DE102004012786A1

DE102004012786A1 - Fügevorrichtung zum Befestigen von kleinteiligen Bauelementen an einer Trägerfläche durch Kleben

Info

Publication number: DE102004012786A1
Application number: DE200410012786
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Schmitt
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-29
Also published as: JP4615009B2; JP2007529326A; US7371303B2; US20070051718A1; EP1725371A1; WO2005095045A1

Abstract

Eine Fügevorrichtung zum Befestigen eines kleinteiligen Bauelements, insbesondere eines mit einem Klebeflansch (29) versehenen Bolzens (28) an einer Trägerfläche (30) mit Hilfe eines durch Wärme aktivierbaren, einen Klebeverbund zwischen dem Bauelement und der Trägerfläche bewirkenden Klebstoffs weist eine Induktionsspule (3) zum Erwärmen des Bauelements und/oder des Klebstoffs und eine Haltevorrichtung (4) auf, durch die das Bauelement bei der Bewegung der Fügevorrichtung in die Klebeposition gehalten wird. DOLLAR A Auf der der Trägerfläche zugekehrten Seite ist eine Anlagefläche (30) für das Bauelement vorgesehen, an die das Bauelement von außen heranführbar ist. Die Haltevorrichtung (4) ist durch die Induktionsspule (3) an das Bauelement heranführbar und weist einen Elektromagneten zum Erzeugen einer gegen die Anlagefläche gerichteten Haltekraft auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Befestigen von kleinteiligen Bauelementen, insbesondere von mit einem Klebeflansch versehene Bolzen an einer Trägerfläche mit Hilfe eines durch Wärme aktivierbaren, einen Klebeverbund zwischen dem Bauelement und der Trägerfläche bewirkenden Klebstoffs, wobei die Fügevorrichtung eine Induktionsspule zum Erwärmen der Klebezone und eine Haltevorrichtung aufweist, durch die das Bauelement bei der Bewegung der Fügevorrichtung in die Klebeposition gehalten wird.
Fügevorrichtungen der angegebenen Art dienen dazu, kleinteilige Bauelemente wie Haltebolzen, Verschlußstopfen, Befestigungselemente, Dübel und dergleichen automatisch an eine Befestigungsstelle auf einer Trägerfläche, beispielsweise der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, zu transportieren, dort bis zur Erreichung des Klebeverbunds zu halten und den durch Wärme aktivierbaren Klebstoff auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen. Der den Klebeverbund bewirkende Klebstoff kann sich hierbei entweder auf dem Bauelement oder auf der Trägerfläche befinden.
Aus EP 0 927 091 B1 ist eine Vorrichtung der angegebenen Art zum automatisierten Setzen und Aufkleben von mit Schmelzklebstoff beschichteten Haltebolzen bekannt. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Bolzenauffangstation und einem Bolzenzuführkanal auf, welcher mit einem Zuführschlauch verbindbar ist, durch welche die Haltebolzen mittels Druckluft in das Gehäuse und den Zuführkanal förderbar sind. Am Ende des Zuführkanals befindet sich ein mit einer Induktionsspule versehener Zylinder, der auf die Trägerfläche aufsetzbar ist und in welchem der Haltebolzen mit dem Tellerbund voraus einführbar ist. Oberhalb des Zylinders ist eine Vorrichtung mit einem in den Zylinder hinein bewegbaren Stempel vorgesehen, durch den im Zylinder befindliche Haltebolzen auf die Fügeposition der Trägerfläche angedrückt werden. In einer Ausführung hat der Stempel eine kegelförmige Ausnehmung zur Zentrierung des Bolzenendes. In einer anderen Ausführung ist der Stempel mit einem den Bolzen führenden Greifer versehen. Diese bekannte Vorrichtung benötigt an der Fügestelle einen verhältnismäßig großen Freiraum, da der Innendurchmesser des in der Induktionsspule angeordneten Zylinders größer als der Außendurchmesser des Tellerbundes des Haltebolzens sein muß.
Es ist weiterhin aus DE 203 00 624 U1 eine tragbare Vorrichtung zum Bolzenkleben bekannt mit einer tragbaren elektrischen Energieversorgungseinheit und einem Handteil, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei das Handteil eine Induktoreinrichtung zur Wärmeerzeugung aufweist. Das Handteil dieser Vorrichtung hat eine Bolzenaufnahmevorrichtung, die einen ringförmigen, zylindrischen Ferritkern trägt, der von einer Induktionsspule umgeben ist. Der Bolzen wird hierbei mit seinem Schaft in die Bolzenaufnahmevorrichtung gesteckt und von einem an einer Feder befestigten Permanentmagneten darin festgehalten. Der außerhalb der Bolzenaufnahmeeinrichtung befindliche Bolzenteller liegt hierbei der Stirnfläche des Ferritkerns mit Abstand gegenüber und wird beim Fügeprozeß durch mit der Hand an dem Handteil ausgeübten Druck an den Ferritkern angedrückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Fügevorrichtung zum automatischen Kleben von kleinteiligen Bauteilen zu schaffen. Insbesondere soll die Fügevorrichtung an der Klebestelle nur einen geringen Platzbedarf benötigen. Weiterhin soll die Fügevorrichtung eine schnelle Erwärmung der Klebezone ermöglichen und nach der Herstellung des Klebeverbunds kraftfrei von dem angeklebten Bauelement entfernbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 24 angegeben.
