DE3407551C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum automatischen Fügen von Teilen in Werkstücke, insbesondere für Meß- und/oder Montagevorgänge, mit einem Zentralkörper, der mit dem zu fügenden Teil versehbar ist und über ein Pendellager, ein Radiallager und ein Axiallager in einem Gehäuse beweg­ lich angeordnet ist (Oberbegriff des Anspruches 1).

In einer Fertigungsstraße erfolgen zwischen Arbeitsstationen Meßvorgänge an bearbeiteten Werkstücken. Andererseits sind bearbeitete Werkstücke in der Montagephase mit Zusatzteilen zu komplettieren. Die Meß- und die Montagearbeitsgänge erfolgen automatisch. Dabei bestehen Probleme des Achsver­ satzes, nämlich vom Werkstück zur Meßmittel- bzw. Montage­ mittelachse, sowie eines Winkelversatzes zwischen der letzt­ genannten Achse und einer Querachse des Werkstückes. Aus DE-OS 25 04 127 ist eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Hiermit sind aber nachteiligerweise für das zu fügende Teil zum aufnehmenden Teil (Werkstück) nur drei Freiheitsgrade gegeben, nämlich erstens axial, zweitens parallel versetzbar zur Hauptachse des Meßmittels und drittens um einen zwischen den Pendellagern liegenden Drehpunkt schwenkbar. Trotz dieser drei Freiheitsgrade des Gegenstandes der vorgenannten Literaturstelle tritt aber oft in der Praxis die Situation auf, daß ein Fügen nicht möglich ist, weil der zu fügende Teil nicht die dafür notwendige Drehwinkellage um seine Längsachse hat. Hinzu kommt, daß die Anordnung nach DE-OS 25 04 127 einen recht komplizierten Aufbau mit Detektoren vorsieht, deren Ausgangssignale Steue­ rungen bzw. Regelungen durchzuführen haben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, zu­ sätzlich zu den genannten drei Freiheitsgraden einen vierten Freiheitsgrad zu schaffen, um Positionsfehler durch einen Drehwinkelversatz in einer einfachen, mit mechanischen Mitteln arbeitenden Weise ausgleichen zu können.

Die Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung wird, ausgehend vom eingangs genannten Oberbegriff des Anspruches 1, darin gesehen, daß der Zentralkörper bei Auftreten einer gegen die Vorschubbewegung des Gehäuses gerichteten Gegen­ kraft über ein Kurvengetriebe um seine Längsachse gedreht wird, wobei das Kurvengetriebe zwischen dem Gehäuse und dem Zentralkörper angeordnet ist. Hierdurch ist in allen Frei­ heitsgraden, und insbesondere auch bei dem vorgenannten vierten Freiheitsgrad, ein formschlüssiges Fügen möglich, und zwar mit einfachen, mechanisch arbeitenden und damit im Betrieb robusten, störunanfälligen Mitteln.

Beim Auffahren dreht sich der Zentralkörper mit dem zu fügenden Teil, bis der richtige Drehwinkel erreicht ist und dann der Zentralkörper mit dem zu fügenden Teil in den dieses aufnehmenden Teil nach unten hineingleitet. Dabei kann es sich um das Einführen von Lehren in Werkstücke, Meßgeräten in Werkstücke, Werkstücke in Spannmittel oder Montage von Werkstücken in Werkstücke handeln. Ein solcher Aufnahmekopf kann über bekannte Verbindungsmittel mit Meßge­ räten oder zu montierenden Teilen versehen sein. Er ist an einer vertikalen oder horizontalen Vorschubeinheit montiert, trägt das zu fügende Teil und bewegt es gegen das Gegenstück (aufnehmendes Teil). Die Lehre des Anspruches 1 ist somit bevorzugt zur Schaffung eines einfach aufgebauten und uni­ versell einsetzbaren Aufnahmekopfes für Meß- und/oder Monta­ gevorgänge einsetzbar, wobei sowohl das Fügen des Teiles gemäß dem Oberbegriff, als auch nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 einwandfrei durchführbar ist, so daß in der Praxis stets durch die Korrekturmöglichkeiten in allen vier Freiheitsgraden das gewünschte Ergebnis des Meß- bzw. Monta­ gevorganges erreicht werden kann. Ein solcher Aufnahmekopf eignet sich auch als Gebegerät für die Montage von Zahnnaben auf Zahnwellen. Daneben kann ein Greifarm an den Aufnahme­ kopf angeschlossen werden.

Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung sind Zahnräder mit Innenverzahnung oder Außenverzahnung, die auf entsprechende Gegenprofile aufgesteckt werden. Insbesondere bei der Monta­ ge von Zahnnaben auf Zahnwellen oder beim Zusammenstecken der Zahnräder mit Innenverzahnung oder Außenverzahnung auf entsprechende Gegenprofile wird mit der Erfindung das Pro­ blem einer Blockierung des Arbeitsvorganges aufgrund stirn­ seitig aufeinander stoßender Teile in einfacher Weise da­ durch gelöst, daß der Aufnahmekopf den axial blockierten Zentralkörper so lange dreht, bis in den vorgenannten Bei­ spielen die Zähne des einen, zu fügenden Teiles über den Zahnlücken des anderen, aufnehmenden Teiles stehen und der Formschluß durch Einstecken des zu fügenden Teiles in das aufnehmende Teil durch entsprechenden axialen Vorschub des Zentralkörpers erreicht wird. Nach dem Abschluß des Arbeits­ vorganges erfolgt dann selbsttätig die Rückdrehung auf die Ausgangsposition.

Die Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. So betreffen die Ansprüche 2 und 3 eine konstruktiv sehr einfache, leicht zu montierende Ausgestal­ tung des Kurvengetriebes (Anspruch 2) und seiner Winkelver­ drehbarkeit (Anspruch 3). Erwähnt sei, daß hiernach auch Prüfvorgänge an Innen- oder Außenverzahnungen mittels Ver­ zahnungsmeßlehren nach der DE-OS 31 09 334 durchführbar sind.

Die Merkmale des Anspruches 4 stellen sicher, daß der wäh­ rend eines Arbeitshubes etwas aus seiner Ausgangswinkelstel­ lung verdrehte Zentralkörper nach dem Ausfahren des fügenden Teiles aus dem aufnehmenden Teil durch die Druckfedern in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird.

Mit den Merkmalen des Anspruches 5 wird erreicht, daß die axiale Nullstellung und das Herausziehen bzw. Abziehen eines im aufnehmenden Teil verklemmten, zu fügenden Teiles gewähr­ leistet. Dies kann gemäß einer bevorzugten und im Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellten Ausführung der Erfindung als aufnehmender Teil die Innenverzahnung eines zu messenden Zahnrades (Werkstückes) und als zu fügender Teil der Meßdorn einer Verzahnungsmeßlehre sein. Der zu fügende Teil wird vom Aufnahmekopf gehalten und während dessen Rückhubes aus dem aufnehmenden Teil herausgezogen.

Die Merkmale des Anspruches 6 ermöglichen, daß bei einem Klemmsitz des zu fügenden Teiles im aufnehmenden Teil, wobei die Kugeln des Kurvengetriebes aus ihren Nuten herausge­ drückt werden, nach dem Herausziehen oder Abziehen des zu fügenden Teiles die Drehwinkel-Nullstellung des Zentralkör­ pers fixiert wird, so daß die Kugeln wieder in ihre Nuten eintreten.

Die Merkmale des Anspruches 7 sichern den Rücklauf des Aufnahmekopfes in Fällen, in denen trotz des maximal mögli­ chen Verdrehwinkels der zu fügende Teil nicht in den aufneh­ menden Teil eindringen kann. Klemmt also ein am Zentralkör­ per befestigter, zu fügender Teil vorzeitig im oder am aufnehmenden Teil, so dreht das Kurvengetriebe bei dem axial weiter fahrenden Gehäuse den Ring relativ gegenüber dem Zentralkörper, bis der Näherungsschalter den Rückhub des Aufnahmekopfes und das Herausziehen des verklemmten Teiles über den gehäuseseitigen Vorsprung und den daran axial anliegenden Ring veranlaßt. Die Kugeln des Kurvengetriebes bleiben dabei in Eingriff mit den Nuten. Die relative Null­ stellung des Ringes zu dem Zentralkörper bewirken die Druck­ federn. Falls auch der Zentralkörper gegenüber dem Aufnahme­ kopf verdreht ist, so wird die Nullstellung durch die als Torsionsfeder wirkende Axial-Druckfeder garantiert.

Ein relativ weiches Drehen des Zentralkörpers wird im Falle seiner axialen, reibungsschlüssigen Blockierung nach dem Anspruch 8 erreicht. Durch die Relativdrehung des Ringes des Kurvengetriebes werden Druckfedern gespannt. Sobald die reibungsbedingte Haltekraft des Zentralkörpers von den Druckfedern überwunden ist, drücken diese den Zentralkörper in Drehrichtung so weit, bis der Formschluß von miteinander korrespondierenden Teilen, z. B. Meßmittel und Verzahnung eines Objektes, erreicht ist.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Aufnahmekopf mit einer Verzahnungsmeßlehre und ein in einer Halterung angeordnetes Werkstück im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Fig. 1 gemäß der Linie II-II,

Fig. 3, 4 zwei Varianten einer Einzelheit in Pfeilrichtung III nach Fig. 2,

Fig. 5-8 verschiedene Positionen während eines Montagevorgan­ ges in schematischer Darstellung,

Fig. 9-11 einen weiteren Montagevorgang in vereinfachter Darstellung.

