DE9312303U1

DE9312303U1 - Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen

Info

Publication number: DE9312303U1
Application number: DE9312303U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1993-08-18
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2003-08-19
Also published as: GB9416484D0; SE509578C2; US5617924A; FR2709085A1; GB2281046A; SE9402743D0; FR2709085B1; GB2281046B; SE9402743L

Description

R. 26292
12.8.1993 Md/Bi

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon derartige Vorrichtungen mit mehrstufigem Drehantrieb bekannt, die in einer ersten Stufe ein Einschrauben bei hoher Drehzahl, in einer weiteren Stufe ein Anziehen bei hohem Drehmoment ermöglichen. Aus der DE 38 01 972 Al ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen bekannt, bei der einem Antriebsmotor ein mechanisches Umschaltgetriebe nachgeschaltet ist, welches bei einem bestimmten Lastmoment von einem niedrigen Drehmoment auf ein hohes Drehmoment umschaltet. Eine Abschalteinrichtung, die den Drehantrieb bei Erreichen eines vorgegebenen Einschraubendzustandes abschaltet, ist jedoch nicht vorgesehen. Solche Abschalteinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und können beispielsweise als mechanische Überlastkupplungen ausgebildet sein. Hierbei ist von Nachteil, daß mit derartigen Abschalteinrichtungen ausgestattete Schraubvorrichtungen beispielsweise infolge von Trägheitseinflüssen nur ungenau arbeiten, so daß das Anziehdrehmoment von auf diese Weise angezogenen Schraubverbindungen relativ stark streut.

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Aus der DE-41 28 427 Al ist ein kraftbetriebenes Schraubwerkzeug bekannt, das einen in verschiedenen Antriebsstufen betreibbaren Gleichstrommotor aufweist. In einer ersten Stufe wird eine Schraubverbindung bei hoher Drehzahl bis zu einem bestimmten Sinschraubzustand vorangezogen. Das weitere Anziehen der Schraubverbindung erfolgt dann bei geringer Drehzahl, wobei der Antriebsmotor bei Erreichen eines gewünschten Verschraubungsendzustandes abgeschaltet wird. Die Ermittlung des Anzieh-Drehmoments erfolgt dabei anhand des vom Motor aufgenommenen Feldstroms. Schraubverbindungen lassen sich mit einer derartigen Vorrichtung zwar relativ genau anziehen, jedoch ist der Antrieb und die zugehörige Antriebsteuerung aufwendig, so daß eine derartige Vorrichtung für die Mehrzahl der Anwendungsfälle aus Kostengründen nicht in Frage kommt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen hat demgegenüber den Vorteil, ohne aufwendige Antriebs- und Steuereinrichtungen eine Schraubverbindung mit sehr hoher Einschraubgenauigkeit bezüglich eines gewünschten Verschraubungsendzustandes anzuziehen. Durch Aufteilen des Drehantriebs in separate Antriebseinrichtungen können auf den jeweiligen Anwendungsfall ideal abgestimmte Antriebe eingesetzt werden. Zum Voranziehen der Schraubverbindung ist lediglich eine Antriebseinrichtung ohne große Genauigkeitsanforderungen bezüglich des Abschaltmomentes erforderlich. Es kann daher ein beliebiger auf dem Markt erhältlicher Antrieb verwendet werden. Mittels des erfindungsgemäß ausgebildeten Zusatzantriebes ist die Schraubverbindung exakt auf einen vorgegebenen Verschraubungsendzustand anziehbar. Dabei ist dann lediglich ein geringer Drehwinkel erforderlich, so daß aufgrund des zwischengeschalteten Getriebes ebenfalls ein einfacher Antriebsmotor ausreicht.