Die Fügevorrichtung nach der Erfindung weist auf der der Trägerfläche zugekehrten Seite eine Anlagefläche für das Bauelement auf, an die das Bauelement von außen heranführbar ist, und die Haltevorrichtung weist Mittel zum Erzeugen einer gegen die Anlagefläche gerichteten Haltekraft auf, die auf das Bauelement übertragen wird.
Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung hat den Vorteil, daß sie sehr kompakt ausgeführt werden kann, da eine Öffnung zum Durchführen des Bauelements nicht vorgesehen ist. Der Platzbedarf der Vorrichtung an der Fügestelle ist daher gering. Von Vorteil ist weiterhin ist, daß der an die Fügezone angren zende, zu erwärmende Bereich des Bauelements in unmittelbare Nachbarschaft zur Induktionsspule gebracht werden kann, so daß eine besonders wirksame und damit schnelle Erwärmung der Fügezone erreichbar ist. Durch das Andrücken des Bauelements an die Anlagefläche mit Hilfe der Haltevorrichtung wird mit einfachen Mitteln eine feste Einspannung des Bauelements in der Fügevorrichtung erreicht, wodurch eine exakt definierte Lage des Bauelements in bezug auf die Fügevorrichtung auch bei schnellen Transportbewegungen erhalten bleibt und eine positionsgenaue Befestigung des Bauelements gewährleistet ist. Weiterhin wird hierdurch ein ausreichendes Bewegungsspiel zwischen der Fügevorrichtung und dem Bauelement ermöglicht, um die Fügevorrichtung nach Beendigung des Klebeprozesses kraftfrei von dem Bauelement trennen zu können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Haltevorrichtung einen Elektromagneten aufweist, der die Haltekraft zum Festhalten des Bauelements erzeugt. Soll das Bauelement nach dem Verkleben von der Haltevorrichtung freigegeben werden, so genügt es, den Elektromagneten abzuschalten.
Eine baulich einfache Gestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Elektromagnet als Teil der Haltevorrichtung durch die Induktionsspule gebildet wird, indem die Induktionsspule während der Haltephase mit einer Gleichspannungsquelle verbindbar ist. In der Fügeposition kann das Bauelement durch die Fügevorrichtung selbst an die Trägerfläche angedrückt werden, so daß die Induktionsspule dann von der Gleichspannungsquelle getrennt und mit einer Wechselspannungsquelle verbunden werden kann. Erfindungsgemäß weist die Induktionsspule eine mittige, sich in Richtung der Spulenachse erstreckende, durchgehende Öffnung auf, wobei die Wand der Öffnung von einem Schirmrohr aus weichmagnetischem Material gebildet ist. Durch das Schirmrohr wird das Magnetfeld in Richtung auf den zu erwärmenden Bereich des Bauteils gelenkt und in der Öffnung befindliche Abschnitte des Bauelements, beispielsweise der Bolzenschaft und Teile der Haltevorrichtung, die aus elektrisch oder magnetisch leitenden Werkstoffen bestehen, werden vor induktiver Erwärmung und/oder magnetischer Übersteuerung geschützt. Auch elektrische Thermoelemente zum Überwachen der Temperatur des Bauelements können geschützt vor dem magnetischen Wechselfeld der Induktionsspule innerhalb des Schirmrohrs angeordnet werden.
Zur Führung von in die Öffnung hineinragenden Bauelementen, beispielsweise von Haltebolzen, kann in der Öffnung ein mit dem Bauelement zusammenwirkendes Führungselement angeordnet sein. Wird die Induktionsspule als Elektromagnet verwendet, so kann das Führungselement aus einem weichmagnetischen Material bestehen und in der Haltephase zur Verstärkung des auf das Bauelement einwirkenden Magnetfelds ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Führungselement durch eine Betätigungsvorrichtung aus der Öffnung des Schirmrohrs herausbewegbar. Dies kann zweckmäßig sein, um die Wirkung des Schirmrohres während der Induktionsphase zu erhöhen oder um vor dem Abheben der Fügevorrichtung von dem angeklebten Bauelement das Führungselement von dem Bauelement zu entfernen. Auch eine Anpassung der Position des Führungselements an Bauelemente unterschiedlicher Abmessung ist durch die Bewegbarkeit des Führungselements möglich. Besteht das Führungselement aus einem elektrisch nicht leitenden und schwach magnetischen Material, insbesondere Kunststoff, so kann es auch fest in der Öffnung der Induktionsspule bzw. im Schirmrohr angeordnet sein.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann das Führungselement als Elektromagnet ausgebildet sein, so es zum Greifen und Halten des Bauelements dienen kann.
