DE102018204954A1

DE102018204954A1 - Schraubvorrichtung und Gelenkverbindungsstück mit Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE102018204954A1
Application number: DE102018204954.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Michl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung (100) zur Durchführung von Schraubvorgängen, umfassend:
- ein Schraubwerkzeug (120), das mit einer Schraube (S) in Eingriff bringbar ist;
- einen Drehantrieb (110) zur Erzeugung einer Drehbewegung (U); und
- eine mit wenigstens einem Wellengelenk ausgestattete Antriebswelle (130), welche die Drehbewegung (U) zum Schraubwerkzeug (120) überträgt, wobei das Wellengelenk als ein die Drehbewegung (U) gleichförmig übertragendes Gleichlaufgelenk ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein mit einem Gleichlaufgelenk ausgebildetes Gelenkverbindungsstück (140).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung zur Durchführung von Schraubvorgängen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner ein Gelenkverbindungsstück zur Verwendung in einer Schraubvorrichtung.
Die nächstliegende DE 10 2012 224 045 A1 beschreibt ein Schraubsystem zur automatischen Durchführung von Schraubvorgängen, mit einem Schraubwerkzeug und einem Antriebsmotor, der über eine Antriebswelle das Schraubwerkzeug rotatorisch antreibt. Die Welle ist ferner motorseitig mit einem Wellengelenk ausgestattet (siehe Figuren).
Wellengelenke an Schraubvorrichtungen bzw. -systemen können nicht nur zum Ausgleich von Fluchtungs- oder Lagerfehlern eingesetzt werden, sondern können auch eine winklige Drehverbindung ermöglichen, um die Zugänglichkeit zur Schraubstelle zu verbessern. Aus dem Stand der Technik sind diverse Gelenkverbindungsstücke, Gelenknüsse und dergleichen bekannt, siehe z. B. DE 10 2011 051 163 B4 , US 2009/0044667 A1 , DE 10 2008 022 137 A1 , US 4,936,701 A und US 4,065,941 A .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubvorrichtung betreffender Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur vermindert aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Gelenkverbindungsstück. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und den Figuren.
Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung (Schrauber) umfasst:

- ein Schraubwerkzeug, das mit einer zu schraubenden Schraube in Eingriff bringbar ist,
- einen Drehantrieb, insbesondere mit Elektro- oder Pneumatikmotor, zur Erzeugung einer Drehbewegung; und
- eine mit wenigstens einem Wellengelenk ausgestattete Antriebs- bzw. Schraubwelle, welche die Drehbewegung (vom Drehantrieb) zum Schraubwerkzeug überträgt, also eine Drehverbindung bildet.

