DE202010014665U1

DE202010014665U1 - Rotationsantrieb und Vorrichtung zum Fügen mit Rotationsantrieb

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Publication number: DE202010014665U1
Application number: DE202010014665U
Authority: DE
Original assignee: Eckold GmbH and Co KG; Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Current assignee: Eckold GmbH and Co KG; Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-10-26

Abstract

Rotationsantrieb für ein eine Hubbewegung ausführendes Werkzeug (5) zur Bearbeitung mindestens eines stetig linear unter dem Werkzeug (5) vorbeigeförderten Werkstücks (6) gekennzeichnet durch:
a) ein Antriebsrad (0),
b) einem ersten, feststehenden, mit einer Innenverzahnung (1') versehenen Zahnrad (1),
c) einem zweiten, mit einer Außenverzahnung (2') versehenen Zahnrad (2),
d) einem dritten, mit einer Außenverzahnung (3') versehenen Zahnrad (3),
e) einem mit einer Innenverzahnung (4') versehenen Abtriebsrad (4),
f) das Antriebsrad (0) und das feststehende Zahnrad (1) sind konzentrisch zueinander angeordnet,
g) das zweite Zahnrad (2) und das dritte Zahnrad (3) sind koaxial angeordnet und drehfest miteinander verbunden,
h) die Drehachse (20/30) des zweiten und dritten Zahnrades (2, 3) ist in dem Antriebsrad (0) exzentrisch zu dessen Drehachse (10) angeordnet,
i) die Drehachse (40) des Abtriebsrades (4) ist exzentrisch zur Drehachse (20/30) des zweiten und dritten Zahnrades (2, 3) angeordnet,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationsantrieb für ein eine Hubbewegung ausführendes Werkzeug zur Bearbeitung eines stetig linear unter dem Werkzeug vorbeigeförderten Werkstück sowie eine Vorrichtung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fügen von Blechen oder dergleichen.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 92 15 475 U1 , der DE 197 26 457 A1 oder DE 603 01 090 T2 bekannt. Dabei werden miteinander zu verbindende Bleche zwischen einen Stempel und eine zugehörige Matrize in der Vorrichtung eingelegt und der Stempel anschließend über eine Kolben-Zylindereinheit gegen die Matrize geführt. Aufgrund des verursachten Stauch-/Pressvorganges wird eine dauerhafte Verbindung der Bleche erreicht. Ein solches Fügeverfahren wird auch als Durchsetzfügen bezeichnet. Ein verwandtes Verfahren ist das Stanznieten. Dabei durchschneidet der Niet das erste Blech und formt sich schließlich in dem zweiten Blech aus.
Mit einer solchen Vorrichtung werden insbesondere in der Automobilindustrie Karosseriebleche miteinander verbunden. Dabei kommt es auf eine sichere Verbindung und auf hohe Taktzeiten an. Zwischen den Werkzeugen und den miteinander zu verbindenden Blechen darf zum Zeitpunkt des Fügens keine Relativbewegung stattfinden. Die Bleche müssen still stehen, der Vortrieb muss also getaktet erfolgen. Damit sind der Fertigungsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt.
Zur Steigerung der Fertigungsgeschwindigkeit ist man vereinzelt dazu übergegangen, die Vorrichtung in Förderrichtung der Bleche anzutreiben und während des Fügevorganges die Fügevorrichtung parallel zu den Werkstücken zu führen, die Bleche zu fügen und die Vorrichtung dann entgegen der Förderrichtung zurückzuführen und erneut zu fügen.
Zum Fügen zweier Bleche sind hohe Kräfte notwendig. Die Fügewerkzeuge sind entsprechend stabil ausgeführt und folglich schwer. Die Führung für die Fügevorrichtung und ihr oszillierender Antrieb ist deshalb sehr aufwändig, insbesondere auch deshalb, weil bei der Hin- und Herbewegung der Vorrichtung hohe Kräfte entstehen.
Von dieser Problemstellung ausgehend soll eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der es möglich ist, ein eine Hubbewegung ausführendes Werkzeug zur Bearbeitung mindestens eines stetig linear unter dem Werkzeug vorbeigeförderten Werkstücks zu schaffen, mit der sichergestellt ist, dass das Werkzeug zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks keine Relativbewegung in Vorschubrichtung gegenüber dem Werkstück ausführt.
Zur Problemlösung zeichnet sich der eingangs erläuterte Rotationsantrieb durch folgende Merkmale aus:

