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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Setzen eines Blindniets
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie beispielsweise
aus der
DE 43 20 282
A1 als bekannt hervorgeht.
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Das
Blindnieten ist ein Fügeverfahren,
mit Hilfe dessen ein schnelles und einfaches Verbinden von Bauteilen
unterschiedlicher Werkstoffe möglich ist.
Blindniete als Verbindungselemente sind insbesondere in Leichtbaustrukturen
mit nur einseitiger Zugänglichkeit
weit verbreitet. Das Blindnieten umfasst zwei aufeinanderfolgende
Arbeitsschritte: Zunächst
ein Bohren der Nietstelle, gefolgt von dem Einbringen des Blindniets.
Ein wirtschaftlicher Einsatz des Blindnietens in der Serienfertigung,
insbesondere im Automobilbau, setzt eine weitgehende Automatisierung
dieser beiden Arbeitsgänge
voraus. Voraussetzung hierfür
ist, dass der Niet, der mit Hilfe einer automatischen Nietsetzanordnung
eingeschossen und befestigt wird, hochgenau an der Stelle der Bohrung
positioniert wird, welche mit Hilfe einer automatisierten Bohr-/Senkanordnung
in den Bauteilen erzeugt wurde.
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Die
DE 43 20 828 A1 zeigt
eine automatische Vorrichtung zum Setzen von Blindnieten im Flugzeugbau.
Die Vorrichtung umfasst ein robotergeführtes Multifunktionswerkzeug
mit einem Werkzeugrevolver, auf dem eine Bohr-/Senkanordnung, eine Nietsetzanordnung
und eine Anordnung zur Nietkopfüberarbeitung
befestigt sind. Das Multifunktionswerkzeug wird mit Hilfe eines
Roboters in die gewünschte
Stellung gegenüber
den zu verbindenden Bauteilen bewegt und ist in der Lage, den gesamten Installationszyklus
eines Blindniets (Erzeugung der Bohrung für den Niet, Setzen des Niets,
Nachbearbeitung der Nietstelle) mit nur einem einzigen Positioniervorgang
des Roboters zu bewältigen.
Hierzu wird zunächst
die Bohr-/Senkanordnung an der Nietstelle positioniert, und die
Bohrung für
den Niet wird hergestellt; anschließend wird durch eine Drehung
des Werkzeugrevolvers die Nietsetzanordnung in den Bereich der Bohrung
gebracht, und die Bauteile werden vernietet; schließlich wird
durch eine weitere Drehung des Werkzeugrevolvers die Anordnung zur
Nietkopfüberarbeitung
in die Nietposition gebracht, mit Hilfe derer die Dornbruchfläche geglättet wird.
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Die
aus der
DE 43 20 828
A1 bekannte Vorrichtung wurde für den Einsatz im Flugzeugbau
entwickelt, bei dem die zu fügenden
Bauteile weitgehend flach sind bzw. nur sehr geringe Krümmungen aufweisen;
hier steht in der Regel genug Freiraum für den in der
DE 43 20 828 A1 beschriebenen
Werkzeugrevolver zur Verfügung,
der zum Durchführung
des Fügevorgangs
in unterschiedliche Positionen gedreht werden muss. Allerdings lässt sich
diese Vorrichtung nur sehr bedingt auf Einsatzfälle im Fahrzeugbau übertragen,
wo die zu verbindenden Bauteile im Fügebereich konkav gestaltet
sein und große Krümmungen
aufweisen können:
Aufgrund des großen
Raumbedarfs, den das mehrstufiges Drehen eines Werkzeugrevolvers
mit sich bringt, ist die Bearbeitung räumlich enger Bereiche bei Verwendung
der aus der
DE 43 20
828 A1 bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Herstellung einer Nietverbindung bereitzustellen, welche mit hoher
Genauigkeit arbeitet und eine Automatisierung des Prozesses auch
unter beengten räumlichen
Gegebenheiten gestattet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der Ansprüche
1 und 4 gelöst.