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Die Ausbildung des Zusatzantriebes als eigenständige Baueinheit gewährleistet einen komponentenartigen Aufbau der Vorrichtung aus nach dem Baukastenprinzip aufgebauten Einzelkomponeneten, so daß eine auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmte Zusammenstellung der Vorrichtung und ein einfacher Ein- und Ausbau einzelner Komponenten leicht möglich ist. Ein aufwendiger Universalantrieb mit teurem Leistungsteil ist nicht erforderlich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen, Figur 2 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zusatzantriebes, Figur 3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zusatzantriebes.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist eine Schraubspindel 11 auf, welche an einem Ende 12 mit einem Antriebsmotor 13 gekoppelt ist. Mittels des Antriebsmotors 13 ist die Schraubspindel 11 um ihre Längsachse 14 drehend antreibbar. An ihrem dem Antriebsmotor 13 abgewandten Ende 15 trägt die Schraubspindel 11 eine bekannte Einrichtung 16 zur Befestigung eines beliebigen Schraubwerkzeuges, beispielsweise eines Schrauberbits.

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Zwischen Antriebsmotor 13 und Schraubspindel 11 ist eine Abschaltvorrichtung 17 vorgesehen, die bei Erreichen eines vorbestimmten, auf die Schraubspindel 11 einwirkenden Verschraubungsdrehmomentes abschaltet. Dies kann beispielsweise durch eine bekannte, bei einem bestimmten Drehmoment selbsttätig auskuppelnde Überlastkupplung erfolgen. Die Abschaltvorrichtung 17 und der Antriebsmotor 13 können dabei, wie in Figur 1 dargestellt ist, eine gemeinsame Baueinheit bilden. Es ist auch denkbar, eine andere Meßgröße als das Verschraubungsdrehmoment, beispielsweise den zurückgelegten Drehwinkel bzw. die Anzahl von Umdrehungen der Schraubspindel 11 als Kriterium für das Abschalten des Antriebsmotors 13 mittels der Abschaltvorrichtung 17 heranzuziehen. Der Antriebsmotor 13 dient dabei lediglich zum Voranziehen der Schraubverbindung. Für das anschließend erforderliche Anziehen auf einen gewünschten Verschraubungsendzustand ist ein Zusatzantrieb 18 vorgesehen, der zusammen mit einem Antriebselement als eigenständig wirksame Baueinheit zwischen Befestigungseinrichtung 16 und Antriebsmotor 13 angeordnet ist.

Die Antriebe 13, 18 sind auf ihren jeweiligen Anwendungsfall abstimmbar. Während zum Voranziehen eine relativ hohe Spindeldrehzahl bei niedrigem Drehmoment benötigt wird, ist beim Anziehen auf ein Drehmoment ein Langsamlauf bei hohem Drehmoment erforderlich. Durch die Trennung in separate Antriebe können jeweils einfache, bekannnte Antriebe Verwendung finden. Aufwendige Universalantriebe, wie z. B. NC-Motoren, werden nicht benötigt.

Der in den Figuren 2 und 3 näher dargestellte Zusatzantrieb 18 ist mittels einer bekannten Steuereinrichtung 20 zu- oder abschaltbar. Die Steuereinrichtung 20 empfängt als Maß für den jeweils vorliegenden Verschraubungszustand dienende Signale von einem Meßwertaufnehmer 21, der beispielsweise das in der Schraubspindel 11 wirkende Torsionsmoment und/oder den Drehwinkel der Schraubspindel 11 erfaßt. Als Meßwertaufnehmer 21 können bekannte Sensoren (z.B.

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Dehnungsmeßstreifen, Wirbelstrom-Meßwertgeber, Drehwinkelgeber) verwendet werden, die zur Meßwertaufnahme an der Schraubspindel 11 angeordnet bzw. in die Schraubspindel 11 integriert sind. Über Verbindungsleitungen 22, 23 sind der Meßwertaufnehmer 21, die Steuereinrichtung 20 und der Zusatzantrieb 18 signalübertragend verbunden.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schraubspindel 11 dreiteilig ausgeführt. Ein erster Teil 25 trägt den Antriebsmotor 13 und verbindet diesen mit einem zweiten Teil 26, der den Zusatzantrieb 18 aufweist und ein dritter Teil 27 verbindet den Zusatzantrieb 18 mit der Befestigungseinrichtung 16. Auf diese Weise ist eine individuelle Zusammenstellung der Vorrichtung 10 nach dem Baukastenprinzip möglich. Im bzw. am dritten Teil 27 der Schraubspindel 11 ist der Meßwertaufnehmer 21 vorgesehen. Der Meßwertaufnehmer 21 kann ebenfalls als eigenständige Baueinheit ausgeführt sein und als weiterer Teil der Schraubspindel 11 zwischen Zusatzantrieb 18 und drittem Teil 27 auswechselbar angeordnet sein.

