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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladestift für eine Fügeeinrichtung, mit einem ersten axialen Endabschnitt, der mit einem Axialantrieb verbindbar ist, mit einem zweiten axialen Endabschnitt, der dazu ausgebildet ist, auf ein Fügeelement eine Axialkraft auszuüben, um das Fügeelement in eine Halteeinrichtung zu schieben und/oder um das Fügeelement während eines Fügeprozesses axial abzustützen, wobei der Ladestift einen axialen Hohlkanalabschnitt aufweist, durch den hindurch ein Fügeelement in eine Axialzuführrichtung führbar ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Fügeeinrichtung mit einem Fügeelement-Aufnehmer, der an eine Fügeelement-Zuführeinrichtung anschließbar ist, derart, dass ein zugeführtes Fügeelement in einen Aufnehmerkanal überführt wird, wobei der Fügeelement-Aufnehmer einen Ladestift-Führungsabschnitt aufweist, an dem ein Ladestift zwischen einer Zuführposition und einer Fügeposition axial verschieblich gelagert ist.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Zuführen eines Fügeelementes in eine Fügeeinrichtung.
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Auf dem Gebiet der Fügetechnik, insbesondere auf dem Gebiet des Fügens von Fügeelementen auf Werkstücke, wie beispielsweise beim Bolzenschweißen oder beim Bolzenkleben, ist es bekannt, Fügeelemente automatisiert in einen Fügekopf zuzuführen. Hierbei werden vereinzelte Fügeelemente wie Bolzen durch einen Zuführschlauch mittels Druckluft zu dem Fügekopf hin geblasen. Dort gelangen sie in den Aufnehmerkanal.
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Der Aufnehmerkanal führt in einen Zuführkanal des Fügekopfes, innerhalb dessen ein Ladestift axial verschieblich gelagert ist. Zum Zuführen eines Fügeelementes aus dem Aufnehmerkanal in den Zuführkanal wird der Ladestift axial zurückgezogen, bis das vordere Ende des Ladestiftes den Übergang zwischen dem Aufnehmerkanal und dem Zuführkanal freigibt. Das Fügeelement wird dann in einer Halteeinrichtung gebremst, die Haltezungen aufweist. Die Haltezungen sind zwar radial elastisch, jedoch mit einer relativ hohen Steifigkeit. Demzufolge ist es notwendig, das Fügeelement mittels des Ladestiftes durch die Halteeinrichtung hindurchzudrücken, bis beispielsweise ein Flanschabschnitt eines Bolzens vorne aus der Halteeinrichtung hervortritt. Die hohe Steifigkeit der Haltezungen der Halteeinrichtung ist bevorzugt, weil über die Anpresskraft zwischen den Haltezungen und dem Bolzen beim Bolzenschweißen der elektrische Schweißstrom übertragen wird.
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Derartige Fügeeinrichtungen sind allgemein bekannt. Der Ladestift muss hierbei einen relativ großen Hub vollziehen, insbesondere dann, wenn die Halteeinrichtung axial lang ausgebildet wird, um auch an schwer zugänglichen Stellen fügen zu können. Aufgrund des hohen Hubes entsteht an der der Halteeinrichtung axial gegenüberliegenden Seite der Fügeeinrichtung eine relativ große Störkontur, da der Ladestift bei einem Zuführvorgang relativ weit zurückverschoben werden muss, um den Übergang zwischen Aufnehmerkanal und Zuführkanal bzw. Halteeinrichtung freizugeben.
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Ein weiteres Verfahren zum Schweißen von Bolzen ist bekannt aus dem Dokument
US-A 4,019,013 . Hierbei ist eine Halteeinrichtung axial verschieblich in Bezug auf ein Gehäuse gelagert. Die Halteeinrichtung weist einen seitlichen Zuführkanal auf, über den ein Fügeelement in Richtung hin zu einer Halteeinrichtung zugeführt werden kann. Anschließend erfolgt eine Rückwärtsbewegung der Halteeinrichtung gegen einen feststehenden Stift, so dass der zugeführte Bolzen in eine vorbestimmte Position in der Halteeinrichtung geschoben wird. Auch hierbei ist der axiale Hub relativ groß.
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Aus dem Dokument
DE 102 29 690 B4 ist eine Halteeinrichtung einer Fügeeinrichtung bekannt, bei der auch Bolzen mit einem relativ großen Flanschabschnitt (im Vergleich zum Schaftabschnitt) automatisiert zugeführt werden können, und zwar durch einen Zuführkanal hindurch. In einer Fügeposition erfolgt ein Einspannen des Fügeelementes, indem ein axial bewegliches Klemmmundstück gegen radial bewegliche Spannelemente verschoben wird, derart dass auf die Spannelemente eine radiale Spannkraft zum Halten des Schaftes des Fügeelementes ausgeübt wird.
