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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung für
Bolzen, die einen radial vorstehenden Flanschabschnitt aufweisen,
mit einem Spannzangenbauteil, das einen Einspannabschnitt und einen hohlen
Einführabschnitt aufweist, wobei ein Bolzen über
den Einführabschnitt zu dem Einspannabschnitt einführbar
ist, wobei der Einspannabschnitt durch an freien Enden einer Mehrzahl
von Spannarmen vorgesehene Spannflächen gebildet ist, die
dazu ausgelegt sind, eine radial nach innen gerichtete Spannkraft
zum Einspannen des Bolzens auszuüben, und wobei an dem
Einführabschnitt eine Sicherungseinrichtung angeordnet
ist, an der ein Flanschabschnitt des Bolzens vorbeiführbar
ist und die in Bezug auf den Einspannabschnitt so ausgebildet ist,
dass ein Flanschabschnitt, der an der Sicherungseinrichtung vorbeige führt
ist, in einer Sicherungsposition zwischen der Sicherungseinrichtung
und dem Einspannabschnitt gesichert gelagert ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schaftspanneinrichtung,
die in eine Halteeinrichtung für Bolzen einführbar
und dazu ausgelegt ist, einen Schaftabschnitt eines Bolzens mittels
eines Schaftaufnahmeabschnitts aufzunehmen und den Bolzen aus einer
Sicherungsposition in eine Bereitstellungsposition zu versetzen.
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Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Fügekopf
zum Fügen von Bolzen auf Werkstücke mit einer
erfindungsgemäßen Halteeinrichtung sowie einer
erfindungsgemäßen Schaftspanneinrichtung und betrifft
ferner ein Verfahren zum Zuführen eines Bolzens zu einem
Fügekopf.
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Auf
dem Gebiet der Fügetechnik ist es bekannt, Bolzen auf die
Oberfläche eines Werkstückes zu fügen.
Hierunter fällt das sogenannte Bolzenschweißen,
bei dem ein Bolzen mit der Oberfläche eines Werkstückes
verschweißt wird. Alternative Fügetechniken beinhalten
beispielsweise das Kleben eines Bolzens auf die Oberfläche
eines Werkstückes.
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Derartige
Prozesse werden häufig automatisiert durchgeführt,
beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie, wo eine Vielzahl derartiger
Bolzen auf das Fahrzeugblech gefügt wird, um Anker für
Befestigungsmittel, Verkleidungen etc. zu schaffen. Das automatisierte
Fügen von Bolzen auf Werkstücke beinhaltet in
der Regel, einen Fügekopf an einem Roboter vorzusehen.
Der Fügekopf wird dabei mit einer Versorgungseinrichtung
verbunden, die beispielsweise den elektrischen Schweißstrom
und sonstige Steuersignale bereitstellt. Ferner ist es bevorzugt,
die Bolzen dem Fügekopf automatisiert zuzuführen.
Dies erfolgt in der Regel mittels Pressluft durch Zuführschläuche
hindurch. Für hohe Taktzeiten ist es dabei sinnvoll, die
Bolzen sozusagen von hinten in eine Halteeinrichtung des Fügekopfes
zuzuführen. Die Halteeinrichtung dient dazu, den Bolzen
in eine definierte Bereitstellungsposition zu versetzen, ausgehend
von der ein Fügeprozess eingeleitet werden kann.
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Der
Durchmesser der Zuführkanäle ist in der Regel
etwas größer als der Durchmesser des Flanschabschnittes,
um einen leichtgängigen Transport des Bolzens darin zu
ermöglichen. Auch in der Halteeinrichtung ist der Innendurchmesser
des Einführabschnittes in der Regel etwas größer
als der Außendurchmesser des Flanschabschnittes. Dies kann dazu
führen, dass ein zu der Halteeinrichtung zugeführter
Bolzen in der Halteeinrichtung in eine Schräglage kommt
und zunächst wieder mit einer Schweißachse ausgerichtet
(zentriert) werden muss, bevor der Bolzen in die Bereitschaftsposition überführt
werden kann. In manchen Situationen kann es sein, dass diese Zentrierung
nicht gelingt, was dann dazu führt, dass der zugeführte
Bolzen aus der Halteeinrichtung ausgeworfen werden muss. Der Bolzen fällt
dabei unkontrolliert nach unten, entweder auf den Boden oder auch
z. B. im Automobilbau in die Karosserie hinein. Die ausgeworfenen
Bolzen liegen dann verteilt auf dem Boden und werden aufgekehrt und
weggeworfen. In einer Karosserie liegengebliebene Bolzen können
später zu störenden Geräuschen beim Fahren
führen.
