DE102014208994A1

DE102014208994A1 - Device for direct screwing of components, in particular for flow hole screwing and method for direct screwing of components

Info

Publication number: DE102014208994A1
Application number: DE102014208994.8A
Authority: DE
Inventors: Gerd Zinn; Rolf Pfeiffer
Original assignee: Deprag Schulz GmbH u Co
Current assignee: Deprag Schulz GmbH u Co
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die Vorrichtung (2) zum Direktverschrauben, insbesondere zum Fließlochschrauben, weist ein sich in einer Axialrichtung (18) erstreckendes Führungselement (10) auf, welches insbesondere als Führungsrohr ausgebildet ist. Innerhalb dieses Führungselements (10) ist eine Schrauberwelle (12) angeordnet, die in Axialrichtung (18) versetzbar ist. Die Schrauberwelle (12) wird von einem Schrauberantrieb (22) angetrieben. Ergänzend ist ein Vorschubantrieb (16) angeordnet, welcher zur Erzeugung einer Vorschubbewegung und Vorschubkraft ausgebildet ist, die auf die Schrauberwelle (12) übertragen wird. Dies erfolgt über eine Vorschubeinheit (40, 42). Beim Prozess wird in Abhängigkeit eines Prozessparameters von einer hohen Vorschubkraft (F) auf eine reduzierte Vorschubkraft (F) umgeschaltet. Um eine möglichst kompakte und Gewicht sparende Ausgestaltung zu ermöglichen, ist die Vorschubeinheit (40, 42) koaxial zur Schrauberwelle (12) innerhalb der Führungseinheit (10) angeordnet und überträgt auf die Schrauberwelle (12) die Vorschubkraft (F) in Axialrichtung und zentrisch. The device (2) for direct screwing, in particular for flow hole screwing, has a guide element (10) extending in an axial direction (18), which is designed in particular as a guide tube. Within this guide element (10), a screwdriver shaft (12) is arranged, which in the axial direction (18) is displaceable. The screwdriver shaft (12) is driven by a screwdriver drive (22). In addition, a feed drive (16) is arranged, which is designed to generate a feed movement and feed force, which is transmitted to the screwdriver shaft (12). This is done via a feed unit (40, 42). In the process, a high feed force (F) switches over to a reduced feed force (F) as a function of a process parameter. In order to enable the most compact and weight-saving design, the feed unit (40, 42) coaxial with the screwdriver shaft (12) within the guide unit (10) and transmits to the screwdriver shaft (12) the feed force (F) in the axial direction and centric.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Direktverschrauben von Bauteilen, insbesondere zum Fließlochschrauben. The invention relates to a device and a method for direct screwing of components, in particular for flow hole screws.

Ein Verfahren zum Fließlochschrauben ist beispielsweise zu entnehmen aus der DE 103 48 427 A1 . Beim Fließlochschrauben werden zwei Bauteile mittels einer Verschraubung ohne Vorlochen mindestens eines Bauteils miteinander verschraubt. In einem ersten Prozessabschnitt wird hierbei in dem Bauteil spanlos ein Loch erzeugt und anschließend wird in einem zweiten Prozessabschnitt in das erzeugte Loch ein Gewinde eingeformt. Beide Prozessabschnitte erfolgen hierbei mit einer Fließlochschraube, mit der also zunächst das Loch spanlos erzeugt wird und anschließend das Gewinde eingeformt wird. Schließlich dient die Fließlochschraube zugleich auch dazu, die beiden Bauteile über eine Schraubverbindung in einem dritten Prozessabschnitt miteinander zu verbinden. Für den Fließlochschraubvorgang wird dabei die Fließlochschraube in eine Drehbewegung versetzt und mit Hilfe eines Vorschubantriebs in Axialrichtung mit vorgegebener Vorschubkraft versetzt. A method for flow hole screws can be seen for example from the DE 103 48 427 A1 , When flow hole screws two components are screwed together by means of a screw without pre-punching at least one component. In a first process section, a hole is produced here without cutting in the component and then, in a second process section, a thread is formed in the produced hole. Both process sections are made here with a flow hole screw, so with the first so the hole is produced without cutting and then the thread is formed. Finally, the flow plug also serves to connect the two components via a screw in a third process section with each other. For the Fließlochschraubvorgang while the flow hole screw is placed in a rotary motion and offset by means of a feed drive in the axial direction with a predetermined feed force.

Die Fließlochschraube weist üblicherweise eine konische Spitze auf. Beim Lochformvorgang im ersten Prozessabschnitt wird durch eine hohe Drehzahl sowie eine hohe Vorschubkraft das Bauteil durch die Fließlochschraube an der vorgesehenen Lochposition zunächst erwärmt und anschließend plastisch verformt. Nach dem Lochformvorgang dringt die Fließlochschraube weiter ein und formt mit ihrem Schraubengewinde das Gewinde in das zuvor geformte Loch ein. Für den Gewindeformvorgang im zweiten Prozessabschnitt wird üblicherweise die Drehzahl der Fließlochschraube verringert. Im ersten Prozessabschnitt, bei dem durch die Erwärmung eine plastische Verformung der Bauteile erfolgt, werden gemäß der DE 103 48 427 A1 Drehzahlen im Bereich von 1000 bis 5000U/min und Vorschub- bzw. Andruckkräfte im Bereich zwischen 0,3 bis 1,5kN realisiert. The flow hole screw usually has a conical tip. During the hole-forming process in the first process section, the component is first heated by the high-speed screw at the intended hole position and then plastically deformed by a high speed and a high feed force. After the hole-forming process, the flow-hole screw continues to penetrate and with its screw thread forms the thread in the previously formed hole. For the thread forming process in the second process section, the speed of the flow hole screw is usually reduced. In the first process section, in which a plastic deformation of the components takes place by the heating, according to the DE 103 48 427 A1 Speeds in the range of 1000 to 5000U / min and feed and pressure forces in the range between 0.3 to 1.5 kN realized.

Bei der DE 103 48 427 A1 ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Bauteile während des Verschraubens durch eine Niederhaltekraft aneinander gedrückt werden, welche beispielsweise pneumatisch oder auch durch Federn aufgebracht wird. Zusätzlich wirkt mittels einer Schraubspindel eine Vorschubkraft auf die Fließlochschraube. In the DE 103 48 427 A1 is also provided that the components are pressed together during screwing by a hold-down force, which is applied for example pneumatically or by springs. In addition, a feed force acts on the flow hole screw by means of a screw spindle.

Aus der DE 199 11 308 A1 ist eine weitere Vorrichtung zum Fließlochfurchen beschrieben. Hierbei wird ein einziges Werkzeug eingesetzt, welches für die Lochoperation auf einen langsameren Vorschub gesteuert ist im Vergleich zum anschließenden Gewindeformen. Mittels einer wendelförmigen Druckfeder wird hierbei ein Anpressdruck erzeugt. From the DE 199 11 308 A1 Another device for Fließlochfurchen is described. Here, a single tool is used, which is controlled for the hole operation to a slower feed compared to the subsequent thread forming. By means of a helical compression spring in this case a contact pressure is generated.

Neben dem Fließlochschrauben ist als weitere Direktverschraubung noch ein Bohrschrauben bekannt, bei dem das Loch im ersten Prozessabschnitt mit Hilfe einer Bohrschraube durch Bohren, also spanend erzeugt wird und anschließend im zweiten Prozessabschnitt – wie beim Fließlochschrauben auch – ein Gewinde eingeformt wird. Unter Direktverschraubung wird allgemein ein Prozess verstanden, bei dem der Lochformvorgang und der Schraubvorgang in einem gemeinsamen Schraubvorgang mit einem Schraubelement erfolgt, welches auch zur Erzeugung des Durchzugs im Bauteil mit Einformung des Gewindes ausgebildet ist. In addition to the flow hole screws, a drilling screw is known as a further direct connection, in which the hole in the first process section by means of a drilling screw by drilling, so it is produced by machining and then in the second process section - as in the flow hole screws also - a thread is formed. By direct screw is generally understood a process in which the hole-forming process and the screwing takes place in a common screwing with a screw, which is also designed to produce the passage in the component with indentation of the thread.

Das Direktverschrauben, insbesondere das Fließlochschrauben findet zusehends Verwendung auch in der Kraftfahrzeugindustrie. Hierbei ist insbesondere eine hohe Taktrate bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit gefordert. The direct screwing, especially the flow hole screws is increasingly used in the automotive industry. In particular, a high cycle rate and simultaneously high process reliability are required.

