DE102018002613A1

DE102018002613A1 - Befestigungsanordnung, Handhabungsvorrichtung mit der Befestigungsanordnung und Auflagevorrichtung mit der Handhabungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018002613A1
Application number: DE102018002613.3A
Authority: DE
Inventors: Geronimo Mähn
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Befestigungsanordnung 1 zur Befestigung einer Welle 13 in einer Nabe 14 eines Maschinenbauteils 11, wobei die Befestigungsanordnung 1 eine Spannmutter 2 umfasst, wobei die Befestigung der Welle 13 in der Nabe 14 über eine Kreiskeil-Verbindung zwischen der Spannmutter 2 und der Nabe 14 erfolgt.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung einer Welle in einer Nabe eines Maschinenbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Handhabungsvorrichtung mit der Befestigungsanordnung zur Handhabung von Karosseriebauteilen innerhalb einer Fertigungsstraße mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und eine Auflagevorrichtung zur Auflage der Karosseriebauteile mit der Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 15.
Hintergrund:
Die gegenseitige Befestigung einer Welle und einer Nabe über eine Kreiskeil-Verbindung ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 42 09 133 C2 eine Welle-Nabe-Verbindung, bei welcher auf der Umfangsfläche der Welle eine Mehrzahl keilförmiger Erhebungen und auf der Innenfläche der Nabe die gleiche Anzahl entsprechender keilförmiger Ausnehmungen angeordnet ist. Die Steigung der Keilflächen folgt im Wesentlichen dem Verlauf einer logarithmischen Spirale.
Eine Greifvorrichtung zum Greifen von Karosseriebauteilen mittels eines Roboterarmes ist zum Beispiel in der Druckschrift DE 20 221 729 U1 offenbart. Die Greifvorrichtung umfasst einen Träger mit wenigstens einem Sauggreifer, der einen elastischen, auf den zu greifenden Gegenstand aufsetzbaren und mit Unterdruck beaufschlagbaren tassenartigen Saugkörper aufweist.
Beschreibung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktional verbesserte Befestigungsanordnung zur Befestigung einer Welle in einer Nabe eines Maschinenbauteils bereitzustellen, die insbesondere in einer zu montierenden Handhabungsvorrichtung zur Handhabung von Karosseriebauteilen innerhalb einer Fertigungsstraße Anwendung finden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Handhabungsvorrichtung mit der Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und durch eine Auflagevorrichtung mit der Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
Es wird eine Befestigungsanordnung vorgeschlagen, die zur Befestigung einer Welle in einer Nabe eines Maschinenbauteils ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Nabe als eine z.B. kreisrunde Aufnahmeschale des Maschinenbauteils ausgebildet. Beispielsweise ist das Maschinenbauteil eine Halteeinrichtung für einen mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Saugnapf, der mit der Welle form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Insbesondere können mit dem mit dem Unterdruck beaufschlagten Saugnapf Karosseriebauteile innerhalb einer Fertigungsstraße aufgenommen, gehalten und/oder getragen werden. Die Welle und die Nabe des Maschinenbauteils können aber auch als andere Bauteile anderer Anwendungs- und/oder Fertigungsbereiche ausgebildet sein.
Die Befestigungsanordnung umfasst eine Spannmutter. Die Befestigung der Welle in der Nabe erfolgt zwischen der Spannmutter und der Nabe über eine Kreiskeil-Verbindung. Die Kreiskeil-Verbindung ist so ausgebildet, dass die Welle ausschließlich formschlüssig in der Nabe fixierbar und/oder fixiert ist. Vorzugsweise ist die Welle durch den Formschluss in einer axialen Richtung und optional ergänzend gegen eine Rotation fixierbar und/oder fixiert.
Herkömmliche Kreiskeil-Verbindungen gehören üblicherweise zu den vorgespanntformschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen, bei denen durch ein relatives Verdrehen ein Reib- und/oder Kraftschluss zwischen der Welle und der Nabe entsteht. Dadurch können sowohl axiale Kräfte als auch Drehmomente übertragen werden. Oftmals ist die Verbindung durch eine geringe Steigung der Kreiskeile selbsthemmend und kann sich dadurch nicht selbstständig lösen. Ausgehend davon, dass das Maschinenbauteil, insbesondere die Halteeinrichtung, und die Spannmutter bevorzugt aus einem Kunststoff gebildet sind, soll durch die vorliegende Befestigungsanordnung eine rein formschlüssige Verbindung erzeugt werden, sodass eine Spannungsrelaxation und ein Kriechen des Kunststoffs, wie es bei kraftschlüssigen Verbindungen oftmals der Fall ist, vermieden werden kann.
In einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist die Spannmutter ein Kopfstück und ein zum Beispiel davon abragendes radial außenliegendes Kreiskeilprofil auf. Vorzugsweise weist die Aufnahmeschale ein innenliegendes Kreiskeilprofil auf, das komplementär zu dem außenliegenden Kreiskeilprofil der Spannmutter ausgebildet ist. Insbesondere weist die Welle eine Außenumfangsfläche auf, wobei das innenliegende Kreiskeilprofil radial zu der Welle und deren Außenumfangsfläche angeordnet ist. Im Speziellen ist die Welle im Zentrum der Aufnahmeschale angeordnet und/oder die Welle ragt durch diese hindurch.
Beispielsweise weist jedes der Kreiskeilprofile die Form einer archimedischen Spirale auf, deren Windungsabstand konstant ist und der Radius proportional zum Drehwinkel wächst. einer jeden Umdrehung um den gleichen Wert zunimmt. Insbesondere ist das außenliegende Kreiskeilprofil in das innenliegende Kreiskeilprofil einsetzbar und darin verdrehbar. Optional weisen das innenliegende und das außenliegende Kreiskeilprofil ein geringes Spiel zueinander auf und/oder sind in einer Spielpassung ineinander ersetzbar. Dadurch können das Einsetzen der Spannmutter und die Befestigung der Welle in der Nabe mit geringem Kraftaufwand erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Kreiskeilprofil aus drei Kreiskeilen mit einem Winkelabstand von maximal 120° gebildet. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass auch mehr als drei Kreiskeile vorgesehen sind und diese mit einem entsprechenden Winkelabstand von weniger als 120° angeordnet sind. Vorzugsweise ist der maximale Hub und somit eine Endstellung bei dem Verdrehen der Spannmutter durch den Windungsabstand der Spiralen, der gewählten Anzahl der Kreiskeile sowie dem Spiel zwischen den innenliegenden und außenliegenden Kreiskeilen und dem Abstand zwischen einer Innenumfangsfläche der Spannmutter und einer Außenumfangsfläche der Welle definiert. Zur Erzielung eines maximalen Umschlingungswinkels und einer einfachen Bedienbarkeit der Befestigungsvorrichtung werden im Rahmen der Erfindung optional je drei Kreiskeile und ein maximaler Verdrehwinkel der Spannmutter, insbesondere des außenliegenden Kreiskeilprofils in dem innenliegenden Kreiskeilprofil, von 60° vorgeschlagen.