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Das
Dokument
DE 296 17
208 U1 hat zum Ziel, einen Bolzenhalter bereitzustellen,
in dem ein Bolzen lagegenau positionierbar ist. Dazu wird ein Bolzenhalter
vorgeschlagen, der eine Mehrzahl von federelastischen Armen aufweist,
die einen ersten Halter ausbilden. Des Weiteren ist eine Anzahl
von Armen kürzer ausgeführt als die übrigen
und bildet so einen zweiten Halter. Passiert ein Flanschabschnitt eines
Bolzens diesen zweiten Halter, ist er zwischen dem ersten und dem
zweiten Halter fixierbar. Insbesondere soll so eine bessere Zentrierung
des Bolzens bereitgestellt werden.
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Bei
derartigen Halteeinrichtungen mit unterschiedlich langen Armen kann
es jedoch dazu kommen, dass während eines Schweißvorgangs
durch die Lücken zwischen den Armen Schweiß- bzw. Schmelzespritzer
oder Verunreinigungen in den Bolzenhalter eintreten. Insbesondere
von erkalteten Schweißspritzern lässt sich der
Bolzenhalter nur schwer reinigen, so dass nach einer gewissen Zeit häufig
ein Austauschen des Bolzenhalters notwendig ist. Durch Schweiß-
bzw. Schmelzspritzer können ferner der Bolzenhalter und
der Ladestifteinsatz miteinander verschweißen und der Ladestift
kann nicht mehr verfahren werden, was zu einem Systemausfall führen
kann.
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Die
vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, einen
Bolzenhalter bereitzustellen, der insbesondere in Anwendungen mit
einem hohen Maß an Schweißspritzern und Verunreinigungen
zum Einsatz kommen kann und zudem eine lagegenaue Positionierung
des Bolzens ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Halteeinrichtung dadurch
gelöst, dass Spannarme gleich lang sind und wenigstens
zwei der Spannarme als Sicherungseinrichtung jeweils eine radial
nach innen gerichtete Sicherungsnase aufweisen.
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Mittels
der gleichlang ausgeführten Spannarme wird erreicht, dass
die Spannflächen der Spannarme einen im Wesentlichen zylindrischen
Spannkragen ausbilden, wobei die Spannflächen in einer
Bereitstellungsposition ringsum in einer Ebene an einem zu haltenden
bzw. zuzuführenden Bolzen anliegen. Zwar finden sich zwischen
den einzelnen Spannarmen, bedingt durch die zur Bereitstellung einer
radialen Elastizität der Spannarme vorgesehenen Schlitze,
nach wie vor Lücken. Gegenüber den im Stand der
Technik vorzufindenden Lücken zwischen Spannarmen unterschiedlicher
Länge sind diese jedoch praktisch zu vernachlässigen.
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Aufgrund
der gleichen Länge aller Spannarme kann mittels der Spannflächen
an den freien Enden der Spannarme jedoch kein zweiter Halter – wie aus
dem Stand der Technik bekannt – bereitgestellt werden.
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Aus
diesem Grund weisen wenigstens zwei, vorzugsweise jedoch sämtliche
Spannarme der Halteeinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung Sicherungsnasen auf, die radial nach innen gerichtet sind.
Die Sicherungsnasen liegen dabei in einer quer zur Zuführrichtung
ausgerichteten Ebene, so dass in dieser Ebene eine Verringerung
des Innenquerschnitts des Spannzangenbauteils der Halteeinrichtung
bereitgestellt ist.
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Der
verjüngte Innenquerschnitt in der Ebene der Sicherungsnasen
ist größer als der Innenquerschnitt in der Ebene
der Spannflächen aber kleiner als der Innendurchmesser
des Einführabschnitts, so dass in axialer Richtung zwischen
den Spannflächen und den Sicherungsnasen ein Sicherungsraum
mit größerem Querschnitt bereitgestellt ist, in
dem der Flanschabschnitt eines Bolzens positioniert werden kann.
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Beim
Laden eines Bolzens wird dieser zunächst mit einer Zufuhreinrichtung
bspw. mittels Pressluft in das Spannzangenbauteil gefördert
und liegt auf den Sicherungsnasen auf. Beim Durchladen eines Bolzens
mittels einer Schaftspanneinrichtung eines Ladestifts bilden die
Nasen somit zunächst eine Anlagefläche, so dass
an dieser Stelle eine Gegenkraft wirkt. Dieses hilft bereits dabei,
den Schaftabschnitt eines Bolzens in die Schaftspanneinrichtung
einzufädeln. Wird der Schaftabschnitt eines Bolzens dann
an den Sicherungsnasen vorbei unter radialer Aufweitung der Spannarme
in den Sicherungsraum gedrückt, kann der Flanschabschnitt
des Bolzens in dem Sicherungsraum nur so schräg angeordnet
sein, wie es der axiale Abstand der Sicherungsnasen zu den Spannflächen
ermöglicht. Entsprechend sind die Sicherungsnasen in axialer
Richtung nur soweit von den Spannflächen beabstandet, dass ein
flanschfernes Ende des Schaftabschnitts eines Bolzens nicht an einer
Innenwand der Spannarme zur Anlage kommen kann.
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Die
erfindungsgemäße Halteeinrichtung ermöglicht
somit ein lagegenaues Positionieren und sicheres Einfädeln
eines Bolzens, wobei die Anfälligkeit gegenüber
Verschmutzungen wesentlich verringert ist.