Auf dem Markt befindliche Systeme zeichnen sich durch pneumatische Systeme aus, mittels derer die Vorschubkraft pneumatisch erzeugt und auf die Schrauberwelle übertragen wird. Insbesondere beim Einsatz in der Kraftfahrzeugindustrie werden die entsprechenden Vorrichtungen zum Fließlochschrauben an einer Roboterhand eines Handhabungsroboters, insbesondere eines mehrachsigen Industrieroboters befestigt. Bei der Bewegung der Roboterhand während eines Arbeitszyklusses treten zum einen hohe Beschleunigungswerte auf. Zum anderen ist es häufig erforderlich, dass die Vorrichtung in beengte Bauräume beispielsweise bei einer Kraftfahrzeug-Karosserie geführt werden muss. Die auf dem Markt befindlichen Systeme bauen vergleichsweise voluminös. Üblicherweise ist zur Erzeugung der Drehbewegung ein Schrauberantrieb vorgesehen und parallel hierzu zur Erzeugung der teilweise sehr hohen Vorschubkräfte ein pneumatischer Vorschubantrieb. Dieser ist parallel neben dem Schrauberantrieb angeordnet und über eine deshalb notwendige massive Führungs- und Tragstruktur werden die Vorschubkräfte auf eine Schrauberwelle des Schrauberantriebs übertragen. Insgesamt benötigen daher derartige Systeme ein gewisses Bauvolumen und weisen aufgrund der massiven Tragstruktur auch ein hohes Gewicht auf. On the market systems are characterized by pneumatic systems, by means of which the feed force is generated pneumatically and transmitted to the screwdriver shaft. In particular, when used in the automotive industry, the corresponding devices for flow hole screws are attached to a robot hand of a handling robot, in particular a multi-axis industrial robot. During the movement of the robot hand during a work cycle, on the one hand, high acceleration values occur. On the other hand, it is often necessary that the device must be performed in tight spaces, for example in a motor vehicle body. The systems on the market are relatively bulky. Usually, a screwdriver drive is provided for generating the rotational movement and parallel thereto for generating the sometimes very high feed forces a pneumatic feed drive. This is arranged in parallel next to the screwdriver drive and the feed forces are transmitted to a screwdriver shaft of the screwdriver drive via a solid guiding and supporting structure which is therefore necessary. Overall, therefore, such systems require a certain volume of construction and also have a high weight due to the massive support structure.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompaktbauende Vorrichtung für ein Direktverschrauben, insbesondere Fließlochschrauben von zwei Bauteilen anzugeben, welche insbesondere an einer Roboterhand eines Handhabungsroboters in kompakter Weise bei zugleich zuverlässiger Kraftübertragung befestigbar ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Direktverschrauben mit kompakten Vorrichtungen zu ermöglichen. Proceeding from this, the present invention seeks to provide a compact device for direct screwing, in particular flow hole screws of two components, which in particular on a robot hand of a handling robot in a compact manner at the same time reliable power transmission can be fastened. The invention is further based on the object, a Allow direct screwing with compact devices.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Direktverschrauben, insbesondere zum Fließlochschrauben, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Vorrichtung umfasst ein sich in einer Axialrichtung erstreckendes Führungselement, welches insbesondere als ein Führungsrohr mit typischerweise zylindrischen Innenhohlraum ausgebildet ist. Die Außenkontur des Führungsrohrs kann von einer Kreisform abweichen. Innerhalb dieses Führungselements ist eine Schrauberwelle angeordnet, die im Betrieb von einem Schrauberantrieb angetrieben wird, welcher einen Schraubermotor aufweist. Die Schrauberwelle ist dabei in Axialrichtung versetzbar innerhalb des Führungselements angeordnet. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen gesteuerten Vorschubantrieb zur Erzeugung einer Vorschubbewegung, wobei der Vorschubantrieb vorzugsweise einen nicht pneumatischen Vorschubmotor umfasst. Der Vorschubantrieb weist zur Übertragung der Vorschubbewegung sowie einer Vorschubkraft von zumindest 500N, insbesondere von zumindest 1000N eine Vorschubeinheit auf. Eine Komponente der Vorschubeinheit ist dabei zur Übertragung der Vorschubbewegung sowie der Vorschubkraft auf die Schrauberwelle in Axialrichtung versetzbar. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinheit zum Ansteuern des Vorschubantriebs, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass im Betrieb in Abhängigkeit eines Prozessparameters von einer hohen Vorschubkraft auf eine reduzierte Vorschubkraft umgeschaltet wird. Die Vorrichtung ist dabei weiterhin derart ausgebildet, dass die Vorschubeinheit koaxial zur Schrauberwelle innerhalb der Führungseinheit angeordnet ist und auf die Schrauberwelle in Axialrichtung zur zentrischen Übertragung der Vorschubkraft einwirkt. Die Kraftübertragung erfolgt daher querkraftfrei, es treten also keine Biegemomente auf, die über eine massive Tragstruktur abgefangen werden müssten. The object is achieved by a device for direct screwing, in particular for flow hole screws, with the features of claim 1. The device comprises a extending in an axial direction guide element, which is designed in particular as a guide tube with a typically cylindrical inner cavity. The outer contour of the guide tube may differ from a circular shape. Within this guide element, a screwdriver shaft is arranged, which is driven in operation by a screwdriver drive, which has a screwdriver motor. The screwdriver shaft is arranged displaceable in the axial direction within the guide element. Furthermore, the device comprises a controlled feed drive for generating a feed movement, wherein the feed drive preferably comprises a non-pneumatic feed motor. The feed drive has a feed unit for transmitting the feed movement and a feed force of at least 500N, in particular of at least 1000N. A component of the feed unit is displaceable in the axial direction for transmitting the feed movement and the feed force to the screwdriver shaft. The device further comprises a control unit for controlling the feed drive, wherein the control unit is designed such that is switched in operation in response to a process parameter of a high feed force to a reduced feed force. The device is further designed such that the feed unit is arranged coaxially to the screwdriver shaft within the guide unit and acts on the screwdriver shaft in the axial direction for the centric transmission of the feed force. The power transmission is therefore free of lateral forces, so there are no bending moments that would have to be intercepted by a massive support structure.

Diese Vorrichtung ist daher speziell für das Direktverschrauben, insbesondere Fließlochschrauben, konzipiert und umfasst zwei separate Antriebe, nämlich den Vorschubantrieb und den Schrauberantrieb. Von besonderer Bedeutung ist die koaxiale, konzentrische Anordnung der Vorschubeinheit zur Schrauberwelle, so dass also die hohen Vorschubkräfte zentrisch unmittelbar auf die Schrauberwelle übertragen werden, so dass also kein Umlenken der Vorschubkraft erforderlich und vorgesehen ist, so dass auf eine starke mechanische Tragstruktur verzichtet ist. This device is therefore specially designed for direct screwing, in particular flow hole screws, and comprises two separate drives, namely the feed drive and the screwdriver drive. Of particular importance is the coaxial, concentric arrangement of the feed unit to the screwdriver shaft, so that therefore the high feed forces are transmitted centrally directly to the screw shaft, so that no deflection of the feed force is required and provided, so that is dispensed with a strong mechanical support structure.

Am vorderen Ende der Schrauberwelle wird im Betrieb ein jeweiliges Schraubelement für den Direktverschraubvorgang, insbesondere eine Fließlochschraube, gehalten. Stirnendseitig ist daher an der Schrauberwelle ein entsprechender Werkzeugangriff bzw. eine entsprechende Halterung für ein derartiges Schraubelement angeordnet. Mit diesem Konzept der koaxialen Anordnung der Vorschubeinheit zur Schrauberwelle zur zentrischen Übertragung der Vorschubkraft ist daher insgesamt eine sehr kompakt bauende und auch vergleichsweise leichte Vorrichtung ermöglicht, die dennoch zur Übertragung der hohen Kräfte von typischerweise bis zu 5000N und der hohen Drehzahlen für die Schrauberwelle von typischerweise bis 8000U/min ausgebildet ist. Die Vorrichtung eignet sich daher insbesondere für den vorgesehenen Anwendungszweck in der Kraftfahrzeugindustrie, speziell zur Anordnung der Vorrichtung bei einem Industrieroboter. Die Vorrichtung ist im Einsatz bevorzugt an einer Roboterhand befestigt. In operation, a respective screw element for the Direktverschraubvorgang, in particular a flow hole screw, held at the front end of the screwdriver shaft. Therefore, a corresponding tool engagement or a corresponding holder for such a screw element is arranged on the screwdriver shaft on the front end side. With this concept, the coaxial arrangement of the feed unit to the screwdriver shaft for centric transmission of the feed force is therefore a total of a very compact and relatively lightweight device allows, yet the transmission of high forces of typically up to 5000N and the high speeds for the screwdriver shaft of typically up to 8000rpm. The device is therefore particularly suitable for the intended use in the automotive industry, especially for the arrangement of the device in an industrial robot. In use, the device is preferably fastened to a robot hand.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung umfasst die Vorschubeinheit einen Spindelantrieb mit zwei Spindelelementen, nämlich mit einer Spindelmutter und mit einer Gewindespindel. Die Vorschubkraft und die Vorschubbewegung werden daher über den Spindelantrieb effektiv und in kompakter Bauweise übertragen. Aufgrund der koaxialen Anordnung eignet sich die Ausgestaltung als Spindelantrieb besonders, da hierdurch die koaxiale Anordnung zur Schrauberwelle besonders einfach ist. According to an expedient development, the feed unit comprises a spindle drive with two spindle elements, namely with a spindle nut and with a threaded spindle. The feed force and the feed motion are therefore transmitted via the spindle drive effectively and in a compact design. Due to the coaxial arrangement, the configuration is particularly suitable as a spindle drive, as a result, the coaxial arrangement is particularly simple to the screwdriver shaft.