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Danach
weist das robotergeführte
Multifunktionswerkzeug einen Grundkörper auf, auf dem die Bohr-/Senkanordnung
und die Niet setzanordnung verschiebbar gelagert sind und/oder in
einer solchen Weise angeordnet sind, dass die Arbeitsachsen der Bohr-/Senkanordnung und
der Nietsetzanordnung einen Winkel einschließen. Im Unterschied zu der
Vorrichtung der
DE
43 20 828 A1 , bei der die Arbeitsachsen der Werkzeuge parallel
angeordnet sind, so dass der Werkzeugaustausch durch eine Drehung
eines Werkzeugrevolvers erfolgt, wird hier der Austausch der Bohr-/Senkanordnung gegen
die Nietanordnung
- – entweder dadurch bewirkt,
dass die Bohr-/Senkanordnung aus dem Fügebereich herausgeschoben und
die Nietanordnung in den Fügebereich
hineingeschoben wird (Anspruch 1)
- – oder
dadurch bewirkt, dass die Bohr-/Senkanordnung durch eine Drehung
des Grundkörpers senkrecht
zur Arbeitsachse der Bohr-/Senkanordnung aus dem Fügebereich
herausgedreht und die Nietanordnung in den Fügebereich hineingedreht wird
(Anspruch 4).
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In
der ersten Ausgestaltung der Erfindung können die Bohr-/Senkanordnung und
die Nietanordnung können
individuell entlang Linearachsen auf dem Grundkörper verfahren werden, wobei
die Anordnung der Achsen zueinander so gewählt werden kann, dass der Raumbedarf
des Multifunktionswerkzeug minimiert wird. Durch eine Begrenzung
der Linearverschiebung der beiden Werkzeuganordnungen (z.B. mit
Hilfe von Anschlägen)
kann eine hochgenaue Positionierung und Ausrichtung der Nietsetzanordnung
gegenüber
der Bohrung gewährleistet werden,
so dass eine prozesssichere Automatisierung des Blindnietvorgangs
sichergestellt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der ersten Ausgestaltung ist das Grundelement als gleichschenkliges
Dreieck ausgebildet, so dass zwischen der Verschieberichtung der
Bohr-/Senkanordnung und der Verschieberichtung der Nietsetzanordnung
ein Winkel von etwa 60° liegt.
Da sich der Arbeitsbereich dieses Multifunktionswerkzeugs an einer
Ecke dieses spitzwinkligen Dreiecks befindet, kann das Multifunktionswerkzeug
auch in enge Räume
eingeführt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der ersten Ausgestaltung
liegt die Verschieberichtung der Bohr-/Senkanordnung kollinear zu
der Verschieberichtung der Nietsetzanordnung. Die Bohr-/Senkanordnung,
die Nietsetzanordnung und die Ladeplatte zum Zuführen des Niets sind in gleicher
Teilung zueinander angeordnet. Werden die Niete direkt in die Nieteinheit
eingeschossen, so kann mit einer solchen Anordnung beim Nieten von
linearen Nähten
gleichen Abstands ein zeitlicher Vorteil erreicht werden: In diesem
Fall kann nämlich
das Herstellen der Bohrung durch die Bohr-/Senkanordnung gleichzeitig
(und räumlich
versetzt) zum Einsetzen des Niets durch die Nietsetzanordnung erfolgen, so
dass das Multifunktionswerkzeug schrittweise gegenüber den
zu verbindenden Bauteilen verschoben wird und in äquidistanten
Abständen – analog
zur Wirkungsweise einer Nähmaschine – an den
Bauteilen Niete einbringt.
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In
der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper als
Drehteller ausgestaltet, auf dem die Bohr-/Senkanordnung und die
Nietanordnung in einer solchen Weise unter einem Winkel zueinander
montiert sind, dass die Arbeitsachsen der Werkzeuge senkrecht zur
Drehachse des Drehtellers angeordnet sind. Die Drehung des Drehtellers
erfolgt zweckmäßigerweise über die
Roboterhand, mit Hilfe derer die Vorrichtung bewegt und positioniert
wird. Für
die Ausführung
dieser Drehung wird mit Vorteil die letzte Handachse des Roboters
verwendet, so dass der gesamte Positioniervorgang der Werkzeuge (d.h.
räumliche
Positionierung der Vorrichtung und Schwenkbewegung zur Ausrichtung
der Bohr-/Senkanordnung bzw. der Nietanordnung) mit Hilfe der Roboterkinematik
erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird auch der Bohrervorschub während
des Senk/Bohrprozesses vorteilhafterweise mit Hilfe der Roboterachsen
durchgeführt.