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Der
Halteeinrichtung ist ferner die Zentriereinrichtung einer Schaftspanneinrichtung
zugeordnet, die von oben in den Einführabschnitt und in
die Sicherungseinrichtung hinein einführbar ist und dazu ausgelegt
ist, einen Schaftabschnitt des Bolzens auszurichten bzw. zu zentrieren
und zu ergreifen.
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Durch
die Bereitstellung der Sicherungseinrichtung in Form von radial
nach innen gerichteten Sicherungsnasen kann gewährleistet
werden, dass die Zentriereinrichtung den Bolzen immer gut ergreifen und
ausrichten bzw. zentrieren kann. Demzufolge kann vermieden werden,
dass Bolzen unnötig ausgeworfen werden müssen
und es ergeben sich beispielsweise in einer Fahrzeugkarosserie keine
störenden Geräusche. Auch eine Verschmutzung in
der Fertigungszelle wird vermieden. Zudem ergibt sich eine Kosteneinsparung,
da ausgeworfene Bolzen generell verworfen werden müssen.
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Unter
einer sicheren Lagerung des Flanschabschnittes soll vorliegend verstanden
werden, dass der Bolzen nicht durch den Einführabschnitt
zurückfallen kann (insbesondere wenn die Halteeinrichtung ”über
Kopf” gehalten wird) und/oder dass der Bolzen gegen eine übermäßige
Schräglage innerhalb der Halteeinrichtung gesichert ist.
Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung
möglich, auch sog. Großflanschbolzen mit einem
vergleichsweise kurzen Schaft sicher zuzuführen.
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Erfindungsgemäß wird
die obige Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass eine Schaftspanneinrichtung
bereitgestellt wird, die in eine erfindungsgemäße
Halteeinrichtung für Bolzen einführbar und dazu ausgelegt
ist, den Schaftabschnitt eines Bolzens in einer Sicherungsposition
mittels eines Schaftaufnahmeabschnitts aufzunehmen und den Bolzen
aus der Sicherungsposition in eine Bereitstellungsposition zu versetzen,
und dadurch gekennzeichnet ist, dass an dem Schaftaufnahmeabschnitt
radial außen eine Nut, vorzugsweise eine umlaufende Nut,
vorgesehen ist.
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Die
erfindungsgemäße Schaftspanneinrichtung wirkt
mit der erfindungsgemäßen Halteeinrichtungen zusammen
und weist insbesondere eine umlaufende Nut an der Außenfläche
des Schaftaufnahmeabschnitts auf, die mit den Sicherungsnasen der Halteeinrichtung
hinsichtlich ihrer Form und Größe korrespondieren.
Die umlaufende Nut ist insbesondere so ausgebildet, dass die Sicherungsnasen
der Spannarme frei in ihr zu liegen kommen können. Der Begriff ”frei” ist
dahingehend zu verstehen, dass die Sicherungsnasen innerhalb der
Nut angeordnet sind, den Nutboden jedoch nicht berühren.
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Wird
die Schaftspanneinrichtung an den Sicherungsnasen vorbeigeführt, üben
diese zunächst eine radial nach innen gerichtete Kraft
auf die Außenfläche der Schaftspanneinrichtung,
genauer gesagt eines Schaftzentrierabschnitts, aus. Somit wird der Schaft
des Bolzens bereits in der Schaftspanneinrichtung festgeklemmt,
bevor die Spannflächen der Spannarme diese Funktion übernehmen.
Auf diese Weise wird ein Herausfallen des Bolzens verhindert, wenn
der Flanschabschnitt des Bolzens an den Spannflächen vorbeigedrückt
wird und die Spannflächen somit noch nicht auf die Außenfläche
des Schaftzentrierabschnitts wirken können.
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Im
durchgeladenen Zustand, d. h. wenn die Spannflächen der
Spannarme an der Außenfläche des Schaftzentrierabschnitts
anliegen und den Bolzen klemmen, liegen die Sicherungsnasen frei
in der umlaufenden Nut und bringen keine Kraft mehr auf. Die Schaftspanneinrichtung
wird dann lediglich durch die Spannflächen geklemmt, wobei
während eines Fügevorganges durch diese dann ein
Schweißstrom in den Bolzen geleitet wird. Ein etwaiger
durch die Sicherungsnasen und den Schaft des Bolzens verlaufender
Nebenschluss wird so sicher vermieden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe ferner gelöst durch ein Verfahren zum Zuführen
eines Bolzens zu einem Fügekopf, der zum Fügen
des Bolzens auf ein Werkstück dient, wobei der Bolzen einen radial
vorstehenden Flanschabschnitt aufweist, mit den Schritten des Zuführens
des Bolzens in eine Halteeinrichtung des Fügekopfes, bis
der Flanschabschnitt vor einem aus gleich langen Spannarmen gebildeten
Einspannabschnitt der Halteeinrichtung angeordnet ist und eine Sicherungsposition
erreicht, und Sichern des Bolzens in der Sicherungsposition, indem
eine aus radial nach innen gerichteten Sicherungsnasen der Spannarme
gebildete Sicherungseinrichtung den Flanschabschnitt hintergreift.