Zum Bewegen des Führungselements kann dieses am Ende der Kolbenstange eines Bestätigungszylinders befestigt sein, der koaxial zur Induktionsspule angeordnet und fest mit dieser verbunden ist. Die Ansteuerung des Betätigungszylinders erfolgt vorzugsweise pneumatisch.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Haltevorrichtung einen zangenartigen Greifer aufweisen, dessen Greiferarme so ausgebildet sind, daß sie in die Öffnung der Induktionsspule hinein ragen oder auch durch diese hindurchbewegbar sind. Der Greifer kann an dem Führungselement angeordnet sein und er kann gemeinsam mit dem Führungselement durch die Betätigungsvorrichtung in Richtung der Spulenachse bewegbar sein. Die quer zur Spulenachse bewegbaren Greiferarme können in einer einfachen Ausführung durch Federkraft in eine Spannstellung gedrückt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß zu Ergreifen und Loslassen eines Bauelements jeweils eine die Greiferarme spreizende Kraft überwunden werden muß. Vorteilhafter, jedoch aufwendiger, ist daher eine Ausgestaltung nach der Erfindung, bei der die Greiferarme durch einen Antrieb zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung hin- und herbewegbar sind. Das Heranführen des Greifers an das Bauelement und das Entfernen des Greifers von dem Bauelement sind dann kraftfrei möglich.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß die Induktionsspule und die Haltevorrichtung eine Baueinheit bilden, welche in einem Gehäuse angeordnet und in Richtung der Spulenachse zwischen zwei vorzugsweise durch Anschläge begrenzten Endstellungen bewegbar gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, die Fügevorrichtung mit dem Gehäuse zu positionieren und in der jeweiligen Position mit Hilfe der Baueinheit geeignete Bewegungen zum Ergreifen eines Bauelements oder zum Heranführen des Bauelements an die Trägerfläche durchzuführen.
Die Relativbewegung zwischen der Baueinheit und dem Gehäuse kann entweder aktiv durch einen Antrieb oder passiv von außen durch Bewegen des Gehäuses unter Überwindung einer die Baueinheit in einer Endstellung haltenden Feder erfolgen. Bei dem Antrieb kann es sich um einen elektrischen oder pneumatischen Linearmotor handeln.
Das Gehäuse kann entweder fest oder beweglich an dem Arm eines Roboters befestigt sein, durch den die Fügevorrichtung in unterschiedliche Fügepositionen bewegbar ist. Eine bewegliche Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Roboterarm kann erfindungsgemäß aus einem an dem Gehäuse befestigten Schlitten bestehen, der in einer zur Spulenachse parallelen Schlittenführung längsbeweglich gelagert ist, wobei die Schlittenführung an dem Roboterarm angeordnet ist.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Gehäuse um eine quer zum Spulenachse angeordnete Achse drehbar an einem Robotorarm gelagert und durch einen Drehantrieb in unterschiedliche Winkelpositionen bewegbar und in diesen arretierbar ist. An dem Robotorarm kann hierbei eine Einrichtung zur Zuführung von Bauelementen vorgesehen sein und die Fügevorrichtung kann in eine der Zuführeinrichtung zugekehrte Ladeposition schwenkbar sein, in der jeweils ein Bauelement durch die Haltevorrichtung greifbar ist. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise ein kurzzeitig durchführbarer Ladevorgang ermöglicht, der synchron mit dem Anfahren der nächsten Fügeposition ausführbar ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung zum automatischen Ankleben von Bolzen an einer Trägerfläche mit einem längsbeweglich an einem Roboterarm befestigten Gehäuse,
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung mit einem drehbar an einem Roboterarm gelagerten Gehäuse,
3 eine erste abgewandelte Ausführung der inneren Baueinheit einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung gemäß den 1 oder 2,
4 eine zweite abgewandelte Ausführung der inneren Baueinheit einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung gemäß den 1 oder 2,
5 eine dritte abgewandelte Ausführung der inneren Baueinheit einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung gemäß den 1 oder 2,
6 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung mit fest am Induktor angeordneter Haltevorrichtung,
7 eine an einem Roboterarm angeordnete Einrichtung zum Zuführen von Klebebolzen zu einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung.
Die in 1 gezeigte Fügevorrichtung umfaßt ein äußeres, zylindrisches Gehäuse 1 und eine darin längs beweglich gelagerte Baueinheit 2, die eine Induktionsspule 3 und eine längsbewegliche Haltevorrichtung 4 enthält. Das Gehäuse 1 ist an einem Schlitten 5 befestigt, der in einer sich parallel zur Längsachse des Gehäuses 1 erstreckenden Schlittenführung 6 längsbeweglich gelagert ist. Der Schlitten 5 ist durch einen an der Schlittenführung 6 an einem Roboterarm angeordneten Stellzylinder 7 bewegbar und in definierten Stellungen feststellbar.