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Um
die Vorrichtung auch in räumlich
eng begrenzten Bereichen einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, die
Bohr-/Senkanordnung
und die Nietanordnung verschiebbar auf dem Grundkörper anzuordnen,
wobei die Verschieberichtung der Anordnung parallel zur Arbeitsachse
der jeweiligen Anordnung ausge richtet ist. Auf diese Weise kann
diejenige Anordnung, die sich momentan nicht im Einsatz befindet,
in eine Rückzugsposition
auf dem Grundkörper bewegt
werden, in der sie eine minimale räumliche Beeinträchtigung
für die
umgebenden Bauteile darstellt.
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Die
Automatisierbarkeit des kombinierten Bohr- und Nietprozesses setzt
voraus, dass die einzelnen Prozessschritte mit einer sehr hohen
Genauigkeit ablaufen: Zunächst
muss das Loch mit einer hohen Genauigkeit gebohrt werden; dann muss
der Blindniet hochgenau an der Stelle der Bohrung positioniert in
die Bohrung eingeführt
werden. – Um
die Genauigkeit bei der Erzeugung der Bohrungen zu erhöhen, ist
es zweckmäßig, den
Bohrprozess (in bezug auf Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit)
auf den jeweils zu bohrenden Werkstoff hin zu optimieren. Sollen
zwei aufeinander liegende Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen
miteinander verbunden werden, so ist es für die Erzielung einer guten Bohrung
vorteilhaft, die Drehzahl und/oder die Vorschubgeschwindigkeit der
Bohr-/Senkanordnung nach Beendigung des Bohrvorgangs im ersten Bauteil
und vor Beginn des Bohrvorgangs im zweiten Bauteil auf die veränderten
Werkstoffeigenschaften umzustellen. Um dies zu gewährleisten,
wird der Vorschub und/oder die Drehzahl der Bohr-/Senkanordnung
geregelt eingestellt. Insbesondere ist es zweckmäßig, den Vorschub und die Drehzahl
als Funktion der Eindringtiefe der Bohr-/Senkanordnung in das Bauteil
regeln zu können.
Auf diese Weise können die
Bearbeitungsparameter des Bohrers schnell umgestellt werden, wenn
zum Bohren der beiden Bauteile unterschiedliche Werkstoffeigenschaften
berücksichtigt
werden müssen.
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Durch
eine solche Regelung des Vorschubs und/oder der Drehzahl der Bohr-/Senkanordnung und
einer geeigneten Bohrerauswahl ist es möglich, gratfreie Bohrungen
zu erzeugen. Dadurch wird die Gefahr einer späteren Korrosion im Bereich
der Fügestelle
(aufgrund eines Abbröckeln
des Grats) weitgehend unterbunden. Weiterhin ist die Gratfreiheit der
Bohrungen eine wichtige Voraussetzung dafür, dass der Niet flach auf
den beiden zu verbinden den Bauteilen aufliegt. Die Erzeugung gratfreier
Bohrungen ermöglicht
somit – gemeinsam
mit einer hochgenauen Abstimmung des Bohrungsdurchmessers auf den
Nietdurchmesser – die
Herstellung dichter Nietverbindungen, so dass im Fügebereich
kein zusätzliches
Aufbringen von Dichtstoff notwendig ist.
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Der
Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs kann unter Ausnutzung der kinematischen
Freiheitsgrade des Roboters erfolgen. Alternativ ist die Vorrichtung
jedoch mit einem Servoantrieb versehen, mit Hilfe dessen der Vorschub
der Bohr-/Senkanordnung selektiv variiert werden kann. Zusätzlich zu
den (in der Regel sechs) Freiheitsgraden des Roboters für die Positionierung
der Vorrichtung und den evtl. zusätzlich vorgesehenen Verschiebungsfreiheitsgrade der
Bohr-/Senkanordnung und/oder der Nietsetzanordnung gegenüber dem
Grundkörper
verfügt
das Gesamtsystem in diesem Fall also über eine weitere, innerhalb
der Vorrichtung angeordnete zusätzliche Achse
für den
Bohrvorgang. Diese zusätzliche
Achse wird – ebenso
wie die Verschiebebewegungen der Anordnungen gegenüber dem
Grundkörper – zweckmäßigerweise über die
Robotersteuerung gesteuert.