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Schließlich
wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Fügekopf
zum Fügen von Bolzen auf Werkstücke mit einer
erfindungsgemäßen Halteeinrichtung und/oder mit
einer erfindungsgemäßen Schaftspanneinrichtung.
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Die
Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Halteeinrichtung sind eine jeweilige Sicherungsnase und der entsprechende Spannarm
einstückig ausgebildet. Ein derartiger Fertigungsvorgang
kann mittels bekannter Dreh- und Fräswerkzeuge ausgeführt
werden und ermöglicht das Bereitstellen des Spannzangenbauteils
aus einem Stück. Dadurch weist die Halteeinrichtung weniger
Einzelteile auf, was sie grundsätzlich einfacher montieren
lässt.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Sicherungsnase ein separates
Bauteil ist und an dem entsprechenden Spannarm festgelegt ist, bspw.
mittels eines geeigneten Befestigungsmittels.
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Selbstverständlich
kann auch vorgesehen sein, dass eine Sicherungsnase mittels Kleben
oder anderer bspw. stoffschlüssiger Verfahren mit dementsprechenden
Spannarmen verbunden wird. Auf diese Weise ist es möglich,
die Sicherungsnase aus einem anderen Material als den jeweiligen
Spannarm auszubilden. Dies kann bspw. notwendig sein, um die Sicherungsnase
mit einer gewünschten materialabhängigen Elastizität
oder einem bestimmten Reibwiderstand auszustatten.
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Bevorzugterweise
kann vorgesehen sein, dass ein Übergang von der jeweiligen
Sicherungsnase auf den Einführabschnitt kontinuierlich
bzw. stetig ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein möglichst verschleißfreies
Fördern des Flanschabschnitts des Bolzens vorbei an den
Sicherungsnasen ermöglicht. Je nachdem mit welchem Radius
ein solcher kontinuierlicher Übergang ausgebildet ist,
kann die von den Sicherungsnasen in axialer Richtung maximal aufbringbare
Gegenkraft eingestellt werden. Des Weiteren lässt sich
so einstellen, welche Kraft von der Schaftspanneinrichtung in axialer
Richtung aufzubringen ist, um die Spannarme des Spannzangenbauteils
aufzuweiten.
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Bei
der erfindungsgemäßen Schaftspanneinrichtung ist
in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine
Mehrzahl von in radialer Richtung elastischen Armen vorgesehen ist,
die sich an ihrem jeweiligen freien Ende so verjüngen,
dass sie einen Einführkonus mit einer Schräge
von 60° bis 80 bilden, der einen Zentrierabschnitt ausbildet.
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Ein
derartiger Winkel der Schrägen des Einführkonus
ermöglicht ein besonders zuverlässiges Einfädelverhalten
des Zentrierabschnitts.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in einer bevorzugten
Ausführungsform vorgesehen, dass der Bolzen in der Sicherungsposition
von einer Schaftspanneinrichtung ergriffen und zentriert wird, bevor
die Schaftspanneinrichtung in den Einspannabschnitt eingeführt
wird, um den Bolzen in eine Bereitstellungsposition zu versetzen.
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Auf
diese Weise wird vermieden, dass ein Bolzen in nicht zentrierter
Orientierung durch die Spannflächen gedrückt und
somit durchgestoßen wird, bevor die Schaftspanneinrichtung
eine Klemmkraft auf den Schaftabschnitt des Bolzens ausüben kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommen in der
Bereitstellungsposition die Sicherungsnasen der Spannarme in einer
an einer Außenfläche des Schaftaufnahmeabschnitts
umlaufenden Nut frei zu liegen.
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Wie
bereits voranstehend ausgeführt wurde, üben dann
lediglich die Spannflächen der Spannarme eine radial nach
innen gerichtete Spannkraft auf die Außenfläche
des Schaftaufnahmeabschnitts aus und klemmen den Bolzenschaft fest.
Durch die Spannflächen wird dann während eines
Schweißvorgangs der einzuleitende Schweißstrom
appliziert. Die frei in der Nut liegenden Sicherungsnasen haben
somit keinen Kontakt zu der Schaftspanneinrichtung, so dass kein
Nebenschluss auftreten kann.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fügesystems mit einer Halteeinrichtung
und einer Schaftspanneinrichtung gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Halteeinrichtung
in einer bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine
Querschnittsansicht der Halteeinrichtung in 2 mit einem
sich in einer Sicherungsposition befindlichen Bolzen;
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4 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schaftspanneinrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
zum Zusammenwirken mit der Halteeinrichtung in 2.