a) ein Antriebsrad,
b) einem ersten, feststehenden, mit einer Innenverzahnung versehenen Zahnrad,
c) einem zweiten, mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrad,
d) einem dritten, mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrad,
e) einem mit einer Innenverzahnung versehenen Abtriebsrad,
f) das Antriebsrad und das feststehende Zahnrad sind konzentrisch zueinander angeordnet,
g) das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad sind koaxial angeordnet und drehfest miteinander verbunden,
h) die Drehachse des zweiten und dritten Zahnrades ist in dem Antriebsrad exzentrisch zu dessen Drehachse angeordnet,
i) die Drehachse des Abtriebsrades ist exzentrisch zur Drehachse des zweiten und dritten Zahnrades angeordnet,
j) das zweite Zahnrad kämmt mit dem ersten feststehenden Zahnrad,
k) das dritte Zahnrad kämmt mit dem Abtriebsrad,
l) das Werkzeug ist an dem Abtriebsrad befestigt und ragt nach radial außen über den Umfang des Abtriebsrades hinaus.

Durch diese Ausgestaltung wird der Drehwinkel des Zahnrades, an dem das Werkzeug befestigt ist, durch die gegenläufige Drehbewegung (Drehrichtungsumkehr) des ersten und zweiten Zahnrades gegenüber dem Antriebsrad kompensiert. Damit bleibt das Werkzeug während der Rotation des Antriebsrades in einem rechten Winkel zur Bauteiloberfläche. Die Geschwindigkeit des Rotationsantriebes muss natürlich synchronisiert werden mit der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks.
Ein solcher Antrieb kann für jede Vorrichtung verwendet werden, bei der es darauf ankommt, dass zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während der Bearbeitung keine Relativbewegung stattfindet. Der Antrieb wird vorzugsweise für eine Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Werkstücke durch Kraft- und/oder formschlüssiges Fügen verwendet. Dann ist vorzugsweise ein zweiter Rotationsantrieb vorgesehen, der unterhalb des Werkstückes angeordnet ist.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Rotationsantrieb miteinander mittels eines Getriebes gekoppelt. Das Getriebe kann beispielsweise ein Zahnradgetriebe sein. Denkbar ist natürlich auch, den Antrieb über zwei miteinander synchron angesteuerte Servomotoren zu bewerkstelligen.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades und des dritten Zahnrades identisch. Weiterhin vorzugsweise sind die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades und des vierten Zahnrades identisch.
Vorteilhaft ist es, wenn die Exzentrizität der Drehachse des zweiten und dritten Zahnrades zur Drehachse des Antriebsrades betragsgleich ist wie die Exzentrizität zur Drehachse des vierten Zahnrades.
Das zweite und das dritte Zahnrad sind vorzugsweise über einen Verbindungszapfen miteinander verbunden. Über diesen Verbindungszapfen können die beiden Zahnräder in einer im Antriebsrad vorgesehenen Durchgangsbohrung gelagert werden. Diese Durchgangsbohrung ist exzentrisch zur Drehachse des Antriebsrades vorgesehen. Die Montage des zweiten und dritten Zahnrades, die kinematisch betrachtet ein Bauteil darstellen, wird dadurch vereinfacht.
Das Abtriebsrad ist in einer exzentrisch zur Drehachse des Antriebsrades angeordneten Sackbohrung gelagert.
Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigt:
1 – eine perspektivische Schnittdarstellung des Rotationsantriebes,
2 – eine schematische Mehr-Schnitt-Darstellung des Rotationsantriebes,
3 – den Schnitt entlang der Linie III-III nach 2,
4 – die Darstellung gemäß 2 zu einem anderen Drehwinkel des Antriebsrades,
5 den Schnitt entlang der Linie V-V nach 6,
6 – die schematische Darstellung des zweiten und dritten Zahnrades innerhalb des Rotationsantriebes,
7 – den Schnitt entlang der Linie VII-VII nach 6,
8 – das Antriebsrad im Schnitt,
9 – das Antriebsrad in perspektivischer Darstellung im Schnitt.