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Zur
Ermittlung derjenigen Eindringtiefe, bei der eine Umstellung der
Bohrparameter erfolgen soll, ist die Vorrichtung vorteilhafterweise
mit einem Wegmesssystem versehen. Eine Erhöhung der Prozesssicherheit
bei der Herstellung der Bohrung kann erreicht werden, wenn zusätzlich an
dem Bohr-Senkwerkzeug ein Kraftmesssystem vorgesehen wird; auf diese
Weise kann auf einfache Weise ein Bohrerverschleiß nachgewiesen
werden.
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Besonders
geringe Grate und eine hohe Maßhaltigkeit
der Bohrung können
erreicht werden, wenn als Bohrer ein Stufenbohrer mit einem Vorbohrbereich
und einem Endbohrbereich verwendet wird.
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Vorteilhafterweise
ist die Bohr-/Senkanordnung mit einer Absaugvorrichtung für Bohrspäne versehen.
Außerdem
ist es zweckmäßig, am
Bohrer Spanbrecher vorzusehen, um lange Späne zerkleinern und dann leichter
absaugen zu können.
Die Absaugvor richtung kann mit einer gefederten Hülse versehen
sein, durch die die Bleche während
des Bohrens zusammengedrückt
werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
ein vollautomatisches, qualitativ hochwertiges Fügen von Bauteilen unterschiedlicher
Werkstoffe und Geometrien auch unter beengten Raumverhältnissen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Setzen von Blindnieten (erste Ausführungsform):
-
1a Frontansicht;
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1b Seitenansicht
beim Einbringen der Bohrung;
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1c Seitenansicht
beim Einsetzen des Blindniets;
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2 eine
erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen
von Blindnieten (zweite Ausführungsform)
in einer perspektivischen Ansicht
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3 eine schematische Darstellung einer zweite
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Setzen von Blindnieten:
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3a Seitenansicht;
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3b Frontalansicht
vor Einbringen der Bohrung;
-
3c Frontalansicht
während
des Einbringens der Bohrung;
-
3d Frontalansicht
während
des Einsetzens des Blindniets.
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1a bis 1c zeigen
unterschiedliche Ansichten einer Vorrichtung 1 zum Setzen
von Blindnieten 2, mit deren Hilfe zwei aufeinander aufliegende
Bauteile 3, 3' miteinander
verbunden werden sollen. Die Vorrichtung 1 umfasst ein
Multifunktionswerkzeug 4, das an der Hand 5 eines
(in den Figuren nicht dargestellten) Industrieroboters, beispielsweise eines
sechsachsi gen Roboters, befestigt ist. Mit Hilfe dieses Roboters
wird das Multifunktionswerkzeug 4 relativ zu den beiden
Bauteilen 3, 3' bewegt.
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Das
Multifunktionswerkzeug 4 umfasst einen Grundkörper 6,
der über
eine Anschlussplatte 32 mit der Roboterhand 5 verbunden
ist. Der Grundkörper 6 trägt eine
Bohr-/Senkanordnung 7 und eine Nietsetzanordnung 8 mit
Arbeitsachsen 29, 30, die parallel zueinander
ausgerichtet sind. Die beiden Anordnungen 7, 8 sind
verschieblich auf dem Grundkörper 6 gelagert.
Zur Führung
der Bohr-/Senkanordnung 7 und der Nietsetzanordnung 8 sind
zwei versetzt und parallel zueinander verlaufende Führungsschienen 9 vorgesehen,
die die beiden Anordnungen 7, 8 tragen. Die beiden
Anordnungen 7, 8 können mit Hilfe von (in den
Figuren nicht gezeigten) Antriebseinheiten entlang dieser Führungsschienen 9 verschoben
werden. Die Verschiebungsrichtung 17 der Bohr-/Senkanordnung 7 verläuft in diesem
Ausführungsbeispiel
somit kollinear zu der Verschiebungsrichtung 18 der Nietsetzanordnung 8.
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Zum
Herstellen einer Verbindungsstelle 10 an einem ausgewählten Bereich
der Bauteile 3, 3' wird
zunächst
das Multifunktionswerkzeug 4 mit Hilfe der Roboterhand 5 an
die gewünschte
Stelle gegenüber
den Bauteilen 3, 3' bewegt
und so ausgerichtet, dass die Arbeitsachsen 29, 30 dort
näherungsweise senkrecht
zu den Oberflächen
der Bauteile 3, 3' stehen.