Alternativ zur Ausbildung als Spindelantrieb ist beispielsweise ein Linearantrieb oder auch ein Hydraulikantrieb eingesetzt. Alternatively to the training as a spindle drive, for example, a linear drive or a hydraulic drive is used.

Bevorzugt sind die Drehbewegungen des Vorschubantriebs einerseits, insbesondere des Spindelantriebs, und der Schrauberwelle andererseits voneinander entkoppelt. Die Drehbewegung des Vorschubantriebs, insbesondere die des Spindelantriebs oder allgemein eines Vorschubmotors, hat also keinerlei Einfluss auf die Schrauberwelle und wird insbesondere nicht auf diese übertragen. Es wird lediglich die axiale Vorschubbewegung und Vorschubkraft auf die Schrauberwelle übertragen. Im Hinblick auf die Drehbewegung handelt es sich um zwei vollständig entkoppelte Antriebe. Durch diese Maßnahme wird eine einfache getrennte Ansteuerung der beiden Antriebe, nämlich des Vorschubantriebs sowie des Schrauberantriebs ermöglicht. Beim Direktverschrauben ist nämlich ein schnelles Umschalten zwischen den beiden Prozessabschnitten (Lochformen und Gewindeformen) erforderlich. Bei miteinander gekoppelter Drehbewegung wäre andernfalls eine schnelle, synchrone Umschaltung der beiden Antriebe erforderlich, was nur mit Aufwand realisierbar ist. Preferably, the rotational movements of the feed drive on the one hand, in particular of the spindle drive, and the screwdriver shaft on the other hand are decoupled from each other. The rotational movement of the feed drive, in particular that of the spindle drive or generally a feed motor, thus has no influence on the screwdriver shaft and in particular is not transferred to this. It is only the axial feed movement and feed force transmitted to the screwdriver shaft. With regard to the rotational movement, there are two completely decoupled drives. By this measure, a simple separate control of the two drives, namely the feed drive and the screwdriver drive is possible. In the case of direct screwing, rapid switching between the two process sections (hole forming and thread forming) is required. With coupled rotary motion would otherwise be a fast, synchronous switching of the two drives required, which is feasible only with effort.

Beim Spindelantrieb besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass wahlweise die Spindelmutter oder die Gewindespindel ortsfest positioniert ist und das jeweils andere Spindelelement in Axialrichtung versetzt wird, um die Vorschubbewegung auf die Schrauberwelle zu übertragen. When spindle drive is basically the possibility that either the spindle nut or the threaded spindle is positioned stationary and the other spindle element in the axial direction is offset to transmit the feed movement to the screwdriver shaft.

In zweckdienlicher Ausgestaltung ist die Gewindespindel in Axialrichtung ortsfest positioniert und die Spindelmutter ist in Axialrichtung verstellbar angeordnet. In an expedient embodiment, the threaded spindle is positioned fixed in the axial direction and the spindle nut is arranged to be adjustable in the axial direction.

In bevorzugter Weiterbildung überlappen das feststehende Spindelelement, also insbesondere die Gewindespindel, und die Schrauberwelle in Axialrichtung und sind insbesondere koaxial ineinander angeordnet. Die eine dieser beiden Komponenten ist daher als Hohlkörper und insbesondere hülsenartig ausgebildet. Dies ist insbesondere die Schrauberwelle. Hierdurch wird eine kompakte Bauform erreicht. In a preferred development, the fixed spindle element, that is to say in particular the threaded spindle, and the screwdriver shaft overlap in the axial direction and are in particular coaxially overlapped with one another. One of these two components is therefore designed as a hollow body and in particular sleeve-like. This is especially the screwdriver shaft. As a result, a compact design is achieved.

Das eine Spindelelement, also insbesondere die Gewindespindel, und die Schrauberwelle, sind dabei über eine axiale Führungslänge ineinander angeordnet, die vorzugsweise zumindest einem maximalen Arbeitshub entspricht. Durch diese Anordnung der beiden Einheiten, die zugleich zur Übertragung der Vorschubkräfte miteinander zusammenwirken, ist eine sehr kompakte Ausbildung der gesamten Vorrichtung mit kurzer Baulänge erzielt. The one spindle element, that is to say in particular the threaded spindle, and the screwdriver shaft, are arranged inside one another via an axial guide length, which preferably corresponds at least to a maximum working stroke. By this arrangement of the two units, which also cooperate with each other for transmitting the feed forces, a very compact design of the entire device is achieved with a short overall length.

Der maximale Arbeitshub und damit etwa auch die axiale Führungslänge liegen vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 150 mm. The maximum working stroke and thus also approximately the axial guide length are preferably in a range of 100 to 150 mm.

Als Vorschubmotor für den Vorschubantrieb wird bevorzugt ein nicht pneumatischer Motor, insbesondere ein erster Elektromotor, eingesetzt. Daneben besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, beispielsweise einen Hydraulikmotor einzusetzen. Ein derartiger Vorschubantrieb, insbesondere ein Elektromotor mit Spindelantrieb, weist eine im Vergleich zu einem Pneumatikzylinder deutlich verringerte Baugröße auf. Der Elektromotor ist insbesondere ein bürstenloser (Gleichstrom-)Elektromotor. Mit einem derartigen ersten Elektromotor ist zum einen die erforderliche Vorschubkraft in einfacher Weise aufbringbar. Zum anderen ist ein derartiger erster Elektromotor besonders einfach und definiert zu steuern. Insbesondere ist damit – im Vergleich zu einem pneumatischen Motor – ein definiertes schnelles Umschalten zu einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt zwischen dem ersten und zweiten Prozessabschnitt in einfacher Weise umzusetzen. Insbesondere beim Fließlochschrauben besteht nämlich das Problem, dass zwischen dem ersten Prozessschritt, bei dem das Loch geformt wird, und dem anschließenden zweiten Prozessschritt, bei dem ein Gewinde geformt wird, möglichst schnell auf die geringe Vorschubkraft und die geringe Vorschubgeschwindigkeit umgeschaltet werden muss. Andernfalls besteht das Problem, dass das Gewinde des Schraubelements, insbesondere der Fließlochschraube, mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kraft gegen das Bauteil verfährt und beschädigt wird. As a feed motor for the feed drive is preferably a non-pneumatic motor, in particular a first electric motor used. In addition, there is also the possibility, for example, to use a hydraulic motor. Such a feed drive, in particular an electric motor with spindle drive, has a significantly reduced compared to a pneumatic cylinder size. The electric motor is in particular a brushless (DC) electric motor. With such a first electric motor, on the one hand, the required feed force can be applied in a simple manner. On the other hand, such a first electric motor is particularly simple and defined to control. In particular, in comparison to a pneumatic motor, it is thus possible to implement a defined rapid switching to a predetermined switching time between the first and second process sections in a simple manner. In particular, in the case of flow-hole screwing, there is the problem that between the first process step, in which the hole is formed, and the subsequent second process step, in which a thread is formed, must be switched to the low feed force and the low feed rate as quickly as possible. Otherwise, there is the problem that the thread of the screw, in particular the flow hole screw, with high speed and high force against the component moves and is damaged.

