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EP-4547445-B1 - DEVICE AND METHOD FOR RECEIVING AND SETTING A SCREW

EP4547445B1EP 4547445 B1EP4547445 B1EP 4547445B1EP-4547445-B1

Inventors

  • SIKORA, RALF
  • HAMMER, THORGE
  • Wernicke, David

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230323

Claims (11)

  1. Device (16) for receiving a screw shank (8B) of a screw (8) and for setting a screw head (8A) of the screw (8) into a screwing socket (7) of an external screwing unit (6), wherein a helical outer sleeve (23) of the device and a helical inner sleeve (26) mounted in the helical outer sleeve (23) is adjustably mounted by means of a corresponding intermeshing thread pairing in the helical outer sleeve (23), wherein the device (16) as a whole performs an axial movement in the longitudinal extension (Z) and the helical inner sleeve (26) performs a superimposed movement consisting of an axial movement and a rotary movement about an axis (Z) in the longitudinal extension of the device (18), as soon as an axial force is exerted on the helical outer sleeve (23) in the longitudinal extension of the device (16) and the helical inner sleeve (26) is indirectly supported against the axial force, wherein a spring element (29) is arranged which supports the helical inner sleeve (26) in an axially movable manner relative to the helical outer sleeve (23), wherein the helical inner sleeve (26) has a receiving element (26C) at the end of the helical inner sleeve pointing toward the screw (8), from which receiving element gripping elements (38) protrude, which are supported against the axial force on a supporting plate (21A) when the device (16) is in use, wherein the gripping elements (38) form an insertion funnel (39) having a receiving opening (31) for the screw shank (8B), wherein the screw shank (8B) is received by the gripping elements (38), leaving the screw head (8A) free, when the screw (8) is received by means of the device (16) which moves exclusively in the axial direction in the longitudinal extension, wherein the screw head (8A), which has been left free, of the received screw (8) is set in the screwing socket (7) during the setting of the screw (8), while the helical inner sleeve (26) performs the superimposed axial rotary movement relative to the helical outer sleeve (23) when the gripping elements (38) are supported against the axial force on the screwing socket (7), wherein a hold-down member (44) is arranged on the helical outer sleeve (23), which hold-down member is axially movable in the longitudinal extension of the device (16) and, during the setting of the screw head (8A) in the screwing socket (7), blocks the screwing socket (7) against the rotary movement, from the helical inner sleeve (26) via the screw shank (8B), acting on the screw (8) and acting on the screwing socket (7) during setting contact.
  2. Device (16) according to claim 1, characterized in that the device (16) has a length ascertainment assembly (54) which allows the length of the screw (8) to be ascertained during the setting of the screw (8), wherein the length ascertainment assembly (54) comprises the components (55, 56, 57, 58, 59, 61).
  3. Device (16) according to claim 1, characterized in that the device (16) has a unit (57, 58, 60, 62) which allows monitoring detection during the setting of the screw (8), wherein it is detected that the helical inner sleeve (26) compresses relative to the helical outer sleeve (23) in a predetermined compression region, by means of the spring element (29).
  4. Device (16) according to claim 1, characterized in that the device (16) has a unit (57, 58, 62, 65) which allows damage detection during the setting of the screw (8), wherein it is detected that the helical inner sleeve (26) compresses relative to the helical outer sleeve (23) further than in the predetermined compression region, by means of the spring element (29).
  5. Device according to claim 1, characterized in that the hold-down member (44) has a clamping element (42) which clamps the screwing socket (7) on the outer lateral surface thereof during setting, so that the rotary movement acting on the screwing socket (7) during setting contact is blocked.
  6. Device (16) according to claim 1, characterized in that the hold-down member (44) is provided with a toothing on the end face thereof, which toothing, during setting contact of the screw (8) on the screwing socket (7), engages in an opposing toothing of a first blocking sleeve (43), wherein the first blocking sleeve (43) is fixedly arranged on the outer lateral surface of the screwing socket (7) in a form-fitting and/or friction-fitting and/or force-fitting manner, so that the rotary movement acting on the screwing socket (7) during setting contact is blocked.