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Schließlich ist aus dem Dokument
DE 80 10 343 U1 eine Fügepistole bekannt, die ein feststehendes Zuführrohr aufweist, durch das hindurch Fügeelemente mittels Druckluft in einer Axialzuführrichtung zuführbar sind. Am Ende des feststehenden Rohres ist ein Einwegdurchgang vorgesehen, durch den hindurch ein Fügeelement durchtreten kann, jedoch nicht wieder zurück in das Zuführrohr gelangen kann. Das Zuführen eines Fügeelementes erfolgt dabei zu einem Zeitpunkt, bei dem ein zuvor zugeführtes Fügeelement, das von einer Bolzenklemmhülse gehalten ist, auf ein Werkstück gefügt wird. Der aus dem Einwegdurchgang austretende Bolzen wird dabei durch das zuvor zugeführte Fügeelement gebremst und gestoppt. Hiernach wird die Bolzenklemmhülse in axialer Richtung in Richtung hin zu dem Einwegdurchgang geführt und klemmt dann das zuletzt zugeführte Fügeelement.
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Auch bei den weiteren oben beschriebenen Fügeeinrichtungen des Standes der Technik ist die axiale Baulänge der jeweiligen Fügeeinrichtung relativ groß, und zwar aufgrund des jeweiligen axialen Zuführkanals bzw. Zuführrohrs und die relativ komplizierte axiale Relativverschieblichkeit zwischen Zuführrohr und Klemmeinrichtung.
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Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ladestift für eine Fügeeinrichtung, eine verbesserte Fügeeinrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Zuführen eines Fügeelementes in eine Fügeeinrichtung anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Ladestift gelöst durch die Tatsache, dass der Ladestift eine seitliche Fügeelement-Zuführöffnung aufweist, über die ein Fügeelement in den Hohlkanalabschnitt zuführbar ist.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Fügeeinrichtung der oben genannten Art, wobei der Ladestift ein erfindungsgemäßer Ladestift ist.
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Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Zuführen eines Fügeelementes in eine Fügeeinrichtung der erfindungsgemäßen Art, mit den Schritten, ein Fügeelement in den Aufnehmerkanal des Fügeelement-Aufnehmers zuzuführen und von dort radial über die seitliche Fügeelement-Zuführöffnung in den Ladestift zuzuführen, so dass das Fügeelement in den Hohlkanalabschnitt des Ladestiftes gelangt.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, den Ladestift selbst mit einem Hohlkanal auszubilden und den an dem Fügeelement-Aufnehmer axial verschieblichen Ladestift mit einer seitlichen Zuführöffnung auszustatten, ist es möglich, den maximal notwendigen Hub des Ladestiftes deutlich zu verringern. Da der Ladestift eine Austrittsöffnung eines Aufnehmerkanals des Fügeelement-Aufnehmers nicht wie im Stand der Technik komplett freigeben muss, so dass das vordere Ende des Ladestiftes in axialer Richtung hinter diese Austrittsöffnung gelangt, kann der Ladestift mit seinem vorderen, der Halteeinrichtung zugewandten Ende immer eng benachbart zu der Halteeinrichtung angeordnet bleiben. Der erfindungsgemäße Ladestift muss folglich aufgrund der seitlichen Zuführöffnung nicht mehr über die ganze axiale Distanz bis hin zu der Austrittsöffnung des Aufnehmerkanals und darüber hinaus wegbewegt werden. Dies wiederum ermöglicht es, dass in dem der Halteeinrichtung axial gegenüberliegenden Bereich deutlich kleinere Störkonturen bei der Fügeeinrichtung realisierbar sind, so dass die Fügeeinrichtung sich auch für Anwendungen eignet, bei denen an schwer zugänglichen Stellen Fügeprozesse durchgeführt werden müssen.
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Zudem ist es möglich, eine Halteeinrichtung axial relativ lang und schmal auszubilden, so dass auch schwer zugängliche Bereiche gefügt werden können, beispielsweise am Boden von Sicken oder dergleichen.
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Der Axialantrieb kann beispielsweise ein Pneumatikzylinder sein, kann jedoch auch ein elektrischer Linearmotor sein. Der zweite axiale Endabschnitt des Ladestiftes kann dazu ausgebildet sein, auf ein Schaftende eines Schaftabschnittes eines Fügeelementes eine Axialkraft auszuüben, um das Fügeelement in die Halteeinrichtung zu drücken oder während eines Fügeprozesses axial abzustützen. Alternativ ist es möglich, insbesondere bei sogenannten Großflanschbolzen, wenn der Ladestift mit seinem zweiten axialen Endabschnitt dazu ausgelegt ist, eine Axialkraft auf eine Oberseite des Flanschabschnittes eines solchen Bolzens auszuüben, um diesen in eine Position in der Halteeinrichtung zu drücken und/oder während eines Fügeprozesses axial abzustützen.
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Die Fügeelement-Zuführöffnung ist eine Radialöffnung, die vorzugsweise über eine Umlenkkontur in den axial ausgerichteten Hohlkanalabschnitt übergeht. Dies ermöglicht es, dass das Fügeelement von dem Aufnehmerkanal in den Ladestift nach der Art eines geschlossenen Kanals zugeführt werden kann, so dass verhindert werden kann, dass sich Fügeelemente verdrehen und beispielsweise versehentlich in der falschen Axialausrichtung gefügt werden.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine eigene Erfindung darstellt, ist an dem zweiten axialen Endabschnitt ein Einwegdurchgang für Fügeelemente ausgebildet, durch den hindurch zumindest ein Abschnitt eines Fügeelementes in der Axialzuführrichtung austreten kann, durch den hindurch der Abschnitt des Fügeelementes jedoch nicht in entgegengesetzter Axialrichtung zurück in den Hohlkanalabschnitt eintreten kann.