Die Bohr-/Senkanordnung 7 befindet sich dabei in einer
solchen Position auf den Führungsschienen 9 des
Grundkörpers 6,
dass auf derjenigen Seite 11 der Bohr-/Senkanordnung 7,
die der Nietsetzanordnung 8 abgewandt ist, ausreichend
Verfahrweg auf den Führungsschienen 9 zur
Verfügung
steht, um die Bohr-/Senkanordnung 7 in diese Richtung 17 aus dem
Bereich der Verbindungsstelle 10 hinauszubewegen und dadurch
Platz für
die Nietsetzanordnung 8 zu schaffen; diese Position der
beiden Anordnungen 7, 8 ist in 1a in
einer Frontalansicht dargestellt. Damit die Bohr-/Senkanordnung 7 (und
auch die Nietsetzanordnung 8) auf dem Grundkörper 6 die jeweilige
Arbeitsposition reproduzierbar anfahren kann, kann ein Anschlag
vorgesehen sein, der eine Fixierung der Bewegung der Bohr-/Senkanordung 7 in
der in 1a gezeigten Position ermöglicht.
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Das
Bohren und das Senken erfolgen in einem gemeinsamen Arbeitsgang.
Zum Absaugen der beim Bohren und Senken erzeugten Späne ist eine Absaugvorrichtung 13 vorgesehen.
Um eine reproduzierbare Senktiefe zu erreichen, wird die Bohr-/Senkanordung 7 über eine
Hülse 14 auf
das Bauteil 3 aufgesetzt, so dass ein fester Nullpunkt
für den
Spindelvorschub der Bohr-/Senkanordung 7 gegeben ist. Die
Hülse 14 ist
federgelagert und übt
eine Kraft auf das zuoberst liegende Bauteil 3 aus, durch die
dieses Bauteil 3 auf den Fügepartner 3' gedrückt wird.
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Das
Bohr-/Senkwerkzeug 12 ist ein Stufenbohrer mit einem Vorbohrbereich 15 und
einem Endbohrbereich 16. Um beim Bohren bzw. Senken eine hochgenau
dimensionierte Bohrung 19 für den Niet 2 erzeugen
zu können,
wird die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des
Bohr-/Senkwerkzeugs 12 hochgenau auf den zu bohrenden Werkstoff
angepasst. Die Bohr-/Senkanordnung 7 ist mit einem Wegmesssensor 20 versehen,
der den Vorschub der Spindel des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 und
somit die Eindringtiefe des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 in die
Bauteile 3, 3' misst.
In Abhängigkeit der
Eindringtiefe 21 wird die Drehgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit
der Werkzeugspindel der Bohr-/Senkanordnung 7 variiert.
Um eine hochgenaue Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugspindel
zu ermöglichen,
erfolgt der Vorschub der Spindel mit Hilfe eines Servomotors 22.
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Soll
beispielsweise ein Bauteil 3 der Dicke 24 aus
Aluminiumblech mit einem Bauteil 3' der Dicke 24' aus einem Faserverbundwerkstoff
vernietet werden, so können
Drehgeschwindigkeit und Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 zunächst recht
hoch gewählt
werden. Nachdem das Bohr-/Senkwerkzeug 12 eine gewisse
Tiefe – entsprechend
der Dicke 24 des ersten Bauteils 3 – eingedrungen
ist, werden die Dreh- und die Vorschubgeschwindigkeit auf andere, dem
Faserverbundwerkstoff angepasste Werte redu ziert, um auch im zweiten
Bauteil 3' eine
hochwertige Bohrung zu erzeugen. Auf diese Weise wird insbesondere
im Übergangsbereich
zwischen den beiden Bauteilen 3, 3' und im Bereich des Austritts aus
dem zweiten Bauteil 3' eine
Gratbildung bzw. eine Delamination vermieden, ohne dass die Verbindungsstelle 10 auf
dem zweiten Bauteil 3' von
der Gegenseite 25 her gestützt zu werden braucht.