Die Baueinheit 2 setzt sich aus einem Betätigungszylinder 8, einem Spulenträger 9 und einem die beiden miteinander verbindenden Zwischenstück 10 zusammen, die fest miteinander verbunden sind. An dem Zwischenstück 10 befinden sich zwei diametral angeordneten Führungszapfen 11, die jeweils in einen zur Gehäuseachse parallelen Längsschlitz 12 in der Wand des Gehäuses 1 eingreifen und die Baueinheit 2 an einer Drehung gegenüber dem Gehäuse 1 hindern. Durch die Führungszapfen 11 und die Enden der Führungsschlitze 12 werden außerdem die beiden möglichen Endstellungen der Baueinheit 2 in dem Gehäuse 1 festgelegt.
Der Betätigungszylinder 8 befindet sich an dem oberen, innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Ende der Baueinheit 2. Er enthält einen Kolben 13, der zwei Zylinderkammern 14, 15 voneinander trennt. Die Zylinderkammern 14, 15 sind über Druckanschlüsse 16, 17 und nicht dargestellte Druckleitungen mit einer von einer Druckluftquelle gespeisten Ventileinrichtung verbunden. Durch die Ventileinrichtung können die Zylinderkammern 14, 15 im Wechsel mit der Druckluftquelle oder mit der Atmosphäre verbunden werden. Von dem Kolben 13 erstreckt sich eine Kolbenstange 18 durch die an das Zwischenstück 10 angrenzende Wand des Betätigungszylinders 8 in eine von dem Zwischenstück 10 umgrenzte Kammer 19. An ihrem freien Ende trägt die Kolbenstange 18 ein Führungselement 20, das in seiner Stirnfläche eine kegelförmige Ausnehmung 21 aufweist. Das Führungselement 20 ist als Elektromagnet ausgebildet und trägt eine mittels nicht dargestellter Leitungen an eine Gleichspannungsquelle anschließbare Spule 22.
Zwischen dem Betätigungszylinder 8 und einem Boden 23 des Gehäuses 1 ist eine Druckfeder 24 angeordnet, die sich über einen Drucksensor 25 an dem Betätigungszylinder 8 abstützt. Die Druckfeder 24 ist bestrebt, die Baueinheit 2 in ihre untere, aus dem Gehäuse 1 ausgefahrene Stellung zu drücken, in der sie durch die Führungszapfen 11 gehalten wird.
Die Induktionsspule 3 ist auf einem Spulenträger 9 angeordnet, der sich außerhalb des Gehäuses 1 befindet. Der Spulenträger 9 besteht aus einem nicht leitenden Isoliermaterial und hat die Form eines Zylinders mit zwei sich radial nach außen erstreckenden Ringwänden, zwischen denen die Induktionsspule 3 gehalten ist. In dem Zylinder ist ein Schirmrohr 26 aus weichmagnetischem Material angeordnet, dessen Bohrung 27 zur Aufnahme eines zu verklebenden Bolzens 28 mit Klebeflansch 29 dient. Das Schirmrohr 26 hat eine geringere axiale Länge als der Zylinder des Spulenträgers 9, so daß das untere Ende des Spulenträgers 9 einen über das Schirmrohr 26 hinausragenden Stützring 30 bildet, an dem sich der Klebeflansch 29 abstützt. Der hierdurch zwischen dem Schirmrohr 26 und dem Klebeflansch 29 hervorgerufene Luftspalt 31 begünstigt die Wirkung des Schirmrohrs 26 und sorgt für eine Wärmeisolierung gegenüber dem Flansch 29.
1 zeigt die beschriebene Fügevorrichtung im wesentlichen in einer Betriebsstellung, in der der Klebeflansch 29 des in der Fügevorrichtung befindlichen Bolzens so weit erwärmt ist, daß der in einer Klebezone 32 vorhandene Klebstoff geschmolzen und teilweise nach außen zur Bildung eines Klebewulstes 33 verdrängt ist. Der Klebeflansch 29 wird hierbei von der Druckfeder 24 über die Baueinheit 2 gegen eine Trägerfläche 34 eines Werkstücks 35 gedrückt. Die Druckfeder 24 ist durch Verfahren des Schlittens 5 und des daran befestigten Gehäuses 1 in Richtung des Werkstücks 35 so weit zusammengedrückt, daß die von dem Drucksensor 25 gemessene Kraft der gewünschten Anpressung des Klebeflansches 29 entspricht. Die Haltevorrichtung 4 mit dem Führungselement 20 und der Spule 22 sind durch Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 15 in eine von dem Bolzen 28 entfernte Stellung außerhalb des Schirmrohrs 26 gefahren, damit sie nicht durch das magnetische Wechselfeld der Induktionsspule 3 erwärmt werden.