Nach Fig. 1 ist ein Aufnahmekopf 1 an einem, in Pfeilrichtung 2, 3 pneumatisch bewegbaren Arm 4 einer nicht weiter darge­ stellten Vorschubeinheit befestigt.

Der Aufnahmekopf 1 weist ein an sich mehrteiliges Gehäuse 8 auf, auf dessen Einzelteile wegen fehlender Erfindungsrelevanz nicht näher eingegangen wird.

In dem Gehäuse 8 sind zwei Pendellager 9, 10 mit Axialführun­ gen 11, 12, ein Kurvengetriebe 15 (Fig. 3) und ein Zentralkör­ per 20 angeordnet.

Der Zentralkörper 20 ist in den Axialführungen 11, 12 von Gleithülsen 21, 22 entsprechend den Pfeilrichtungen 2, 3 ver­ schiebbar. Die Gleithülsen 21, 22 weisen konusartige Kopfstük­ ke 23, 24 auf. Diese sind in entsprechenden Lagerringen 25, 26 gemäß den Pfeilrichtungen 27, 28 schwenkbar gelagert.

Eine Druckfeder 30 beseitigt die axiale Lagerluft der Pendellager 9, 10.

Die Lagerringe 25, 26 sind durch Axiallager 32 im Gehäuse 8 schwimmend und spielfrei angeordnet. Die Axiallager 32 beste­ hen jeweils aus einer Kugel 33 und einem Stellstift 34.

Federschrauben 36 grenzen die radiale Schwimmbewegung entspre­ chend den Pfeilrichtungen 37, 38 ein.

Das Kurvengetriebe 15 besteht aus einem Ring 40, der über ei­ nen Gewindering 39 mit dem Zentralkörper 20 über Stifte 16 relativ beweglich verbunden und gegenüber diesem gemäß einem Winkel 19 verschwenkbar ist. Ein gehäuseseitiger Vorsprung 42 dient als Nullanschlag beim Herausziehen eines später beschrie­ benen Meßdornes 17 aus einem Zahnrad 72. Ein Deckel 41 ist über Schrauben 43 fest mit den Stiften 16 verbunden.

Nach Fig. 2 sind in dem Ring 40 ein Ringkanal 45 mit darin an­ geordneten Stiften 46, Ausnehmungen 47 für die Stifte 16 und die Stifte 16, 46 miteinander verbindende Druckfedern 48 ange­ ordnet.

Nach den Fig. 1-3 weist der Ring 40 Nuten 50 für gehäuseseitig federgelagerte Kugeln 51 auf.

Nach Fig. 1 sitzt in dem Ring 40 eine Hülse 54. Zwischen der Hülse 54 und dem Gehäuse 8 ist eine auch auf Torsion beansprucht bare Druckfeder 55 für die gezeichnete Nullstellung des Ringes 40 eingespannt. Ihre Enden 52, 53 sind in dem Gehäuse 8 und in dem Deckel 41 befestigt.

Ein gehäuseseitig angeordneter Näherungsschalter 56 bewirkt nach einem Hub 57 des Zentralkörpers 20 den Rücklauf des Auf­ nahmekopfes 1 in Pfeilrichtung 2.

Die radiale Ausweichmöglichkeit des Zentralkörpers 20 in die Pfeilrichtungen 37, 38 ist durch die etwa gleich großen Ring­ spalte 58-61 begrenzt.

Meßmittelseitig weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Zentralkörper 20 eine Ausnehmung 62 für einen Stellungsnocken 63 einer Verzahnungsmeßlehre 65 nach der DE-OS 31 09 334 auf. Die Verzahnungsmeßlehre 65 ist mit dem Zentralkörper 20 über eine Überwurfmutter 66 verschraubt.

In dem Zentralkörper 20 ist ein Rohr 68 angeordnet, das mit der Verzahnungsmeßlehre 65 fest verbunden ist.

Eine Spannvorrichtung 70 legt ein, mit Innenverzahnung 71 ver­ sehenes Zahnrad 72 auf einer Meßmittelplatte 73 fest. Das Meß­ verfahren erfolgt analog den in den Fig. 4-10 dargestellten Bewegungsphasen.