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Der
Servomotor 22, mit Hilfe dessen der Vorschub der Werkzeugspindel
bewirkt wird, ist an ein Kraftmesssystem 23 gekoppelt,
mit Hilfe dessen die beim Eindringen des Bohr-Senkwerkzeugs 12 aufgebrachten
Kräfte
gemessen werden. Sind diese Kräfte sehr
hoch, so ist dies ein Indiz für
ein verschlissenes Werkzeug 12. Dieses Messsystem 23 gibt
somit eine Warnung, wenn das Werkzeug 12 erneuert werden sollte.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Werkzeug 12 immer
die hohe Qualität
hat, die für
die Herstellung einer genau dimensionierten Bohrung 19 notwendig
ist.
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Nach
Abschluss des Bohrvorgangs wird die Bohr-/Senkanordnung 7 aus
dem Bereich der Verbindungsstelle 10 heraus verschoben
(Pfeil 17) und die Nietsetzanordnung 8 an die
Verbindungsstelle 10 hin verschoben (Pfeil 18).
Dabei kann die Nietsetzanordnung 8 entweder starr an die
Bohr-/Senkanordnung 7 gekoppelt sein, so dass die beiden
Anordnungen 7, 8 gemeinsam verschoben werden.
Alternativ kann die Nietsetzanordnung 8 mit Hilfe eines
eigenen Antriebs separat von der Bohr-/Senkanordnung 7 verschoben werden.
Mit Hilfe einer Nietladeplatte 26 wird ein Blindniet 2 zugeführt, von
einem Mundstück 27 der Nietsetzanordnung 8 aufgenommen
und gesetzt, indem der Niet 2 durch eine Axialbewegung
des Nietsetzwerkzeugs 8 in die Bohrung 19 eingeführt wird, gezogen
wird und anschließend
der Schließkopf
gebildet und der Dorn ausgeworfen wird.
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Der
Setzvorgang des Blindniets 2 ist somit abgeschlossen. Das
Multifunktionswerkzeug 4 wird mit Hilfe des Roboters in
eine weitere Nietposition verfahren. Das robotergeführte Multifunk tionswerkzeug 4 ist
somit in der Lage, den gesamten Installationszyklus eines Blindniets
vollautomatisch ablaufen zu lassen.
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Alternativ
zu der in 1a bis 1c gezeigten
Ausgestaltung der Blindnietsetzanordnung 8 mit separater
Nietladeplatte 26 kann auch eine automatische Nietsetzeinheit
verwendet werden, bei der die Blindniete 2 durch die Nietanordnung 8 selbst
zugeschossen werden.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' mit einem Multifunktionswerkzeug 4', das über eine
Anschlussplatte 32' an
die (in 2 nicht dargestellte) Hand eines
Industrieroboters angeflanscht wird. Das Multifunktionswerkzeug 4' umfasst einen
Grundkörper 6', bei dem die
Verschiebebewegungen 17', 18' von Bohr-/Senkanordnung 7' und Blindnietsetzanordnung 8' nicht – wie im
vorhergehenden Ausführungsbeispiel – kollinear
zueinander verlaufen, sondern in einem spitzen Winkel 28 (im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
von etwa 60°)
zueinander angeordnet sind. Hierfür sind auf dem Grundkörper 6' zwei Führungsschienen 9', 9'' vorgesehen, die relativ zueinander
den Winkel 28 einschließen und entlang derer die Bohr-/Senkanordnung 7' und die Blindnietsetzanordnung 8' unabhängig voneinander
verschoben werden können.
Durch Verschiebungen entlang dieser Schienen 9', 9'' können die beiden Anordnungen 7', 8' nacheinander
in eine Arbeitsstellung gegenüber der
Verbindungsstelle 10 auf den Bauteilen 3, 3' gebracht werden,
welche sich im Bereich des Schnittpunkts der beiden Vorschubachsen 17', 18' befindet.
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Zur
Erzeugung der Bohrung 19 für den Blindniet 2 wird
zunächst
die Bohr-/Senkanordnung 7' entlang
der Schiene 9' in
den Bereich der Verbindungsstelle 10 bewegt; dann wird
mit Hilfe des Bohr-/Senkwerkzeugs 12' die Bohrung 19 erzeugt,
wobei die dabei anfallenden Späne über die
Absaugvorrichtung 13' abtransportiert
werden (siehe 2). Danach wird die Bohr-/Senkanordnung 7' entlang der
Verschieberichtung 17' in
eine Rückzugsposition
verschoben, wodurch der Bereich um die Verbin dungsstelle 10 frei
wird für
die Nietsetzanordnung 8'.