Ist der durch Erwärmen aktivierte oder reaktivierte Klebstoff ausreichend verfestigt, um den Bolzen zu halten, so wird durch den Stellzylinder 7 das Gehäuse 1 mit dem Schlitten 5 in die entgegengesetzte, von dem Werkstück 35 entfernte Stellung bewegt. Hierbei entspannt sich die Druckfeder 24, wobei sie die Baueinheit 2 noch so lange in Anlage an dem Klebeflansch 29 hält, bis die ausgefahrene Endstellung erreicht ist, in der die Führungszapfen 11 an den entgegengesetzten Enden der Führungsschlitze 12 anliegen. Danach nimmt das Gehäuse 1 die Baueinheit 2 in seine Bewegung mit, so daß sich auch die Baueinheit 2 von dem Werkstück 35 entfernt und der Bolzen 28 die Bohrung 27 des Schirmrohrs 26 verläßt. Danach kann die Fügevorrichtung von dem Roboter zur Aufnahme eines neuen Bolzens an eine Zuführeinrichtung und dann an eine weitere Fügestelle gefahren werden.
Die in 2 gezeigte Fügevorrichtung stimmt bis auf die im folgenden näher beschriebenen Einzelheiten mit der Fügevorrichtung gemäß 1 überein. Für die übereinstimmenden Bauteile werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Entsprechendes gilt auch für die in den 3 bis 7 gezeigten Ausführungsformen.
Das Gehäuse 1 der in 2 gezeigten Fügevorrichtung ist so mit dem Roboterarm 40 verbunden, daß eine Relativbewegung in Richtung der Gehäuseachse zwischen dem Gehäuse 1 und dem Roboterarm 40 nicht möglich ist. Die Verbindung mit dem Roboterarm 40 erfolgt vorzugsweise durch ein Drehlager mit einer quer zur Gehäuselängsachse verlaufenden Drehachse, wobei ein Antrieb zur definierten Drehung des Gehäuses 1 relativ zum Roboterarm 40 vorgesehen sein kann. Eine Fixierung des Drehlagers in einer zuvor eingestellten Position des Gehäuses 1 kann ebenfalls vorgesehen sein. Ist eine Verstellung des Gehäuses 1 gegenüber dem Roboterarm 40 nicht notwendig, so kann das Gehäuse 1 auch starr mit dem Roboterarm 40 verbunden sein.
Zum Bewegen der Baueinheit 2 weist das Gehäuse 1 in 2 einen Linearmotor 41 auf, der in dem geschlossenen Ende des Gehäuses 1 angeordnet ist. Der Linearmotor 41 ist durch eine Antriebsstange 42 mit dem Betätigungszylinder 8 der Baueinheit 2 verbunden. Weiterhin ist zwischen dem Linearmotor 41 und dem Betätigungszylinder 8 eine Feder 43 angeordnet, die bestrebt ist, die Baueinheit 2 in Richtung auf den Linearmotor 41 zu bewegen.
2 zeigt die Fügevorrichtung in einer Stellung, in der ein neuer Bolzen 28 an die Trägerfläche 34 eines Werkstücks 35 herangeführt wird. Der Bolzen 28 befindet sich in der Bohrung 27 des Schirmrohrs 26 und wird in dieser Lage von dem als Elektromagnet ausgebildeten Führungselement 20 der Haltevorrichtung 4 gehalten. Das mit einer Kegelspitze 44 versehene Ende des Bolzens 28 greift hierbei in die Ausnehmung 21 ein und wird dadurch in dem Schirmrohr 26 zentriert. Durch die von dem Elektromagnet des Führungselements 20 ausgeübte Magnetkraft wird der Klebeflansch 29 an den Stützring 30 angedrückt. Durch mäßige Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 15 kann bei Bedarf die Andruckkraft zusätzlich erhöht werden.
Um den Bolzen 28 mit dem Klebeflansch 29 an die Trägerfläche 34 anzudrücken, wird der Linearmotor 41 angesteuert. Hierdurch schiebt dieser unter Überwindung der Kraft der Feder 43 die Baueinheit 2 nach unten aus dem Gehäuse 1 so weit heraus, bis die mit Klebstoff 45 beschichtete Fläche des Klebeflanschs 29 an der Trägerfläche 34 anliegt. Während des sich anschließenden Klebeprozesses, bei dem der Klebstoff 45 erwärmt wird, kann durch Steuerung des Linearmotors 41 die Anpressung des Klebeflansches in der gewünschten Weise dosiert werden.