Der Rotationsantrieb besteht aus dem Antriebsrad 0, dem ersten, mit einer Innenverzahnung 1' versehenen Zahnrad 1, einem zweiten mit einer Außenverzahnung 2' versehenen Zahnrad 2, einem dritten mit einer Außenverzahnung 3' versehenen Zahnrad 3 und dem mit einer Innenverzahnung 4' versehenen Abtriebsrad 4. Die Zahnräder 2, 3 sind zueinander konzentrisch angeordnet. Am Abtriebsrad 4 ist das Werkzeug 5, beispielsweise ein Stempel oder eine Matrize befestigt. Der Rotationsantrieb ist oberhalb/unterhalb des in Richtung des Pfeiles (1) transportierten Werkstücks 6 angeordnet.
Die Zahnräder 2, 3 sind über einen Zapfen 7 drehfest miteinander verbunden. Sie können kinematisch als ein Bauteil betrachtet werden. Wie 3 zeigt, verfügen die Zahnräder 2, 3 über dieselbe Drehachse 20/30. Der Zapfen 7 ist fest in einer exzentrisch im Antriebsrad (0) vorgesehenen Durchgangsbohrung 8 gelagert. Das zweite Zahnrad 2 kämmt mit seiner Außenverzahnung 2' mit der Innenverzahnung 1' des feststehenden Zahnrades 1. Das Zahnrad 3 kämmt mit seiner Außenverzahnung 3' mit der Innenverzahnung 4' des Abtriebsrades 4. Die Drehachse 20/30 der Zahnräder 2, 3 steht exzentrisch (Exzentrizität e₁) zur Mittenachse oder Drehachse 10 des feststehenden Zahnrades 1 und zur Drehachse 40 des Abtriebsrades 4. Die Exzentrizität e₁ zwischen der Drehachse 10 und der Drehachse 20/30 ist betragsgleich zur Exzentrizität e₂ zwischen der Drehachse 20/30 und der Drehachse 40. Die Anzahl der Zähne 1' des ersten Zahnrades 1 und die Anzahl der Zähne 4' des Abtriebsrades 4 ist identisch. Ebenso sind die Anzahl der Zähne 2' des zweiten Zahnrades 2 und die Anzahl der Zähne 3' des dritten Zahnrades 3 identisch. Am Abtriebsrad 4 ist das Werkzeug 5 radial über das Abtriebsrad 4 hinaus stehend befestigt. Das Abtriebsrad 4 ist in der exzentrisch im Antriebsrad 0 angeordneten Sackbohrung 9 gelagert.
Wird das Antriebsrad 0 gedreht, zieht es durch die Anordnung des Zapfens 7 in der exzentrischen Bohrung 8 die Zahnräder 2, 3 mit. Da das Zahnrad 1 fest eingespannt ist und still steht, dreht sich das Zahnrad 2 und gleichzeitig auch das Zahnrad 3, wodurch das Abtriebsrad 4 angetrieben wird, das ebenfalls exzentrisch in der Bohrung 9 im Antriebsrad 0 gelagert ist.
Durch den Eingriff der Verzahnungen 1' und 2' erfolgt eine Umkehr der Drehrichtung der Zahnräder 2, 3 gegenüber dem Antriebsrad (0). Über den Eingriff der Zähne 3' und 4' erfolgt dann die Mitnahme des Abtriebsrades 4 ohne Drehrichtungsumkehr, da das Abtriebsrad 4 im Antriebsrad 0 drehbar gelagert ist.
Durch diese Anordnung der Zahnräder wird der Drehwinkel des Abtriebsrades 4 und damit der Drehwinkel des Werkzeugs 5 durch die gegenläufige Drehbewegung der Zahnräder 2 und 3 gegenüber dem Antriebsrad 0 kompensiert. Dadurch ist es möglich, dass das Werkzeug 5 während der Rotation des Antriebs in einem rechten Winkel zur Oberfläche des Bauteiles 6 gehalten wird.
In Förderrichtung F des Werkstückes 6 findet also keine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 6 und dem Werkzeug 5 während seines Arbeitshubes, der sich aus der Summe der Exzentrizitäten e₁ + e₂ zusammensetzt, statt (vgl. 4, 2).
Aus Gründen der Einfachheit ist nur ein Rotationsantrieb dargestellt. Unter Verwendung der Darstellung nach 1 kann unterhalb des Werkstücks 6 ein zweiter identisch aufgebauter Rotationsantrieb vorgesehen sein. Bei dem ersten Rotationsantrieb ist das Werkzeug 5 dann als Stempel und im zweiten Rotationsantrieb eine Matrize ausgebildet, in die der Stempel zum Fügen dann zweier Bleche 6 eintaucht. Die beiden Rotationsantriebe sind über ein Getriebe miteinander synchronisiert, das hier nicht dargestellt ist und beispielsweise aus einem oder mehreren Zahnrädern besteht, damit der Drehwinkel beider Rotationsantriebe betragsgleich ist.
Bezugszeichenliste