In bevorzugter Ausgestaltung ist daher auch vorgesehen, dass ein Umschalten zwischen diesen beiden Prozessschritten, also von einer hohen Vorschubkraft des Vorschubantriebs und einer hohen Drehgeschwindigkeit des Schrauberantriebs auf eine geringe Vorschubkraft und eine geringe Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines zur Vorschubkraft korrelierten Parameters erfolgt. Grundsätzlich kann dies die Vorschubkraft selbst sein, die beispielsweise mit einer Kraftmessdose gemessen wird. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um einen Antriebsparameter des Vorschubantriebs, welcher mittelbar die Vorschubkraft definiert. Bei der Verwendung eines Elektromotors wird insbesondere dessen Motorstrom, also der aufgenommene Strom, ausgewertet. Dies Ausgestaltung der Auswertung eines zur Vorschubkraft zumindest korrelierten Parameters beruht dabei auf der Überlegung, dass nach dem Lochbildungsprozess die Vorschubkraft und damit der mit ihr korrelierter Antriebsparameter charakteristisch abfällt. Als Umschaltkriterium wird hierbei wahlweise ein charakteristischer Schwellwert oder auch ein charakteristischer Abfall des Parameters ausgewertet. Das Verfahren zum Steuern des Direktverschraubungsprozesses, insbesondere dieses Umschaltens, erfolgt dabei vorzugsweise gemäß dem Verfahren, wie es in der zeitgleich eingereichten DE 10 2014 208 989.1 beschrieben ist. Auf deren Offenbarung wird vollumfänglich überwiesen und hiermit in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen. Dies gilt insbesondere für die in deren Ansprüchen enthaltenen Verfahrensmerkmale, die bei der hier beschriebenen Vorrichtung gleichermaßen Anwendung finden. In a preferred embodiment, it is therefore also provided that switching between these two process steps, that is to say from a high feed force of the feed drive and a high rotational speed of the screwdriver drive, to a low feed force and a low rotational speed as a function of a parameter correlated to the feed force. In principle, this can be the feed force itself, which is measured for example with a load cell. Preferably, however, it is a drive parameter of the feed drive, which indirectly defines the feed force. When using an electric motor in particular its motor current, ie the absorbed current, evaluated. This embodiment of the evaluation of a parameter that is at least correlated to the feed force is based on the consideration that after the hole-forming process, the feed force and thus the drive parameter correlated with it drop characteristic. As a switchover criterion here either a characteristic threshold or a characteristic drop of the parameter is evaluated. The method for controlling the Direktverschraubungsprozesses, in particular this switching, it is preferably carried out according to the method, as it submitted in the same time DE 10 2014 208 989.1 is described. The disclosure of which is incorporated in its entirety and hereby incorporated into the present application. This applies in particular to the process features contained in their claims, which are equally applicable to the device described here.

Für die Übertragung der Drehbewegung des Schrauberantriebs auf die Schrauberwelle ist letztere vorzugsweise nach Art einer Keilwelle insbesondere mit Außenverzahnung ausgebildet, welche über ein in Axialrichtung feststehendes Abtriebsrad zur Übertragung der Drehbewegung und auch eines Drehmoments antreibbar ist. Grundsätzlich sind die Schrauberwelle und das Abtriebsrad, also allgemein ein Antriebselement zur Erzeugung der Drehbewegung, relativ zueinander in Axialrichtung versetzbar angeordnet, um über den gesamten Arbeitshub hinweg die Drehbewegung auf die Schrauberwelle bei gleichzeitig in Axialrichtung festsitzendem Schraubermotor zu übertragen. Alternativ zu der zuvor beschriebenen bevorzugten Variante besteht auch die Möglichkeit, die Schrauberwelle als Keilnabe auszubilden und ein Abtriebselement des Schraubermotors als Keilwelle auszugestalten. For the transmission of the rotary motion of the screwdriver drive to the screwdriver shaft, the latter is preferably designed in the manner of a splined shaft, in particular with external toothing, which can be driven via a drive gear fixed in the axial direction for transmitting the rotational movement and also a torque. Basically, the screwdriver shaft and the output gear, so generally a drive element for generating the rotational movement, relative to each other in the axial direction displaceable to transmit over the entire stroke of the rotary motion on the screwdriver shaft at the same time stuck in the axial direction screwdriver motor. As an alternative to the preferred variant described above, it is also possible to design the screwdriver shaft as a splined hub and to design an output element of the screwdriver motor as a splined shaft.

Zweckdienlicherweise ist dabei das Abtriebsrad in Axialrichtung an einem vorderen Ende des Führungselements angeordnet. Das Abtriebsrad ist dabei vorzugsweise seitlich am Führungselement angeordnet und greift durch eine entsprechende Aussparung innerhalb des insbesondere rohrförmigen Führungselements an der innenliegenden Schrauberwelle an. Durch die Anordnung am vorderen Ende des Führungselementes wird der besondere Vorteil erzielt, dass die Drehmomentübertragung im Endbereich erfolgt, wodurch eine Torsion der Schrauberwelle auf ein Minimum reduziert ist. Alternativ besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Schrauberwelle durch das gesamte Führungselement hindurchzuführen, beispielsweise auch durch eine Spindelmutter hindurch, über die die Schrauberwelle in Axialrichtung versetzt wird, und die Schrauberwelle am rückseitigen Ende mit Hilfe des Schrauberantriebs anzutreiben. Conveniently, the output gear is arranged in the axial direction at a front end of the guide element. The output gear is in this case preferably arranged laterally on the guide element and engages through a corresponding recess within the particular tubular guide member on the inner screwdriver shaft. The arrangement at the front end of the guide element, the particular advantage is achieved that the torque transmission takes place in the end, whereby a torsion of the screwdriver shaft is reduced to a minimum. Alternatively, in principle it is also possible to pass the screwdriver shaft through the entire guide element, for example through a spindle nut through which the screwdriver shaft is displaced in the axial direction, and to drive the screwdriver shaft at the rear end by means of the screwdriver drive.

In zweckdienlicher Weiterbildung weist auch der Schrauberantrieb einen Elektromotor, nämlich einen zweiten Elektromotor, auf. Dieser ist ebenfalls vorzugsweise als bürstenloser (Gleichstrom-)Elektromotor ausgebildet. In an expedient development, the screwdriver drive also has an electric motor, namely a second electric motor. This is also preferably designed as a brushless (DC) electric motor.

Bei diesem zweiten Elektromotor handelt es sich um einen geregelten Elektromotor, über den der eigentliche Schraubvorgang gesteuert wird. Hierzu ist beispielsweise eine Drehmomentsteuerung oder auch eine sonstige Steuerung vorgesehen, um das Schraubelement mit einem definierten Drehmoment anzuziehen. Neben einer Drehmomentsteuerung können auch andere Abbruchkriterien zur Beendigung des Einschraubvorgangs, beispielsweise eine Drehwinkelsteuerung etc., vorgesehen sein. This second electric motor is a regulated electric motor, which controls the actual screwing process. For this purpose, for example, a torque control or other control is provided to tighten the screw with a defined torque. In addition to a torque control, other termination criteria for terminating the screwing operation, for example a rotation angle control, etc., may also be provided.

Im Hinblick auf eine möglichst kompakt bauende Ausgestaltung weist das Führungselement eine axiale Länge im Bereich von lediglich 250 bis 350 mm auf. Hierbei ist eine eventuelle Integration eines Motors in koaxialer Anordnung innerhalb des Führungselements unberücksichtigt. Bei einer derartigen koaxialen Anordnung eines Motors, beispielsweise des ersten Elektromotors für den Vorschubantrieb, verlängert sich das Führungselement um die Länge dieses Motors, beispielsweise um etwa 100 bis 150 mm. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, diesen Vorschubmotor koaxial zur Schrauberwelle anzuordnen oder auch neben dem Führungselement seitlich zur Schrauberwelle. Im letztgenannten Fall würde der Spindelantrieb über ein radial angeordnetes Abtriebsrad – ähnlich wie zuvor beim Schrauberantrieb beschrieben – mit dem Vorschubmotor in Verbindung stehen. With regard to a design which is as compact as possible, the guide element has an axial length in the range of only 250 to 350 mm. Here, a possible integration of a motor in a coaxial arrangement within the guide element is disregarded. In such a coaxial arrangement of a motor, for example, the first electric motor for the feed drive, the guide element extends by the length of this motor, for example by about 100 to 150 mm. Basically, it is possible to arrange this feed motor coaxial with the screwdriver shaft or also next to the guide element laterally to the screwdriver shaft. In the last-mentioned case, the spindle drive would be connected to the feed motor via a radially arranged driven wheel-as described above for the screwdriver drive.

Im Hinblick auf eine möglichst kompakt bauende Ausgestaltung in radialer Richtung, um also auch bei beengten Bauräumen möglichst keine Störkontur zu bilden, weist die Vorrichtung senkrecht zu einer Drehachse zu einer Seite hin eine radiale Ausdehnung von maximal 30mm und vorzugsweise von maximal 25 mm auf. Dies gilt insbesondere bei einer koaxialen Anordnung des Vorschubmotors. Dieser ist bei der Ausgestaltung als Elektromotor sehr kompakt bauend und weist einen Durchmesser von beispielsweise lediglich 40mm auf. Gleichzeitig können und sind an dem Führungselement vorzugsweise weitere Komponenten, insbesondere der bereits erwähnte Schrauberantrieb, seitlich angeordnet. Dies ist unkritisch, da in den beengten Bauräumen häufig ein minimaler Abstand nur zu einer Seite hin gefordert wird, wohingegen zur anderen Seite hin ein größerer Bauraum zur Verfügung steht. Insgesamt ist daher durch den hier beschriebenen Aufbau eine Vorrichtung zum Direktverschrauben geschaffen, welche nur eine geringe radiale Störkontur definiert und insgesamt sehr kompakt und auch vergleichsweise leicht baut. With regard to an embodiment which is as compact as possible in the radial direction, so that it does not form any interfering contour even in confined spaces, the device has a radial extent of not more than 30 mm and preferably not more than 25 mm perpendicular to a rotation axis to one side. This is especially true in a coaxial arrangement of the feed motor. This is very compact in design as an electric motor and has a diameter of, for example, only 40mm. At the same time, further components, in particular the above-mentioned screwdriver drive, can and are preferably arranged laterally on the guide element. This is not critical, as in the confined space often a minimum distance is required only to one side, whereas to the other side towards a larger space is available. Overall, therefore, a device for direct screwing is created by the structure described here, which defines only a small radial interference contour and overall very compact and comparatively easy builds.