Vorzugsweise ist zwischen je zwei Kreiskeilen des innenliegenden Kreiskeilprofils ein Übergang angeordnet, der durch einen Absatz gebildet ist. Insbesondere ist der Absatz gleichgerichtet und/oder parallel zu einer durch das Zentrum verlaufenden gedachten Geraden angeordnet. Der Absatz wird im Folgenden als Rückseite der Kreiskeile bezeichnet. Optional weist jeder der Kreiskeile des außenliegenden Kreiskeilprofils eine äußere Keilfläche auf und jeder der Kreiskeile des innenliegenden Kreiskeilprofils eine innere Keilfläche. Bei und/oder nach einem Ineinanderfügen der innenliegenden und außenliegenden Kreiskeilprofile liegen die inneren und äußeren Keilflächen aneinander an und sind relativ zueinander verdrehbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Kreiskeil des außenliegenden Kreiskeilprofils der Spannmutter in mehrere, zum Beispiel in vier Spannelemente unterteilt. Beispielsweise sind alle Spannelemente als keilförmige Blöcke oder als keilförmige Backen ausgebildet. Beispielweise weisen die Spannelemente als Blöcke oder Backen die äußeren Keilflächen auf, die mit den inneren Keilflächen der innenliegenden Kreiskeilprofile der Nabe zusammenwirken. Optional weisen die Spannelemente als Blöcke oder Backen Innenseiten auf, die den äußeren Keilflächen gegenüberliegend angeordnet sind. Insbesondere bilden die Innenseiten gemeinsam eine Innenumfangsfläche der Spannmutter. Insbesondere weisen die Spannelemente als Blöcke oder Backen zwei gegenüberliegende Seitenflächen auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich die Spannelemente, die in einem gemeinsamen Kreiskeil angeordnet sind, in ihrer Größe und/oder in ihrem Volumen voneinander unterscheiden. Vorzugsweise nimmt/nehmen die Größe und/oder das Volumen der Spannelemente eines gemeinsamen Kreiskeils stetig oder proportional ab. Insbesondere sind die Spannelemente der Größe nach sortiert nacheinander angeordnet. Insbesondere ist zuerst ein größtes Spannelement, danach ein zweitgrößtes Spannelement, darauf folgend ein zweitkleinstes Spannelement und zum Schluss ein kleinstes Spannelement in einem außenliegenden Kreiskeil angeordnet.
Beispielsweise ist die Seitenfläche des größten Spannelements in ihrer Höhe so bemessen ist, dass sie an der Rückseite der Kreiskeile des innenliegenden Kreiskeilprofils anlegen kann und die Rückseite vollflächig oder zum Großteil durch die Seitenfläche bedeckt ist. Vorzugsweise weisen die anderen Spannelemente des gemeinsamen Kreiskeils Seitenflächen auf, deren Höhen stetig oder proportional abnehmen. Insbesondere weisen die Seitenflächen des kleinsten Spannelements und des zweitkleinsten Spannelements mindestens eine Höhe auf, die so bemessen ist, dass sie die Rückseite der Kreiskeile des innenliegenden Kreiskeilprofils teilweise, insbesondere zumindest mit einer Kante der jeweiligen Seitenfläche, berührt. Im Speziellen liegen das kleinste und das zweitkleinste Spannelement in mindestens zwei unterschiedlichen Verdrehstellungen der Spannmutter teilweise, insbesondere mit der Kante der jeweiligen Seitenfläche, an der Rückseite an. Dabei ist es bevorzugt, dass eine Anlagefläche der Seitenfläche des zweitkleinsten Spannelements an der Rückseite größer ist als eine Anlagefläche der Seitenfläche des kleinsten Spannelements.
In einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Erfindung sind die Spannelemente durch Schlitze voneinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise sind die Spannelemente so nacheinander angeordnet, dass ihre Seitenflächen die Schlitze begrenzen und/oder aufeinander zu gerichtet sind. Besonders bevorzugt ist, dass jeder Schlitz zwischen zwei Spannelementen eine Breite aufweist, die es erlaubt, dass die Spannelemente bei einem maximalen Verdrehwinkel und/oder Hub der Spannmutter zueinander kontaktlos angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist, dass die Spannelemente elastisch, insbesondere an dem Kopfstück der Spannmutter, gelagert sind. Beispielsweise sind die Spannelemente über mindestens einen Steg, bevorzugt über zwei Stege, gelagert und/oder mit dem Kopfstück verbunden. Insbesondere sind die zwei Stege in einem möglichst großen Abstand zueinander angeordnet, sodass ein Biegeverhalten verbessert wird und ein Widerstandsmoments vergrößert werden kann. Durch die elastische Lagerung der Spannelemente erfährt die Spannmutter eine rein elastische Verformung, wenn sie verdreht wird. Insbesondere kann dadurch eine Stauchung der Spannmutter vermieden werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Spannelemente bei und/oder durch das Verdrehen der Spannmutter, insbesondere bei dem Eindrehen des außenliegenden Kreiskeilprofils in das innenliegende Kreiskeilprofil, zunehmend in Richtung der Außenumfangsfläche der Welle gedrückt werden, insbesondere bis die Spannelemente mit ihren Innenseiten an der Außenumfangsfläche anliegen und/oder angepresst sind. Dadurch ist/wird der Formschluss zwischen der Spannmutter und der Welle und insbesondere auch zwischen der Welle und der Nabe erzeugt. Im Speziellen ist/wird keine reib- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Spannmutter und der Welle gebildet/erzeugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Innenumfangsfläche der Spannmutter, insbesondere die Innenseiten der Spannelemente, und die Außenumfangsfläche der Welle eine komplementäre Form auf. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine formschlussbegünstigende Struktur. Insbesondere ist die Struktur durch ein wellenartiges, z.B. achsensymmetrisches Profil gebildet. Beispielsweise kann es sich bei der formschlussbegünstigenden Struktur um ein modifiziertes Rundgewinde mit der Steigung Null handeln. Alternativ kann die formschlussbegünstigende Struktur aber auch durch Rändelungen, insbesondere Kreuzrändelungen, gebildet sein. Insbesondere für den Fall, dass die Spannmutter und das Maschinenbauteil, insbesondere als die Halteeinrichtung, durch eine generative Schichtbautechnologie, zum Beispiel durch Lasersintern, hergestellt sind, sind abgerundete Konturen zu bevorzugen, da dadurch geringere Kerbspannungen in dem Material der Spannmutter und des Maschinenbauteils, auftreten.
Vorzugsweise ergeben sich bei insgesamt vier Spannelementen je Kreiskeil des außenliegenden Kreiskeilprofils eine Nullstellung, eine erste Verdrehstellung und eine zweite Verdrehstellung der Spannmutter, um die Welle an der Nabe formschlüssig zu befestigen. Bevorzugt liegt die Seitenfläche des jeweils größten Spannelements eines Kreiskeils des außenliegenden Kreiskeilprofils in der Nullstellung der Spannmutter an der Rückseite des jeweiligen Kreiskeils des innenliegenden Kreiskeilprofils an und bedeckt diese vollständig oder zum Großteil. Insbesondere ist das außenliegende Kreiskeilprofil der Spannmutter in der Nullstellung in das innenliegende Kreiskeilprofil der Welle ohne Kraftaufwand oder mit nur geringem Kraftaufwand einfügbar und wieder aus diesem entnehmbar. Somit dient die Nullstellung bevorzugt zur Montage und Wartung der durch die Befestigungsvorrichtung miteinander verbundenen Welle und Nabe.
In einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung entfernt sich die Seitenfläche des größten Spannelements mit zunehmender Verdrehung der Spannmutter von der Rückseite. Insbesondere werden die Spannelemente mit weiterer Verdrehung zunehmend belastet, indem sie mit ihren Innenflächen immer mehr in Richtung und/oder gegen die Außenumfangsfläche der Welle gedrückt werden. Optional ergänzend wird die Spannmutter, insbesondere das außenliegende Kreiskeilprofil, bei und/oder nach dem Verdrehen in dem innenliegenden Kreiskeilprofil selbstzentriert.
