Schraubachse angeordnet. Dabei sind die Flanken derart ausgerichtet, dass sie sich zum Schraubelement hin öffnen. Der Einsatz ist dementsprechend korrespondierend ausgebildet.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Schraubstationen und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teiles eines Gegenhalters einer erfindungsgemäßen Schraubstation;
- 2a eine geschnitten dargestellte Seitenansicht des Gegenhalters gemäß 1 in einer ersten Position;
- 2b eine geschnitten dargestellte Seitenansicht des Gegenhalters gemäß 1 in einer zweiten Position.
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In 1 ist in explosionsartiger Darstellung der erfindungsgemäße Teil der automatisierten Schraubeinheit dargestellt. 1 zeigt einen unteren Teil eines Gegenhalters 1, in dem eine Aufnahme 2 zur Aufnahme eines Einsatzes 3 ausgebildet ist. Im Einsatz 3 ist eine Torxaufnahme 4 zur Aufnahme eines zweiten Schraubenelementes 5 mit einem entsprechenden Torxkopf 6 ausgebildet. Zum zweiten Schraubenelement 5 gehört natürlich noch eine entsprechende, handelsübliche Mutter (erstes Schraubelement), die hier nicht dargestellt ist.
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Die Aufnahme 2 ist als Innenmehrkant, hier als Innensechskant, ausgebildet, und der Einsatz 3 weist eine dementsprechend korrespondierende Außenform auf, ist hier also als Außensechskant ausgebildet. Aufnahme 2 und Einsatz 3 sind dabei derart passgenau hergestellt, dass der Einsatz 3 exakt passgenau und formschlüssig in der Aufnahme 2 platziert werden kann. Dabei ist die Aufnahme 2 derart koaxial zu einer Schraubachse 7 ausgerichtet, dass auch der Einsatz 3 koaxial auf der Schraubachse 7 gehalten ist.
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Am rückwärtigen Teil des Einsatzes 3 ist eine umlaufende Nut 8 ausgebildet, in die ein scheibenförmig ausgebildetes Halteelement 9 eingreift, um den Einsatz 3 am Gegenhalter 1 zu halten. Das Halteelement 9 setzt sich zusammen aus einer oberen Ringscheibe 10 und einer unteren Ringscheibe 11, die jeweils mit Schrauben 12 am Gegenhalter 1 angeschraubt werden.
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An der Rückseite des Gegenhalters 1 ist eine Vertiefung 15 ausgebildet, in die das Halteelement 9 eingelassen werden kann. Hierdurch wird die Halterung des Einsatzes 3 quasi in den Gegenhalter 1 verlegt. Dies hat den Vorteil, dass der Einsatz 3 entsprechend kurz ausgelegt werden kann, was zu einer kompakten und platzsparenden Bauweise des Gegenhalters 1 beiträgt.
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Am Halteelement 9 ist zur Nut 8 hin ausgerichtet eine Ringkante 13 vorgesehen, wobei die Ringkante 13 korrespondierend zur Nut 8 derart passgenau ausgebildet ist, dass im montierten Zustand die Ringkante 13 die Nut 8 passgenau umgreift, sodass der Einsatz 3 vom Halteelement 9 koaxial zur Schraubenachse 7 gehalten wird, auch wenn sich der Einsatz 3 außerhalb der Aufnahme 2 befindet.
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Die Nut 8 ist breiter ausgebildet, als das Halteelement 9, bzw. deren obere Ringscheibe 10 und deren untere Ringscheibe 11. Hierdurch ist es möglich, den Einsatz 3 einerseits vom Halteelement 9 koaxial zur Schraubachse 7 zu halten und andererseits in Richtung der Schraubachse 7 axial verschiebbar zu halten. Für die Erfindung wäre es ausreichend, wenn die Nut 8 lediglich 1 mm breiter als das Halteelement 9 ist, größere Weiten sind aber auch denkbar.
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Nachfolgend ist das Verfahren zum automatisierten Verschrauben eines ersten Schraubelementes an einem zweiten Schraubelement mittels einer eine Schraubspindel und ein Gegenhalter aufweisenden automatisierenden Schraubeinheit detailliert beschrieben:
- Im Rahmen einer automatisierten Schraubeinheit zur Integration in einer Montagelinie wird eine Schraubspindel und ein Gegenhalter jeweils einem ersten (zum Beispiel Mutter) und einem zweiten Schraubelement (zum Beispiel Schraube) zugeführt. Nachdem die Schraubspindel und der Gegenhalter das jeweilige Ende der jeweiligen Schraubelemente erfasst hat, wird das erste Schraubelement durch die Schraubspindel um dessen Mittelachse, die gleichzeitig die Schraubachse ist, herum in Rotation versetzt. Dabei wird das erste Schraubelement auf das zweite Schraubelement aufgeschraubt. Das erste Schraubelement wird durch die Schraubspindel derart fest angezogen, bis das für diese Schraubverbindung vorgesehene Endmoment erreicht ist. Anschließend werden der Gegenhalter und die Schraubspindel von den nunmehr miteinander verschraubten Schraubelementen abgezogen. Weil zwischen dem einen Schraubelement und dem Gegenhalter bzw. der Schraubspindel ein in Richtung der Schraubachse axial verschieblich gehaltener Einsatz vorgesehen ist, der vom Gegenhalter bzw. von der Schraubspindel gelöst wird, bevor die Schraubspindel und der Gegenhalter von den verschraubten Schraubelementen abgezogen wird, erfolgt das Abziehen zuverlässig und ohne großen Kraftaufwand.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt dies durch ein axiales Verschieben entlang der Schraubachse des Gegenhalters gegenüber der Schraubspindel. Durch diese Abstandsvergrößerung zwischen dem Gegenhalter und der Schraubspindel wird der am Schraubelement festsitzende Einsatz vom Gegenhalter bzw. von der Schraubspindel gelöst, sodass sich das Schraubelement entspannen kann, sodass sich beim weiteren Entfernen des Gegenhalters bzw. der Schraubspindel der Einsatz in einfacher Weise vom Schraubelement abziehen lässt.
