DE102009023454A1 - Bolzenhalteeinrichtung für Bolzen mit großen Flanschköpfen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung (60) für Bolzen (26), die einen radial vorstehenden Flanschabschnitt (30) aufweisen, mit einem Spannzangenbauteil (40), das einen Einspannabschnitt (44) und einen hohlen Einführabschnitt (42) aufweist, wobei ein Bolzen (26) über den Einführabschnitt (42) zu dem Einspannabschnitt (44) einführbar ist und wobei der Einspannabschnitt (44) durch an freien Enden einer Mehrzahl von Spannarmen (46) vorgesehenen Spannflächen (47) gebildet ist, die dazu ausgelegt sind, eine radial nach innen gerichtete Spannkraft zum Einspannen des Bolzens (26) auszuüben, an dem Einführabschnitt (42) eine Sicherungseinrichtung angeordnet ist, an der ein Flanschabschnitt (30) des Bolzens (26) vorbeiführbar ist und die in Bezug auf den Einspannabschnitt (44) so ausgebildet ist, dass ein Flanschabschnitt (30), der an der Sicherungseinrichtung vorbeigeführt ist, in einer Sicherungsposition zwischen der Sicherungseinrichtung und dem Einspannabschnitt (44) gelagert ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannarme (46) gleich lang sind und als Sicherungseinrichtung jeweils eine radial nach innen gerichtete Sicherungsnase (62) aufweisen.

Description

  • 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.
  • Eine derartige Halteeinrichtung ist aus dem Dokument DE 296 17 208 U1 bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die erfindungsgemäße Halteeinrichtung ermöglicht somit ein lagegenaues Positionieren und sicheres Einfädeln eines Bolzens, wobei die Anfälligkeit gegenüber Verschmutzungen wesentlich verringert ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
  • 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.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Sicherungsnase ein separates Bauteil ist und an dem entsprechenden Spannarm festgelegt ist, bspw. mittels eines geeigneten Befestigungsmittels.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein derartiger Winkel der Schrägen des Einführkonus ermöglicht ein besonders zuverlässiges Einfädelverhalten des Zentrierabschnitts.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Fügesystems mit einer Halteeinrichtung und einer Schaftspanneinrichtung gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Halteeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform;
  • 3 eine Querschnittsansicht der Halteeinrichtung in 2 mit einem sich in einer Sicherungsposition befindlichen Bolzen;
  • 4 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schaftspanneinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zum Zusammenwirken mit der Halteeinrichtung in 2.
  • 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.
  • 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.
  • Alternativ kann das Fügesystem 10 jedoch auch dazu ausgelegt sein, den Bolzen 26 auf das Werkstück 24 zu kleben oder zu löten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Halteeinrichtung 60 gezeigt, mit der diese Probleme verringert werden können.
  • 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.
  • Die Halteeinrichtung 60 weist ebenfalls ein Spannzangenbauteil 40 auf, das starr mit dem Gehäuseabschnitt 34 des Fügekopfes 14 verbunden ist.
  • 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.
  • 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.
  • Der Übergang von dem Innendurchmesser D auf den Innendurchmesser d ist kontinuierlich mit einem Radius 64 ausgebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 29617208 U1 [0002, 0008]

Claims (10)

  1. Halteeinrichtung (60) für Bolzen (26), die einen radial vorstehenden Flanschabschnitt (30) aufweisen, mit einem Spannzangenbauteil (40), das einen Einspannabschnitt (44) und einen hohlen Einführabschnitt (42) aufweist, wobei ein Bolzen (26) über den Einführabschnitt (42) zu dem Einspannabschnitt (44) einführbar ist, wobei der Einspannabschnitt (44) durch an freien Enden einer Mehrzahl von Spannarmen (46) vorgesehenen Spannflächen (47) gebildet ist, die dazu ausgelegt sind, eine radial nach innen gerichtete Spannkraft zum Einspannen des Bolzens (26) auszuüben, und wobei an dem Einführabschnitt (42) eine Sicherungseinrichtung angeordnet ist, an der ein Flanschabschnitt (30) des Bolzens (26) vorbeiführbar ist und die in Bezug auf den Einspannabschnitt (44) so ausgebildet ist, dass ein Flanschabschnitt (30), der an der Sicherungseinrichtung vorbeigeführt ist, in einer Sicherungsposition zwischen der Sicherungseinrichtung und dem Einspannabschnitt (44) gesichert gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannarme (46) gleich lang sind und wenigstens zwei der Spannarme (46) als Sicherungseinrichtung jeweils eine radial nach innen gerichtete Sicherungsnase (62) aufweisen.
  2. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Sicherungsnase (62) und der entsprechende Spannarm (46) einstückig ausgebildet sind.
  3. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Sicherungsnase (62) ein separates Bauteil ist und an dem entsprechen Spannarm (46) festgelegt ist.
  4. Halteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Radius (64) von der jeweiligen Sicherungsnase (62) auf den Einführabschnitt (42) kontinuierlich ausgebildet ist.
  5. Schaftspanneinrichtung (50), die in eine Halteeinrichtung (60) für Bolzen (26) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 einführbar und dazu ausgelegt ist, einen Schaftabschnitt (28) eines Bolzens (26) mittels eines Schaftaufnahmeabschnitts (54) aufzunehmen und den Bolzen (26) aus einer Sicherungsposition in eine Bereitstellungsposition zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaftaufnahmeabschnitt (54) radial außen eine Nut (68) vorgesehen ist.
  6. Schaftspanneinrichtung nach Anspruch 5, mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung elastischen Armen (55), die sich an ihrem jeweiligen freien Ende so verjüngen, dass sie einen Einführkonus (57) mit einer Schräge von 60° bis 80° bilden, der einen Zentrierabschnitt (56) ausbildet.
  7. Fügekopf (14) zum Fugen von Bolzen (26) auf Werkstücke (24), mit einer Halteeinrichtung (60) zum Halten eines Bolzens (26) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, und/oder mit einer Schaftspanneinrichtung (50) gemäß Anspruch 5 oder 6.
  8. Verfahren zum Zuführen eines Bolzens (26) zu einem Fügekopf (14), der zum Fugen des Bolzens (26) auf ein Werkstück (24) dient, wobei der Bolzen (26) einen radial vorstehenden Flanschabschnitt (30) aufweist, mit den Schritten: – Zuführen des Bolzens (26) in eine Halteeinrichtung (60) des Fügekopfes (14), bis der Flanschabschnitt (30) vor einem aus gleich langen Spann armen (46) gebildeten Einspannabschnitt (44) der Halteeinrichtung (60) angeordnet ist und eine Sicherungsposition erreicht; und – Sichern des Bolzens (26) in der Sicherungsposition, indem eine aus radial nach innen gerichteten Sicherungsnasen (62) der Spannarme (46) gebildete Sicherungseinrichtung den Flanschabschnitt (30) hintergreift.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Bolzen (26) in der Sicherungsposition von einer Schaftspanneinrichtung (50) ergriffen und zentriert wird, bevor die Schaftspanneinrichtung (50) in den Einspannabschnitt (44) eingeführt wird, um den Bolzen (26) in eine Bereitstellungsposition zu versetzen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in der Bereitstellungsposition die Sicherungsnasen (62) der Spannarme (46) in einer an dem Schaftaufnahmeabschnitt (54) radial außen ausgebildeten Nut (68) angeordnet sind.
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