Bevorzugt bei Erreichen eines Verdrehwinkels, bei dem das kleinste Spannelement eines gemeinsamen Kreiskeils des außenliegenden Kreiskeilprofils die Rückseite des jeweiligen darauffolgenden Kreiskeils des innenliegenden Kreiskeilprofils passiert, insbesondere bei einer Verdrehung von 30 Grad oder annähernd 30 Grad, nimmt die Spannmutter die erste Verdrehstellung ein. Vorzugsweise ist zumindest das kleinste Spannelement, insbesondere nach dem Passieren der Rückseite, entlastet, was bedeutet, dass es nicht mehr mit seiner Innenfläche in Richtung der Außenumfangsfläche der Welle gedrückt wird. Ergänzend liegt das kleinste Spannelement in der ersten Verdrehstellung mit der Kante der Seitenfläche an der passierten Rückseite an. Dadurch wird ein Zurückdrehen der Spannmutter durch den durch die Rückseite und die Seitenfläche gebildeten Formschluss bei geringem Kraftaufwand verhindert. Insbesondere kann dadurch eine ungewollte Demontage oder ein ungewolltes Lösen der Spannmutter während des Betriebs des Maschinenbauteils vermieden werden. Um dennoch bewusst ein Zurückdrehen zu ermöglichen, weist das Spannelement an der Kante der Seitenfläche, die an der Rückseite anliegt oder anliegen kann, einen Radius auf, über den das kleinste Spannelement bei erhöhter Kraftaufbringung in die ursprüngliche Bahn des vorhergehenden Kreiskeils des innenliegenden Kreiskeilprofils zurückgedreht werden kann. Insbesondere ist der Radius ausreichend groß gewählt, sodass sich die Spannmutter im Betrieb des Maschinenbauteils, insbesondere der Halteeinrichtung, nicht selbstständig lösen kann und sodass sie sich bei Aufbringen eines größeren Drehmoments, insbesondere durch Handbetätigung, dennoch zurückdrehen und lösen lässt.
Besonders bevorzugt ist, dass, die Spannmutter die zweite Verdrehstellung einnimmt, wenn das zweitkleinste Spannelement eines Kreiskeils des außenliegenden Kreiskeilprofils die Rückseite des darauffolgenden Kreiskeils des innenliegenden Kreiskeilprofils passiert bzw. passiert hat. Dies ist insbesondere bei einem Verdrehwinkel von 60 Grad oder annähernd 60 Grad der Fall. Vorzugsweise ist das zweitkleinste Spannelement in der zweiten Verdrehstellung entlastet. Insbesondere liegt es in der zweiten Verdrehstellung mit der Kante seiner Seitenfläche an der Rückseite an. Dies ist insbesondere unmittelbar vor Erreichen des maximalen Endanschlags des außenliegenden Kreiskeilprofils im innenliegenden Kreiskeilprofil der Fall. Dadurch ist die Spannmutter insbesondere in der zweiten Verdrehstellung gegen ein ungewolltes Zurückdrehen und/oder Lösen durch einen Werker oder durch im Betrieb des Maschinenbauteils auftretende Belastungen gesichert. Zusammenfassend verhindert zumindest eines der Spannelemente, insbesondere das kleinste und zweitkleinste Spannelement eines gemeinsamen Kreiskeils des außenliegenden Kreiskeilprofis, in mindestens einer Verdrehstellung, im Speziellen in der ersten und zweiten Verdrehstellung der Spannmutter, ein Zurückdrehen der Spannmutter durch Formschluss mit dem innenliegenden Kreiskeilprofil.
Um doch ein bewusstes händisches Zurückdrehen zu ermöglichen, kann an der Kante der Seitenfläche des zweitkleinsten Spannelements ein Radius vorgesehen sein, der insbesondere größer ist als der Radius an der Kante der Seitenfläche des kleinsten Spannelements. Dies ist deshalb notwendig, da unmittelbar vor dem Erreichen der Rückseite durch das zweitkleinste Spannelement in der zweiten Verdrehstellung eine größere Verformung als beim kleinsten Spannelement in der ersten Verdrehstellung erfolgt und ein Drehmoment zum Zurückdrehen dadurch noch vergrößert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Innenflächen des größten und zweitgrößten Spannelements jedes Kreiskeils in der zweiten Verdrehstellung der Spannmutter gegen die Außenumfangsfläche der Welle gedrückt oder gepresst. Vorzugsweise ist die Welle dadurch in der zweiten Verdrehstellung der Spannmutter vollständig formschlüssig an der Nabe fixiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zur Feststellung, welche Verdrehstellung der Spannmutter vorliegt, neben einem haptischen Feedback auch eine Geometrie, insbesondere zur visuellen Qualitätssicherung vorgesehen sein. Alternativ oder optional ergänzend kann/können auf der Spannmutter und/oder auf der Welle eine Symbolik aufgebracht sein, die dem Werker intuitiv die Verdrehstellung und deren Funktion verdeutlichen kann.
Eine bevorzugte konstruktive Umsetzung der Erfindung sieht vor, dass die Außenumfangsfläche der Welle eine Rastschnittstelle und die Spannmutter eine Rastgegenschnittstelle aufweist. Beispielsweise bilden die Rastschnittstelle und die Rastgegenschnittstelle eine sogenannnte Nut-Feder-Verbindung, wobei die Außenumfangsfläche bevorzugt die Nut aufweist und an der Spannmutter die Feder vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Spannmutter dadurch bei und/oder nach dem Verdrehen gegen eine axiale Bewegung gesichert und/oder sie ist verliersicher angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Saugnapf einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einem Aufnahmeabschnitt der Welle auf. Insbesondere ist der Verbindungsabschnitt in dem Aufnahmeabschnitt anordbar und/oder er kann darin aufgenommen werden und darin form- und/oder kraftschlüssig befestigt werden. Der Verbindungsabschnitt ist z.B. mit einem Außengewinde versehen und der Aufnahmeabschnitt mit einem Innengewinde, sodass der Saugnapf in die Welle einschraubbar ist. Vorzugsweise ist der Saugnapf aus einem elastischen Material wie z.B. aus einem Elastomer oder aus Gummi gebildet. Beispielsweise ist der Saugnapf behälterförmig ausgebildet und mit Unterdruck beaufschlagbar. Insbesondere ist der Saugnapf mit seiner Öffnung voraus auf ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs aufsetzbar und durch den Unterdruck daran befestigbar. Im Speziellen ist der Saugnapf dadurch zur Aufnahme, zum Anheben, zum Transport und/oder zur Positionierung des Karosseriebauteils ausgebildet.