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In 1 ist
ein Fügesystem in Form eines Bolzenschweißsystems
generell mit 10 bezeichnet. Das Schweißsystem 10 beinhaltet
einen Roboter 12, der beispielsweise als Mehrgelenkroboter
ausgebildet sein kann. An einem Ende eines Bearbeitungsarmes des
Roboters 12 ist ein Schweißkopf 14 festgelegt.
Der Schweißkopf 14 ist über eine elektrische Versorgung 18 und über
eine Bolzenzuführung 20 mit einer Versorgungseinrichtung 16 verbunden.
Die Versorgungseinrichtung 16 beinhaltet typischerweise eine
Leistungselektronik zum Bereitstellen eines Schweißstromes,
der dem Schweißkopf 14 zugeführt wird.
Ferner beinhaltet die Versorgungseinrichtung 16 typischerweise
eine Steuereinrichtung, mittels der auch der Roboter 12 angesteuert
werden kann, und zwar über eine Robotersteuerung 19.
Ferner beinhaltet die Versorgungseinrichtung 16 eine Bolzenversorgung,
von der Bolzen vereinzelt der Bolzenzuführung 20 zugeführt
werden.
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Der
Schweißkopf 14 beinhaltet einen mit der Bolzenzuführung 20 verbundenen
Zuführkanal 22, über den jeweils ein
Bolzen 26 in den Schweißkopf 14 einführbar
ist. Der dem Schweißkopf 14 zugeführte
Bolzen 26 ist mittels des Schweißsystems 10 auf ein
Werkstück 24 wie beispielsweise ein Blech zu schweißen.
Das Schweißsystem 10 ist vorliegend als Bolzenschweißsystem
ausgebildet, das beispielsweise nach dem Hubzündungsverfahren
arbeiten kann. Bei diesem Verfahren wird der Bolzen 26 mittels
des Schweißkopfes 14 zunächst auf das
Werkstück 24 aufgesetzt. Anschließend
wird ein sogenannter Pilotstrom durch den Bolzen 26 und
das Werkstück 24 geleitet. Danach wird der Bolzen 26 von
dem Werkstück leicht abgehoben, wobei ein Lichtbogen gezogen wird.
Anschließend wird der Strom auf einen Schweißstrom
erhöht, wobei die einander gegenüberliegenden
Flächen des Bolzens 26 und des Werkstückes 24 angeschmolzen
werden. Schließlich wird der Bolzen 26 wieder
auf das Werkstück 24 abgesenkt, und der Schweißstrom
wird abgeschaltet. Die verbundenen Schmelzen von Bolzen 26 und
Werkstück 24 erstarren, so dass der Bolzen 26 schließlich fest
mit dem Werkstück 24 verbunden ist. Derartige Bolzenschweißsysteme
werden in der Kraftfahrzeugindustrie in weitem Umfang eingesetzt.
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Alternativ
kann das Fügesystem 10 jedoch auch dazu ausgelegt
sein, den Bolzen 26 auf das Werkstück 24 zu
kleben oder zu löten.
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Der
Bolzen 26 weist einen Schaftabschnitt 28 auf,
der beispielsweise mit einem Außengewinde versehen sein
kann. Ferner weist der Bolzen 26 einen gegenüber
dem Schaftabschnitt 28 radial vorstehenden Flanschabschnitt 30 auf,
der an seinem Außenumfang beispielsweise polygonal ausgestaltet sein
kann. Schließlich weist der Bolzen 26 einen Schweißabschnitt 32 auf,
der mit dem Werkstück 24 zu verbinden ist.
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Der
Fügekopf 14 beinhaltet eine Halteeinrichtung 33 für
den Bolzen 26, die dazu dient, einen über den
Zuführkanal 22 zugeführten Bolzen in
eine Bereitstellungsposition zu versetzen, in der der Bolzen 26 eine
definierte Lage in Bezug auf den Fügekopf 14 hat
und die der Bolzen 26 einnimmt, bevor der oben beschriebene
Fügeprozess eingeleitet wird.
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Die
Halteeinrichtung 33 beinhaltet einen Gehäuseabschnitt 34,
der starr mit dem Fügekopf 14 verbunden ist. Ferner
beinhaltet die Halteeinrichtung 33 ein Spannzangenbauteil 40,
das von einem Einführabschnitt 42, der als Hohlabschnitt
ausgebildet ist und mit einem Ende des Zuführkanals 22 verbunden
ist, und einem Einspannabschnitt 44, der dazu ausgelegt
ist, den Bolzen 26 in der Bereitstellungsposition kraftschlüssig
einzuspannen (durch nach innen wirkende Radialkräfte),
gebildet ist. Im oberen Bereich des Einführabschnittes 42 weist
das Spannzangenbauteil 40 einen Ringabschnitt 45 auf.
Der Ringabschnitt 45 ist mit dem Zuführkanal 22 verbunden. Von
dem entgegengesetzten Ende des Ringabschnittes 45 erstreckt
sich eine Mehrzahl von umfänglich verteilt angeordneten
Spannarmen 46, an deren Enden jeweils Spannflächen 47 ausgebildet sind,
die sich von den Spannarmen 46 radial schräg nach
innen erstrecken.