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Der Einwegdurchgang kann auf verschiedene Art und Weise gebildet sein, beispielsweise als aktiver Einwegdurchgang, der mittels einer Aktuatorik einen Durchgang in eine Richtung ermöglicht, in der anderen Richtung jedoch verhindert.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Einwegdurchgang als mechanischer Einwegdurchgang ausgebildet ist, insbesondere als passiver Einwegdurchgang.
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Hierdurch wird erreicht, dass der Einwegdurchgang konstruktiv einfach realisierbar ist.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn der Einwegdurchgang selbst dazu ausgebildet ist, eine Axialkraft auf das Fügeelement bzw. einen Abschnitt des Fügeelementes übertragen zu können.
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Der Einwegdurchgang kann dazu ausgebildet sein, dass er generell das Fügeelement insgesamt in der einen Richtung durchlässt, in der anderen jedoch nicht. In einer Alternative kann er dazu ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Fügeelementes wie ein vergrößerter Flanschabschnitt durch den Einwegdurchgang hindurchgehen kann, nicht jedoch in der entgegengesetzten Richtung.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Einwegdurchgang durch eine Mehrzahl von radial elastischen Nasen gebildet, die bei Durchgang wenigstens eines Abschnittes eines Fügeelementes durch den Einwegdurchgang hindurch radial ausgelenkt werden und/oder die sich nach dem Durchgang des wenigstens einen Abschnittes des Fügeelementes radial elastisch in einer Sperrstellung zurückstellen.
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Die Nasen eines solchen Einwegdurchganges sind vorzugsweise über den Umfang konzentrisch zu einer Längsachse des Ladestiftes herum verteilt angeordnet. Die Nasen können sich ausgehend von einem Basisabschnitt des Ladestiftes in axialer Richtung so erstrecken, dass sie konisch aufeinander zulaufen, ein axiales Ende des Ladestiftes bildend, über das dann die Axialkraft zu übertragen ist. Zu diesem Zweck können an den axialen freien Enden der Nasen Verdickungen oder Radialvorsprünge ausgebildet sein, die für eine vergrößerte Auflage an dem Fügeelement sorgen, entweder an dessen Schaftende oder an dessen Flanschabschnitt.
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Ferner können die Nasen im Querschnitt gebogen ausgeformt sein, so dass sie in axialer Richtung eine gewisse Steifigkeit erhalten, um über die Nasen die Axialkraft übertragen zu können.
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Demzufolge ist es bevorzugt, wenn die Nasen so ausgebildet sind, dass sie in der Sperrstellung eine axiale Kraft übertragen können.
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Ferner ist es insgesamt bevorzugt, wenn der axiale Hohlkanalabschnitt in einem Bereich der seitlichen Zuführöffnung durch eine Umlenkkontur begrenzt ist.
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Die Umlenkkontur, die durch einen Basisabschnitt des Ladestiftes gebildet sein kann, ist insbesondere dazu ausgebildet, ein zugeführtes Fügeelement aus einer generellen radialen Zuführrichtung über die seitliche Zuführöffnung in eine axiale Richtung umzulenken, d. h. in Richtung der Axialzuführrichtung. Die Umlenkkontur ist vorzugsweise an einem dem ersten axialen Endabschnitt zugewandten Ende des Hohlkanalabschnittes ausgebildet. Die Umlenkkontur ist dann, wenn der Ladestift sich in einer Zuführposition in einer Fügeeinrichtung befindet, vorzugsweise mit einer Umlenkkontur eines Aufnehmerkanals eines Fügeelement-Aufnehmers ausgerichtet bzw. fluchtend hierzu angeordnet, an dem ein solcher Ladestift axial verschieblich lagerbar ist.
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Durch die Umlenkkontur kann gewährleistet werden, dass ein zugeführtes Fügeelement seine Relativposition in Bezug auf die Zuführrichtung beibehält, sich also beim Übergang von einem Fügeelement-Aufnehmer in den Hohlkanalabschnitt des Ladestiftes nicht verdreht oder auf sonstige Art und Weise verkantet. Hierdurch kann verhindert werden, dass Störungen bei der Zufuhr erfolgen. Ferner kann ggf. verhindert werden, dass ein Fügeelement falsch herum auf ein Werkstück gefügt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass kürzere Bolzen verarbeitet werden können und/oder dass der Luftverbrauch beim Zuführen reduziert wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung ist es bevorzugt, wenn ein maximaler Hub des Ladestiftes kleiner ist als das 1,5-fache einer axialen Fügeelement-Maximallänge.