  7. Device (16) according to claim 1, characterized in that the hold-down member (44) is provided with a toothing on the inner lateral surface thereof, which toothing, during setting contact of the screw (8) on the screwing socket (7), engages in an opposing toothing on the outer lateral surface of a second blocking sleeve (45), wherein the second blocking sleeve (45) is arranged on the outer lateral surface of the screwing socket (7) in a form-fitting and/or friction-fitting and/or force-fitting manner, so that the rotary movement acting on the screwing socket (7) during setting contact is blocked.
  8. Device (16) according to claim 1, characterized in that the gripping elements (38) are pressed, by a tensioning element (40), onto the screw shank (8B) in a radial direction with respect to a central axis Z extending in the longitudinal extension of the insertion funnel (39) of the device (16) during reception and setting of the screw (8), wherein the clamping element (40) is in particular a rubber ring which surrounds the gripping elements (38) in an elastically compliant manner.
  9. Device (16) according to claim 1, characterized in that the intermeshing thread pairing is a helical thread.
  10. Method for receiving a screw shank (8B) of a screw (8) by means of the device (16) according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that, when the device (16) is lowered relative to the screw (8) in the axis (Z) which lies in the longitudinal extension of the device (16), • in a first receiving phase, gripping elements (38) of the device (16) slide over the screw shank (8B) of the screw (8), wherein the screw (8) is axially centered in an insertion funnel (39) formed by the gripping elements (38), wherein subsequently, during further lowering of the device (16), • in a second receiving phase, the screw shank (8B) of the screw (8) is inserted into the insertion funnel (39), wherein the hold-down member (44) compresses exclusively axially in the longitudinal extension of the device (16) relative to the helical inner sleeve (26) and the helical outer spring (23), wherein subsequently, during further lowering of the device (16), • in a third receiving phase, the gripping elements (38) on the underside of the screw head (8A) are moved "to block", wherein the gripping elements (38) generate a frictional force having a friction coefficient with respect to the screw shank (8B) of the screw (8), which frictional force is caused by the clamping element (40) which acts in a radial direction with respect to the axis (Z) which lies in the longitudinal extension of the device (16).
  11. Method for setting a screw head (8A) of the screw (8) into a screwing socket (7) of an external screwing unit (6) by means of the device (16) according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that, when the device (16) is lowered relative to the screw (8) in the axis (Z) which lies in the longitudinal extension of the device (16), • in a first setting phase, the screw (8) received in the device (16) is positioned above a screwing socket (7), wherein subsequently, during further lowering of the device (16), • in a second setting phase, the screw (8) and the screwing socket (7) are centered by means of the hold-down member (44) on the axis (Z) which lies in the longitudinal extension of the device (16), wherein subsequently, during further lowering of the device (16) in a third setting phase, the screwing socket (7) is blocked against rotation by the hold-down member (44), wherein subsequently, during further lowering of the device (16), • in a fourth setting phase, the screw head (8A) of the screw (8) penetrates into the screwing socket (7) against the spring force of a spring element (29), wherein the helical inner sleeve (26) undergoes a rotary movement relative to the helical outer sleeve (23) about the axis (Z) which lies in the longitudinal extension of the device (16), until the screw head (8A) is ideally positioned with respect to the screwing socket (7) and penetrates into an internal hexagon of the screwing socket (7), wherein subsequently, during further lowering of the device (16), • in a fifth setting phase, the magnetic force of a permanent magnet (9) at the base of the internal hexagon of the screwing socket (7) the screwing socket (7) is magnetically held.