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Ferner
erstreckt sich von dem Ringabschnitt 45 eine Mehrzahl von
Stopparmen 48. Die Stopparme 48 sind generell
länger als die Spannarme 46 und sind an ihren
Enden mit Stoppnasen 49 versehen, die radial nach innen
gerichtet sind. Die Stopparme 48 und die Spannarme 46 sind über
den Umfang der Halteeinrichtung beispielsweise abwechselnd angeordnet.
Die Stopparme 48 erfüllen nicht nur die Funktion
eines Anschlages, wie nachstehend beschrieben, sondern auch eine
Spannfunktion. Die Stopparme 48 bilden daher auch zweite
Spannarme.
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Die
Spannarme 46 und die Stopparme 48 sind in radialer
Richtung elastisch aufweitbar. In 1 ist ein
in die Halteeinrichtung 33 zugeführter Bolzen 26 gezeigt,
der über die Bolzenzuführung 20 und den
Zuführkanal 22 von oben durch den Einführabschnitt 42 hindurch
zugeführt worden ist. Der Bolzen 26 ist dabei
in einer deutlichen Schräglage gezeigt, die bei dieser
Art von Halteeinrichtung 33 nicht generell vermeidbar ist.
Dies liegt daran, dass der Flanschabschnitt 30 innerhalb
des Einführabschnittes 42 mit der Innenseite der
Spannarme 46 bzw. der Stopparme 48 in Kontakt
kommt. Dies, die Tatsache, dass der Außenumfang des Flanschabschnittes 30 häufig
polygonal ausgebildet ist, und/oder die Tatsache, dass zwischen
den Armen 46, 48 Längsnuten ausgebildet
sind, kann dazu führen, dass sich eine solche Schräglage
einstellt.
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Der
Halteeinrichtung ist ferner eine Schaftspanneinrichtung 50 zugeordnet,
die an dem Fügekopf 14 in axialer Richtung beweglich
ausgebildet ist, wie es bei 52 gezeigt ist. Die Schaftspanneinrichtung 50 weist
einen Schaftaufnahmeabschnitt 54 auf, der eine Mehrzahl
von radial aufweitbaren, sich in axialer Richtung erstreckenden
Armen 55 beinhaltet. Ferner weist die Schaftspanneinrichtung 50 einen
Zentrierabschnitt 56 auf. Der Zentrierabschnitt 56 ist
an den Enden der Arme 55 des Schaftaufnahmeabschnitts 54 gebildet,
wobei die Arme 55 im Bereich des Zentrierabschnittes schräg
nach außen laufen, so dass sie gemeinsam einen Einführkonus 57 bilden.
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Zum
Versetzen des Bolzens 26 in eine Bereitstellungsposition
wird die Schaftspanneinrichtung 50 nach unten bewegt (die
Angabe ”nach unten” bezieht sich auf die Darstellung
der 1, ist jedoch nicht einschränkend zu
verstehen), und zwar in die Halteeinrichtung 33 hinein.
Dabei ergreift der Zentrierabschnitt 56 das obere Ende
des Schaftabschnitts 28 und richtet den Bolzen 26 auf,
wobei der Schaftabschnitt 28 in den Schaftaufnahmeabschnitt 54 eingeführt
wird, bis ein oberes Ende des Schaftabschnitts 28 an einem
Anschlag der Schaftspanneinrichtung 50 anschlägt.
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Anschließend
wird die Schaftspanneinrichtung 50 weiter nach unten bewegt,
wobei der Flanschabschnitt 30 zunächst an den
Spannflächen 47 vorbeigedrückt wird.
Dabei weiten sich die Spannarme 46 radial nach außen
auf. Die Stoppnasen 49 der Stopparme 48 verhindern,
dass der Bolzen 26 anschließend aus der Halteeinrichtung 33 herausfällt, indem
die Stoppnasen 49 an der Unterseite des Flanschabschnittes 30 angreifen.
Ausgehend hiervon wird die Schaftspanneinrichtung 50 weiter
nach unten bewegt, wobei die Spannnasen 47 am Außenumfang
der Schaftspanneinrichtung 50 angreifen und hierdurch den
Bolzen 26 in der Schaftspanneinrichtung 50 fest
einspannen.
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Anschließend
wird die Schaftspanneinrichtung 50 noch weiter nach unten
bewegt, bis der Flanschabschnitt 30 auch an den Stoppnasen 49 vorbeigedrückt
wird. Eine Bereitstellungsposition ist erreicht, wenn der Flanschabschnitt 30 etwas
unterhalb des unteren Endes der Stoppnasen 49 liegt. Durch die
Spannarme 46 und die Stopparme 48 wird in diesem
Zustand weiterhin eine Radialkraft auf die Schaftspanneinrichtung 50 ausgeübt,
so dass der Bolzen 26 in dieser Position kraftschlüssig
in der Halteeinrichtung 33 gehalten bzw. eingespannt ist.