Eine weitere besonders bevorzugte Umsetzung der Erfindung sieht vor, dass das Maschinenbauteil eine Halteeinrichtung für den an der Welle befestigten Saugnapf ist. Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung zum Halten der Welle und des Saugnapfes ausgebildet.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Handhabungsvorrichtung mit der Befestigungsanordnung nach Anspruch 11 und/oder der bisherigen Beschreibung. Die Handhabungsvorrichtung ist zur Handhabung von Karosseriebauteilen innerhalb einer Fertigungsstraße ausgebildet. Sie umfasst die Befestigungsanordnung, die Halteeinrichtung mit der Nabe, die Welle und den Saugnapf. Insbesondere ist die Welle mit dem daran befestigten Saugnapf über die Befestigungsanordnung in der Nabe ausschließlich formschlüssig fixiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist/sind die Halteeinrichtung und/oder die Spannmutter aus einem Kunststoff, zum Beispiel aus einem Polymer, insbesondere aus einem Thermoplasten wie zum Beispiel Polyamid als Grundmaterialien gebildet. Grundsätzlich ist auch ein metallischer Werkstoff, z.B. Leichtmetalle, Edel- und Werkzeugstähle zur Bildung der Spannmutter und/oder der Halteeinrichtung denkbar. Besonders bevorzugt ist, dass die Halteeinrichtung und/oder die Spannmutter durch ein additives Fertigungsverfahren, z.B. durch selektives Lasersintern (SLS) bei dem Einsatz von Kunststoff als Grundmaterial, oder Laserstrahlschmelzen und/oder Elektronenstrahlschmelzen bei dem Einsatz des metallischen Werkstoffs als Grundmaterial, hergestellt sind. Auch andere geeignete Verfahren, wie z.B. beim Einsatz des metallischen Werkstoffs Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) und/oder Laser Beam Melting (LBM) sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Bevorzugt ist, dass die Halteeinrichtung Öffnungen oder Poren zur Entfernung von bei und/oder durch das additive Fertigungsverfahren eingeschlossenem Grundmaterial, insbesondere Kunststoffmaterial oder metallischen Werkstoff, aufweist. Bevorzugt ist weiterhin, dass die Halteeinrichtung eine Strömungsschnittstelle aufweist, über die der an der Halteeinrichtung befestigte Saugnapf an der Welle mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Beispielsweise ist die Strömungsschnittstelle als ein Gewinde ausgebildet, an dem eine Pumpe zur Erzeugung des Unterdrucks anzuschließen ist. Optional ergänzend weist die Halteeinrichtung einen einschiebbaren und ausziehbaren Faltenbalg zur flexiblen Höhenverstellung des Saugnapfes auf. Beispielsweise trägt der Faltenbalg die Aufnahmeschnittstelle, sodass diese in der Höhe verstellt werden kann. Vorzugsweise umfasst die Halteeinrichtung auch Anschläge für das Einschieben und Ausziehen des Faltenbalgs, sodass eine maximale Höhenverstellung des Saugnapfes definiert ist. Möglich ist auch, dass im Bereich des Faltenbalgs und/oder die Anschläge eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, um ein Materialversagen durch ein ungewolltes Verdrehen der Halteeinrichtung im Betrieb oder bei der Montage zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Strömungsschnittstelle, der Faltenbalg, der Anschlag und/oder die Verdrehsicherung ein integraler Bestandteil der Halteeinrichtung, insbesondere sind sie in dem additiven Fertigungsverfahren oder dem anderen möglichen Fertigungsverfahren an die Halteeinrichtung angeformt und einstückig und/oder einmaterialig mit dieser verbunden.
Besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist, dass die Handhabungsvorrichtung in einer robotergeführten Auflagevorrichtung zur Auflage der Karosseriebauteile integrierbar ist. Vorzugsweise kann die Halteeinrichtung hierzu einen Bestandteil der Auflagevorrichtung bilden. Insbesondere ist die Halteeinrichtung stoffschlüssig mit der Auflagevorrichtung verbindbar.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Auflagevorrichtung zur Auflage und Handhabung von Karosseriebauteilen mit der Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14 und/oder der bisherigen Beschreibung. Beispielsweise ist die Auflagevorrichtung als ein z.B. keilförmiges Bauteil mit einer Auflagefläche für die Karosseriebauteile ausgebildet. Zur Integration der Handhabungsvorrichtung in die Auflagevorrichtung ist die Halteeinrichtung in der Auflagevorrichtung bevorzugt stoffschlüssig integriert. Insbesondere bildet die Halteeinrichtung einen integralen Bestandteil der Auflagevorrichtung. Im Speziellen sind die Halteeinrichtung und die Auflagevorrichtung in einem gemeinsamen Fertigungsschritt, insbesondere in dem additiven oder anderen möglichen Fertigungsverfahren, aus demselben Material, z.B. aus dem Kunststoff oder aus dem metallischen Werkstoff, gefertigt. Somit sind die Halteeinrichtung und die Auflagevorrichtung bevorzugt einstückig und/oder einmaterialig miteinander verbunden. Die Integralbauweise hat insbesondere zur positiven Folge, dass Montagezeiten durch fehlende Schnittstellen deutlich reduziert werden können.
Vorzugsweise weist das die Auflagevorrichtung bildende Bauteil die kreisrunde Aufnahme auf, in der die Nabe mit dem innenliegenden Kreiskeilprofil der Befestigungsanordnung angeordnet und/oder eingebracht ist und in deren Zentrum die Aufnahmeschnittstelle für die Welle und den an der Welle befestigten Saugnapf angeordnet ist. Über die komplementären Kreiskeilprofile der Spannmutter und der Aufnahme kann die Welle durch Verdrehen der Spannmutter einfach, schnell und bediensicher, insbesondere werkzeugfrei, mit der Halteeinrichtung verbunden werden. Dies hat insbesondere zur positiven Folge, dass Montagezeiten durch fehlende Schnittstellen bei herkömmlichen separaten Handhabungsvorrichtungen deutlich reduziert werden können.
Vorzugsweise ragt der Saugkörper des Saugnapfes in einem so fixierten Zustand von der Auflagefläche der Auflagevorrichtung vor oder er schließt mit dieser bündig ab. Insbesondere kann bei einer Beaufschlagung des Saufnapfes mit Unterdruck immer eines der Karosseriebauteile durch den Saugnapf aufgenommen und gehalten werden, wobei es zugleich auf der Auflagefläche aufliegt und/oder von dieser gestützt wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass der Saugnapf immer optimal zur Auflagefläche und zum auf der Auflagefläche aufliegenden Karosseriebauteil ausgerichtet ist. Eine zeit- und kostenintensive Einrichtung und ein Einstellen der Saugnäpfe, wie es bei herkömmlichen Handhabungsvorrichtungen, die üblicherweise separat zu den Auflagevorrichtungen angeordnet sind, der Fall ist, entfällt in vorteilhafter Weise.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass durch die Integration der Handhabungsvorrichtung in die Auflagevorrichtung ein Gesamtgewicht reduziert und eine Anzahl an Bauteilen deutlich reduziert werden kann. Dadurch können in vorteilhafter Weise Verwaltungs-, Logistik- und Lagerhaltungskosten verringert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

1a eine Draufsicht auf eine Auflagevorrichtung zur Auflage von Karosseriebauteilen mit einer integrierten Handhabungsvorrichtung;
1b eine Schnittansicht der Auflagevorrichtung aus 1 entlang der Schnittlinie A-A;
2 mehrere der Auflagevorrichtungen aus den 1a und 1b, wobei die Auflagevorrichtungen an einem Roboterarm angeordnet sind;
3 eine Spannmutter in einer perspektivischen Draufsicht von der Seite als ein Bestandteil einer Befestigungsanordnung;
4 eine Halteeinrichtung der Handhabungseinrichtung aus 1b mit einer Welle und einer Aufnahmeschale, die ein innenliegendes Kreiskeilprofil einer Befestigungsanordnung aufweist, in einer perspektivischen Draufsicht von oben;
5a eine Schnittansicht der in der Aufnahmeschale aus 4 in einer Nullstellung angeordneten Spannmutter, wobei die Spannmutter ein außenliegendes Kreiskeilprofil aufweist;
5b ein Ausschnitt aus der Schnittansicht aus 5a, wobei ein größtes Spannelement des außenliegenden Kreiskeilprofils in der Nullstellung der Spannmutter gezeigt ist;
6 die Schnittansicht aus 5a, wobei die Spannmutter in der Aufnahmeschale eine erste Verdrehstellung einnimmt;
7a die Schnittansicht aus den 5a und 6, wobei die Spannmutter in der Aufnahmeschale eine zweite Verdrehstellung einnimmt;
7b ein Ausschnitt aus der Schnittansicht der 7a, wobei das größte Spannelement in der zweiten Verdrehstellung der Spannmutter gezeigt ist und an die Welle gepresst ist.

Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1a zeigt eine Draufsicht auf eine Auflagevorrichtung 30. Die Auflagevorrichtung 30 ist zur Handhabung von Karosseriebauteilen 31 (siehe 2) innerhalb einer Fertigungsstraße zur Fertigung von Fahrzeugen, insbesondere von PKWs, ausgebildet.
In 1b ist die Auflagevorrichtung 30 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A gezeigt. Die Auflagevorrichtung 30 ist als ein kegel- oder kegelstumpfförmiges Bauteil ausgebildet. Sie weist eine Auflagefläche 32 zur Auflage eines der Karosseriebauteile 31 auf. Das Karosseriebauteil 31 ist, wie in 2 gezeigt, zumindest abschnittsweise auf die Auflagefläche 32 auflegbar, sodass es durch die Auflagefläche 32 beim Handling in der Fertigungsstraße gestützt ist/wird.
Die Auflagevorrichtung 30 umfasst eine Handhabungvorrichtung 10, die zur Handhabung der Karosseriebauteile 31 ausgebildet ist. Die Handhabungsvorrichtung 10 umfasst eine Halteeinrichtung 11, einen mit einer Welle 13 verbundenen Saugnapf 12 und eine Befestigungsanordnung 1, über die die Welle 13 in einer Nabe 14 der Halteeinrichtung 11 befestigt ist.
Die Handhabungsvorrichtung 10 ist in der Auflagevorrichtung 30 integriert. Insbesondere bildet die Halteeinrichtung 11 hierzu einen integralen Bestandteil der Auflagevorrichtung 30. Die Halteeinrichtung 11 und die Auflagevorrichtung 30 sind aus demselben Grundmaterial in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt. Somit sind die Auflagevorrichtung 30 und die Halteinrichtung 11 einmaterialig und/oder einstückig miteinander verbunden. Als Grundmaterial wurden Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste, z.B. Polyamid, Duroplaste oder metallische Werkstoffe wie zum Beispiel Leichtmetalle, Edel- und Werkzeugstelle verwendet.
Die Auflagevorrichtung 30 und die Halteeinrichtung 11 sind gemeinsam in einem additiven Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel durch selektives Lasersintern bei einer Verwendung von Kunststoffen oder durch Laserstrahlschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen bei einer Verwendung von metallischen Werkstoffen als Grundmaterial, hergestellt. Möglich sind auch andere additive Fertigungsverfahren wie Fused Deposition Modeling, Polyjet-Druckverfahren, Stereolithografie-Verfahren beim Einsatz der Kunststoffe oder Selective Laser Melting, Electron Beam Melting, Direct Metal Laser Sintering und/oder Laser Beam Melting bei den metallischen Werkstoffen. Auch herkömmliche Fertigungsverfahren zur Herstellung der Auflagevorrichtung 30 und der Halteeinrichtung 11, wie zum Beispiel Spritzgussverfahren oder andere geeignete formgebende Verfahren, sind in einem alternativen Ausführungsbeispiel möglich.
Die Halteeinrichtung 11 weist die Nabe 14 auf, die als eine kreisrunde Aufnahmeschale 14 ausgebildet ist. Die Welle 13 ist in einem Zentrum der Aufnahmeschale 14 angeordnet und/oder verläuft durch dieses. Über die Befestigungsanordnung 1 ist die Welle 13 in der Aufnahmeschale 14 als Nabe 14 ausschließlich formschlüssig fixierbar. An einem ersten Ende der Welle 13, das aus der Aufnahmeschale 14 herausragt, weist die Welle 13 einen Aufnahmeabschnitt 15 zur Aufnahme des Saugnapfes 12 auf.
Der Saugnapf 12 ist behälterförmig ausgebildet und aus einem elastischen Material, z.B. einem Elastomer oder aus Gummi, gebildet. Er umfasst einen Saugkörper 16 und einen Verbindungsabschnitt 17. Der Verbindungsabschnitt 17 des Saugnapfes 12 ist in dem Aufnahmeabschnitt 15 der Welle 13 angeordnet und form- und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraubverbindung, in diesem befestigt. Der Saugnapf 12 ist, wie in 2 gezeigt, mit dem Saugkörper 16 voran auf das Karosseriebauteil 31 aufsetzbar und mit Unterdruck beaufschlagbar. Dadurch kann das Karosseriebauteil 31 über den Saugnapf 12 aufgenommen, gehalten, transportiert und/oder positioniert werden.
Die Halteeinrichtung 11 weist einen Faltenbalg 18 auf, über den der in dem Aufnahmeabschnitt 15 der Welle 13 fixierte Saugnapf 12 höhenverstellbar ist. Der Faltenbalg 18 erstreckt sich axial und ist abschnittsweise innerhalb der Welle 13 angeordnet und mit dieser verbunden. Die Welle 13 ist ausfahrbar und wieder einfahrbar, wodurch der Saugnapf 12 in der Höhe verstellt werden kann. Ein oberer Anschlag 19a und ein unterer Anschlag 19b sind in der Halteeinrichtung 11 vorgesehen, um die Höhenverstellung zu begrenzen. Diese sind durch zwei korrespondierende Vorsprünge in der Aufnahmeschale 14 realisiert.
Die Halteeinrichtung 11 und/oder die Auflagevorrichtung 30 umfasst/umfassen eine Strömungsschnittstelle 35 zum Anschluss einer Pumpe. Durch die Pumpe kann der Unterdruck zur Beaufschlagung des Saugnapfes 12 mit dem Unterdruck erzeugt werden. Die Strömungsschnittstelle 35 ist z.B. als ein Schraubgewinde ausgebildet.
2 zeigt mehrere der Auflagevorrichtungen 30 mit jeweils einer integrierten Handhabungsvorrichtung 10, wie sie in den 1a und 1b dargestellt sind. Die Auflagevorrichtungen 30 sind an einem Roboterarm 33 angeordnet und durch diesen in mehreren Freiheitsgraden bewegbar. Dadurch kann das auf die Auflagevorrichtungen 30 aufgelegte und durch die integrierten Handhabungsvorrichtungen 10 aufgenommene Karosseriebauteil 31 gehalten, transportiert und/oder an einer bereitgestellten Fahrzeugkarosserie zur Montage positioniert werden.
Die Befestigungsanordnung 1 umfasst gemäß 1b eine Spannmutter 2, die zur Fixierung einer Welle in einer Nabe ausgebildet ist. Insbesondere ist die Befestigungsanordnung 1 zur Fixierung der Welle 13, an der der Saugnapf 12 befestigt ist, in der Aufnahmeschale 14 der Halteeinrichtung 11 ausgebildet. Über die Spannmutter 2 ist die Welle 13 in der Aufnahmeschale 14 ausschließlich formschlüssig fixierbar und/oder fixiert. Die Befestigung der Welle 13 in der Aufnahmeschale 14 erfolgt über eine Kreiskeil-Verbindung zwischen der Spannmutter 2 und der Aufnahmeschale 14. Die Spannmutter 2 ist hierfür in die Aufnahmeschale 14 passgenau einsetzbar und darin verdrehbar.
Die Spannmutter 2 ist, wie die Auflagevorrichtung 30 und die Halteeinrichtung 11 aus einem Kunststoff oder metallischen Grundstoff gebildet und in einem additiven Fertigungsverfahren, die in 1b bereits ausführlich beschrieben sind, gefertigt. Es ist vorgesehen, dass die Spannmutter 2 aus dem gleichen Grundmaterial gebildet ist, wie die Halteeinrichtung 11 und die Auflagevorrichtung 30.