3 zeigt eine Baueinheit 48, die anstelle der Baueinheit 2 in ein Gehäuse 1 der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen einsetzbar ist. Die Baueinheit 48 unterscheidet sich von der Baueinheit 2 dadurch, daß das hier aus einem Permanentmagnet bestehende Führungselement 49 durch die Bohrung 27 des Schirmrohres 26 hindurchbewegt werden kann, um auf diese Weise das spitze Ende eines sich außerhalb der Bohrung 27 befindlichen Bolzens 28 zu ergreifen und diesen bis zur Anlage seines Klebeflansches 29 an dem Stützring 30 in die Bohrung 27 des Schirmrohres 26 hineinzuziehen. Das Aufnehmen des Bolzens 28 erfolgt hierbei ausschließlich durch eine Bewegung der Haltevorrichtung 4, so daß auf eine zusätzliche Bewegung der Baueinheit 48 beim Zuführen von Bolzen verzichtet werden kann.
4 zeigt eine Ausführungsform einer Baueinheit 50, bei welcher die Induktionsspule 3 die erforderliche Magnetkraft zum Festhalten eines Bolzens 28 mit Klebeflansch 29 erzeugen kann. Das Schirmrohr 26 weist hierbei auf seiner dem Zwischenstück 10 zugekehrten Seite einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ringflansch 51 auf, der eine stärkere Konzentration des Magnetfeldes am inneren Ende des Schirmrohrs 26 bewirkt. Der Ringflansch 51 besteht hierbei aus dem gleichen weichmagnetischen Material wie das Schirmrohr 26. Um das Magnetfeld wirksam in den Bolzen 28 zu lenken, ist ein weichmagnetisches Führungselement 52 im Bereich des Ringflansches 51 in der Bohrung 27 des Schirmrohres 26 angeordnet. Der Außendurchmesser des Führungselements 52 ist so groß bemessen, daß der Luftspalt 53 zwischen dem Schirmrohr 26 und dem Führungselement 52 erheblich kleiner ist als der Luftspalt 31, der sich zwischen dem unteren Ende des Schirmrohres 26 und dem an dem Stützring 30 anliegenden Klebeflansch 29 ergibt. Das Führungselement 52 weist außerdem wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen eine kegelförmige Ausnehmen 54 auf, durch die das in die Ausnehmung eingreifende Bolzenende zentriert wird.
Zum Festhalten eines Bolzens 28 wird die Induktionsspule 3 mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Hierdurch wird ein statisches Magnetfeld erzeugt, welches infolge der beschriebenen Ausgestaltung von Schirmrohr 26, Ringflansch 51 und Führungselement 52 eine den Bolzen 28 in das Schirmrohr 26 hineinziehende und in der dargestellten Position festhaltende Haltekraft erzeugt. Selbstverständlich ist hierzu Voraussetzung, daß der Bolzen 28 einschließlich Klebeflansch 29 aus einem magnetisch leitenden Material, beispielsweise aus Stahl, besteht.
Wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist das Führungselement 52 an der Kolbenstange 18 des Betätigungszylinders 8 befestigt. Für das Erwärmen der Klebezone wird das Führungselement 52 aus dem Schirmrohr 26 herausgezogen. Hierdurch wird die Abschirmwirkung des Schirmrohres 26 wieder hergestellt und verhindert, daß das magnetische Wechselfeld den Schaft des Bolzens 28 zu sehr erwärmt.
Die Baueinheit 50 zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht ein sicheres Halten sowohl eines Bolzens als auch anders geformter Bauelemente, da mit Hilfe der Induktionsspule ein relativ starkes statisches Magnetfeld erzeugt werden kann. Befindet sich die Baueinheit 50 in der Fügeposition, so wird der Klebeflansch 29 des Bolzens 28 von der Baueinheit 50 über den Stützring 30 an die Trägerfläche des Werkstücks angedrückt und dadurch festgehalten. Die Induktionsspule 3 kann daher nun von der Gleichspannungsquelle getrennt und zum Erwärmen der Fügezone mit einer Wechselspannungsquelle verbunden werden.
In 5 ist eine in das Gehäuse 1 einsetzbare Baueinheit 56 dargestellt, bei der die Haltevorrichtung 4 mit einem Greifer 57 zum Greifen und Halten eines Bolzens 28 versehen ist. Der Greifer 57 ist an der das Führungselement 20 tragenden Kolbenstange 18 angeordnet. Er weist innerhalb des Zwischen stücks 10 eine an der Kolbenstange 18 befestigte Greiferbrücke 58 auf, an der einander gegenüberliegend zwei zweiarmige Greiferarme 59 schwenkbar gelagert sind. Die Greiferarme 59 erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Kolbenstange 18 und ragen mit ihren Haltebacken 60 bildenden Enden über das am Ende der Kolbenstange 18 befindliche Führungselement 20 hinaus. Die den Haltebacken 60 entgegengesetzten Enden der Greiferarme 59 sind jeweils durch einen pneumatischen oder elektrischen Antrieb 61 mit der Greiferbrücke 58 verbunden.