Der Aufnahmekopf 1 wird über den Arm 4 pneumatisch in Pfeil­ richtung 3 bewegt.

Ein Vorzentrierdurchmesser 7 zentriert über eine Einführ­ schräge 76 einen Meßdorn 77 (hier der zufügende Teil) der Verzahnungsmeßlehre 65 in den Kopfkreisdurchmesser 78 der Innenverzahnung 71 (hier der aufnehmende Teil) ein.

Bei einem Versatz 80 (Fig. 5 der Hauptachse 81 des Aufnahme­ kopfes 1 zu der Hauptachse 82 des Werkstückes 72 bzw. 88 er­ folgt die Selbstjustierung des Zentralkörpers 20 zuerst über die schwimmenden Lagerungen der Lagerringe 24, 25 mittels der umfangseitig daran angreifenden Federschrauben 36.

Bei weiterer Abwärtsbewegung des Aufnahmekopfes 1 in Pfeilrich­ tung 3 ermöglichen die Pendellager 9, 10 entsprechend Fig. 6 und der Pfeilrichtung 28 eine Schwenkung des Zentralkörpers 20 bis der Versatz 80 durch die parallele Position der Haupt­ achse 81 und der Achse 83 des Zentralkörpers 20 behoben ist.

Treffen die Zähne des Meßdornes 77 nicht die Zahnlücken der Innenverzahnung 71 gemäß dem Beispiel nach den Fig. 8 und 9, dann läuft der Meßdorn 77 auf und wird in den Axialführungen 11, 12 des Aufnahmekopfes 1 nach oben in Pfeilrichtung 2 ge­ drückt, da der Aufnahmekopf 1 gegen die Kraft der Feder 55 in Pfeilrichtung 3 weiter fährt. Dadurch bewirkt das Kurven­ getriebe 15 die zwangsläufige Drehung des Meßdornes in Pfeil­ richtung 86 (Fig. 9) gegen die Kraft der Federn 48 und 55.

Nach einem entsprechenden Verdrehwinkel (Bruchteil des Winkels 19) wird die Verzahnung des Meßdornes 77 in die Verzahnung 71 einrasten. Die noch gespannte Feder 55 drückt dann den Meßdorn 77 in Pfeilrichtung 3.

Falls der Meßdorn 77 trotz des maximal möglichen Verdrehwin­ kels 19 nicht in die Verzahnung 71 eindringt, wird der Zen­ tralkörper 20 im Aufnahmekopf 1 soweit in Pfeilrichtung 2 gedrückt, bis der Näherungsschalter 56 einen Kontakt aus löst und der Aufnahmekopf 1 als nicht einführbar registriert und zurückgefahren wird. Die Federn 48 und 55 stellen dann den Zentralkörper 20 bzw. den Meßdorn 77 in die Nullstellung zu­ rück.

Ist der Meßdorn 77 in der Innenverzahnung 71 ausgerichtet, so wird er weiter in diese eingefahren.

Liegt die Innenverzahnung 71 nicht im 90°-Winkel 74 zum Auf­ nahmekopf 1, so muß während des Einfahrens sowohl die Pendel­ lagerung (Pendellager 9, 10) auslenken, als auch die Schwimm­ lagerung (Lagerringe 25, 26 und Federschrauben 36) radial nachfahren.

Falls die Innenverzahnung 71 sich in der Einsteckrichtung des Meßdorns konisch verjüngt, ist es möglich, daß der Meßdorn 77 in einer bestimmten axia­ len Tiefenposition klemmt. Dann wird der Meßdorn 77 bzw. der Zentralkörper 20 im Aufnahmekopf 1 in Pfeilrichtung 2 hochge­ drückt sowie die Kugeln 51 aus den Nuten 50 ausgerastet und der Näherungsschalter 56 löst den Kontakt zum Zurückfahren des Aufnahmekopfes 1 aus. In jedem Fall sorgt letztlich die Feder 55 - falls der Zentralkörper 20 aus seiner Ausgangswinkelstel­ lung ausgeschwenkt ist - für die Rückschwenkung in die Ausgangs­ winkelstellung und damit für das Einfallen der Kugeln 51 in die Nuten. Eine Beschädigung des Meßdornes 77 und des Zahnra­ des 72 wird sicher vermieden. Wesentlich ist auch, daß der Meßdorn 77 aus dem Zahnrad 72 sicher ausgezogen wird. Hierzu dient der Vorsprung 42, an dem der Ring 40 während des Rück­ hubes anstößt.