Die Spannmutter 2 ist in 3 in einer perspektivischen Ansicht von der Seite dargestellt. Sie weist ein Kopfstück 3 und ein davon abragendes radial außenliegendes Kreiskeilprofil 4 auf. Die Aufnahmeschale 14, die in 4 in einer perspektivischen Ansicht von oben gezeigt ist, weist ein radial innenliegendes Kreiskeilprofil 5 auf, das komplementär zu dem außenliegenden Kreiskeilprofil 4 der Spannmutter 2 ausgebildet ist.
Das innenliegende und außenliegende Kreiskeilprofil 4, 5 weisen zueinander ein geringes Spiel auf, sodass die Spannmutter 2 in einer Spielpassung mit sehr geringem Kraftaufwand in die Aufnahmeschale 14 einsetzbar ist. Wenn die Spannmutter 2 in die Aufnahmeschale 14 eingesetzt ist (siehe 5a) liegt eine äußere Keilfläche 8 des außenliegenden Kreiskeilprofils 4 an einer inneren Keilfläche 22 des innenliegenden Kreiskeilprofils 5 an, die Keilflächen 8, 22 kontaktieren sich und sind durch eine Drehbewegung der Spannmutter 2 relativ zueinander verdrehbar.
Eine Innenumfangsfläche 20 der Spannmutter 2 ist zu einer Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 gerichtet. Wie aus 5b zu erkennen, weisen die Innenumfangsfläche 20 und die Außenumfangsfläche 21 komplementäre Strukturen 24 auf, die einen Formschluss zwischen der Spannmutter 2 und der Welle 13 begünstigen. Die Struktur 24 ist zum Beispiel als ein wellenartiges achsensymmetrisches Profil, insbesondere als ein modifiziertes Rundgewinde mit der Steigung Null ausgebildet. Abgerundete Strukturen sind gerade bei Bauteilen, die im additiven Fertigungsverfahren hergestellt sind, von Vorteil, da diese geringere Kerbspannungen im Material hervorrufen. Alternativ zu den abgerundeten Strukturen sind in einer alternativen Ausführungsform auch Rändelungen, insbesondere Kreuzrändelungen als formschlussbegünstigende Struktur 24 möglich. Diese ermöglichen dann zusätzlich zur axialen Sicherung der Welle eine Sicherung gegen Rotation.
Das außenliegende Kreiskeilprofil 4 und das innenliegende Kreiskeilprofil 5 weisen gemäß den 5a, 6 und 7a die Form einer archimedischen Spirale auf, deren Windungsabstand konstant ist und der Radius proportional zum Drehwinkel wächst. Jedes Kreiskeilprofil 4, 5 ist aus mehreren Kreiskeilen, zum Beispiel aus drei Kreiskeilen 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c, mit einem Winkelabstand von maximal 120 Grad und einem maximalen Verdrehwinkel der Spannmutter von 60 Grad bei drei Kreiskeilen gebildet. Wenn in einem alternativen Ausführungsbeispiel mehr als drei Kreiskeile pro Kreiskeilprofil 4, 5 vorgesehen sind, verringert sich der Winkelabstand und der Verdrehwinkel entsprechend.
Zwischen je zwei Kreiskeilen 5a, 5b, 5c des innenliegenden Kreiskeilprofils 5 ist ein Absatz gebildet. Insbesondere ist der Absatz gleichgerichtet und/oder parallel zu einer durch das Zentrum verlaufenden gedachten Geraden angeordnet. Der Absatz wird im Folgenden als Rückseite 28 der Kreiskeile 5a, 5b, 5c bezeichnet.
Wie aus den 3, 5a, 6 und 7a ersichtlich, ist jeder Kreiskeil 4a, 4b, 4c des außenliegenden Kreiskeilprofils 4 der Spannmutter 2 in mehrere, zum Beispiel vier, elastisch gelagerte Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d unterteilt. Die Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d sind als keilförmige Backen mit unterschiedlichen Größen ausgebildet, wobei die Größe der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d stetig und/oder konstant abnimmt, sodass ein größtes Spannelement 6a, ein zweitgrößtes Spannelement 6b, ein zweitkleinstes Spannelement 6c und ein kleinstes Spannelement 6d vorgesehen sind.
Die Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d sind der Größe nach geordnet nacheinander in dem jeweiligen äußeren Kreiskeil 4a 4b, 4c angeordnet. Zwischen jeweils zwei der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d sind Schlitze 7 angeordnet, sodass die Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d beabstandet aufeinander folgen.
Jedes der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d weist einen Abschnitt der äußeren Keilfläche 8 auf, sodass die Abschnitte gemeinsam die äußere Keilfläche 8 des außenliegenden Kreiskeilprofils 4 bilden. Gegenüberliegend zu den Abschnitten der äußeren Keilfläche 8 eines jeden Spannelements 6a, 6b, 6c, 6d sind Innenseiten 9 der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d angeordnet, die gemeinsam die Innenumfangsfläche 20 der Spannmutter 2 bilden. Wenn die Spannmutter 2, wie in 5a, gezeigt in die Aufnahmeschale 14 eingesetzt ist, sind die Innenumfangsfläche 20 und eine Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 aufeinander zu gerichtet und/oder kontaktieren sich in mindestens einer Verdrehstellung B, C der Spannmutter 2 gemäß den 6 und 7a.
Jedes der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d ist an dem Kopfstück 3 der Spannmutter 2 elastisch, zum Beispiel über mindestens einen Steg 25, bevorzugt über zwei biegbare Stege 25, gelagert. Ein Abstand zwischen den Stegen 25 ist hierbei möglichst groß gewählt, um ein Biegeerhalten und ein Widerstandsmoments bei einem Verbiegen der Stege 25 zu erhöhen. Dadurch können die Innenseiten 9 der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d bei einer Verdrehung der Spannmutter 2 in der Aufnahmeschale 14 und/oder bei einem Ineinandergreifen der Kreiskeilprofile 4, 5 in Richtung der Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 gedrückt werden. Insbesondere kann die Spannmutter 2, wie in den 6 und 7a gezeigt, so weit verdreht werden, bis die Spannelemente 6a, 6b eines gemeinsamen Kreiskeils 4a, 4b, 4c, mit der Innenseite 9 an der Außenumfangsfläche 21 anliegt, insbesondere gegen diese gepresst ist (siehe 7b).
Jedes der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d weist zwei Seitenflächen 23a, 23b auf. Die Seitenflächen 23a, 23b zweier Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d, die gemeinsam in einem Kreiskeil 4a, 4b, 4c des außen liegenden Kreiskeilprofils 4 angeordnet sind, sind aufeinander zu gerichtet, wobei sie durch die Schlitze 7 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Schlitze 7 sind so breit bemessen, dass sich zwei benachbarte Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d eines gemeinsamen Kreiskeils 4a, 4b, 4c mit ihren aufeinander zu gerichteten Seitenflächen 23a, 23b nicht berühren, wenn Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d zu der Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 durch die Verdrehung der Spannmutter 2 in der Aufnahmeschale 14 gedrückt sind.
In 5a ist die Spannmutter 2 in die Aufnahmeschale 14 eingesetzt und nimmt dabei eine Nullstellung ein. In der Nullstellung liegt das jeweils größte Spannelement 6a des entsprechenden Kreiskeils 4a, 4b, 4c des außen liegenden Kreiskeilprofils 4 mit seiner Seitenfläche 23a an der jeweiligen Rückseite 28 des Kreiskeils 5a, 5b, 5c des innenliegenden Kreiskeilprofils 5 an. Die Rückseite 28 ist dabei durch die Innenseite 23a des größten Spannelements 6a vollständig oder größtenteils bedeckt.
