-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten und Halten
von zweidimensional verformten Bauteilen nach dem Oberbegriff des ersten
Anspruchs sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
-
Es
ist gerade in der Fahrzeugindustrie allgemein bekannt, dass vorgeformte
Bauteile, in der Regel Karosserie-Bleche, außerhalb der Serienfertigung
in speziellen Halteeinrichtungen gehalten werden, um sie weiter
zu bearbeiten. Diese Halteeinrichtungen sind in der Regel auf jedes
Bauteil individuell zugeschnitten, so dass bei einer Änderung
der Kontur des Bauteils die Halteeinrichtung neu aufgebaut werden
muss. Dies ist zeitaufwändig
und kostenintensiv.
-
Aus
der
US 4,691,905 ist
es deshalb bereits bekannt, Vorrichtungen zum lagegenauen Halten
von Bauteilen zu verwenden, deren Haltevorrichtung in drei Ebenen
verstellbar sind. Diese werden dann auf eine Grundplatte montiert
und können
unterschiedlichen Bauteilformen und -Abmessungen angepasst werden.
Allerdings sind hier die eigentlichen Halter der Bauteile immer
noch bauteilspezifisch ausgebildet, so dass bei einer Änderung
der Kontur des Bauteils die Halter ausgetauscht werden müssen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der unterschiedlich geformte Bauteile schnell und einfach ausgerichtet
und gespannt werden können.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die
Lösung
basiert auf der Erkenntnis, dass separate Positionierelemente für die horizontale
und vertikale Positionierung des zu haltenden Bauteils vorgesehen
sind, wobei zur lagegenauen Positionierung höhenverstellbare Positionshalter
verwendet werden. Um unterschiedlich gestaltete Bauteile zu halten,
sind an den Halteelemente universelle Halter vorgesehen, die sich
an jede Bauteilkontur anpassen können.
Damit wird eine universell einsetzbare Vorrichtung zum Ausrichten
und Halten bereitgestellt, die einfach aufgebaut ist und schnell
auf unterschiedliche konturierte Bauteile umgerüstet werden kann, da die Einstellung
der Positionierelemente, der Positionshalter und der Halteelemente
schnell vorgenommen werden kann. Es müssen nicht auf jede Bauteilkontur
angepasste Halteelemente und Aufnahmen vorgesehen werden.
-
Die
Unteransprüche
beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, dass
auch durch die Verwendung von Positionierstiften eine hinreichend
genaue Lagebestimmung des Bauteils möglich ist, ohne dass die Bauteilkontur
beim Halten über
die Halteelemente verändert
wird.
-
Durch
die in Anspruch 4 beschriebenen Servomotoren ist eine Genauigkeit
der Einstellung der Positionierelemente im Bereich von weniger als
0,1 mm möglich.
Angesteuert werden die Servomotoren vorteilhafterweise über die
CAD-Daten des vorgeformten Blechteils.
-
Als
Halter werden gemäß Anspruch
5 Saugteller oder Elektromagnete vorgeschlagen.
-
Um
unterschiedlich große
Bauteile auszurichten und zu halten, ist die Weiterbildung nach
Anspruch 8 sinnvoll. Damit erhält
man eine modular aufgebaute Grundplatte, wobei – in Verbindung mit der Weiterbildung
nach Anspruch 9 – nur
zwei unterschiedliche Typen von Modulen bereitgestellt werden müssen.
-
Die
Ansprüche
10 und 11 beschreiben ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben
der Vorrichtung, wobei dieses Verfahren sich auch dazu eignet, die
vorgeformten Bauteile mit Hilfe eines Roboters in die Vorrichtung
einzulegen. Das Ausrichten und Halten geschieht dann anschließend selbsttätig.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher dargestellt.
Es stellen dar:
-
1 eine
Bearbeitungszelle mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
2 ein
zu haltendes vorgeformtes Bauteil;
-
3 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Grundplatte;
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines Grundplattenmoduls;
-
5a eine
perspektivische Ansicht eines Positionshalters;
-
5b eine
perspektivische Ansicht eines Positionierelementes.
-
In 1 ist
schematisiert eine Bearbeitungszelle 1, bestehend aus einem
Roboter 2 und einer erfindungsgemäß aufgebauten Haltevorrichtung 3 dargestellt.