Zum Fließlochschrauben ist die Steuereinheit insgesamt derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des Prozessparameters, insbesondere des Motorstroms, von einer hohen Vorschubkraft im Bereich von größer 1000N auf eine reduzierte Vorschubkraft im Bereich von etwa bis 500N und gleichzeitig von einer hohen Drehgeschwindigkeit der Schrauberwelle im Bereich von 5000 bis 8000U/min auf eine geringe Drehgeschwindigkeit im Bereich von 500 bis 2500U/min umgeschaltet wird. Bei Erreichen des definierten Umschaltpunktes, also des charakteristischen Abfalls des Motorstroms bzw. beim Unterschreiten eines charakteristischen Umschaltwerts des Motorstroms wird dies von einer Auswerteeinheit erfasst, die beispielsweise im Vorschubantrieb integriert ist und ein Teil der Steuereinheit bildet. Anschließend geht ein entsprechendes Steuersignal an den Schrauberantrieb, welcher dann auf die geringere Drehgeschwindigkeit umschaltet. For flow hole screwing, the control unit as a whole is designed such that, depending on the process parameter, in particular the motor current, from a high feed force in the range of greater than 1000N to a reduced feed force in the range of about 500N and at the same time by a high rotational speed of the screwdriver shaft in the range of 5000 is switched to 8000rpm to a low rotational speed in the range of 500 to 2500rpm. Upon reaching the defined switching point, ie the characteristic decrease of the motor current or falling below a characteristic switching value of the motor current, this is detected by an evaluation unit, which is integrated for example in the feed drive and forms part of the control unit. Subsequently, a corresponding control signal to the screwdriver drive, which then switches to the lower rotational speed.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Direktverschrauben, insbesondere Fließlochschrauben, mit Hilfe der hier beschriebenen Vorrichtung. Die im Hinblick auf die Vorrichtung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen. The object is further achieved according to the invention by a method for direct screwing, in particular flow hole screws, with the aid of the device described here. The advantages and preferred embodiments stated with regard to the device are to be transferred analogously to the method as well.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. These show:

1 in einer schematischen und stark vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung zum Fließlochschrauben 1 in a schematic and highly simplified representation of a device for flow hole screws

2 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Fließlochschrauben sowie 2 a sectional view of a device for flow hole screws as well

3 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer alternativen Variante. 3 a plan view of a device according to an alternative variant.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung 2 dient zur Durchführung eines Fließlochschraubvorgangs. Bei diesem wird eine sogenannte Fließlochschraube 4 in zumindest ein Bauteil 6 eingefügt. Im Ausführungsbeispiel sind zwei miteinander über die Fließlochschraube 4 zu verbindende Bauteile 6 dargestellt, welche ergänzend über eine Klebschicht 8 miteinander verbunden sind. In the 1 illustrated device 2 serves to carry out a flow hole screwing operation. This is a so-called flow hole screw 4 in at least one component 6 inserted. In the exemplary embodiment, two are connected to each other via the flow hole screw 4 to be connected components 6 represented, which in addition via an adhesive layer 8th connected to each other.

Die Vorrichtung 2 umfasst ein Führungselement 10, das bevorzugt als ein Führungsrohr ausgebildet ist. Innerhalb des Führungselements 10 ist eine Schrauberwelle 12 um eine Drehachse 14 drehbar gelagert. Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin einen Vorschubantrieb 16 zur Erzeugung einer Vorschubbewegung in Axialrichtung 18 sowie zur Erzeugung einer Vorschubkraft F. Die Vorschubkraft F sowie die Vorschubbewegung werden dabei auf die Schrauberwelle 12 übertragen. Über den Vorschubantrieb 16 wird eine Vorschubgeschwindigkeit v auf die Schrauberwelle 12 übertragen, mit der diese also in Axialrichtung 18 versetzt wird. The device 2 includes a guide element 10 , which is preferably designed as a guide tube. Inside the guide element 10 is a screwdriver shaft 12 around a rotation axis 14 rotatably mounted. The device 2 further includes a feed drive 16 for generating a feed movement in the axial direction 18 and for generating a feed force F. The feed force F and the feed movement are thereby on the screwdriver shaft 12 transfer. About the feed drive 16 is a feed rate v on the screwdriver shaft 12 transferred, so with this in the axial direction 18 is offset.

Der Vorschubantrieb 16 weist einen ersten Elektromotor 20 auf, mit Hilfe dessen die Vorschubkraft F sowie die Vorschubgeschwindigkeit v erzeugt werden, welche mittels weiterer, zu 2 näher erläuterten Komponenten auf die Schrauberwelle 12 übertragen werden. In der schematisierten Darstellung der 1 ist der erste Elektromotor 20 seitlich am Führungselement 10 befestigt. The feed drive 16 has a first electric motor 20 on, by means of which the feed force F and the feed rate v are generated, which by means of further, to 2 closer explained components on the screwdriver shaft 12 be transmitted. In the schematic representation of 1 is the first electric motor 20 laterally on the guide element 10 attached.

Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin einen Schrauberantrieb 22, welcher die Schrauberwelle 12 in Drehbewegung um die Drehachse 14 versetzt. Der Schrauberantrieb 22 weist dabei einen zweiten Elektromotor 24 auf, dessen Abtrieb zur Erzeugung der Drehbewegung mit der Schrauberwelle 12 verbunden ist. The device 2 also includes a nutrunner drive 22 , which is the screwdriver shaft 12 in rotation about the axis of rotation 14 added. The screwdriver drive 22 has a second electric motor 24 on, whose output for generating the rotational movement with the screwdriver shaft 12 connected is.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit 26 zur Steuerung des Direktschraubvorgangs, insbesondere des Fließlochschraubvorgangs. Die Steuereinheit 26 gibt dabei Steuersignale an die beiden Antriebe 16, 22 ab. Furthermore, the device comprises a control unit 26 for controlling the Direktschraubvorgangs, in particular the Fließlochschraubvorgangs. The control unit 26 gives control signals to the two drives 16 . 22 from.

Beim Fließlochschraubvorgang wird in einem ersten Prozessabschnitt in den Bauteilen 6 ein hier nicht näher dargestelltes Loch geformt. Hierzu wird die Schrauberwelle 12 mittels des Schrauberantriebs 22 mit hoher Drehzahl angetrieben. Gleichzeitig wird mittels des Vorschubantriebs 16 eine hohe Vorschubkraft F ausgeübt. Diese liegt beispielsweise in einem Bereich von oberhalb von 1000N. Die hohe Drehzahl liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 5000U/min bis 8000U/min. Nach Beendigung des Lochformvorgangs wird die Drehzahl in einem zweiten Prozessabschnitt auf eine niedrige Drehzahl umgeschaltet, welche lediglich noch bei 500 bis 2500U/min liegt. Auch wird gleichzeitig eine geringe Vorschubkraft eingestellt, die lediglich noch im Bereich bis 500N liegt. Als Umschaltkriterium wird insbesondere ein charakteristischer mit der Vorschubkraft zumindest korrelierter Wert eines Antriebsparameters des Vorschubantriebs 16 ausgewertet, insbesondere der Motorstrom des ersten Elektromotors 20, wie dies in der zeitgleich eingereichten DE 10 2014 208 989.1 beschrieben ist. In Fließlochschraubvorgang is in a first process section in the components 6 shaped a hole not shown here. For this purpose, the screwdriver shaft 12 by means of the screwdriver drive 22 driven at high speed. At the same time by means of the feed drive 16 a high feed force F exerted. This is, for example, in a range of above 1000N. The high speed is for example in a range between 5000U / min to 8000U / min. After completion of the hole forming process, the speed is switched in a second process section to a low speed, which is only 500 to 2500U / min. At the same time a low feed force is set, which is only in the range up to 500N. As switching criterion, in particular a characteristic of the feed force at least correlated value of a drive parameter of the feed drive 16 evaluated, in particular the motor current of the first electric motor 20 as stated in the same time DE 10 2014 208 989.1 is described.

Die Fließlochschraube 4 ist für diesen Prozess speziell ausgebildet. Sie weist einen Schraubenkopf 30, einen daran anschließenden Gewindeschaft mit Gewinde 32 sowie eine endseitige, üblicherweise konische Spitze 34 auf. Die Spitze 34 ist dabei derart ausgebildet, dass bei der Lochformung lediglich ein plastisches Verformen und kein Zerspanungsvorgang erfolgt. The flow hole screw 4 is specially trained for this process. It has a screw head 30 , an adjoining threaded shaft with thread 32 and an end, usually conical tip 34 on. The summit 34 is designed such that in the hole forming only a plastic deformation and no cutting process takes place.

