-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schraubsystem. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Schraubsystem, welches in automatischen und halbautomatischen Montageanlagen Anwendung finden kann. Derartige Schraubsysteme sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Üblicherweise weisen derartige Schraubsysteme Schraubspindeln oder Multispindeln auf, die üblicherweise auf einer Montageplatte befestigt sind.
-
Diese Montageplatte muss üblicherweise immer zur Schraubstelle hin bzw. davon wegbewegt werden. Dies erfordert einen mechanischen Antrieb und genaue Führungselemente, damit die Schraubstellen getroffen werden können. Ein weiterer Nachteil derartiger Systeme besteht in einem größeren Konstruktionsaufwand zur Verstellung der Montageplatten. So können beispielsweise bei verstellbaren Teilkreisen einzelne Spindeln nur mittels zusätzlichem mechanischem Aufwand zugestellt werden. Dies gilt beispielsweise für Radschrauber für Vier- und Fünflochfelgen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Konstruktionskosten einzusparen und daneben auch bevorzugt Material, Platzbedarf, Gewicht und/oder die Massenträgheit zu vermindern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit für eine verbesserte Drehmomentmessung zur Verfügung zu stellen.
-
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Schraubsysteme beschrieben, welche sich für die vorliegende Erfindung auch besonders eignen, da auf das Schraubwerkzeug in der Regel keine hohen radialen Kräfte wirken. Daneben wäre es jedoch auch möglich, die Erfindung auf andere Werkzeuge wie etwa Bohrwerkzeuge oder Schleifwerkzeuge anzuwenden.
-
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Schraubsystem nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Schraubsystem, welches insbesondere für Montageanlagen dient, ist eine bezüglich ihrer Längsachse drehbare Antriebswelle vorgesehen und eine bezüglich ihrer Längsachse drehbare Abtriebswelle, deren Drehbewegung über eine Koppeleinrichtung mit der Drehbewegung der Antriebswelle gekoppelt ist. Dabei weist die Abtriebswelle eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeuges auf.
-
Erfindungsgemäß ist die Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle entlang ihrer Längsrichtung in zwei entgegengesetzten Richtungen bewegbar und es ist weiterhin eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche die Abtriebswelle wenigstens in einer dieser Richtungen bewegt.
-
Vorteilhaft handelt es sich dabei bei der ersten Richtung um eine Richtung, mit der der Werkzeugkopf bzw. die Werkzeugaufnahme auf ein Werkzeug zustellbar ist. In der anderen Richtung wird die Werkzeugaufnahme bzw. ein Werkzeug von dem Werkstück entfernt. Vorteilhaft ist das Werkzeug wechselbar an der Werkzeugaufnahme angeordnet.
-
Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Abtriebswelle gegenüber ihrer Antriebswelle in ihrer Längsrichtung zusätzlich bewegbar ausgestaltet ist, um auf diese Wiese die im Stand der Technik vorgesehenen bewegbaren Montageplatten, auf denen die Schraubspindeln in ihrer Gesamtheit angeordnet sind, zu vermeiden. Im Gegensatz zum Stand der Technik muss also nunmehr nicht mehr die gesamte Schraubspindel bzw. Multispindel bewegt werden, sondern lediglich ein relativ kleiner und leichter Bestandteil derselben. Auch ist kein spezielles Führungselement für die Schraubspindel selbst nötig, da deren Position beibehalten werden kann.
-
Vorteilhaft weist das Schraubsystem eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung der Antriebswelle (welche auch als langgestrecktes Antriebselement bezeichnet werden kann) auf und diese Antriebseinrichtung ist in der Längsrichtung bevorzugt stationär angeordnet. Dabei ist es möglich, dass die Antriebseinrichtung wenigstens mittelbar an einem stationären Träger angeordnet ist. Vorteilhaft handelt es sich bei der Antriebseinrichtung um eine elektrische Antriebseinrichtung. Daneben könnte jedoch eine pneumatische oder hydraulische Antriebseinrichtung verwendet werden.
-
Vorteilhaft ist die Koppeleinrichtung derart ausgestaltet, dass keine Bewegung der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle in einer senkrecht zu der Längsrichtung stehenden Richtung möglich ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Koppeleinrichtung eine erste an der Antriebswelle angeordnete Verzahnung und eine zweite an der Abtriebswelle angeordnete Verzahnung auf, die ineinander greifen. Dabei kann es sich um eine umlaufende Verzahnung, etwa eine zahnradartige Verzahnung, handeln. Es wäre jedoch auch möglich, dass in Umfangsrichtung lediglich eine Teilverzahnung vorgesehen ist. Auch wäre es möglich, dass die Abtriebswelle und die Antriebswelle derart ineinander greifen, dass zwar eine Relativbewegung in der Längsrichtung möglich ist, gleichwohl jedoch die Drehung der Abtriebswelle an eine Drehung der Antriebswelle gekoppelt ist. So wären beispielsweise Nut-Federsysteme denkbar, etwa, indem an der Antriebswelle ein sich in deren Längsrichtung erstreckender Vorsprung angeordnet ist, der in eine Ausnehmung bzw. Nut eingreift, die an der Abtriebswelle angeordnet ist.