Die Nietsetzanordnung 8' wird
nun auf der Führungsschiene 9'' in den Bereich der Verbindungsstelle 10 hinein
verschoben und setzt einen Blindniet, der über eine Nietzuführvorrichtung 26' zugeführt wird.
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Bei
den bisher beschriebenen Abläufen
der Vorrichtungen 1, 1' wird das Multifunktionswerkzeug 4, 4' mit Hilfe des
Roboters in die gewünschte
Position gegenüber
den Bauteilen 3, 3' positioniert
und während
sämtlicher
Bearbeitungsschritte, die zum Bohren und Nietsetzen der Verbindungsstelle 10 notwendig
sind, in dieser Position gehalten; der Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 erfolgt
dabei mit Hilfe des Servomotors 22. Wenn die räumlichen
Gegebenheiten (d.h. die dreidimensionale Gestaltung des zu fügenden Werkstücks) es
gestatten, so kann die Vorschubbewegung des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 auch
mit Hilfe des Roboters erfolgen: dabei vollführt die Roboterhand 5 eine
Vorschubbewegung in Richtung der Arbeitsachse 29 des Bohr-/Senkanordnung 7,
durch die das rotierende Bohr-/Senkwerkzeug 12 in die Bauteile 3, 3' hineingetrieben
wird.
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3a bis 3d zeigen
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'' zum Blindnieten mit einem Multifunktionswerkzeug 4'', das über eine Anschlussplatte 32'' an der Hand 5'' eines sechsachsigen Industrieroboters 33 montiert
ist. Das Multifunktionswerkzeug 4'' umfasst einen
tellerförmigen
Grundkörper 6'', auf dem eine Bohr-/Senkanordnung 7'' und eine Nietsetzanordnung 8'' in der in 3b bis 3d gezeigten
Ausrichtung befestigt sind: Die Arbeitsachsen 29'', 30'' der
beiden Anordnungen 7'', 8'' befinden sich vorteilhafterweise
in einer gemeinsamen Ebene 35 und schließen einen
Winkel 31 miteinander ein, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
etwa 60° beträgt. Der
Grundkörper 6'' ist in einer solchen Weise an
der Roboterhand 5'' montiert, dass
der Schnittpunkt 36 der beiden Arbeitsachsen 29'', 30'' auf
einer Drehachse 34 zu liegen kommt, die der letzten Handachse des
Industrieroboters 33 entspricht, wobei die von den Arbeitsachsen 29'', 30'' aufgespannte
Ebene 35 nä herungsweise
senkrecht gegenüber
dieser Drehachse 34 ausgerichtet ist.
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Zum
Herstellen einer Verbindungsstelle 10 zwischen den beiden
Bauteilen 3, 3' wird
das Multifunktionswerkzeug 4'' mit Hilfe des
Roboters 33 an die gewünschte
Stelle gegenüber
den Bauteilen 3, 3' bewegt
und in der in 3b gezeigten Weise ausgerichtet:
Der Grundkörper 6'' befindet sich in einer solchen
Raumlage, dass die Bohr-/Senkanordnung 7'' der
Verbindungsstelle 10 auf den Bauteilen 3,3' gegenüberliegt
und die Arbeitsachse 29'' die Bohr-/Senkanordnung 7'' näherungsweise senkrecht zur
Oberfläche
des Bauteils 3 im Bereich der Verbindungsstelle 10 verläuft. In
dieser Ausrichtung der Bohr-/Senkanordnung 7'' wird
nun die Bohrung 19 erzeugt, indem das Bohr-/Senkwerkzeug 12'' in Drehung versetzt wird und mit
Hilfe des Roboters 33 das gesamte auf der Roboterhand 5'' montierte Multifunktionswerkzeug 4'' entlang der Arbeitsachse 29'' der Bohr-/Senkanordnung 7'' auf die Bauteile 3, 3' hin verschoben
wird (siehe 3c). Die dabei seitens der Roboterhand 5'' vollführte Vorschubbewegung ist in 3a und 3c durch
den Pfeil 38 angedeutet. Nach Fertigstellung der Bohrung 19 zieht
der Roboter 33 das Multifunktionswerkzeug 4'' wieder in die in 3b gezeigte
Ausgangslage zurück.