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Die axiale Fügeelement-Maximallänge ist die größte axiale Länge eines Satzes von Fügeelementen, die mittels der Fügeeinrichtung fügbar sind. Beispielsweise können mittels einer solchen Fügeeinrichtung Fügeelemente unterschiedlicher axialer Länge gefügt werden. Die Fügeelement-Maximallänge ist die Länge des längsten Fügeelementes eines solchen Satzes von Fügeelementen. Der maximale Ladestift-Hub ist vorzugsweise kleiner als die axiale Länge der Halteeinrichtung.
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Da, wie eingangs erwähnt, der zweite Endabschnitt des Ladestiftes aufgrund der seitlichen Zuführöffnung in axialer Richtung eng benachbart zu einer Fügeelement-Halteeinrichtung angeordnet sein kann, kann der maximale Hub folglich sehr gering sein.
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Der maximale Hub bestimmt auch die Störkontur der Fügeeinrichtung an dem dem ersten axialen Endabschnitt zugewandten Ende der Fügeeinrichtung, die folglich sehr klein ausgebildet sein kann.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn an dem Fügeelement-Aufnehmer eine Fügeelement-Halteeinrichtung gelagert ist, die eine Mehrzahl von radial elastischen Haltezungen aufweist.
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Die Haltezungen der Halteeinrichtung können generell im Wesentlichen konisch zulaufend ausgebildet sein, derart, dass ein durch den Einwegdurchgang des Ladestiftes hindurchgeführter Abschnitt eines Fügeelementes in der Regel mittels der Halteeinrichtung gestoppt wird.
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Die radiale Elastizität der Haltezungen ist vorzugsweise deutlich kleiner als die radiale Elastizität von Nasen eines Einwegdurchganges. Die Elastizitäten sind dabei vorzugsweise so abgestimmt, dass ein mit einer bestimmten kinetischen Energie zugeführtes Fügeelement mit wenigstens einem Abschnitt hiervon durch den Einwegdurchgang hindurchtritt, wobei die Nasen des Einwegdurchganges radial elastisch aufgeweitet werden und anschließend wieder in eine Sperrstellung zurückspringen. Ferner sind die Elastizitäten so aufeinander abgestimmt, dass bei der vorgegebenen kinetischen Energie des Fügeelementes dieser Abschnitt des Fügeelementes gerade nicht durch die Halteeinrichtung hindurchtreten kann, sondern von dieser vorzugsweise gestoppt wird.
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Vorzugsweise wird über die radial elastischen Haltezungen beim Bolzenschweißen ein elektrischer Schweißstrom übertragen.
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Ferner können die Mehrzahl von den radial elastischen Haltezungen jeweils drei axiale Abschnitte beinhalten. Ein erster axialer Abschnitt ist dabei vorzugsweise benachbart zu dem Fügeelement-Aufnehmer und weist einen größeren Innendurchmesser auf als der maximale Außendurchmesser des Fügeelementes. Ein zweiter axialer Abschnitt ist am freien Ende der Haltezungen angeordnet und ist im Wesentlichen axial ausgerichtet, so dass die Haltezungen in diesem zweiten axialen Bereich über eine große Distanz und eine große Fläche an einem Schaft oder einer dazwischenliegenden Baugruppe anliegen können, um auf diese Weise einen elektrischen Übergangswiderstand zu verringern. Zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Abschnitt kann ein dritter axialer Abschnitt liegen, der im Wesentlichen konisch ausgebildet ist, und zwar vorzugsweise mit einer Konussteigung, die es ermöglicht, dass beispielsweise ein Flanschabschnitt eines Bolzens bei einer relativen Axialbewegung hierzu die Haltezungen radial aufweitet, so dass der Flanschabschnitt hindurchtreten kann, bis der zweite axiale Abschnitt an dem Schaft des Bolzens anliegt.
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Alternativ kann die Mehrzahl von radial elastischen Haltezungen auch ähnlich ausgebildet sein wie Spannzungen, wie sie in dem Dokument
DE 102 29 609 B4 beschrieben sind, dessen Offenbarungsgehalt vorliegend durch Bezugnahme enthalten sein soll.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn ein Einwegdurchgang des Ladestiftes und die Fügeelement-Halteeinrichtung so in Bezug zueinander angeordnet sind, dass ein Fügeelement vollständig durch den Hohlkanalabschnitt und durch den Einwegdurchgang hindurch förderbar und von den Haltezungen in einer Zwischenposition stoppbar ist.
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Bei dieser Ausgestaltung schnappen die Nasen des Einwegdurchganges vorzugsweise in eine Sperrstellung zurück, bei der sie anschließend auf ein Ende eines Schaftes des Fügeelementes eine Axialkraft ausüben können.
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Vorteilhaft ist es hierbei ferner, wenn die Fügeelement-Halteeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Fügeelement in einer Fügeposition durch direkte radiale Anlage der Haltezungen an dem Fügeelement zu halten.
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Diese Ausführungsform wurde bereits oben beschrieben. Die direkte radiale Anlage ist dann bevorzugt durch den oben beschriebenen zweiten axialen Abschnitt der Haltezungen realisiert.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind ein Einwegdurchgang des Ladestiftes und die Fügeelement-Halteeinrichtung so in Bezug zueinander angeordnet, dass ein Flanschabschnitt des Fügeelementes durch den Hohlkanalabschnitt und durch den Einwegdurchgang hindurch förderbar und von den Haltezungen stoppbar ist.