-
Der
Roboter 2 dient dazu, das in 1 nicht näher dargestellte
Bauteil 10 (2) auf die Haltevorrichtung 3 zu
legen bzw. das dort liegende Bauteil zu bearbeiten, beispielsweise
mit einem anderen Bauteil zu verschweißen oder mit Hilfe eines Dorns beispielsweise
individuell gestaltete Charakterlinien in das Bauteil einzudrücken. Hierbei
werden in der Regel Bauteile aus Karosserieblech verwendet. Es ist
aber genau so gut möglich,
mit der erfindungsgemäß aufgebauten
Haltevorrichtung 3 auch Bauteile aus anderen Materialien
auszurichten und zu halten.
-
2 zeigt
beispielsweise ein Blechbauteil 10, hier eine PKW Frontklappe,
das dreidimensional verformt ist und mit Hilfe der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 3 gehalten
werden kann.
-
In 3 ist
die erfindungsgemäße Haltevorrichtung 3 näher dargestellt.
Sie besteht aus zwei unterschiedlich aufgebauten Modulen 4.1 und 4.2.
-
In
jedem Modul sind auf einer Grundplatte matrixartig Halteelemente 5,
vertikale Positionierelemente 6 und Positionshalter 7 angeordnet.
Die Positionshalter 7 sind dabei zwischen zwei vertikalen
Positionierelementen 6 angeordnet. Die Halteelemente 5 und
Positionshalter 7 haben unterschiedliche Funktionen, sind
aber – bis
auf die Steuerung – im
wesentlichen identisch aufgebaut.
-
Die
Eckmodule 4.2 unterscheiden sich von den Modulen 4.1 durch
die zusätzlichen
horizontalen Positionierelementen 9, die aus über Linearantriebe verfahrbare
Anschläge 9.1 bestehen.
-
In 4 ist
ein Modul 4.1 näher
dargestellt. Hier ist sichtbar, dass die Positionshalter 7 sowie
die Halteelemente 5 aus pneumatisch antreibbaren Zylinder-Kolben-Einheiten
bestehen, an deren freien Ende als Halter Saugnäpfe 8 bzw. 8.1 angeordnet sind.
Zum besseren Halten des Bauteils sind die Saugnäpfe 8 bzw. 8.1 der
Positionshalter 7 und der Halteelemente 5 über nicht
näher dargestellte
Kugelköpfe
an den Kolbenstangen der Zylinder-Kolben-Einheit, befestigt.
-
5a zeigt
zum besseren Verständnis
einen separaten Positionshalter 7 mit seinem Saugnapf 8 und
seinem pneumatischen Antrieb mit fünf 3-2 Wegeventile. Mit diesen
5-Wegeventilen wird die Ausfahrbewegung, die Zurückfahrbewegung mit Positioniergeschwindigkeit,
ein schnelles Zurückfahren, ein
Klemmen der Kolbenstangen der Zylinder-Kolben-Einheiten und das Vakuum der Saugnäpfe 8 geschaltet.
-
Die
Verwendung der Saugnäpfen
kann unabhängig
von den verwendeten Bauteilmaterialien sein. Anstelle der Saugnäpfe können auch
Elektromagnete verwendet werden, wenn nur Stahlbauteile zu halten
sind und deren Bearbeitung dies zulässt.
-
Die
Halteelemente 5 weisen ebenfalls pneumatische Antriebe,
bestehend jeweils aus einer Zylinder-Kolben-Einheit, auf. Im Gegensatz
zu den Positionshaltern 7 sind sie mit vier 3-2-Wegeventilen
ausgerüstet,
da hier die Funktion des Zurückfahrens
mit Positioniergeschwindigkeit und die des schnellen Zurückfahrens
nicht benötigt
wird. Hier wird demgegenüber
nur die Position Einfahren benötigt.
-
Die
vertikalen Positionierelemente 6, von denen die vier Stück eines
Moduls 4.1 in 5b dargestellt sind, werden
nicht pneumatisch betätigt,
sondern über
jeweils einen Linearantrieb mit Servomotor. Da jedes Modul 4.1 vier
vertikale Positionierelemente 6 aufweist müssen ihm
acht Positionshalter 7 zugewiesen werden.
-
Im
Folgenden wird die Funktion der Haltevorrichtung 3 näher beschrieben.
-
In 1 ist
die Haltevorrichtung 3 in ihrer Grundposition dargestellt.