Ausgehend hiervon kann der oben beschriebene Fügeprozess
eingeleitet werden. Wenn der Bolzen 26 starr auf das Werkstück 24 gefügt
ist, wird der Fügekopf 14 zurückgezogen
(wobei die Schaftspanneinrichtung 50 innerhalb des Fügekopfes 14 zunächst zurückgefahren
werden kann). Hierdurch wird der Bolzen 26 von der Halteeinrichtung 33 freigegeben. Anschließend
kann ein weiterer Bolzen 26 über den Zuführkanal 22 zugeführt
werden und ein weiterer Fügeprozess eingeleitet werden.
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Durch
das so eingerichtete Doppelspannsystem kann die Bolzenzuführung
weitgehend verlässlich realisiert werden. Vor allem bei
Anwendungen in schmutziger Umgebung oder bei Schweißvorgängen kann
es jedoch vorkommen, dass Schmutz oder aufspritzende Schweißschmelze
durch die zwischen den freien Enden der Spannarme 46 und
der Stopparme 48 gebildeten Lücken in die Halteeinrichtung 33 gelangen
und diese verunreinigen. Dabei kann insbesondere die erkaltete Schmelze
die Funktionsfähigkeit der Halteeinrichtung 33 beeinträchtigen
und einen Austausch notwenig machen.
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In
den 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße
Halteeinrichtung 60 gezeigt, mit der diese Probleme verringert
werden können.
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Die
in den 2 und 3 gezeigte Halteeinrichtung 60 entspricht
hinsichtlich ihrer Funktionsweise generell der Halteeinrichtung 33 der 1. Gleiche
Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden
wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Ferner entspricht
der Fügekopf 14, an dem die Halteeinrichtung 60 der 1 und 2 zu
verwenden ist, dem Fügekopf 14 der 1.
Auch der generelle Verfahrensablauf beim Zuführen und Bereitstellen
von Bolzen 26 und der anschließende Fügeprozess
sind im Übrigen identisch, soweit nichts anderes erwähnt
ist.
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Die
Halteeinrichtung 60 weist ebenfalls ein Spannzangenbauteil 40 auf,
das starr mit dem Gehäuseabschnitt 34 des Fügekopfes 14 verbunden
ist.
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Das
Spannzangenbauteil 40 teilt sich in den Einspannabschnitt 44 und
den Einführabschnitt 42 auf. Der Einführabschnitt 42 ist
in Richtung des Zuführkanals 22 konisch leicht
aufgeweitet, damit der Bolzen 26 leichtgängig
in den Einführabschnitt 42 gelangen kann.
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Der
Einführabschnitt 42 ist aus einer Mehrzahl von
in radialer Richtung elastischen Spannarmen 46 gebildet,
die allesamt die gleiche Länge aufweisen. Die Innenflächen
der Spannarme 46 umschließen einen Innendurchmesser
D. In dem Einführabschnitt 42, insbesondere an
dem Ende des Einführabschnitts 42, das in den
Einspannabschnitt 44 übergeht, weist jeder Spannarm 46 eine
Sicherungsnase 62 auf, die in der dargestellten Ausführungsform
einstückig mit dem Spannarm 46 ausgebildet ist.
Die Sicherungsnasen 62 erstrecken sich jeweils radial nach
innen, so dass sie einen Innendurchmesser d umschließen.
Der Innendurchmesser d ist kleiner als der Innendurchmesser D.
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Der Übergang
von dem Innendurchmesser D auf den Innendurchmesser d ist kontinuierlich
mit einem Radius 64 ausgebildet.
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An
die Sicherungsnasen 62 schließt sich der Einspannabschnitt 44 an.
Im Einspannabschnitt 44 finden sich Spannflächen 47,
die axial beabstandet von den Sicherungsnasen 62 radial
nach innen hervorragen.
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Zwischen
den Sicherungsnasen 62 und den Spannflächen 47 weitet
sich der Innendurchmesser erneut auf den Durchmesser D auf, so dass
ein Sicherungsraum 66 bereitgestellt ist. Die Spannflächen 47 der
Spannarme 46 umschließen einen Innendurchmesser
dd. Der Innendurchmesser dd ist kleiner als der Innendurchmesser
d und kleiner als der Innendurchmesser D.