In der dargestellten Stellung ist der Greifer 57 nahezu vollständig nach unten gefahren und hat einen Bolzen 28 ergriffen. Der Bolzen 28 stützt sich hierbei mit seinem spitzen oberen Ende an dem Führungselement 20 ab. Das Führungselement 20 kann hierbei vorteilhaft als Näherungssensor ausgebildet sein, um die Anwesenheit des Bolzens 28 in dem Greifer 57 erfassen zu können. Durch Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 15 des Betätigungszylinders 8 wird der geschlossene Greifer 57 nach oben bewegt und der Bolzen 28 in die Bohrung 27 im Inneren der Induktionsspule 3 so weit hineingezogen, bis sich der Klebeflansch 29 an dem Stützring 30 abstützt. In dieser Halteposition erfolgt dann der Transport des Bolzens 28 in die Fügeposition, wo dann der Klebeprozeß eingeleitet wird. Nach Erreichen des Klebeverbunds wird der Greifer 57 geöffnet, so daß die Baueinheit 56 von dem Bolzen 28 entfernt werden kann, ohne eine Kraft auf diesen zu übertragen.
Anstelle des aktiven Greifers 57 kann zum Halten eines Bolzens auch ein passiver, durch Federkraft in der Schließstellung gehaltener Greifer verwendet werden. Bei einem solchen Greifer ist es allerdings notwendig, daß der Greifer mit Hilfe des Betätigungszylinders 8 von dem Bolzen abgezogen wird, während die Baueinheit mit dem Stützring an dem Klebeflansch anliegt. Es ist daher ein entsprechend langer Verfahrweg des Greifers erforderlich.
6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung, die sich durch einen einfachen Aufbau und eine geringe Baulänge auszeichnet. In dem schwenkbar an einem Roboterarm 40 angeordneten Gehäuse 1 ist eine Baueinheit 64 angeordnet und durch einen Linearmotor 41 in Gehäuselängsrichtung bewegbar. Die Baueinheit 64 besteht aus einem Spulenträger 9 mit einer Induktionsspule 3 und einem daran befestigten, topfförmigen Kopfstück 65. Im Zentrum des Kopfstücks 65 befindet sich eine Stange 66, die einen Greifer 57 mit einer Greiferbrücke 58 und Greiferarmen 59 und an ihrem Ende ein Führungselement 20 trägt. Die Greiferarme 59 sind durch Antriebe 61 bewegbar, die an der Wand des Kopfstücks 65 befestigt sind. Die Haltebacken 60 der Greiferarme 59 befinden sich innerhalb der Bohrung 27 des Spulenträgers 9.
Bei der Baueinheit 64 ist der Greifer 57 in Richtung der Spulenachse in der Baueinheit 64 nicht bewegbar. Zum Ergreifen eines Bolzens 28 wird daher die Baueinheit 64 mit Hilfe des Linearmotors 41 bei geöffnetem Greifer 57 über den beispielsweise mit seinem Klebeflansch auf einer Unterlage aufliegenden Bolzen geschoben, bis der Stützring 30 an dem Klebeflansch 29 anliegt. Nach dem Ergreifen des Bolzens 28 durch Schließen des Greifers 57 wird die Baueinheit 64 in das Gehäuse 1 zurückgefahren, um in der Fügeposition durch erneutes Ausfahren den Klebeflansch 29 an die Trägerfläche 34 anlegen und andrücken zu können.
7 zeigt eine vorteilhafte Fügevorrichtung zum Zuführen von Haltebolzen und ähnlichen Bauelementen zu einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung. Das Gehäuse 1 der Fügevorrichtung ist hierbei drehbar am Ende eines Roboterarmes 40 angeordnet und durch einen Antrieb in eine Vielzahl beliebiger Winkelstellungen bewegbar. An dem Roboterarm 40 befindet sich eine Zuführeinrichtung 70, durch die Bolzen 28 einer Übergabestelle 71 zugeführt werden. An der Übergabestelle 71 ist ein beispielsweise magnetischer Zuführgreifer 72 vorgesehen, der mit Hilfe eines Schwenkantriebs 73 zwischen einer Übernahmeposition 74 und einer Übergabeposition 75 hin und her bewegbar ist. Der Zuführgreifer 72 greift in der Übernahmeposition 74 jeweils einen Bolzen 28 an dem Klebeflansch 29 und hält diesen in der Übergabeposition 75 in einer solchen Stellung, daß der Bolzen 28 mit seinem freien Ende in Richtung auf die Drehachse des Gehäuses 1 zeigt.
Um den Bolzen 28 der Fügevorrichtung zuzuführen, wird das Gehäuse 1 mit der beispielsweise darin angeordneten Baueinheit 56 in die gestrichelt gezeichnete Zuführposition 76 geschwenkt, in der die Baueinheit 56 mit ihrem Spulenträger dem mit der Übergabeposition befindlichen Bolzen 28 gegenüberliegt und koaxial zu diesem ausgerichtet ist. Durch Ansteuerung des Betätigungszylinders der Baueinheit 56 wird der Greifer 57 ausgefahren, der Bolzen 28 ergriffen und bis zur Anlage seines Klebeflansches an dem Stützring 30 in die Baueinheit 56 hineingezogen. Nach diesem Vorgang kehrt der Zuführgreifer 72 in die Übernahmeposition 74 zurück. Gleichzeitig wird der Roboterarm 40 in die Fügeposition bewegt und das Gehäuse 1 an dem Roboterarm 40 in die Fügeposition geschwenkt, in der seine Längsachse senkrecht zur Trägerfläche 34 eines Werkstücks 35 ausgerichtet ist.