In Figur 2 ist der Aufbau des Zusatzantriebs 18 näher dargestellt. Der Zusatzantrieb 18 weist eine Welle 30 auf, die den zweiten Teil 26 der Schraubspindel 11 bildet. Die Welle 30 weist eine erste Kupplungseinrichtung 31 zur Verbindung mit dem ersten Teil 25 der Schraubspindel 11 und eine zweite Kupplungseinrichtung 32 zur Verbindung mit dem dritten Teil 27 der Schraubspindel 11 auf. Die Welle 30 ist mittels Wälzlager 33, 34 in einem Gehäuse 35 des Zusatzantriebes 18 drehbar um die Längsachse 14 (Figur 1) gelagert. Die Welle 30 trägt ein Antriebszahnrad 36, das mit einem auf einer Zwischenwelle 37 sitzenden Zwischenzahnrad 38 im Eingriff steht. Das Zwischenzahnrad 38 ist seinerseits über ein auf einer Motorwelle 39 eines Elektromotors 40 angeordnetes Antriebsritzel 41 antreibbar. Die Zahnräder 36, 38 haben unterschiedliche Teilkreisdurchmesser und bilden ein drehmomenterhöhendes Übersetzungsgetriebe 42 in Richtung vom Elektromotor 40 zur Welle 30.

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Das Antriebszahnrad 36 ist über einen bekannten Freilauf 43 mit der Welle 30 gekoppelt. Der Freilauf 43 bewirkt, daß in Anziehdrehrichtung der Schraubspindel 11 ein Drehmoment lediglich vom Antriebszahnrad 36 auf die Welle 30, nicht jedoch umgekehrt von der Welle 30 auf das Antriebszahnrad 36 übertragbar ist. Das Übersetzungsgetriebe 42 ist also während des Voranziehens mittels des Antriebsmotors 13 (Figur 1) entkoppelt. Die Sperrichtung des Freilaufs 43 kann auch umschaltbar ausgebildet sein, so daß bei Bedarf eine Drehrichtungsumkehr der Schraubspindel 11 auf einfache Weise möglich ist.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zusatzantriebes 18 dargestellt, das sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 lediglich durch einen anderen Antrieb und ein anderes Getriebe unterscheidet. Anstatt des Elektromotors 40 mit auf der Motorwelle 39 angeordnetem Antriebsritzel 41 ist ein auf eine Zahnstange 51 wirkender Pneumatikzylinder 50 vorgesehen. Die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gleichen oder gleichwirkenden Teile sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Zahnstange 51 steht in Eingriff mit einem ersten Zwischenzahnrad 38', das bei einer Hubbewegung der Zahnstange 51 in Richtung eines Pfeiles 52 verdreht wird und eine entsprechende Verdrehbewegung der Zwischenwelle 37 bewirkt. Axial versetzt zum ersten Zwischenzahnrad 38' sitzt ein zweites Zwischenzahnrad 38'' ebenfalls drehfest auf der Zwischenwelle 37. Das zweite Zwischenzahnrad 38'' steht im Eingriff mit dem Antriebszahnrad 36, welches im entgegengesetzten Drehsinn verdreht wird. Die Teilkreisdurchmesser der Zahnräder 38', 38'' und 36 sind hier ebenfalls so ausgeführt, daß sie ein drehmomenterhöhendes Übersetzungsgetriebe 42 in Richtung zur Welle 30 bilden. Durch die versetzte Anordnung der Zwischenzahnräder 38", 38'' wird ein verlängerter Hub des Pneumatikzylinders 50 zur gestrichelt angedeuteten Endposition 53 gewährleistet. Der zwischen Welle 30 und