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Anschließend wird
der Grundkörper 6'' mit Hilfe der Roboterhand 5'' um einen Winkel 31 gedreht,
wobei die Nietsetzanordnung 8'' in
die in 3d gezeigte Arbeitsposition
geschwenkt wird, in der ihre Arbeitsachse 30'' in
die (vorher durch die Arbeitsachse 29'' der
Bohr-/Senkanordnung 7'' eingenommene)
Ausrichtung gegenüber
der Bohrung 19 kommt. Da sich die Verbindungsstelle 10 in
einem räumlich
beengten Bereich des Bauteils 3 befindet, wird vor oder
während
der Drehbewegung 37 des Grundkörpers 6'' die
Bohr-/Senkanordnung 7'' mit Hilfe einer
(in den Figuren nicht dargestellten) Verschiebevorrichtung entlang
ihrer Arbeitsachse 29'' zurückgezogen
(Pfeil 17''). Auf diese
Weise werden Kollisionen des Multifunktionswerkzeugs 4'' mit nah benachbarten Bereichen 39 des
Bauteils 3 (oder anderer räumlich nah angeordneter Teile)
vermieden. In der in 3d gezeigten Ausrichtung des
Multifunktionswerkzeugs 4'' wird nun in
die Bohrung 19 – wie oben
beschrieben – unter
Verwendung des Nietsetzanordnung 8'' ein
Blindniet eingebracht und befestigt. Damit ist der Setzvorgang des
Blindniets abgeschlossen, und das Multifunktionswerkzeug 4'' wird mit Hilfe des Roboters 33 in
eine weitere Nietposition verfahren.
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Bei
der in 3a bis 3d dargestellten Ausführungsform
wird somit zum Wechsel zwischen Bohr-/Senkanordnung 7'' und Nietsetzanordnung 8'' der rotatorische Freiheitsgrad 37 der
Roboterhand 5'' genutzt, während für den Vorschub 38 des Bohr-/Senkwerkzeugs 12'' die kinematischen Freiheitsgrade
des Roboters 33 verwendet werden. Dies ermöglicht eine
sehr kompakte und kostengünstige Realisierung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1''. In Abhängigkeit von den räumlichen
Bedingungen beim Verbinden der Bauteile 3,3' kann auch die
Nietsetzanordnung 8'' auf einer Verschiebeachse
montiert sein, mit Hilfe derer sie während des Bohr-/Senkvorgangs in
Richtung ihrer Arbeitsachse 30'' zurückgezogen
werden kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 3a bis 3d wurde
die im Zuge des Bohrens zu vollführende
Vorschubbewegung des Bohr-/Senkwerkzeug 12'' mit Hilfe der Roboterhand 5'' durchgeführt (siehe 3c).
Alternativ kann diese Vorschubbewegung natürlich auch – analog zum Ausführungsbeispiel
der 1a bis 1c – mit Hilfe
eines Servomotors erfolgen, der vorteilhafterweise über die
Robotersteuerung angesteuert wird.
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Wenn
die Vorrichtung 1, 1', 1'' zum
Verbinden von Bauteilen 3, 3' angewendet werden soll, die mit
hohen Toleranzen behaftet sind, ist es oftmals nicht möglich, mit
der Vorrichtung eine vorgegebene Roboterbahn abzufahren. In diesem
Falle empfiehlt es sich, die für
den Fügeprozess
relevanten Bereiche der Bauteile 3, 3' vor dem eigentlichen
Verbinden zu erfassen (z.B. mit Hilfe eines Lichtscanners). Aus
den Messdaten wird dann eine optimierte Bahn des Multifunktionswerkzeugs 4, 4', 4'' berechnet und die Verfahrbahn
des Roboters 33 entsprechend angepasst.
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Die
Vorrichtung eignet sich zum Fügen
von Bauteilen 3, 3' aus
unterschiedlichsten Werkstoffen, insbesondere auch aus Werkstoffkombinationen,
die nicht schweißbar
sind (z.B. Faserverbundwerkstoffe/Metallblech, Alublech/Stahlblech
etc.).
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Weiterhin
besteht die Möglichkeit,
Mehrschichtverbindungen herzustellen, d.h. mehr als zwei Bauteile 3, 3' miteinander
zu verbinden. Voraussetzung hierfür ist, dass ein Mehrbereichsniet
verwendet wird.