Durch Verfahren der Baueinheit 56 in die gestrichelt dargestellte Position 77 wird der Bolzen mit seinem Klebeflansch 29 an die Trägerfläche 34 angedrückt und dann der Klebeprozeß eingeleitet.
Die in 7 gezeigte Zuführeinrichtung kann auch in Verbindung mit den anderen zuvor beschriebenen Baueinheiten verwendet werden. Ist die Haltevorrichtung nicht aus der Baueinheit ausfahrbar, so muß statt dessen die Baueinheit mit der Induktionsspule axial auf den Schaft des Bolzens so weit aufgeschoben werden, daß die Haltevorrichtung den Bolzen ergreifen und halten kann.

Claims

Fügevorrichtung zum Befestigen von kleinteiligen Bauelementen, insbesondere von mit einem Klebeflansch versehenen Bolzens an einer Trägerfläche mit Hilfe eines durch Wärme aktivierbaren, einen Klebeverbund zwischen dem Bauelement und der Trägerfläche bewirkenden Klebstoffs, wobei die Fügevorrichtung eine Induktionsspule zum Erwärmen des Bauelements und/oder des Klebstoffs und eine Haltevorrichtung aufweist, durch die das Bauelement bei der Bewegung der Fügevorrichtung in die Klebeposition gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Trägerfläche zugekehrten Seite eine Anlagefläche für das Bauelement vorgesehen ist, an die das Bauelement von außen heranführbar ist, und daß das Bauelement durch die Haltevorrichtung mit einer gegen die Anlagefläche gerichteten Haltekraft an der Anlagefläche festhaltbar ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung einen Elektromagneten zur Erzeugung der Haltekraft aufweist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule den Elektromagnet der Haltevorrichtung bildet, wobei die Induktionsspule während der Haltephase mit einer Gleichspannungsquelle verbindbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule eine mittige, sich in Richtung der Spulenachse erstreckende Öffnung hat.
Fügevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Öffnung der Induktionsspule von einem Schirmrohr aus weichmagnetischem Material gebildet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung der Induktionsspule ein mit dem Bauelement zusammenwirkendes Führungselement angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement aus einem weichmagnetischen Material besteht und zur Verstärkung des das Bauelement haltenden Magnetsfelds während der Haltephase ausgebildet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement durch eine Betätigungsvorrichtung aus der Öffnung der Induktionsspule herausbewegbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement aus einem schwachmagnetischen Material, insbesondere Kunststoff, besteht.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement als Elektromagnet ausgebildet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement als Dauermagnet ausgebildet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement an dem Ende der Kolbenstange eines Betätigungszylinders befestigt ist, der koaxial zur Induktionsspule angeordnet und fest mit dieser verbunden ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung einen Greifer aufweist, dessen Greiferarme in die Öffnung der Induktionsspule hineinragen.
Fügevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer an einem mit dem Bauelement zusammenwirkenden Führungselement angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer durch eine Betätigungsvorrichtung in Richtung der Spulenachse bewegbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferarme durch einen Antrieb zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung hin und her bewegbar sind.
Fügevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule und die Haltevorrichtung eine Baueinheit bilden, welche in einem Gehäuse angeordnet und in Richtung der Spulenachse zwischen zwei Endstellungen bewegbar gelagert ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Baueinheit und dem Gehäuse eine Feder angeordnet ist, die bestrebt ist, die Baueinheit in einer Endstellung zu halten.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb, insbesondere ein Linearmotor vorgesehen ist, durch den die Baueinheit in eine oder beide Endstellungen bewegbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit in dem Gehäuse in wenigstens einer der Endstellungen durch eine Klemmvorrichtung festhaltbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Fügevorrichtung an dem Arm eines Roboters starr oder beweglich befestigt ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Fügevorrichtung an einem Schlitten befestigt ist, der in einer zur Spulenachse parallelen Schlittenführung längsbeweglich gelagert ist, wobei die Schlittenführung an einem Roboterarm angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse um eine quer zur Spulenachse verlaufende Achse drehbar an einem Roboterarm gelagert und durch einen Drehantrieb in unterschiedliche Winkelstellungen bewegbar und in diesen arretierbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Roboterarm eine Zuführeinrichtung für die Bauelemente vorgesehen ist und daß die Fügevorrichtung an dem Roboterarm in eine Ladeposition schwenkbar ist, in der jeweils ein Bauelement in die Haltevorrichtung einführbar ist.