Erfindungsgemäß ist das Wellengelenk als Gleichlaufgelenk ausgebildet, welches die Drehbewegung gleichförmig überträgt.
Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung kann mehrere Wellengelenke aufweisen, die als Gleichlaufgelenke ausgebildet sind. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung aber nur ein einzelnes als Gleichlaufgelenk ausgebildetes Wellengelenk auf, was einen einfachen und kompakten Aufbau sowie einen guten Wirkungsgrad ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung eignet sich sowohl zum Herstellen einer Verschraubung durch Einschrauben einer Schraube als auch zum Lösen einer Verschraubung durch Ausschrauben einer Schraube. Die Durchführung des Schraubvorgangs erfolgt bevorzugt automatisch.
Unter einem Gleichlaufgelenk wird insbesondere eine nicht-schaltbare Wellenkupplung verstanden, welche eine winklige Ausrichtung zwischen Antriebsdrehachse und Abtriebsdrehachse ermöglicht und die Drehbewegung gleichförmig überträgt, d. h. mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit- und Drehmomentübertragung. Die im Stand der Technik an Schraubvorrichtungen verwendeten Wellengelenke (s. o.) sind als Kardangelenke oder dergleichen ausgebildet und bewirken nur eine ungleichförmige bzw. ungleichmäßige Übertragung der Drehbewegung (sogenannter Kardanfehler), was gegebenenfalls durch mehrere hintereinander angeordnete Gelenke kompensiert werden kann.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für drehmomentgesteuerte oder drehwinkelgesteuerte Einschraub- bzw. Verschraubungsvorgänge, die hochgenau ausgeführt werden können (Fehler < 4 %). Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung kann eine Steuer- oder Überwachungseinrichtung aufweisen, die, insbesondere bei Einschraub- bzw. Verschraubungsvorgängen, eine Drehmoment- bzw. Drehwinkelsteuerung oder -überwachung der Schraubvorgänge ermöglicht.
Das Gleichlaufgelenk kann am antriebsseitigen oder werkzeugseitigen Wellende der Antriebswelle angeordnet sein. Das Gleichlaufgelenk kann auch innerhalb der Antriebswelle angeordnet sein, insbesondere derart, dass dieses zwei winklig zueinander ausgerichtete Teilwellen der Antriebswelle (gelenkig) verbindet.
Das Gleichlaufgelenk ist bevorzugt ein Rzeppa-Gelenk (Kugelgleichlaufgelenk). Beim Rzeppa-Gelenk erfolgt die gleichförmige Übertragung der Drehbewegung durch Kügelchen, die zwischen einem sphärischen Innenteil und einem sphärischen Außenteil gelagert sind (im Weiteren wird auf entsprechende Fachliteratur verwiesen). Das Rzeppa-Gelenk weist bevorzugt 10 bis 14 Kügelchen, insbesondere 12 Kügelchen, auf. Diese Kügelchenanzahl hat sich an einer Schraubvorrichtung als besonders vorteilig erwiesen. Bevorzugt sind die Kügelchen in einem Käfig aufgenommen. Das Gleichlaufgelenk kann aber bspw. auch ein Tracta-Gelenk oder ein Tripodegelenk sein.
Das Gleichlaufgelenk kann in ein Gelenkverbindungsstück (Zwischenstück) integriert sein. Das Gelenkverbindungsstück kann je nach Bedarf eingebaut, ausgebaut oder umpositioniert werden. Solche Gelenkverbindungsstücke für eine winklige Drehverbindung (d. h. die verbundenen Drehachsen sind in einem Winkel > 0° und < 180° zueinander ausgerichtet) sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z. B. DE 10 2011 051 163 B4 oder US 4 065 941 A ), allerdings ohne Gleichlaufgelenk.
Das Gelenkverbindungsstück (Gleichlauf-Zwischenstück) kann ein erstes Teil, das mit einem ersten Steckzapfen (z. B. einem Außenvierkant) oder einer ersten Steckbuchse (z. B. einem Innenvierkant) ausgebildet ist, und ein zweites Teil, das mit einem zweiten Steckzapfen oder einer zweiten Steckbuchse ausgebildet ist, aufweisen, wobei das erste Teil und das zweite Teil mittels Gleichlaufgelenk, insbesondere mittels Rzeppa-Gelenk (s. o.), verbunden sind. Die Steckzapfen oder Steckbuchsen ermöglichen eine formschlüssige Verbindung mit dem Drehantrieb, der Antriebswelle bzw. einer Teilwelle oder dem Schraubwerkzeug. Die Steckbuchse des zweiten Teils kann auch mit einer an den Schraubenkopf angepassten Kontur ausgebildet sein (wie bspw. in der DE 10 2008 022 137 A1 gezeigt), d. h., das Gelenkverbindungsstück kann auch als Gelenknuss bzw. Gleichlauf-Gelenknuss ausgebildet sein.
Die Verwendung eines Gleichlaufgelenks zur Drehbewegungs- bzw. Drehmomentübertragung an einer Schraubvorrichtung (zum Durchführen von Schraubvorgängen, d. h. zum Ein- und/oder Ausschrauben von Schrauben) sowie ein mit Gleichlaufgelenk ausgebildetes Gelenkverbindungsstück für Schraubvorrichtungen bzw. -systeme sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Schraubvorrichtung.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung und in einer Schnittdarstellung ein in der Schraubvorrichtung aus 1 verwendetes Gelenkverbindungsstück.
3 zeigt in einer Schnittdarstellung ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gelenkverbindungsstücks.