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Antriebszahnrad 36 angeordnete Freilauf 43 entkoppelt hier ebenfalls das Übersetzungsgetriebe 42 von der Welle 30 und ermöglicht nach erfolgtem Anziehen der Schraubverbindung das Rückstellen der Zahnstange 51 in die in Figur 3 gezeigte Ausgangsposition der Zahnstange 51
bzw, des Pneumatikzylinders 50, ohne diese Rückstellbewegung auf die Welle 30 zu übertragen. Der Pneumatikzylinder 50 ist mittels bekannter Schaltelemente (z. B. Magnetventile) schaltbar. Die Zahnstange
51 kann gegenüber dem Gehäuse 35 zusätzlich mittels einer Abstützrolle 54 geführt sein.

Claims

R. 26292 12.8.1993 Md/Bi ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart Ansprüche

1. Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einer endseitig eine Befestigungseinrichtung für ein Schraubwerkzeug tragenden Schraubspindel, einem wenigstens zweistufigen Drehantrieb für die Schraubspindel, der in einen Grobantrieb zum Voranziehen der Schraubverbindung und einen Feinantrieb zum Erzielen eines gewünschten Einschraubendzustandes unterteilbar ist, einem Meßwertaufnehmer zum Erfassen einer als Maß für den jeweils vorliegenden Einschraubzustand dienenden Meßgröße sowie einer Steuereinrichtung zum Erzeugen von Schaltsignalen für den Drehantrieb in Abhängigkeit des Einschraubzustandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubspindel (11) wenigstens dreiteilig ausgebildet ist und der Feinantrieb mittels eines separaten Zusatzantriebes (18) erfolgt, der zusammen mit einem Antriebselement (40, 50) als eigenständig wirksame Baueinheit ausgeführt ist, welche zwischen einem mit einem Antriebsmotor (13) für den Grobantrieb verbundenen ersten Teil (25) der Schraubspindel (11) und einem die Befestigungseinrichtung (16) tragenden dritten Teil (27) der Schraubspindel (11) als zweiter Teil (26) in die Schraubspindel (11) integriert ist und eine Welle (30) hat, welche endseitig Kopplungseinrichtungen (31, 32) zum drehfesten Verbinden mit dem ersten Teil (25) und dem dritten Teil (27) aufweist und von dem Antriebselement (40, 50) über ein drehmomenterhöhendes Übersetzungsgetriebe (42) des Zusatzantriebes (18) antreibbar ist.

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2. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb (18) in Abhängigkeit des Einschraubzustandes mittels der Steuereinrichtung (20) zu- oder abschaltbar ist.

3. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb (18) mittels eines Elektromotors (40) über ein Antriebsritzel (41) antreibbar ist.

4. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb (18) mittels eines mit einer Zahnstange (51) gekoppelten Pneumatikzylinders (50) antreibbar ist.

5. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer ein zwischen Zusatzantrieb (18) und Befestigungseinrichtung (16) angeordneter, elektrische Signale an die Steuereinrichtung (20) abgebender Sensor (21) ist.

6. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (42) ein auf der Welle (30) sitzendes Antriebszahnrad (36) aufweist, das über einen einseitig in Umfangsrichtung des Antriebszahnrades (36) sperrenden Freilauf (43) mit der Welle (30) derart gekoppelt ist, daß beim Anziehen der Schraubverbindung ein darauf einwirkendes Drehmoment vom Antriebszahnrad (36) auf die Welle (30), nicht jedoch umgekehrt von der Welle (30) auf das Antriebszahnrad (36) übertragbar ist.

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7. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (42) als Zahnradgetriebe ausgebildet ist.

8. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung für die Sperrwirkung des Freilaufs (43) umschaltbar ist.