-
Vorteilhaft fallen eine Längsrichtung der Abtriebswelle und eine Längsrichtung der Antriebswelle geometrisch zusammen. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Längsrichtung der Abtriebswelle parallel gegenüber der Längsrichtung der Antriebswelle versetzt ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich wenigstens eine der besagten Verzahnungen in der Längsrichtung. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Ineinandergreifen bzw. eine drehfeste Kopplung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle unabhängig von einer Relativstellung der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle beibehalten wird.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die an der Antriebswelle angeordnete Verzahnung eine Außenverzahnung und die an der Abtriebswelle angeordnete Verzahnung eine Innenverzahnung. Bevorzugt kann dabei die Abtriebswelle die Antriebswelle umgeben. So kann die Abtriebswelle beispielsweise einen Aufnahmehohlraum aufweisen, in den die Antriebswelle einführbar ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebswelle in ihrer Längsrichtung fest stehend. Vorteilhaft ist die Antriebswelle auch in einer senkrecht zu der in Längsrichtung stehenden Richtung fest stehend und besonders bevorzugt daher lediglich drehbar. Vorteilhaft ist die Abtriebswelle (wenigstens abschnittsweise und bevorzugt abschnittsweise) als Hohlwelle ausgestaltet.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung eine fließmittelbetätigte Antriebseinrichtung und besonders bevorzugt eine pneumatische Antriebseinrichtung. Anstelle dessen wäre jedoch auch eine hydraulische Antriebseinrichtung, eine magnetische Antriebseinrichtung, eine elektromotorische Antriebseinrichtung oder dergleichen möglich. Auch könnte es sich bei der Antriebseinrichtung um ein manuell betätigbares Element handeln. Bevorzugt wird daher ein Spindellager mit einer hier pneumatisch in beide Richtungen betätigbaren Werkzeugaufnahme vorgeschlagen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an der Abtriebswelle ein Kolbenelement angeordnet, welches gegenüber einem Gehäuse in der besagten Längsrichtung bewegbar ist. Vorteilhaft umgibt dabei dieses Gehäuse das besagte Kolbenelement. Weiterhin ist bevorzugt das Gehäuse auch zur Aufnahme eines Pneumatikmittels oder eines Hydraulikmittels geeignet.
-
Vorteilhaft handelt es sich bei dem Kolbenelement um einen Kolbenring, der gegenüber dem Gehäuse abdichtend angeordnet ist. Vorteilhaft ist das Gehäuse selbst stationär angeordnet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kolbenelement als Kolbenring ausgebildet, der besonders bevorzugt fest an der Abtriebswelle angeordnet ist und der besonders bevorzugt gegenüber dem Gehäuse abdichtend angeordnet ist.
-
Vorteilhaft ist das Kolbenelement in der besagten Längsrichtung stets zwischen den beiden Anschlüssen für das Pneumatik- oder Hydraulikmittel angeordnet. Damit werden vorteilhaft innerhalb des Gehäuses zwei Pneumatik- oder Hydraulikräume ausgebildet, die durch das Kolbenelement getrennt sind.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine erste Dichtungseinrichtung vorgesehen, um die Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse abzudichten. Auf diese Weise kann das Austreten von Pneumatik- oder Hydraulikmittel aus dem Gehäuse verhindert oder zumindest verringert werden. Daneben ist vorteilhaft eine weitere Abdichteinrichtung vorgesehen, die bewirkt, dass ein Pneumatik- oder Hydraulikmittel nicht von dem einen Pneumatikraum innerhalb des Gehäuses zu dem anderen Pneumatikraum innerhalb des Gehäuses strömen kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebswelle über einen Spindelantrieb an einer Antriebsspindel angeordnet. Diese Antriebsspindel kann dabei stationär angeordnet sein. Dabei kann ein Träger vorgesehen sein, an dem eine oder mehrere Antriebseinrichtungen bzw. Antriebsspindeln angeordnet sind.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Schraubsystem ein Federelement auf, welches die Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle in einer der besagten Bewegungsrichtungen vorspannt. Bei dieser Ausführungsform muss die besagte Antriebseinrichtung lediglich die Bewegung in einer Richtung herstellen und die Bewegung in der anderen Richtung wird durch das Federelement erreicht.