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Bei dieser Ausgestaltung liegt dann in dieser Zwischenposition ein Schaft des Fügeelementes vorzugsweise noch in radialer Richtung zwischen Nasen des Einwegdurchganges.
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Die Sperrstellung wird hierbei dadurch eingerichtet, dass die Nasen des Einwegdurchganges wieder in eine Sperrstellung zurückschnappen, bei der sie anschließend eine Axialkraft auf eine Oberseite dieses Flanschabschnittes ausüben können.
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Bei dieser Ausgestaltung ist es ferner vorteilhaft, wenn die Fügeelement-Halteeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Fügeelement in der Fügeposition zu halten, indem die Haltezungen von radial außen auf Nasen eines Einwegdurchganges des Ladestiftes drücken.
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Bei dieser Ausgestaltung kann vorzugsweise ein Vorschub des Ladestiftes von der Zuführposition in die Fügeposition des Ladestiftes dazu führen, dass die Nasen des Einwegdurchganges axial auf den Flanschabschnitt eines Fügeelementes drücken und den Flanschabschnitt durch Haltezungen einer Halteeinrichtung durchdrücken. Ferner liegen anschließend die Haltezungen der Halteeinrichtung radial außen an den Nasen des Einwegdurchganges an.
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Beispielsweise kann ein elektrischer Schweißstrom hierbei über die Haltezungen und die Nasen auf das Fügeelement übertragen werden.
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In einem radialen Bereich zwischen den Nasen und Haltezungen kann ferner eine Gliederhülse angeordnet sein, die dafür sorgt, dass bei der Relativbewegung eine hinreichend radiale Spannkraft auf die Nasen des Einwegdurchganges ausgeübt werden kann.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der Ladestift einen Einwegdurchgang mit einer Mehrzahl von radial elastischen Nasen aufweist, wie bereits oben erörtert.
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Auch ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der Ladestift-Führungsabschnitt zumindest abschnittsweise einen Führungsquerschnitt hat, wobei der Ladestift zumindest abschnittsweise einen Ladestiftquerschnitt hat, der an den Führungsquerschnitt angepasst ist.
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Der Führungsquerschnitt und der Ladestiftquerschnitt können eine Kreisform haben. In manchen Fällen ist es jedoch bevorzugt, wenn diese Querschnitte von einer Kreisform abweichen, beispielsweise in Form eines Polygonalquerschnittes. In diesem Fall kann eine Ausrichtung der seitlichen Zuführöffnung in Umfangsrichtung mit einer Austrittsöffnung eines Aufnehmerkanals auf einfache Weise realisiert werden.
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Ferner ist es in diesem Fall möglich, Drehmomente von dem Fügeelement-Aufnehmer auf den Ladestift zu übertragen und umgekehrt.
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Der Maximalhub des Ladestiftes ist vorzugsweise unabhängig von der Größe des Fügeelement-Aufnehmers und vorzugsweise unabhängig von der Länge der Fügeelement-Halteeinrichtung, insbesondere von der Länge der radial elastischen Haltezungen.
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Der maximale Hub des Ladestiftes ist vorzugsweise eine Funktion einer Länge des oben beschriebenen zweiten Abschnittes und der Länge des oben beschriebenen dritten Abschnittes von Haltezungen einer Fügeelement-Halteeinrichtung. Vorzugsweise ist der maximale Hub des Ladestiftes auch unabhängig von der Länge des Fügeelementes, ist jedoch vorzugsweise kleiner als eine axiale Fügeelement-Maximallänge.
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Bei Fügeelementen, die ein relativ kleines Verhältnis von Flanschdurchmesser zu Schaftdurchmesser haben, wird jene Ausführungsform bevorzugt, bei der das Fügeelement insgesamt durch den Einwegdurchgang hindurchtritt und dann zwischen einem axialen Ende des Einwegdurchganges und den Haltezungen zu einer Zwischenposition gelangt. Bei sogenannten Großflanschbolzen, die ein relativ großes Verhältnis von Flanschdurchmesser zu Schaftdurchmesser haben, wird vorzugsweise die Variante bevorzugt, bei der die Nasen des Einwegdurchganges sich in eine Sperrstellung schließen, bei der sie anschließend auf eine Oberfläche des Flanschabschnittes eine Axialkraft übertragen können.
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Insgesamt ergibt sich ggf. bei den obigen Ausführungsformen wenigstens einer der folgenden Vorteile. Die Größe einer Antriebseinheit, insbesondere eines Axialantriebs, ist unabhängig von der Größe eines Fügeelement-Aufnehmers. Die Größe einer solchen Antriebseinheit ist vorzugsweise unabhängig von der Länge einer Fügeelement-Halteeinrichtung. Es sind insbesondere extra lange Fügeelement-Halteeinrichtungen realisierbar, z. B. für Schweißpositionen in Sicken, Vertiefungen, Hinterschwellern, etc.