Alle Halteelemente 5, Positionierelemente 6 und
Positionshalter 7 befinden sich im eingefahrenen Zustand,
in ihrer sogenannten Grundstellung.
-
Soll
nun beispielsweise das vorgeformte Blechbauteil 10 in der
erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
gemäß 3 gehalten
werden, so werden als erstes die horizontalen Positionierelemente 9 entsprechend
der Kontur des Blechbauteils 10 und seiner vorbestimmten
Lage in der Haltevorrichtung 3 vorpositioniert. Damit wird
der Ablageort innerhalb der Haltevorrichtung 3 vorgegeben
bzw. abgegrenzt. Das Blechbauteil 10 kann dann von Hand
oder mit Hilfe des Roboters 2 innerhalb der vorpositionierten Positionierelemente 9 abgelegt
werden. Abgelegt wird das Blechbauteil auf den Saugnäpfe. Entsprechend
seiner Kontur und der Lage seines Schwerpunktes wird das Blechbauteil
auf einer Anzahl von Saugnäpfen
ruhen.
-
Als
nächstes
werden die vertikalen Positionierelemente 6 über ihre
Servomotoren angesteuert. Der Steuerung zugrunde liegen beispielsweise
die CAD-Daten des Blechbauteils. Dementsprechend werden die vertikalen
Positionierelemente 6 mehr oder weniger aus ihrer Grundstellung
herausgefahren, so dass sie – entsprechend
ihres Rasters – die Außenkontur
des Blechbauteils abbilden.
-
Da
das Blechbauteil spannungslos in der Haltevorrichtung 3 abgelegt
ist, werden nicht alle vertikalen Positionierelemente 6 mit
der Bauteiloberfläche
in Kontakt gelangen.
-
An
diesem Punkt wird das Blechbauteil 10 horizontal ausgerichtet,
indem nunmehr die horizontalen Positionierungselemente 9 über ihre
Steuerung, der beispielsweise auch die CAD-Daten zugrunde liegen,
in ihre Position gefahren werden. Dadurch richten sie das Blechbauteil 10 auf
der Vorrichtung aus.
-
Zum
exakten Halten des Blechbauteils 10 fahren als nächstes die
Positionshalter 7 aus, wobei an den Saugnäpfen 8 bereits
ein Unterdruck angelegt wird, der aber nur 50-60 % des zum Halten
benötigten
Unterdruckes entspricht.
-
Sobald
die Saugnäpfe 8 der
Positionshalter 7 Flächenkontakt
mit dem Blechbauteil 10 haben, wird auf 100 % Unterdruck
umgeschaltet. Dadurch halten die Saugnäpfe 8 der Positionshalter 7 das
Blechbauteil 10 sicher fest. Anschließend werden die Positionshalter 7 langsam
zurückgefahren
und zwar so lange, bis das Blechbauteil 10 auf den vertikalen
Positionierungselementen 6 anliegt.
-
Da
nunmehr das Blechbauteil 10 positionsgenau gehalten wird,
können
die horizontalen Positionierungselemente 9 wieder zurück in ihre
Ausgangsstellung fahren.
-
In
einem nächsten
Schritt fahren dann die Haltelemente 5 aus, wobei an ihren
Saugnäpfen 8.1 ebenfalls
nur ein geringer Unterdruck anliegt. Sobald diese Saugnäpfe 8.1 Flächenkontakt
mit dem Blechbauteil 10 haben, wird auf den notwendigen
Unterdruck zum Halten umgeschaltet und gleichzeitig die Verfahrbewegung
der Halteelemente 5 gestoppt.
-
Da
nunmehr das Blechbauteil 10 sowohl über die Saugnäpfe 8 der
Positionierhalter 7 als auch über die der Halteelemente 5 gehalten
wird, können nunmehr
die vertikalen Positionierelemente 6 in ihre Ausgangsstellung
heruntergefahren werden. Das Blechbauteil 10 wird nunmehr über alle
Saugnäpfen in
seiner genauen Position gehalten und weist auch aufgrund der Positionierung
seine genaue Kontur auf.
-
Anschließend kann
das Blechbauteil 10 weiter bearbeitet werden.
-
Ist
die Bearbeitung abgeschlossen, so wird der Unterdruck in den Saugnäpfen abgebaut,
so dass das bearbeitete Blechbauteil aus der Haltevorrichtung 3 entnommen
werden kann.