Die in 1 gezeigte Schraubvorrichtung 100 weist einen elektrischen Drehantrieb 110, ein Schraubwerkzeug 120 und eine zweiteilige Antriebswelle 130 auf. Die Antriebswelle 130 bildet je nach Bauart eine direkte oder indirekte Drehverbindung zur Übertragung der vom Drehantrieb 110 erzeugten Drehbewegung U auf das Schraubwerkzeug 120, zum Ein- oder gegebenenfalls auch Ausschrauben einer Schraube S. Der drehmomentgesteuerte Schraubvorgang wird automatisch ausgeführt. Die beiden Teilwellen 131 und 132 sind mit einem Winkel W zueinander ausgerichtet und durch ein Gelenkverbindungsstück 140 drehverbunden. Das Gelenkverbindungsstück 140 weist ein Gleichlaufgelenk auf, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Die als Elektroschrauber (oder gegebenenfalls auch als Pneumatikschrauber) ausgebildete Schraubvorrichtung 100 kann weitere Komponenten aufweisen, wie bspw. Lagerelemente für die Antriebswelle 130, eine Zuführeinrichtung zum automatischen Zuführen von Schrauben S und/oder eine Steuereinrichtung. Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung 100 kann an einer Handhabungsvorrichtung, beispielsweise an einem Roboterarm, montiert sein. Die Schraubvorrichtung 100 kann auch als Schraubsystem bezeichnet werden.
2 zeigt das Gelenkverbindungsstück bzw. Zwischenstück 140 für die winklige Drehverbindung der beiden Teilwellen 131 und 132. Das Gelenkverbindungsstück 140 weist ein erstes Teil 141 mit einem ersten als Außenvierkant ausgebildeten Steckzapfen 142 zur Verbindung mit der ersten Teilwelle 131 und ein zweites Teil 143 mit einem zweiten als Außenvierkant ausgebildeten Steckzapfen 144 zur Verbindung mit der zweiten Teilwelle 132 (oder gegebenenfalls auch zur direkten Verbindung mit dem Schraubwerkzeug 120) auf. Die beiden Teile 141 und 143 sind über ein Gleichlaufgelenk gelenkig verbunden, sodass die Drehbewegung U gleichförmig und auch übersetzungsfrei vom antriebsseitigen Zapfen 142 zum abtriebsseitigen Zapfen 144 übertragen werden kann. Beim Einschrauben der Schrauben S wird das vorgesehene Anziehmoment durch das Gleichlaufgelenk nicht verfälscht und die Schrauben S werden genau mit dem vorgesehenen bzw. eingestellten Drehmoment angezogen. Dadurch werden eine hohe Prozesssicherheit und eine höhere Verschraubungsqualität erreicht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gleichlaufgelenk als sogenanntes Rzeppa-Gelenk ausgeführt. Das erste Teil 141 weist eine einstückig mit dem ersten Zapfen 142 ausgebildete Kugelschale 145 (sphärisches Außenteil) und das zweite Teil 143 weist eine mit dem zweiten Zapfen 144 verbundene Kugel 146 (sphärisches Innenteil) auf. Der zweite Zapfen 144 und die Kugel 146 sind mittels Profilverzahnung und Sicherungsring verbunden. Die Kugelschale 145 und die Kugel 146 sind kugelgelenkartig verbunden. Konstruktiv wird zwischen den Zapfen 142 und 144 bzw. zwischen den verbundenen Drehachsen L1 und L2 eine maximale Auslenkung bzw. ein maximaler Schrägstellungswinkel W von bspw. 30° ermöglicht.
Die Übertragung der Drehbewegung U bzw. die Drehmomentübertragung erfolgt mithilfe von Kügelchen 147, die zwischen dem sphärischen Außenteil 145 und dem sphärischen Innenteil 146 gelagert sind. Die Kügelchen 147 sind in Außennuten 148a und Innennuten 148b geführt und zudem in einem Käfig 149 aufgenommen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwölf Kügelchen 147 vorgesehen, was einen kleinen Gelenkaufbau ermöglicht (der Kügelchendurchmesser beträgt bspw. 5 mm bis 7 mm) sowie auch eine präzise und genaue Drehbewegungs- bzw. Drehmomentübertragung ermöglicht. Die Komponenten des Gelenkverbindungsstücks 140 sind bevorzugt aus Stahl gefertigt. Der Käfig 149 kann auch aus Kunststoff gebildet sein.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Gelenkverbindungsstücks 140 weist das erste Teil 141 eine als Innenvierkant ausgebildete Steckbuchse 142' auf. Im Weiteren ist dieses Gelenkverbindungsstück identisch wie das in 2 gezeigte Gelenkverbindungsstück aufgebaut.
Bezugszeichenliste