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Bei einem Fügen über Kopf kann, beispielsweise nach einem Ausfall einer Energie zum Zuführen von Fügeelementen, beispielsweise bei einem Ausfall von Blasluft, kein Fügeelement mehr zurück in einen Einschusskanal bzw. einen Zuführkanal oder in einen Aufnehmerkanal zurückgelangen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer Fügeeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Ladestift in einer Fügeposition;
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2 die Fügeeinrichtung der 1 in einer Zuführposition, bei der sich ein Fügeelement in einer Zwischenposition befindet;
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3 eine der 2 vergleichbare schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Fügeeinrichtung in einer Zuführposition, wobei sich ein Fügeelement in einer Zwischenposition befindet;
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4 die Fügeeinrichtung der 3 in einer Fügeposition, bei der sich ein Fügeelement in einer Fügposition befindet;
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5 eine Seitenansicht eines Ladestiftes der Fügeeinrichtung der 3 und 4;
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6 eine um 90° gedrehte Seitenansicht des Ladestiftes der 5;
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6a eine schematische Schnittansicht entlang der Linie VIa-VIa der 6;
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6b eine schematische Schnittansicht entlang der Linie VIb-VIb der 6;
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7 eine Seitenansicht einer Gliederhülse der Fügeeinrichtung der 3 und 4;
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8 eine weitere Seitenansicht der Gliederhülse der 7; und
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9 eine perspektivische Ansicht der Gliederhülse der 7 und 8.
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In 1 ist ein Fügesystem schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Fügesystem 10 beinhaltet beispielhaft einen Roboter 12, der an einem dreidimensional frei beweglichen Arm 14 einen Fügekopf 16 trägt, der eine Fügeeinrichtung bildet.
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Das Fügesystem 10 beinhaltet ferner eine Zuführeinrichtung 18, die dazu ausgebildet ist, vereinzelte Fügeelemente 20, die vorliegend als Bolzen mit einem Schaftabschnitt und einem Flanschabschnitt ausgebildet sein können, über einen Zuführschlauch 22 hin zu dem Fügekopf 16 zuzuführen, und zwar auf automatisierte Art und Weise. Das Zuführen kann beispielsweise mittels Blasluft erfolgen.
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Der Fügekopf 16 weist einen Fügeelement-Aufnehmer 28 auf. An dem Fügeelement-Aufnehmer 28, der vorzugsweise gehäusefest in Bezug auf den Fügekopf 16 ausgebildet ist, ist eine Aufnahmeöffnung 30 ausgebildet, an die der Zuführschlauch 22 anschließbar ist und über die Fügeelemente zugeführt werden können, und zwar vorzugsweise mit dem Flanschabschnitt vorab.
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Die Aufnahmeöffnung 30 geht in einen gebogenen Aufnehmerkanal 32 des Fügeelement-Aufnehmers über. Der Aufnehmerkanal 32 endet in einer Austrittsöffnung 33, die in einen Ladestift-Führungsabschnitt 34 mündet. In dem Ladestift-Führungsabschnitt 34 ist ein Ladestift 36 axial verschieblich in Bezug auf den Fügeelement-Aufnehmer 28 gelagert.
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Der Ladestift beinhaltet einen axialen Hohlkanalabschnitt 38, in dem Fügeelemente in einer axialen Zuführrichtung 39 zugeführt werden.
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Der Fügekopf 16 beinhaltet ferner eine Fügeelement-Halteeinrichtung 40, die über eine Befestigungseinrichtung 42, beispielsweise in Form einer Befestigungsmutter 44, an dem Fügeelement-Aufnehmer 28 festgelegt ist.
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Vorliegend beinhaltet die Halteeinrichtung 40 eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Haltezungen 46, die einen ersten Abschnitt aufweisen, der dem Fügeelement-Aufnehmer 28 zugewandt ist und einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als ein maximaler Außendurchmesser eines zuzuführenden Fügeelementes 20.
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An einem freien Ende weisen die Haltezungen 46 jeweils einen zweiten axialen Abschnitt auf, bei dem die Haltezungen im Wesentlichen gradlinig ausgerichtet sind und die in einer entspannten Position, also nicht radial ausgelenkt, einen Innendurchmesser definieren, der kleiner ist als ein Außendurchmesser eines Schaftabschnittes eines Fügeelementes 20. Dazwischen liegt ein dritter axialer Abschnitt der Haltezungen, der im Wesentlichen konisch ausgebildet ist, und der als Stoppabschnitt ausgebildet ist, wie nachstehend noch erläutert werden wird.
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Wie erläutert, weist das Fügeelement 20 einen Schaftabschnitt 48 und einen Flanschabschnitt 50 mit größerem Durchmesser auf.
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In der in 1 gezeigten Fügeposition ist ein solches Fügeelement 20 in einer Fügeelement-Fügeposition 20 F gezeigt, bei der der Schaftabschnitt 48 von dem zweiten axialen Abschnitt der Haltezungen 46 umschlossen wird, die radial gegen den Schaftabschnitt 48 drücken. Der Flanschabschnitt 50 und ein Teil des Schaftabschnittes können gegenüber dem radialen Ende der Halteeinrichtung 40 vorragen.