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Schraubenschaftes einer Schraube und zum Setzen eines Schraubenkopfes der Schraube in eine Schraubnuss einer externen Schraubeinheit. Bei der Montage, beispielsweise eines Fahrwerks an die Karosserie eines Fahrzeugs, werden sogenannte modulare Montagerahmen, hier als Fahrwerkträger bezeichnet, eingesetzt. Dabei handelt es sich um mechanische Tragstrukturen die in einer Anlagentechnik umlaufen und bis zur sogenannten "Hochzeit", in welcher das Fahrwerk samt Motor an die Karosserie geschraubt wird, alle notwendigen technischen Bestandteile, die unter dem Fahrzeug montiert werden müssen, aufnimmt und positioniert. Hierzu zählen ohne Anspruch auf Vollständigkeit beispielsweise besagter Motor, ein Abgassystem, eine Achse und eine Achsdämpfung. Der Sinn dieser modularen Montagerahmen beziehungsweise Fahrwerkträger ist es, die Montageprozesse so zu gestalten, dass sowohl die zu montierenden Bauteile als auch die entsprechenden Schrauben als Befestigungselemente einfach und kostengünstig von oben eingelegt werden können, bevor die Schraubenaufnahmen in Form von Schraubnüssen eventuell nicht mehr oder nur sehr schwer zugänglich sind. Die übliche Fahrzeugtrennung von Karosserie und Fahrwerk hilft also bei der effizienten Gestaltung der Montageprozesse. Von diesen modularen Montagerahmen beziehungsweise Fahrwerkträgern sind in einer üblichen Fahrzeug-Montagelinie mit ca. 1000 Fahrzeugen pro Tag etwa 50 Stück eingesetzt, die in einem Kreislauf rotieren und immer wieder neu bestückt werden Wie bereits vorstehend angedeutet, ist einer der ersten Arbeitsgänge, die entsprechenden Schrauben, die dann zur Befestigung der einzelnen Module dienen sollen, in Schraubnüsse von Schraubeinheiten einzulegen. Dabei muss der Schraubenkopf einer jeden passenden Schraube mit dem Schraubenschaft nach oben in die betreffende, auf dem modularen Montagerahmen beziehungsweise Fahrwerkträger vorhandene Schraubnuss eingelegt werden. Damit die Schrauben, welche bis zu 120 cm lang sein können, beim Transport des Montagerahmens beziehungsweise Fahrwerkträgers nicht verloren geht, sind in den Schraubnüssen Magnete enthalten, die die Schrauben am Kopf mit dem Schraubenschaft nach oben festhalten. Somit können in nachfolgenden Stationen Bauteile, die festgeschraubt werden müssen, auf diese Schrauben aufgesetzt werden. Sind alle Bauteile positioniert, wird der Montagerahmen beziehungsweise Fahrwerkträger unter die passende Karosserie gefahren und automatische Schraubeinheiten ziehen dann nach und nach sowie nach einem festgelegten Ablaufplan alle Schrauben mit dem passenden Drehmoment an. Die Anzahl der zu positionierenden Schrauben an einem Fahrwerk liegt je nach Fahrzeuggröße und je nach Zusatzmodulen (zum Beispiel Allrad-Antrieb) bei circa fünfzig Schrauben pro Fahrwerkträger. Der Schraubenaufsetzvorgang wird bei der Fahrwerkmontage vorzugsweise auf mehreren Stationen durchgeführt. Es besteht der Bedarf, das Beladen der Schraubnüsse mit Schrauben respektive Setzen der Schrauben in besagte Schraubnüsse zu automatisieren. Maßnahmen zur Automatisierung von Montageprozessen an sich sind in vielfältigen Ausführungen seit geraumer Zeit bekannt. Aus den Druckschriften DE 10 2008 018 848 A1 DE und DE 10 2009 053 130 A1 sind gattungsgemäße Schraubvorrichtungen bekannt. Die Druckschrift EP 3 782 773 A1 beschreibt ein Werkzeug für einen kollaborierenden Roboter. Der Roboter weist einen beweglichen Roboterarm auf, an dessen freiem Ende das Werkzeug an einer Werkzeugaufnahme befestigt ist. Die Druckschrift DE 10 2018 117 238 A1 offenbart eine Zentriereinrichtung für einen Schrauber mit einer Schraubklinge zum Zentrieren der Schraubklinge des Schraubers auf eine zu verschraubende Schraube. Die Druckschrift DE 10 2012 108 476 A1 erläutert eine Schraubenbefestigungsvorrichtung. Die Druckschrift US 1 817 049 A beschreibt eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Schraubenschaftes einer Schraube und zum Setzen eines Schraubenkopfes der Schraube in eine Schraubnuss einer externen Schraubeinheit. Aus der Druckschrift DE 15 03 075 A1 ist eine Vorrichtung zum Einschrauben von Stiftschrauben oder Schraubbolzen bekannt. Die Druckschrift DE 33 45 293 A1 beschreibt ein Stifteintreibwerkzeug in Kombination mit einer Drehmomentbegrenzungsvorrichtung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme und zum sicheren Setzen einer Schraube mit Schraubenkopf und Schraubenschaft in eine Schraubnuss einer externen Schraubeinheit zu schaffen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen in den Ansprüchen 1 bis 9 gelöst. Die Verfahrensweisen zur Aufnahme und zum sicheren Setzen einer Schraube in eine Schraubnuss mittels der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 sind in den Ansprüchen 10 und 11 niedergelegt. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1eine perspektivische Einzeldarstellung