-
Mit anderen Worten ist hier vorteilhaft eine zusätzlich eingebaute Feder vorgesehen, welche die Abtriebswelle in einer Richtung betätigt, d. h. die Abtriebswelle wird mittels der Federkraft in eine Richtung betätigt, so dass für die Bewegung in diese Richtung keine Druckluft oder kein Hydraulikmittel mehr notwendig ist. Bei dieser Ausführungsform ist es denkbar, dass das Federelement die klassische Funktion eines Spindellagers erfüllt und das Pneumatik, insbesondere die Druckluft, wird dann nur zum Zurückziehen des Spindellagers verwendet. Vorteilhaft drängt das Federelement die Antriebswelle und die Abtriebswelle in der Längsrichtung auseinander. Dies bedeutet, dass durch die Wirkung des Federelementes die Abtriebswelle auf das Werkzeug bevorzugt zugestellt wird. Bei einem Ausfall des pneumatischen Antriebes wird auf diese Weise das Werkzeug insbesondere in eine Arbeitsposition gebracht.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens ein Arretierungselement vorgesehen, welches die Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle in der Längsrichtung arretiert. Insbesondere dient dabei dieses Arretierungsmittel zum Arretieren der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle in einer Arbeitsposition der Schraubsystemes.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Schraubsystem mehrere Abtriebswellen auf, deren Längsrichtungen sich besonders bevorzugt parallel zueinander erstrecken. Bevorzugt sind auch diese einzelnen gegenüber diesen jeweils zugeordneten Antriebswellen in ihrer Längsrichtung verschiebbar. Dabei kann eine Antriebseinrichtung zu einer derartigen Verschiebung aller Abtriebswellen gegenüber den diesen jeweils zugeordneten Antriebswellen dienen. Daneben wäre es jedoch auch möglich, dass mehrere Antriebseinrichtungen vorgesehen sind.
-
Vorteilhaft weist das Schraubsystem eine Messeinrichtung auf, um eine physikalische Größe, die für den Schraubvorgang charakteristisch ist, zu messen. Vorteilhaft handelt es sich hierbei um eine Drehmomentmesseinrichtung. Diese Drehmomentmesseinrichtung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie ein Drehmoment misst, welches zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle auftritt.
-
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Darstellungen:
-
Darin zeigen:
-
1 ein Schraubsystem nach dem Stand der Technik;
-
2 ein erfindungsgemäßes Schraubsystem in einer ersten Ausführungsform; und
-
3 ein erfindungsgemäßes Schraubsystem in einer zweiten Ausführungsform.
-
1 zeigt ein Schraubsystem 100 nach dem Stand der Technik. Dabei ist ein Antrieb 20 vorgesehen, der an einer Montageplatte 102 montiert ist. Dieser Antrieb 20 treibt eine Abtriebswelle 104, an der ein Werkzeug 8 angeordnet ist, an. Der Antrieb 20 ist gemeinsam mit der Montageplatte 102 in Richtung des Doppelpfeils P beweglich, beispielsweise, um ein Werkzeug einzutauschen. Auf diese Weise müssen zum Bewegen des Antriebs 20 sehr hohe Kräfte aufgebracht werden.
-
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Schraubsystem 1 in einer ersten Ausführungsform. Auch hier ist wiederum ein Spindelantrieb 20 vorgesehen, der an einer Montageplatte 32 bzw. allgemein einem Träger 32 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist jedoch dieser Träger 32, bzw. auch der Spindelantrieb 20 stationär angeordnet. Der Spindelantrieb 20 treibt eine Antriebswelle 2 zur Drehung bezüglich einer Längsachse L (welche damit auch als Drehachse fungiert) an. Zu diesem Zweck kann diese Antriebswelle an dem Spindelantrieb 20 angeflanscht sein. Die Antriebswelle 2 weist hier eine (nur schematisch dargestellte) Außenverzahnung 22 auf, die in eine (ebenfalls nur teilweise dargestellte) Innenverzahnung 42 einer Abtriebswelle 4 eingreift. Auf diese Weise kann die Drehbewegung der Antriebswelle 2 auf die Abtriebswelle 4 übertragen werden. Die Abtriebswelle 4 ist weiterhin gegenüber der Antriebswelle 2 in den beiden Richtungen L1 und L2 bewegbar. Auf diese Weise kann auf eine Hubbewegung des gesamten Spindelantriebs 20 verzichtet werden.
-
Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet eine Antriebseinrichtung, welche die Relativbewegung der Abtriebswelle 4 gegenüber der Antriebswelle 2 in den beiden Richtungen L2 und L1 bewirkt. Hier handelt es sich bei der Antriebseinrichtung 10 um einen pneumatischen Antrieb, der über zwei Pneumatikanschlüsse 34, 36 einem Gehäuse 46 ein Pneumatikmittel zuführen kann. Durch dieses Pneumatikmittel kann ein Kolbenelement 44 in den Richtungen L1 und L2 bewegt werden und mit ihm die an dem Kolbenelement 44 angeordnete Abtriebswelle 4. Das Bezugszeichen 8 bezieht sich auf eine Werkzeugaufnahme, an der ein Werkzeug (nicht gezeigt) angeordnet werden kann.