100: Schraubvorrichtung
110: Drehantrieb
120: Schraubwerkzeug
130: Antriebswelle
131: Teilwelle
132: Teilwelle
140: Gelenkverbindungsstück
141: erstes Teil
142: Zapfen
142': Buchse
143: zweites Teil
144: Zapfen
145: Außenteil
146: Innenteil
147: Kügelchen
148a/b: Nuten
149: Käfig
L1: Drehachse
L2: Drehachse
S: Schraube
U: Drehbewegung
W: Winkel

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 102012224045 A1 [0003]
DE 102011051163 B4 [0004, 0015]
US 2009/0044667 A1 [0004]
DE 102008022137 A1 [0004, 0016]
US 4936701 A [0004]
US 4065941 A [0004, 0015]

Claims

Schraubvorrichtung (100) zur Durchführung von Schraubvorgängen, insbesondere zur automatischen Durchführung von Schraubvorgängen, umfassend: - ein Schraubwerkzeug (120), das mit einer Schraube (S) in Eingriff bringbar ist; - einen Drehantrieb (110) zur Erzeugung einer Drehbewegung (U); und - eine mit wenigstens einem Wellengelenk ausgestattete Antriebswelle (130), welche die Drehbewegung (U) zum Schraubwerkzeug (120) überträgt; dadurch gekennzeichnet, dass das Wellengelenk als ein die Drehbewegung (U) gleichförmig übertragendes Gleichlaufgelenk ausgebildet ist.
Schraubvorrichtung (100) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Steuer- oder Überwachungseinrichtung, die eine Drehmomentsteuerung oder -überwachung der Schraubvorgänge ermöglicht.
Schraubvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk an einem Wellende der Antriebswelle (130) angeordnet ist.
Schraubvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk zwei winklig (W) zueinander ausgerichtete Teilwellen (131, 132) der Antriebswelle (130) verbindet.
Schraubvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk ein Rzeppa-Gelenk ist.
Schraubvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rzeppa-Gelenk 10 bis 14 Kügelchen (147), insbesondere 12 Kügelchen (147), aufweist.
Schraubvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kügelchen (147) in einem Käfig (149) aufgenommen sind.
Schraubvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk in ein Gelenkverbindungsstück (140) integriert ist.
Gelenkverbindungsstück (140) für eine winklige Drehverbindung in einer Schraubvorrichtung (100), mit einem ersten Teil (141), das mit einem ersten Steckzapfen (142) oder einer ersten Steckbuchse (142') ausgebildet ist, und einem zweiten Teil (143), das mit einem zweiten Steckzapfen (144) oder einer zweiten Steckbuchse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (141) und das zweite Teil (143) mittels Gleichlaufgelenk verbunden sind.
Gelenkverbindungsstück (140) nach Anspruch 9, wobei das Gleichlaufgelenk ein Rzeppa-Gelenk ist.