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Durch die Halteeinrichtung 40 kann ein elektrischer Schweißstrom 52 übertragen werden, der dann über die Haltezungen auf den Schaftabschnitt 48 übertragbar ist. Folglich kann ein solches Fügeelement in an sich bekannter Weise im Wege des sogenannten Bolzenschweißen auf eine Oberseite eines Werkstückes 54 (beispielsweise ein Blech) gefügt werden, das vorzugsweise einen entgegengesetzten Pol, beispielsweise eine Masse für den elektrischen Schweißstrom bildet, so dass zwischen dem Fügeelement 20 und dem Werkstück 54 ein elektrischer Lichtbogen zum Bolzenschweißen gezogen werden kann.
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In 1 ist ferner zu erkennen, dass auf den Ladestift 36 eine Axialkraft 56 ausgeübt werden kann, die gleichgerichtet ist mit der axialen Zuführrichtung 39.
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Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein erster axialer Endabschnitt 60 des Ladestiftes 36 mit einem Axialantrieb 62 verbunden sein, mittels dessen der Ladestift 36 zwischen der in 1 gezeigten Fügeposition FP und der in 2 gezeigten Zuführposition SP axial relativ zu dem Fügeelement-Aufnehmer 28 bewegbar ist.
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An einem dem ersten axialen Endabschnitt 60 gegenüberliegenden axialen Ende des Ladestiftes 36 ist ein zweiter axialer Endabschnitt 64 ausgebildet, an dem ein mechanischer Einwegdurchgang 66 vorgesehen ist. Der Einwegdurchgang 66 ist durch eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Nasen 68 gebildet, die sich an den Hohlkanalabschnitt 38 anschließen und von dort ausgehend konisch in Zuführrichtung zulaufen. An ihren freien Enden können die Nasen 68 jeweilige Radialvorsprünge 70 bzw. Verdickungen aufweisen, so dass die Nasen 68 an einem Schaftende des Schaftabschnittes 48 anliegen können und die auf den Ladestift 36 aufgebrachte Axialkraft auf das Fügeelement 20 übertragen können, wie es in 1 gezeigt ist.
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Der Ladestift 36 weist eine seitliche Fügeelement-Zuführöffnung 76 auf. Die seitliche Fügeelement-Zuführöffnung 76 ist in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Endabschnitt 60, 64 ausgebildet und ist in der in 2 gezeigten Zuführposition SP mit der Austrittsöffnung 33 des Aufnehmerkanals 32 ausgerichtet.
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Der Ladestift 36 weist in diesem Bereich eine Umlenkkontur 78 auf, die mit einer Umfangskontur des Aufnehmerkanals 32 fluchtet, wenn sich der Ladestift 36 in der Zuführposition SP befindet.
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Die Umlenkkontur 78 bildet folglich eine Fortsetzung des Aufnehmerkanals 32 und führt zu einer Art geschlossenen Kanal zwischen dem Aufnehmerkanal 32 und dem Hohlkanalabschnitt 38, derart, dass Fügeelemente sich im Bereich des Übergangs zwischen Aufnehmer 28 und Ladestift 36 nicht verdrehen oder verkippen können.
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Der Aufnehmerkanal 32 und die Umlenkkontur 78 bilden zusammen eine gebogene Kontur, um Fügeelemente, die im Wesentlichen in radialer Richtung in den Ladestift über die seitliche Fügeelement-Zuführöffnung 76 zugeführt werden, letztendlich axial auszurichten, so dass sie axial in der Zuführrichtung 39 in dem Hohlkanalabschnitt 38 geführt werden.
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Die Fügeelemente werden beim Zuführen mit einer gewissen kinetischen Energie zugeführt, beispielsweise durch Blasluft. Beim Zuführen drücken die Fügeelemente aufgrund ihrer kinetischen Energie die Nasen 68 radial nach außen, was in 2 bei 80 dargestellt ist, so dass das Fügeelement vollständig durch den Einwegdurchgang 66 hindurchgelangt und mittels der Haltezungen 46 der Halteeinrichtung 40 abgebremst wird, und zwar in einer Zwischenposition 20 Z, bei der sich das Fügeelement in axialer Richtung zwischen dem Einwegdurchgang 66 und dem freien Ende der Haltezungen 46 befindet.
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Dieser Zwischenpositionsbereich ist in 2 bei 82 gezeigt.
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Anschließend wird der Ladestift 36 aus der Zuführposition SP in die Fügeposition FP überführt, bei der Ladestift über den Einwegdurchgang 66 eine Axialkraft 56 auf das Fügeelement 20 ausübt, um dieses durch die Haltezungen 46 hindurchzudrücken, bis die in 1 gezeigte Position erreicht ist. Hierbei vollziehen die Haltezungen 46 der Halteeinrichtung 40 ebenfalls eine Radialbewegung, die in 2 bei 84 gezeigt ist.
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In 1 und 2 ist ferner der maximale Hub 86 des Ladestiftes 36 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass dieser Hub 86 kleiner sein kann als das 1,5-fache einer Fügeelement-Maximallänge 88.
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Aufgrund des geringen Hubs 86 entsteht im Bereich des ersten axialen Endabschnittes 60 nur eine sehr kleine Störkontur, so dass der Fügekopf 16 auch in schwierigen Fügesituationen verwendbar ist.