Anhand 2 wird nunmehr der spezielle bevorzugte Aufbau der Vorrichtung 2 näher dargestellt. Die Vorrichtung 2 umfasst das als zylindrisches Rohr ausgebildete Führungselement 10, welches im Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet ist und einen vorderen Führungsabschnitt 10a aufweist, auf dem ein hinterer Antriebsabschnitt 10b als fluchtende Verlängerung angesetzt ist. Innerhalb des rohrförmigen Antriebsabschnitts 10b ist der erste Elektromotor 20 integriert. Der erste Elektromotor 20 weist eine erste Abtriebswelle 20a auf, über die eine Gewindespindel 40 in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Gewindespindel ist innerhalb einer Spindelmutter 42 geführt. Die Spindelmutter 42 ist gegen eine Drehbewegung gesichert. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu ein Zylinderstift 44 vorgesehen, welcher durch einen sich in Axialrichtung 18 erstreckenden Längsschlitz 46 innerhalb des als Führungsrohr ausgebildeten Führungselements 10 längsverschieblich geführt ist. An einem vorderen Stirnende der Spindelmutter 42 wirkt diese mit einem rückwärtigen Ende der Schrauberwelle 12 zusammen, um die Vorschubkraft F sowie die Vorschubgeschwindigkeit v auf die Schrauberwelle 12 zu übertragen. Wie aus der 2 zu entnehmen ist, ist die Gewindespindel 40 an ihrem rückwärtigen, gewindefreien Zylinderende über ein erstes Lager 48 gelagert. Dieses ist vorzugsweise als Wälzlager ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist es als eine Kombination aus einem Axiallager und einem Radiallager ausgebildet. Based 2 Now is the special preferred construction of the device 2 shown in more detail. The device 2 comprises the guide element designed as a cylindrical tube 10 which is formed in two parts in the embodiment and a front guide portion 10a has, on which a rear drive section 10b is set as an aligned extension. Within the tubular drive section 10b is the first electric motor 20 integrated. The first electric motor 20 has a first output shaft 20a on, over which a threaded spindle 40 is put into a rotary motion. The threaded spindle is inside a spindle nut 42 guided. The spindle nut 42 is secured against rotation. In the embodiment, this is a cylindrical pin 44 provided, which by a in the axial direction 18 extending longitudinal slot 46 within the guide element designed as a guide tube 10 is guided longitudinally displaceable. At a front end of the spindle nut 42 this works with a rear end of the screwdriver shaft 12 together, the feed force F and the feed rate v on the screwdriver shaft 12 transferred to. Like from the 2 it can be seen, is the threaded spindle 40 at its rear, unthreaded cylinder end via a first bearing 48 stored. This is preferably designed as a rolling bearing. In the embodiment it is as a Combination of a thrust bearing and a radial bearing formed.

Die Schrauberwelle 12 erstreckt sich in Axialrichtung 18 innerhalb des Führungselements 10, insbesondere innerhalb des Führungsabschnitts 10a, und tritt mit einem vorderen Wellenabschnitt 12a aus dem Führungselement 10 heraus. Im rückwärtigen Bereich ist die Schrauberwelle 12 als eine Hohlwelle ausgebildet, in die die Gewindespindel 40 eintaucht. Die Schrauberwelle 12 und die Gewindespindel 40 sind ineinander und relativ zueinander beweglich angeordnet. Zum rückwärtigen Bereich zur Spindelmutter 42 hin ist die Schrauberwelle 12 in einem zweiten Lager 50, wiederum vorzugsweise ein Wälzlager drehbar gelagert. Das Lager 50 ist wiederum als eine Kombination aus einem Axiallager und einem Radiallager ausgebildet. Durch das Axiallager ist die Spindelmutter 42 von der Schrauberwelle 12 in Drehrichtung entkoppelt. Die Schrauberwelle 12 ist daher von dem gesamten Spindelantrieb, gebildet durch die Gewindespindel 40 und die Spindelmutter 42, im Hinblick auf die Drehbewegung der Schrauberwelle 12 entkoppelt. The screwdriver shaft 12 extends in the axial direction 18 within the guide element 10 , especially within the management section 10a , and occurs with a front shaft section 12a from the guide element 10 out. In the rear area is the screwdriver shaft 12 formed as a hollow shaft into which the threaded spindle 40 dips. The screwdriver shaft 12 and the threaded spindle 40 are arranged one inside the other and movable relative to each other. To the rear area to the spindle nut 42 there is the screwdriver shaft 12 in a second camp 50 , in turn, preferably a rolling bearing rotatably mounted. The warehouse 50 is again designed as a combination of a thrust bearing and a radial bearing. Through the thrust bearing is the spindle nut 42 from the screwdriver shaft 12 decoupled in the direction of rotation. The screwdriver shaft 12 is therefore of the entire spindle drive, formed by the threaded spindle 40 and the spindle nut 42 , with regard to the rotational movement of the screwdriver shaft 12 decoupled.

Dieses zweite Lager 50 ist innerhalb einer Koppelhülse 52 integriert, welche drehfest mit der Spindelmutter 42 verbunden ist und gemeinsam mit dieser in Axialrichtung 18 verschieblich gelagert ist. Über die Koppelhülse 52 ist der Spindelantrieb mit der Schrauberwelle 12 zur Übertragung der Vorschubkraft F und der Vorschubgeschwindigkeit gekoppelt. Gleichzeitig ist die Schrauberwelle 12 innerhalb der Koppelhülse 52 geführt. Die in der 2 dargestellte Vorrichtung ist in einer vollständig zurückgezogenen Position dargestellt, bei der also die Schrauberwelle 12 sich in einer vollständig eingezogenen Position befindet. Bei einer Vorschubbewegung wird die Gewindespindel 40 vom ersten Elektromotor 20 in Drehbewegung versetzt, so dass die drehfest angeordnete Spindelmutter 42 sich in Axialrichtung 18 verschiebt. Diese Vorschubbewegung wird über die Koppelhülse 52 und das zweite Lager 50 auf die Schrauberwelle 12 übertragen, so dass diese in Axialrichtung 18 nach vorne zur Ausübung der Vorschubbewegung verfährt. Die Spindelmutter 42 und damit auch die Schrauberwelle 12, sind um einen maximalen Arbeitshub ΔH in Axialrichtung 18 versetzbar. Dieser liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 100 und 150 mm. Der als Hohlwelle ausgebildete Abschnitt der Schrauberwelle 12 erstreckt sich über eine axiale Führungslänge ΔF, die vorzugsweise zumindest dem maximalen Arbeitshub ΔH entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass über den gesamten Arbeitshub ΔH die Schrauberwelle 12 und die Gewindespindel 40 ineinander angeordnet sind. This second camp 50 is inside a coupling sleeve 52 integrated, which rotatably with the spindle nut 42 is connected and together with this in the axial direction 18 is slidably mounted. About the coupling sleeve 52 is the spindle drive with the screwdriver shaft 12 coupled to transmit the feed force F and the feed rate. At the same time is the screwdriver shaft 12 inside the coupling sleeve 52 guided. The in the 2 shown device is shown in a fully retracted position, in which therefore the screwdriver shaft 12 is in a fully retracted position. During a feed movement, the threaded spindle 40 from the first electric motor 20 set in rotational motion, so that the rotatably arranged spindle nut 42 in the axial direction 18 shifts. This feed movement is via the coupling sleeve 52 and the second camp 50 on the screwdriver shaft 12 transferred so that these in the axial direction 18 moved forward to the exercise of the feed movement. The spindle nut 42 and thus also the screwdriver shaft 12 , are about a maximum working stroke ΔH in the axial direction 18 movable. This is preferably in the range between 100 and 150 mm. The trained as a hollow shaft section of the screwdriver shaft 12 extends over an axial guide length .DELTA.F, which preferably corresponds at least to the maximum working stroke .DELTA.H. This ensures that over the entire working stroke ΔH the screwdriver shaft 12 and the threaded spindle 40 are arranged one inside the other.