Alle Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d sind in der Nullstellung der Spannmutter 2 unbelastet, insbesondere nicht gegen die Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 gedrückt. Dadurch ist die Spannmutter 2 in der Nullstellung leicht und werkzeugfrei aus der Aufnahmeschale 14 wieder entnehmbar. Die Nullstellung dient insbesondere zur Montage und Wartung der Halteeinrichtung 11, da in der Nullstellung noch kein Formschluss zwischen der Spannmutter 2 und der Welle 13 und der Nabe 14 als Aufnahmeschale 14 besteht.
5b zeigt einen Ausschnitt durch das größte Spannelement 6a, die Welle 13 und das innenliegende Kreiskeilprofil 5 in der Aufnahmeschale 14 in einer Schnittdarstellung. Das größte Spannelement 6a, wie auch alle anderen Spannelemente 6b, 6c, 6d eines gemeinsamen Kreiskeils 4a, 4b, 4c sind unbelastet, sodass sie beabstandet von der Außenumfangsfläche 21 angeordnet sind, insbesondere nicht gegen diese gedrückt sind. Der Formschluss zwischen den Innenseiten 9 der Spannelemente 6a, 6b, 6c, 6d und der Innenumfangsfläche 21 ist somit in der Nullstellung nicht gebildet.
Die Spannmutter 2 ist bereits nach einer geringfügigen Verdrehung aus der Nullstellung A heraus und/oder bei einer Überführung von der Nullstellung A in eine erste Verdrehstellung B gemäß 6 formschlüssig gegen eine axiale Bewegung, insbesondere verliersicher in der Aufnahmeschale 14 angeordnet. Hierzu weist die Aufnahmeschale 14 eine umlaufende Rastschnittstelle 26 in Form einer Nut auf und die Spannmutter 2 an deren Kopfstück 3 die Spannbacken 6a, 6b, 6c, 6d, eine entsprechende Rastgegenschnittstelle 27 in Form einer Feder auf, sodass eine Nut-Feder-Verbindung gebildet werden kann. Durch das Verdrehen der Spannmutter 2 in der Aufnahmeschale 14 werden die beiden Schnittstellen 26, 27 in Eingriff gebracht. Die Schnittstellen 26, 27 und der dadurch gebildete Formschluss zwischen der Spannmutter 2 und der Aufnahmeschale 14 ist aus den 3, 4, 5b und 7b ersichtlich.
6 zeigt die Ansicht der 5a, wobei die Spannmutter 2 die Nullstellung A verlassen hat und um maximal 30 Grad in die erste Verdrehstellung B verdreht wurde bzw. diese einnimmt. Bei der Verdrehung passiert das jeweils kleinste Spannelement 6d die Rückseite 28 des darauffolgenden Kreiskeils 5a, 5b ,5c des innenliegenden Kreiskeilprofils 5 und rutscht in diesen hinein. Sodann liegt das kleinste Spannelement 6d mit einer Kante 29 an der Seitenfläche 23a an der Rückseite 28 an. Die Rückseite 28 ist durch die Kante 29 teilweise bedeckt. Durch die Anlage der Kante 29 an der Rückseite 28 ist die Spannmutter 2 formschlüssig gegen ein Zurückdrehen gesichert. Nur unter erhöhtem Kraftaufwand und/oder Anwendung eines vergrößerten Drehmoments kann die Spannmutter 2 in die Nullstellung zurückgedreht werden. Hierfür ist an der Kante 29 ein Radius R vorgesehen, der die Überwindung der Rückseite 28 gewährleistet.
Durch das Verdrehen der Spannmutter 2 von der Nullstellung A in die erste Verdrehstellung B werden das größte, zweitgrößte und zweitkleinste Spannelement 6a, 6b, 6c zunehmend belastet und insbesondere in Richtung der Außenumfangsfläche 21 der Welle 13 gedrückt. Das in dem darauffolgenden Kreiskeil 5a, 5b, 5c angeordnete kleinste Spannelement 6d, das an der Rückseite 28 anliegt, ist in dem darauffolgenden Kreiskeil 5a, 5b, 5c vollständig druckentlastet. Insbesondere wird es nicht gegen die Innenumfangsfläche 21 gedrückt. In der ersten Verdrehstellung B ist die Spannmutter 2 vorgespannt und durch die Nut-Feder-Verbindung gemäß der 5b verliergesichert.
In 7a ist die Darstellung der 6 gezeigt, wobei die Spannmutter 2 aus der ersten Verdrehstellung B in eine zweite Verdrehstellung C um weitere maximal 30° verdreht ist und/oder die zweite Verdrehstellung C einnimmt. Das zweitkleinste Spannelement 6c eines jeden Kreiskeils 4a, 4b, 4c hat die Rückseite 28 des darauffolgenden Kreiskeils 5a, 5b, 5c passiert und ist in dem darauffolgenden Kreiskeil 5a, 5b, 5c angeordnet. Mit der Kante 29 der Seitenfläche 23a liegt das zweitkleinste Spannelement 6c an der Rückseite 28 an und bedeckt dieses abschnittsweise, jedoch - aufgrund des Größenunterschieds der beiden Spannelemente 6c, 6d - mehr als das kleinste Spannelement 6d. Dadurch ist das Zurückdrehen der Spannmutter 2 formschlüssig blockiert und erst durch erhöhten Kraftaufwand und/oder vergrößertem Drehmoment möglich. Ein ungewolltes Öffnen der Kreiskeil-Verbindung kann somit verhindert werden. An der Kante 29 des zweitkleinsten Spannelements 6c ist ein anderer Radius R1 vorgesehen, um ein Zurückdrehen der Spannmutter 2 zu ermöglichen. Der andere Radius R1 ist größer zu bemessen als der Radius R an der Kante 29 des kleinsten Spannelements 6d.
Bei dem Verdrehen der Spannmutter 2 von der ersten Verdrehstellung B in die zweite Verdrehstellung C werden das größte und zweitgrößte Spannelement 6a, 6b zunehmend an die Außenumfangsfläche 21 gedrückt. Insbesondere ist zumindest das größte Spannelement 6a in der zweiten Verdrehstellung C stark belastet und gegen die Innenumfangsfläche 21 der Welle 13 gepresst. Die formschlussbegünstigenden Strukturen 24 an den Innenseiten 9 der Spannelemente 6a, 6b und an der Außenumfangsfläche 21 greifen, wie in 7b verdeutlicht, formschlüssig ineinander. Dadurch ist in der zweiten Verdrehstellung C die Welle 13 in der Nabe 14 ausschließlich formschlüssig befestigt. Die Welle 13 ist durch den Formschluss insbesondere in axialer Richtung fixiert.
Gegenüber herkömmlichen Kreiskeil-Verbindungen, bei denen üblicherweise ein Reib- und/oder Kraftschluss zwischen der Welle und der Nabe entsteht, ist die rein formschlüssige Fixierung besonders vorteilhaft, da dadurch eine durch Reib- und/oder Kraftschluss hervorgerufene Spannungsrelaxation und ein Kriechen des Grundmaterials der Welle 13 und der Aufnahmeschale 14, insbesondere in der Ausbildung aus Kunststoff, verringert oder sogar verhindert werden kann.
Wie aus der 4 ersichtlich, weist die Halteeinrichtung 11 zur Verdeutlichung, welche Stellung A, B, C die Spannmutter 2 einnimmt, eine Symbolik 34, zum Beispiel mindestens ein Zeichen o.ä. auf. Anhand dieser Symbolik 34 kann ein Werker intuitiv erkennen, welche Stellung A, B, C vorliegt.