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Ferner kann die Halteeinrichtung 40 in axialer Richtung lang ausgebildet werden, wie es in 2 auch dargestellt ist, so dass der Fügekopf 16 auch zum Fügen an unzugänglichen Stellen, beispielsweise am Boden von Sicken oder dergleichen verwendbar ist.
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In 2 ist bei 90 schematisch eine Isolationshülse gezeigt, die den Ladestift 36 elektrisch gegenüber der Halteeinrichtung 40 isolieren kann, um zu vermeiden, dass ein elektrischer Schweißstrom 52 auch über den Einwegdurchgang 66 auf das Fügeelement übertragen wird.
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In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Fügesystems 10' mit einem Fügekopf 16' gezeigt, der einen Ladestift 36' aufweist. Die Ausführungsform der 3 und 4 entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Ausführungsform der 1 und 2. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Im Folgenden werden im Wesentlichen Unterschiede erläutert.
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Der Unterschied liegt vorliegend im Wesentlichen im Bereich der Halteeinrichtung 40'. Die Halteeinrichtung 40' ist dazu ausgebildet, dass sich die Haltezungen 46' relativ weit aufweiten können, um auf diese Weise auch Fügeelemente fügen zu können, deren Verhältnis von Flanschabschnitt 50' zu Schaftabschnitt 48' sehr groß ist, insbesondere in Form von sogenannten Großflanschbolzen.
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Hierbei ist zunächst der Einwegdurchgang 66 so ausgebildet, dass ein zugeführtes Fügeelement nicht vollständig durch den Einwegdurchgang 66' hindurch zugeführt wird, sondern nur der Flanschabschnitt 50' hiervon, der dann anschließend von den Haltezungen 46' gestoppt wird, und zwar in der in 3 gezeigten Zwischenposition 20 Z'. Die Nasen 68' des Einwegdurchganges 66 liegen ggf. an einer Oberseite des Flanschabschnittes 50' auf. Beim Ausführen der Axialbewegung (Axialkraft 56) drücken diese folglich auf den Flanschabschnitt und drücken diesen durch die Haltezungen 46' hindurch, bis der Flanschabschnitt 50' aus der Halteeinrichtung 40 hervorragt.
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Die Haltezungen 46' liegen dabei radial außen an den Nasen 68' an.
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Um eine hinreichende radiale Spannkraft zu erreichen, ist im Bereich der Halteeinrichtung 40' eine Gliederhülse 96 angeordnet, die bei der Relativbewegung zwischen Ladestift 36' und Halteeinrichtung 40' dafür sorgt, dass diese Spannkraft 98 in radialer Richtung ausgeübt wird, so dass gewährleistet werden kann, dass ein elektrischer Schweißstrom einen geringen Übergangswiderstand erfährt.
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In den 5 und 6 ist der Ladestift 36' aus der Fügeeinrichtung 16' der 3 und 4 dargestellt. Man erkennt die seitliche Fügeelement-Zuführöffnung 76' und die Nasen, die in 5 und 6 mit 68a' und 68b' angegeben sind.
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Die Nasen 68' des Ladestiftes 36' sind hierbei nicht durchgehend konisch ausgebildet wie bei der Ausführungsform der 1 und 2, sondern weisen einen ersten axialen Abschnitt I1 auf, in dem sie konisch ausgebildet sind, und einen zweiten axialen Abschnitt I2, in dem sie geradlinig ausgebildet sind, um eine großflächige Anlage an dem Schaftabschnitt 48' ermöglichen zu können.
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6a zeigt einen Querschnitt des Ladestiftes 36' in Form eines Ladestift-Querschnittes 100, der vorliegend polygonal ausgebildet ist. Demzufolge kann gewährleistet werden, dass ein entsprechend polygonaler Querschnitt des Ladestift-Führungsabschnittes 34 für eine Verdrehsicherung zwischen Fügeelement-Aufnehmer 28 und Ladestift 36 sorgen kann, so dass dazwischen auch Drehmomente übernommen werden können.
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6b zeigt ferner, dass die Nasen 68a', 68b', 68c' jeweils im Querschnitt gebogen ausgeführt sein können, um Axialkräfte gut übertragen zu können und um eine großflächige Anlage an dem Schaftabschnitt 48' zu ermöglichen.
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In den 7 bis 9 ist die Gliederhülse 96 der Halteeinrichtung 40' der 3 und 4 gezeigt. Man erkennt, dass die Gliederhülse eine Mehrzahl von radial beweglichen, sich im Wesentlichen längserstreckenden und über den Umfang verteilt angeordneten Gliedern aufweist, die durch elastische Mittel zusammengehalten werden, beispielsweise durch einen O-Ring.
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Die Glieder sind jeweils so ausgebildet, dass sie bei einer Relativverschiebung zwischen Ladestift 36' und Haltezungen 46' eine radiale Spannkraft 98 auf die Nasen 68 ausüben, damit diese eng und mit hinreichender Kraft an dem Schaftabschnitt 48' anliegen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8010343 U1 [0002, 0010]
- US 4019013 A [0008]
- DE 10229690 B4 [0009]
- DE 10229609 B4 [0043]