-
Das Gehäuse 46 ist damit drehfest angeordnet und die Abtriebswelle 4 ist mittels Abdichtungseinrichtungen 58 gegenüber dem Gehäuse 46 abgedichtet. Dabei ist es möglich, dass eine gewisse geringe Menge an Pneumatikmittel hier austreten kann. Es sollte jedoch gewährleistet sein, dass der über den Anschluss 36 aufgebbare Druck jedenfalls so hoch ist, dass das Kolbenelement 44 gemeinsam mit der Abtriebswelle 4 in Richtung L2, das heißt nach oben bewegt werden kann.
-
Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet in ihrer Gesamtheit die Koppeleinrichtung, welche die Drehbewegung der Abtriebswelle 4 an die Drehbewegung der Antriebswelle 2 koppelt, dabei jedoch eine Relativbewegung der Abtriebswelle 4 gegenüber der Antriebswelle 2 in den Richtungen L1 und L2 zulässt. Diese Koppeleinrichtung 12 wird hier durch die beiden Verzahnungen 22 und 42 ausgebildet, es wären jedoch wie oben ausgeführt auch andere Arten der Koppelung möglich. Auch wäre es möglich, dass die Antriebswelle einen von einem kreisförmige Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweist (etwa einen polygonalen Querschnitt oder einen elliptischen Querschnitt) und auch die Abtriebswelle 4 einen Hohlraum mit einem hierauf angepaßten Querschnitt aufweist, so dass keine Relativdrehung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 4 möglich ist.
-
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schraubsystems. Hier ist ebenfalls wieder ein Gehäuse vorgesehen, sowie auch eine Antriebswelle 2 sowie eine Abtriebswelle 4. Zusätzlich ist hier jedoch auch ein Federelement 6 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Abtriebswelle 4 hier nach unten gedrängt wird, das heißt von der Antriebswelle 2 weg. Auch das Kolbenelement 44 ist mittels (nicht gezeigten) Abdichteinrichtungen gegenüber dem Gehäuse 46 bzw. der Innenwandung des Gehäuses 46 abgedichtet. Bei dieser Ausgestaltung erkennt man auch ein Werkzeug 8a, welches hier an der Werkzeugaufnahme 8 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet einen flanschartigen Antrieb für die Antriebswelle 2.
-
Damit ist bei der in 3 gezeigten Ausführungsform das Federelement 6 oberhalb des Kolbenelements 44 bzw. zwischen dem Kolbenelement und dem Antrieb angeordnet. Es wäre jedoch auch möglich, dass Federelement unterhalb des Kolbenelements 44 bzw. zwischen dem Kolbenelement 44 und der Werkzeugaufnahme 8 anzuordnen. In diesem Fall würde das Federelement die Abtriebswelle 4 und die Antriebswelle 2 zusammen ziehen. Auch wäre es möglich, dass das Federelement so ausgelegt ist, dass es sich zusammenzieht und auf diese Weise die Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle bewirkt.
-
Falls ein derartiges Federelement vorgesehen ist, wäre es auch möglich, auf einen der beiden Pneumatikanschlüsse 34, 36 zu verzichten. Auch wäre es möglich, auf das Federelement zu verzichten und gleichwohl nur einen Anschluss für das Pneumatikmittel vorzusehen. In diesem Falle könnte die Ausfahrbewegung der Abtriebswelle 4 bzw. die Zustellung auf das Werkstück unter Wirkung der Schwerkraft erfolgen. In diesem Falle könnte der untere Pneumatikanschluss geöffnet werden und das Pneumatikmittel könnte entweichen und das Kolbenelement könnte sich entsprechend nach unten bewegen. Die Antriebseinrichtung 10 würde hier nur die Bewegung der Abtriebswelle in der Richtung L2 bewirken.
-
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schraubsystem
- 2
- Antriebswelle
- 4
- Abtriebswelle
- 6
- Federelement
- 8
- Werkzeugaufnahme
- 8a
- Werkzeug
- 10
- Antriebseinrichtung
- 12
- Koppeleinrichtung
- 20
- Antrieb
- 22
- Außenverzahnung
- 28
- flanschartiger Antrieb
- 32
- Montageplatte/Träger
- 34, 36
- Pneumatikanschlüsse
- 42
- Innenverzahnung
- 44
- Kolbenelement
- 46
- Gehäuse
- 58
- Abdichtungseinrichtung
- 100
- Schraubsystem (StdT)
- 102
- Montageplatte (StdT)
- 104
- Antriebswelle (StdT)
- P
- Doppelpfeil
- L
- Längsachse (auch Drehachse)
- L1, L2
- Bewegungsrichtungen