Läuft das Einfahren des Meßdornes 77 in das Werkstück 72 ord­ nungsgemäß ab, so werden in der unteren Endstellung die Meß­ werte weitergegeben und der Aufnahmekopf 1 fährt mit Zeitver­ zögerung in Pfeilrichtung 2 zurück.

Im Augenblick, da die Verzahnung des Meßdornes 77 aus der In­ nenverzahnung 71 des Werkstückes 72 ausfährt, stellen die Fe­ dern 48, 55 den Zentralkörper 20 in seine Ausgangswinkelstel­ lung zurück, siehe Fig. 10, Pfeilrichtung 85.

Nach den Fig. 4-7 werden zylindrische Werkstücke 87, 88 inein­ andergefügt.

Nach den Fig. 8-10 wird ein innenverzahntes Werkstück 89 auf ein außenverzahntes Werkstück 90 aufgesteckt.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind die Nuten 50 nach links oben im Ring 40 angeordnet, so daß der Zentralkörper 20 durch den Formschluß der Stifte 16 an den Stirnseiten 49 der Ausneh­ mungen 47 (Fig. 2) in Pfeilrichtung 86 zwangsgeführt um den Winkel 19 drehbar ist.

Sind die Nuten 50 jedoch nach Fig. 4 nach rechts oben ausge­ richtet, so entfällt die Zwangsführung und an ihre Stelle tritt ein relativ weicher und stoßfreier Antrieb des Zen­ tralkörpers 20 in Pfeilrichtung 85. Die Kugeln 51 drücken den Ring 40 in Pfeilrichtung 85. Der Zentralkörper 20 ver­ harrt jedoch aufgrund der Meßmittel 1 Objektseitigen Rei­ bungsverhältnisse in Ruhestellung. Daher wird der Abstand 44 kontinuierlich verkleinert und dabei die Druckfedern 48 ge­ spannt, bis die Kraft der Druckfedern 48 die genannten Rei­ bungsverhältnisse überwindet. Der Ring 40 kann demgemäß ge­ genüber dem Zentralkörper 20 einen maximalen Weg entsprechend dem Winkel 18 zurücklegen.

Claims (8)

1. Anordnung zum automatischen Fügen von Teilen in Werkstücke, insbesondere für Meß- und/oder Montagevorgänge, mit einem Zentralkörper, der mit dem zu fügenden Teil versehbar ist und über ein Pendellager, ein Radiallager und ein Axiallager in einem Gehäuse beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (20) bei Auftreten einer gegen die Vorschubbewegung (3) des Gehäuses (8) gerichteten Gegenkraft über ein Kurvengetriebe (15) um seine Längsachse gedreht wird, wobei das Kurvengetriebe (15) zwischen dem Gehäuse (8) und dem Zentralkörper (20) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengetriebe (15) aus wenigstens einem gehäuseseitigen Drehstift oder Kugel (51) und einer zentralkörperseitigen Schrägnut (50) besteht.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Axialhub in Vorschubrichtung (3) des Gehäuses (8) der Zentralkörper (20) gegen die Kraft von Federn (48, 55) um einen Winkel (19) drehbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägnuten (50) an einem, zum Zentralkörper (20) im wesentlichen coaxialen Ring (40) vorgesehen sind, und daß der Ring (40) Ausnehmungen (47) aufweist, in denen Druckfedern (48) angeordnet sind, die mit zentralkörperseitigen Stiften (16) zusammenwirken.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (8) und dem Zentralkörper (20, Ring 40) eine Druckfeder (55) eingespannt ist, die den Zentralkörper (20, Ring 40) in Achsrichtung an einen gehäuseseitigen Vorsprung (42) legt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (55) als Torsionsfeder ausgebildet ist, indem ihre Enden (52, 53) gehäuseseitig und zentralkörperseitig befestigt sind und die Druckfeder (55) sowohl die axiale Ausgangsstellung des Zentralkörpers (20) an dem Vorsprung (42) als auch die Ausgangswinkelstellung mittels der Kugeln (51) und der Nuten (50) definiert.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (56) vorgesehen ist, der bei einem bestimmten axialen Hub (57) des Zentralkörpers (20) einen Vorschubrücklauf (2) bewirkt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (40) durch die von links unten nach rechts oben im Ring (40) angeordneten Nuten (50) bei axial blockiertem Zentralkörper (20) durch die Kugeln (51) entgegen der Kraft der Druckfedern (48) gegen die ruhenden Stifte (16) des Zentralkörpers (20) bei weiterer Spannung der Druckfedern (48) drehbar ist, wobei die Stifte (16) in den bogenförmigen Ausnehmungen (47) des Ringes (40) bis zu den Stirnseiten (49) der Ausnehmungen (47) gleiten.