Für den Antrieb der Schrauberwelle 12, um diese also in eine Drehbewegung zu versetzen, ist der zweite Elektromotor 24 vorgesehen. Dieser ist seitlich neben dem Führungselement 10 und zwar im Ausführungsbeispiel im Führungsabschnitt 10a angeordnet. An diesen zweiten Elektromotor 24 schließt sich noch ein Drehmomentsensor 54 an, welcher im Bereich einer zweiten Abtriebswelle 24a des zweiten Elektromotors 24 angeordnet ist und das vom zweiten Elektromotor 24 ausgeübte Drehmoment erfasst. Endseitig der zweiten Abtriebswelle 24a ist ein Abtriebsrad 56 angeordnet, welches durch eine Aussparung des Führungselements 10 in radialer Richtung hindurchgreift und mit einem Getriebeelement, welches im Ausführungsbeispiel als Keilnabe 58 ausgebildet ist, in Verbindung steht. Korrespondierend zu der Keilnabe 58 ist die Schrauberwelle 12 außenseitig mit einer Verzahnung, insbesondere einer Keilwellenverzahnung 60 versehen. Über die Keilnabe 58 und die Keilwellenverzahnung 60 wird eine vom zweiten Elektromotor 24 über das Abtriebsrad 56 übertragene Drehbewegung auf die Schrauberwelle 12 übertragen. Durch die Keilwellenverzahnung 60 ist diese in Längsrichtung 18 durch die Keilnabe 58 hindurch verschiebbar gelagert. Die Keilnabe 58 ist also in Axialrichtung 18 feststehend angeordnet und innerhalb des Führungselements 10 drehbar über ein drittes Lager 62 gelagert. Dieses weist zwei voneinander axial beabstandete Lagerteile, insbesondere Wälzlagereinheiten, auf. Über das Abtriebsrad 56 wird also die Keilnabe 58 und mit dieser über die Keilwellenverzahnung 60 die Schrauberwelle 12 in Drehbewegung um die Rotationsachse 14 versetzt. Diese wird über das Stirnende der Schrauberwelle auf das Schraubelement, insbesondere Fließlochschraube 4, übertragen. Hierzu ist endseitig der Schrauberwelle 12 eine hier nicht näher dargestellte Halterung angeordnet, die auch zur Übertragung der Drehbewegung und des erforderlichen Drehmoments auf die Fließlochschraube 4 ausgebildet ist. For driving the screwdriver shaft 12 So to put them in a rotary motion, is the second electric motor 24 intended. This is laterally next to the guide element 10 namely in the embodiment in the guide section 10a arranged. At this second electric motor 24 closes a torque sensor 54 which is in the region of a second output shaft 24a of the second electric motor 24 is arranged and that of the second electric motor 24 applied torque detected. End of the second output shaft 24a is a driven wheel 56 arranged, which through a recess of the guide element 10 engages in the radial direction and with a transmission element, which in the embodiment as a splined hub 58 is formed, communicates. Corresponding to the splined hub 58 is the screwdriver shaft 12 on the outside with a toothing, in particular a splined shaft 60 Mistake. About the splined hub 58 and the spline 60 becomes one from the second electric motor 24 over the output gear 56 transmitted rotary motion on the screwdriver shaft 12 transfer. Due to the spline toothing 60 this is in the longitudinal direction 18 through the splined hub 58 slidably mounted therethrough. The wedge hub 58 is therefore in the axial direction 18 fixedly disposed and within the guide element 10 rotatable about a third camp 62 stored. This has two axially spaced apart bearing parts, in particular rolling bearing units, on. About the output gear 56 So it's the wedge hub 58 and with this over the spline 60 the screwdriver shaft 12 in rotation about the axis of rotation 14 added. This is on the front end of the screwdriver shaft on the screw, in particular flow hole screw 4 , transfer. For this purpose, the end of the screwdriver shaft 12 arranged a holder not shown here, which also for transmitting the rotational movement and the required torque to the flow hole screw 4 is trained.

Über den Drehmomentsensor 54 wird beispielsweise der Drehmomentverlauf beim Anzug der Fließlochschraube 4 überwacht und der Schraubvorgang entsprechend gesteuert. About the torque sensor 54 For example, the torque curve when tightening the flow hole screw 4 monitored and controlled the screwing accordingly.

Zur Vorrichtung 2 zugehörig ist noch die Steuereinheit 26, die in 2 nicht näher dargestellt ist. Diese ist beispielsweise als separate Einheit außerhalb des Führungselements 10 angeordnet und kommuniziert beispielsweise mit einer übergeordneten Steuereinheit. Die in der 2 dargestellte Vorrichtung 2 ist über entsprechende Steuer- und Versorgungsleitungen 64 mit dieser Steuereinheit 26 verbunden. Alternativ sind zumindest Teile der Steuereinheit 26 in die beiden Motoren 20, 24 integriert. Im Betrieb steuert und überwacht die Steuereinheit 26 den gesamten Prozess des Direktverschraubens. Dieser lässt sich beim Fließlochschrauben durch die folgenden Teilstufen unterteilen:

a) Zustellbewegung
b) Erwärmung
c) Durchdringen
d) Formen eines Durchzugs
e) Gewindeformen
f) Ein- und Durchschrauben der Fließlochschraube 4
g) Anziehen der Fließlochschraube 4

To the device 2 still belongs the control unit 26 , in the 2 not shown in detail. This is, for example, as a separate unit outside the guide element 10 arranged and communicates, for example, with a higher-level control unit. The in the 2 illustrated device 2 is via appropriate control and supply lines 64 with this control unit 26 connected. Alternatively, at least parts of the control unit 26 in the two engines 20 . 24 integrated. In operation, the control unit controls and monitors 26 the entire process of direct screwing. This can be subdivided by the following sub-steps during flow-hole screwing:

a) delivery movement
b) heating
c) penetrate
d) forming a draft
e) thread forming
f) Screwing in and through the flow hole screw 4
g) Tighten the flow hole screw 4

Während der Zustellbewegung erfolgt eine Vorschubbewegung, bis die Fließlochschraube 4 auf das erste Bauteil 6 auftrifft. Die Steuereinheit fährt die Drehbewegung der Schrauberwelle bereits auf eine hohe Drehzahl von bis zu 5000U/min hoch und übt über den Vorschubantrieb 16 eine hohe Vorschubkraft von beispielsweise bis zu 3500N auf die Schrauberwelle 12 aus. Hierdurch erwärmt sich das Bauteil 6 und wird gleichzeitig plastisch verformt, so dass sich ein Loch ausbildet. Nach dem Durchdringen lässt der vom Bauteil 6 ausgeübte Widerstand schlagartig nach, so dass die Vorschubkraft F vergleichsweise abrupt abfällt. Dies wird von der Steuereinheit 26 erfasst und als Umschaltzeitpunkt ausgewertet. Insbesondere wird hierzu der vom ersten Elektromotor 20 aufgenommene Motorstrom erfasst und ausgewertet. Wird dieses Umschaltkriterium erfasst, so wird auf eine reduzierte Vorschubkraft F im Bereich von beispielsweise bis maximal 500N umgeschalten und zugleich ergeht ein Umschaltsignal an den zweiten Elektromotor 24 zur Reduzierung der Drehzahl auf einen Maximalwert von beispielsweise 500 bis 2500U/min. Zugleich erfolgt eine Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit. Hierzu ist eine Drehzahlbegrenzung für den ersten Elektromotor 20 vorgesehen. Durch diese Maßnahmen ist zuverlässig gewährleistet, dass das Gewinde 32 nicht mit hoher Geschwindigkeit und hoher Vorschubkraft auf das Bauteil 6 auftrifft. Anschließend erfolgt in der Teilstufe e) das Gewindeformen, bevor das eigentliche Durchschrauben und Anziehen der Fließlochschraube 4 erfolgt. Dieser Einschraubvorgang der Fließlochschraube 4 wird über den Schrauberantrieb 22 beispielsweise drehmomentgesteuert. During the feed movement, a feed movement takes place until the flow hole screw 4 on the first component 6 incident. The control unit drives the rotary motion of the screwdriver shaft up to a high speed of up to 5000 rpm and exercises via the feed drive 16 a high feed force of, for example, up to 3500N on the screwdriver shaft 12 out. As a result, the component heats up 6 and is simultaneously plastically deformed, so that forms a hole. After this Penetration of the component 6 applied resistance abruptly, so that the feed force F drops relatively abruptly. This is done by the control unit 26 recorded and evaluated as switching time. In particular, this is the first of the electric motor 20 absorbed motor current recorded and evaluated. If this switching criterion is detected, it is switched to a reduced feed force F in the range of, for example, up to a maximum of 500N, and at the same time a switching signal is issued to the second electric motor 24 for reducing the speed to a maximum value of, for example, 500 to 2500 rpm. At the same time there is a limitation of the feed rate. For this purpose, a speed limit for the first electric motor 20 intended. These measures reliably ensure that the thread 32 not with high speed and high feed force on the component 6 incident. Subsequently, in the sub-stage e) the thread forming, before the actual screwing and tightening the flow hole screw 4 he follows. This screwing the flow hole screw 4 is about the screwdriver drive 22 For example, torque-controlled.