0: Antriebsrad
1: Zahnrad
1': Innenverzahnung
2: zweites Zahnrad
2': zweite Außenverzahnung
3: drittes Zahnrad
3': dritte Außenverzahnung
4: Abtriebsrad
4': Innenverzahnung
5: Werkzeug
6: Werkstück
7: Verbindungszapfen
8: Durchgangsbohrung
9: Sackbohrung
10: Drehachse
20/30: Drehachse
40: Drehachse
F: Förderrichtung
e1: Exzentrizität
e2: Exzentrizität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 9215475 U1 [0002]
- DE 19726457 A1 [0002]
- DE 60301090 T2 [0002]

Claims

Rotationsantrieb für ein eine Hubbewegung ausführendes Werkzeug (5) zur Bearbeitung mindestens eines stetig linear unter dem Werkzeug (5) vorbeigeförderten Werkstücks (6) gekennzeichnet durch: a) ein Antriebsrad (0), b) einem ersten, feststehenden, mit einer Innenverzahnung (1') versehenen Zahnrad (1), c) einem zweiten, mit einer Außenverzahnung (2') versehenen Zahnrad (2), d) einem dritten, mit einer Außenverzahnung (3') versehenen Zahnrad (3), e) einem mit einer Innenverzahnung (4') versehenen Abtriebsrad (4), f) das Antriebsrad (0) und das feststehende Zahnrad (1) sind konzentrisch zueinander angeordnet, g) das zweite Zahnrad (2) und das dritte Zahnrad (3) sind koaxial angeordnet und drehfest miteinander verbunden, h) die Drehachse (20/30) des zweiten und dritten Zahnrades (2, 3) ist in dem Antriebsrad (0) exzentrisch zu dessen Drehachse (10) angeordnet, i) die Drehachse (40) des Abtriebsrades (4) ist exzentrisch zur Drehachse (20/30) des zweiten und dritten Zahnrades (2, 3) angeordnet, j) das zweite Zahnrad (2) kämmt mit dem ersten feststehenden Zahnrad (1), k) das dritte Zahnrad (3) kämmt mit dem Abtriebsrad (4), l) das Werkzeug (5) ist an dem Abtriebsrad (4) befestigt und ragt nach radial außen über den Umfang des Abtriebsrades (4) hinaus.
Rotationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne (2', 3') des zweiten Zahnrades (2) und des dritten Zahnrades (3) identisch ist.
Rotationsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne (1', 4') des ersten Zahnrades (1) und des Abtriebrades (4) identisch ist.
Rotationsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität (e₁) der Drehachse (20/30) des zweiten und dritten Zahnrades (2, 3) zur Drehachse (10) des Antriebsrades (0) betragsgleich wie die Exzentrizität (e₂) zur Drehachse (40) des vierten Zahnrades (4) ist.
Rotationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und das dritte Zahnrad (2, 3) über einen Verbindungszapfen (7), der in einer Durchgangsbohrung (8) im Antriebsrad (0) gelagert ist, miteinander verbunden sind.
Rotationsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (8) im Antriebsrad (0) exzentrisch angeordnet ist.
Rotationsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (4) in einer im Antriebsrad (0) vorgesehen Sackbohrung (9) gelagert ist.
Rotationsantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung (9) exzentrisch im Antriebsrad (0) angeordnet ist.
Vorrichtung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fügen von Blechen oder dergleichen, gekennzeichnet durch einen Rotationsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zweiten Rotationsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Rotationsantrieb oberhalb des Werkstücks (6) und der zweite Rotationsantrieb unterhalb des Werkstücks (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotationsantriebe miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung mittels eines Getriebes erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5) des ersten Rotationsantriebs ein Stempel und das Werkzeug des zweiten Rotationsantriebs eine Matrize ist.