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In 3 ist
ein Bolzen 26 dargestellt, dessen Flanschabschnitt 30 in
dem Sicherungsraum 66 angeordnet ist. Das Spannzangenbauteil 40 entspricht dem
Spannzangenbauteil 40 in 2. Wie zu
erkennen ist, ist der axiale Abstand der Sicherungsnasen 62 zu
den Spannflächen 47 und damit die axiale Breite
des Sicherungsraums 66 so gewählt, dass der Schaftabschnitt 28 des
Bolzens 26 nicht an den Spannarmen 46 zur Anlage
kommen kann. Auf diese Weise ist es spätestens dann, wenn
der Flanschabschnitt 30 an den Sicherungsnasen 62 vorbei
in den Sicherungsraum 66 gedrückt wurde, möglich,
dass ein Einführkonus einer Schaftspanneinrichtung 50 den
Schaftabschnitt 28 des Bolzens 26 sicher einfädelt
und den Bolzen 26 somit konzentrisch zu einer Fügeachse
und mit einer Längsachse des Bolzens 26 parallel
zu der Fügeachse ausrichtet. Ein Durchmesser DB des Flanschabschnitts 30 des
Bolzens 26 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser D,
so dass der Bolzen 26 in das Spannzangenbauteil 40 gelangen
kann. Der Durchmesser DB des Bolzens 26 ist jedoch größer
als der Durchmesser d und größer als der Durchmesser
dd. Der Flanschabschnitt 30 des Bolzens 26 kann
somit in dem Sicherungsraum 66 sicher gelagert werden,
ohne dass der Bolzen 26 nach unten aus dem Spannzangenbauteil 40 herausfallen
kann oder nach oben zurück in den Einführabschnitt 42 rutschen
kann. Die Angaben ”unten” und ”oben” beziehen
sich dabei auf die der 3 zu entnehmende Orientierung.
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In
die Sicherungsposition kann der Bolzen 26 entweder bspw.
mittels Luftdruck verbracht werden, wobei die Sicherungsnasen 62 dann
so zu gestalten sind und der Radius 64 so auszulegen ist,
dass die durch den Luftdruck ausgeübte Kraft genügt,
um die Spannarme 46 soweit aufzuweiten, dass der Flanschabschnitt 30 an
den Sicherungsnasen 62 vorbei in den Sicherungsraum 66 treten
kann. Grundsätzlich kann es auch möglich sein,
dass der Flanschabschnitt 30 des Bolzens 26 beim
Durchladen des Bolzens 26 von der Schaftspanneinrichtung 50 an
den Sicherungsnasen 62 vorbeige drückt wird. Dabei
stellt sich der Bolzen 26, sollte der Schaftabschnitt 28 an einem
Spannarm 46 zur Anlage gekommen sein, dann geringfügig
auf, wenn der Flanschabschnitt 30 in den Sicherungsraum 66 gelangt
und die Sicherungsnasen 62 den Flanschabschnitt 30 hintergreifen,
so dass das Spannzangenbauteil 40 den Bolzen 26 greifen
kann.
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4 zeigt
die erfindungsgemäße Schaftspanneinrichtung 50,
die mit der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung 60 in
erfindungsgemäßer Weise zusammenwirkt. Die Schaftspanneinrichtung 50 in 4 weist
ebenfalls den Schaftaufnahmeabschnitt 54 und den Zentrierabschnitt 56 auf.
Der Zentrierabschnitt 56 ist dabei in Form des Einführkonus 57 ausgebildet.
Des Weiteren weist die Schaftspanneinrichtung 50 die Mehrzahl
von Armen 55 auf, die radial elastisch sind. Auf diese
Weise kann eine in radialer Richtung von außen auf die
Arme 55 aufgebrachte Kraft auf einen in der Schaftspanneinrichtung 50 befindlichen
Bolzen 26 weitergeleitet werden und der Bolzen 26 in
der Schaftspanneinrichtung 50 gespannt werden.
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Die
Arme 55 weisen jeweils eine Nut 68 auf. Die Nut 68 läuft
an der Außenfläche der Arme 55 um und
korrespondiert in Form und Größe derart mit den Sicherungsnasen 62,
dass diese in den Nuten 68 frei zu liegen kommen können,
ohne dass die Sicherungsnasen 62 Kontakt mit den Armen 55 haben.
So liegen in einem durchgeladenen Zustand, d. h. in einer Bereitstellungsposition,
lediglich die Spannflächen 47 des Spannzangenbauteils 40 an
der Außenfläche des Zentrierabschnitts 56 der
Schaftspanneinrichtung 50 an und drücken die Arme 55 radial
nach innen, so dass ein Bolzen 26 sicher in der Schaftspanneinrichtung 50 festgeklemmt
ist.
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Während
des Durchladevorgangs üben zudem bereits die Sicherungsnasen 62 eine
radial nach innen gerichtete Kraft auf die Außenfläche
des Zentrierabschnitts 56 aus. Auf diese Wiese wird verhindert,
dass der Bolzen 26 mangels radial nach innen gerichteter
Klemmkräfte aus der Halteeinrichtung 60 herausfällt,
wenn beim Durchdrücken des Flanschabschnitts 30 des
Bolzens 26 vorbei an den Spannflächen 47 die
Spannarme 46 aufgeweitet werden.
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Entsprechend
ist die Lage der Nuten 68 so zu wählen, dass die
Sicherungsnasen 62 erst dann in den Nuten 68 zu
liegen kommen, wenn der Flanschabschnitt 30 an den Spannflächen 47 vorbeigedrückt
ist und die Spannflächen 47 auf die Außenfläche
des Zentrierabschnitts 56 wirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29617208
U1 [0002, 0008]