Die in 1b gezeigte und beschriebene Integration der Handhabungsvorrichtung 10 in die Auflagevorrichtung 30 hat den Vorteil, dass der Saugnapf 12 optimal zu der Auflagefläche 32 der Auflagevorrichtung 30 und somit auch zu dem aufgenommenen Karosseriebauteil 31 ausgerichtbar und/oder ausgerichtet ist. Ein separates Einrichten und Einstellen des Saugnapfes 12 bei einer Inbetriebnahme der Auflagevorrichtung 30 entfällt, sodass Kosten hierfür eingespart werden können. Insbesondere können Montagezeiten, die z.B. durch vorhandene Schnittstellen hervorgerufen werden, durch die Integralbauweise erheblich reduziert werden. Zusammenfassend können Probleme und potentielle Fehlerquellen die bei separat angeordneten Handhabungsvorrichtungen und Auflagevorrichtungen auftreten können, eliminiert werden.
Durch die Integration der Handhabungsvorrichtung 10 in die Auflagevorrichtung 30 ist gegenüber separaten Handhabungsvorrichtungen und Auflagevorrichtungen eine Anzahl an Einzelkomponenten deutlich reduziert und dadurch ein Gesamtgewicht verringert werden. Dies hat positive Auswirkungen auf die Lage des Schwerpunkts der Auflagevorrichtung 30 an dem Roboterarm 33 gemäß 2. Außerdem können durch die Reduzierung der Bauteilanzahl Lagerhaltungskosten und Logistikaufwand reduziert werden. Insgesamt kann eine Qualität und Effizienz in der gesamten Wertschöpfungskette erhöht werden.
Die Befestigungsanordnung 1 gewährleistet eine einfache, schnelle und werkzeugfreie Fixierung der Welle 13 in der Nabe 14.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungsanordnung
2: Spannmutter
3: Kopfstück
4: außenliegendes Kreiskeilprofil
4a-c: Kreiskeile des außenliegenden Kreiskeilprofils
5: innenliegendes Kreiskeilprofil
5a-c: Kreiskeile des innenliegenden Kreiskeilprofils
6a: größtes Spannelement
6b: zweitgrößtes Spannelement
6c: zweitkleinstes Spannelement
6d: kleinstes Spannelement
7: Schlitz
8: äußere Keilfläche
9: Innenseiten
10: Handhabungsvorrichtung
11: Halteeinrichtung
12: Saugnapf
13: Welle
14: Nabe, Aufnahmeschale
15: Aufnahmeabschnitt
16: Saugkörper
17: Verbindungsabschnitt
18: Faltenbalg
19a: oberer Anschlag
19b: unterer Anschlag
20: Innenumfangsfläche
21: Außenumfangsfläche
22: innere Keilfläche
23a,b: Seitenflächen
24: formschlussbegünstigende Struktur
25: Steg
26: Rastschnittstelle
27: Rastgegenschnittstelle
28: Rückseite
29: Kante
30: Auflagevorrichtung
31: Karosseriebauteil
32: Auflagefläche
33: Roboterarm
34: Symbolik
35: Strömungsschnittstelle
A: Nullstellung
B: erste Verdrehstellung
C: zweite Verdrehstellung
R: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4209133 C2 [0002]
DE 20221729 U1 [0003]

Claims

Befestigungsanordnung (1) zur Befestigung einer Welle (13) in einer Nabe (14) eines Maschinenbauteils (11), wobei die Befestigungsanordnung (1) eine Spannmutter (2) umfasst, wobei die Befestigung der Welle (13) in der Nabe (14) über eine Kreiskeil-Verbindung zwischen der Spannmutter (2) und der Nabe (14) erfolgt, wobei die Kreiskeil-Verbindung so ausgebildet ist, dass die Welle (13) ausschließlich formschlüssig in der Nabe (14) fixierbar und/oder fixiert ist.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Spannmutter (2) ein Kopfstück (3) und ein radial außenliegendes Kreiskeilprofil (4) aufweist und wobei die Nabe (14) ein komplementär radial innenliegendes Kreiskeilprofil (5) aufweist, wobei jedes der Kreiskeilprofile (4, 5) die Form einer archimedischen Spirale aufweist, deren Windungsabstand konstant ist und der Radius proportional zum Drehwinkel wächst.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei jedes Kreiskeilprofil (4, 5) aus drei Kreiskeilen (4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c) mit einem Winkelabstand von maximal 120 Grad gebildet ist.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 3, wobei jeder Kreiskeil (4a, 4b, 4c) des außenliegenden Kreiskeilprofils (4) der Spannmutter (2) in mehrere elastisch gelagerte Spannelemente (6a, 6b, 6c, 6d) unterteilt ist, wobei die Spannelemente (6a, 6b, 6c, 6d) durch Schlitze (7) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 4, wobei die Spannelemente (6a, 6b, 6c, 6d) als unterschiedlich große und/oder voluminöse Blöcke oder Backen ausgebildet sind und nach ihrer Größe und/oder ihrem Volumen sortiert aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Spannmutter (2) in der Nabe (14) in mehrere Verdrehstellungen (B, C) verdrehbar ist, wobei mindestens eines der Spannelemente (6a, 6b, 6c, 6d) in mindestens einer der Verdrehstellungen (B, C) in Richtung und/oder gegen eine Außenumfangsfläche (21) der Welle (13) gedrückt werden, sodass der Formschluss zwischen der Spannmutter (2) und der Welle (13) und/oder zwischen der Welle (13) und der Nabe (14) erzeugt ist und/oder erzeugbar ist.
Befestigungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Innenumfangsfläche (20) der Spannmutter (2) eine zu einer Außenumfangsfläche (21) der Welle (13) komplementäre formschlussbegünstigende Struktur (24) aufweist.
Befestigungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zumindest eines der Spannelemente (6a, 6b, 6c, 6d) in zumindest einer der Verdrehstellungen (B, C) der Spannmutter (2) ein Zurückdrehen der Spannmutter (2) in der Aufnahmeschale (14) durch Formschluss mit dem innenliegenden Kreiskeilprofil (5) verhindert oder erschwert.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 8, wobei die Aufnahmeschale (14) eine Rastschnittstelle (26) und die Spannmutter (2) eine Rastgegenschnittstelle (27) aufweist, über die die Spannmutter (2) bei und/oder nach dem Verdrehen gegen eine axiale Bewegung gesichert ist.
Befestigungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Maschinenbauteil eine Halteeinrichtung (11) für einen an der Welle (13) befestigten Saugnapf (12) ist und wobei die Nabe (14) eine Aufnahmeschale (14) der Halteeinrichtung (11) ist.
Handhabungsvorrichtung (10) mit der Befestigungsanordnung (1) zur Handhabung von Karosseriebauteilen (31) innerhalb einer Fertigungsstraße, wobei die Handhabungsvorrichtung (10) die Halteeinrichtung (11), die Welle (13) und den an der Welle (13) befestigten Saugnapf (12) umfasst, wobei die Welle (13) durch die Befestigungsanordnung (1) in der Halteeinrichtung (11) und/oder in der Nabe (14) fixiert ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die Halteeinrichtung (11) und/oder die Spannmutter (2) aus einem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Halteeinrichtung (11) und/oder die Spannmutter (2) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist/sind.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Halteeinrichtung (11) in einer roboterführbaren Auflagevorrichtung (30) zur Auflage der Karosseriebauteile (31) integrierbar ist und/oder einen integralen Bestandteil der Auflagevorrichtung (30) bilden kann.
Auflagevorrichtung (30) zur Auflage von Karosseriebauteilen (31) mit der Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Handhabungsvorrichtung (10) in der Auflagevorrichtung (30) integriert ist, indem die Halteeinrichtung (11) einen integralen Bestandteil der Auflageeinrichtung (30) bildet.