Durch den hier beschriebenen Aufbau der Vorrichtung 2 ist diese insgesamt sehr kompakt aufgebaut. Sie weist eine axiale Länge L des Führungselements 10 im Bereich des Führungsabschnitts 10a auf, die lediglich im Bereich von 250 mm bis 350 mm liegt. Gleichzeitig weist sie eine maximale radiale Ausdehnung R zu einer Seite hin auf, welche lediglich im Bereich bis 30mm und vorzugsweise im Bereich bis 25mm liegt (vgl. hierzu insbesondere auch 3). Diese radiale Ausdehnung R entspricht dabei dem Radius des Führungselements 10. Die an einer Seite angeordneten weiteren Komponenten des Schrauberantriebs 22 stehen zwar über, entscheidend ist jedoch, dass zu einer Seite hin eine nur geringe Störkontur durch die Vorrichtung 2 mit dem geringen radialen Abstand R ausgebildet ist. By the structure of the device described here 2 this is very compact overall. It has an axial length L of the guide element 10 in the area of the guide section 10a which is only in the range of 250 mm to 350 mm. At the same time, it has a maximum radial extent R to one side, which lies only in the range up to 30 mm and preferably in the range up to 25 mm (cf. 3 ). This radial extent R corresponds to the radius of the guide element 10 , The arranged on one side further components of the screwdriver drive 22 Although over, it is crucial, however, that on one side only a small interference contour through the device 2 is formed with the small radial distance R.

Anstelle der koaxialen Anordnung des ersten Elektromotors 20 gemäß der 2 besteht auch die Möglichkeit, diesen ähnlich wie den Schrauberantrieb 22 radial am Führungsabschnitt 10a außerhalb des Führungselements 10 anzuordnen. In einer Aufsicht betrachtet zeigt dann die Vorrichtung 2 eine in etwa durch ein Dreieck eingrenzbare Außenkontur mit den drei typischerweise in etwa kreisrund ausgebildeten Komponenten Führungselement 10, erster Elektromotor 20 sowie zweiter Elektromotor 24. Diese Ausgestaltung ist in 3 dargestellt. Wie zu erkennen ist, liegen die Mittenachsen der drei Komponenten 10, 20, 24 auf den Ecken eines Dreiecks. Instead of the coaxial arrangement of the first electric motor 20 according to the 2 There is also the possibility of this similar to the screwdriver drive 22 radially on the guide section 10a outside the guide element 10 to arrange. Viewed in a top view then shows the device 2 an approximately delimitable by a triangle outer contour with the three typically approximately circular shaped components guide element 10 , first electric motor 20 as well as second electric motor 24 , This embodiment is in 3 shown. As can be seen, are the center axes of the three components 10 . 20 . 24 on the corners of a triangle.

Die hier beschriebene Vorrichtung 2 ist im Einsatz vorzugsweise an einer Roboterhand eines Industrieroboters angeordnet. Die einzelnen Schraubelemente, insbesondere Fließlochschrauben 4, werden über eine automatische Zuführeinheit wiederkehrend zugeführt, beispielsweise aus einem Magazin oder auch über einen Zuführschlauch. Die Vorrichtung 2 dient insbesondere zum Direktverschrauben von zwei Bauteilen 6 einer Kraftfahrzeug-Karosserie. The device described here 2 is preferably arranged in use on a robot hand of an industrial robot. The individual screw elements, in particular flow hole screws 4 , are supplied via an automatic feed unit recurring, for example, from a magazine or via a supply hose. The device 2 is used in particular for the direct screwing of two components 6 a motor vehicle body.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2: Vorrichtung contraption
4 4: Fließlochschraube Flow punch screw
6 6: Bauteil component
8 8th: Klebschicht adhesive layer
10 10: Führungselement guide element
10a 10a: Führungsabschnitt guide section
10b 10b: Antriebsabschnitt driving section
12 12: Schrauberwelle screwdriver shaft
12a 12a: vorderer Wellenabschnitt front shaft section
14 14: Drehachse axis of rotation
16 16: Vorschubantrieb feed drive
18 18: Axialrichtung axially
20 20: erster Elektromotor first electric motor
20a 20a: erste Abtriebswelle first output shaft
22 22: Schrauberantrieb screwdriver drive
24 24: zweiter Elektromotor second electric motor
24a 24a: zweite Abtriebswelle second output shaft
26 26: Steuereinheit control unit
30 30: Schraubenkopf screw head
32 32: Gewinde thread
34 34: Spitze top
40 40: Gewindespindel screw
42 42: Spindelmutter spindle nut
44 44: Zylinderstift straight pin
46 46: Längsschlitz longitudinal slot
48 48: erstes Lager first camp
50 50: zweites Lager second camp
52 52: Koppelhülse coupling sleeve
54 54: Drehmomentsensor torque sensor
56 56: Abtriebsrad output gear
58 58: Keilnabe splined hub
60 60: Keilwellenverzahnung Spline
62 62: drittes Lager third camp
64 64: Steuer- und Versorgungsleitung Control and supply line
F F: Vorschubkraft feed force
v v: Vorschubgeschwindigkeit feed rate
ΔH AH: maximaler Arbeitshub maximum working stroke
ΔF .DELTA.F: axiale Führungslänge axial guide length
L L: axiale Länge axial length
R R: radiale Ausdehnung radial expansion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10348427 A1 [0002, 0003, 0004]
DE 19911308 A1 [0005]
DE 2014208989 [0022]
DE 102014208989 [0040]

Claims

Contraption ( 2 ) for direct screwing of components ( 6 ), in particular for flow hole screwing, which has - in an axial direction ( 18 ) extending guide element ( 10 ) - a screwdriver shaft ( 12 ), by a screwdriver drive ( 22 ) is drivable and in the axial direction ( 18 ) is displaceable, - a feed drive ( 16 ), which is designed to generate a feed movement and a feed force (F) of at least 500N, - wherein the feed drive ( 16 ) a feed unit ( 40 . 42 ) for transmitting the feed movement (V) and the feed force (F) on the screwdriver shaft ( 12 ) is formed and this one in the axial direction ( 18 ) displaceable component ( 42 ), - a control unit ( 26 ) for controlling the feed drive ( 16 ), the control unit ( 26 ) is configured such that in operation as a function of a process parameter of a high feed force (F) to a reduced feed force (F) is switched, wherein - the feed unit ( 40 . 42 ) coaxial with the screwdriver shaft ( 12 ) within the guide element ( 10 ) is arranged and on the screwdriver shaft ( 12 ) in the axial direction ( 18 ) acts on the centric transmission of the feed force.

Contraption ( 2 ) according to the preceding claim, in which the feed unit ( 40 . 42 ) a spindle drive with two spindle elements, namely with a spindle nut ( 42 ) and with a threaded spindle ( 40 ) having.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which rotational movements of the feed drive ( 16 ) and the screwdriver shaft ( 12 ) are decoupled from each other.

Contraption ( 2 ) according to one of claims 2 to 3, wherein the threaded spindle ( 40 ) in the axial direction ( 18 ) is stationarily positioned and the spindle nut ( 42 ) in the axial direction ( 18 ) is adjustably arranged and on the screwdriver shaft ( 12 ) acts.

Contraption ( 2 ) according to one of claims 2 to 4, wherein one of the spindle elements and the screw shaft ( 12 ) are arranged concentrically in one another.

Contraption ( 2 ) according to one of claims 2 to 5, wherein the threaded spindle ( 40 ) centrally in the screwdriver shaft ( 12 ) is arranged, which is designed as a hollow shaft.

Contraption ( 2 ) according to one of claims 2 to 6, in which the one spindle element ( 40 ) and the screwdriver shaft ( 12 ) are arranged one inside the other via an axial guide length (ΔF) which corresponds at least to a maximum working stroke (ΔH).

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the feed drive ( 16 ) a first electric motor ( 20 ) as a feed motor.

Contraption ( 2 ) according to the preceding claim, in which the control unit ( 16 ) is designed such that it depends on a feed force (F) at least correlated parameter, in particular a motor current of the first electric motor ( 20 ), from a high feed force (F) to a low feed force (F) switches.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the screwdriver shaft ( 12 ) is designed in the manner of a splined shaft and via a fixed in the axial direction output gear ( 56 ) is drivable through which the screwdriver shaft ( 12 ) in the axial direction ( 18 ) is displaceable.

Contraption ( 2 ) according to the preceding claim, wherein the output gear ( 56 ) in the axial direction ( 18 ) at a front end of the guide element ( 10 ) is arranged.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the screwdriver drive ( 22 ) a second electric motor ( 24 ) having.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the guide element ( 10 ) - without taking into account a possible coaxial arrangement of a drive motor ( 20 ) - has an axial length (L) in the range of 250mm to 350mm.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, which extends along an axis of rotation ( 14 ) and to one side has a radial extent (R) of a maximum of 30mm, preferably of a maximum of 25 mm.

Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the control unit ( 16 ) is designed such that, depending on the process parameter, from a high feed force (F) in the range greater than 1000N to a reduced feed force (F) in the range up to 500N and at the same time from a high rotational speed of the screwdriver shaft (FIG. 12 ) is switched in the range of 5000 to 8000 rpm to a low rotational speed in the range of 500 to 2500 rpm.

Method for direct screwing, in particular for flow hole screwing by means of the device ( 2 ) according to any one of the preceding claims.