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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungswerkzeug zum Lochen eines Werkstücks und/oder
zum Setzen eines Verbindungselements mit einer Werkzeugeinheit.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bearbeiten eines
Werkstücks
mit einem derartigen Bearbeitungswerkzeug.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken
beispielsweise beim Lochstanzen von Blechen, beim Setzen von Verbindungselementen
wie Einpressmuttern oder Einpressbolzen oder beim Zusammenfügen zweier
oder mehrerer Bleche mit Hilfe von Füge- oder Verbindungselementen
wie Schrauben, Nieten, Einpressbolzen und Einpressmuttern, werden
bei der automatisierten Durchführung
Werkzeugeinheiten eingesetzt. Eine derartige Werkzeugeinheit ist
beispielsweise eine Setzeinheit zum Setzen von Fügeelementen oder eine Locheinheit
zur Erzeugung von Stanzlöchern
im Werkstück.
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Zur
Bearbeitung des Werkstücks
ist es erforderlich, den Werkzeugkopf zunächst zum Werkstück zuzustellen
und anschließend
die eigentliche Arbeitsbewegung auszuführen. Da bei der Arbeitsbewegung,
also beispielsweise bei der Lochoperation oder Setzoperation, erhebliche
Kräfte
auftreten und zum anderen eine möglichst
genaue Positionierung erforderlich ist, müssen die Werkzeugeinheiten äußerst stabil
aufgebaut sein und erfordern in der Regel einen vergleichsweise
hohen Platzbedarf.
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Insbesondere
im Bereich der Automobiltechnik beim Zusammenfügen von einzelnen Karosserieelementen
ist aufgrund der beengten Arbeitsräume eine möglichst kompakte Bauweise derartiger
Werkzeugeinheiten für
die automatisierte Produktion erforderlich. Aus Kostengesichtspunkten
wird eine möglichst
hohe Taktrate angestrebt, d. h. die Zeit zwischen zwei Setz- oder
Lochoperationen soll möglichst gering
sein. Gleichzeitig ist beim Zusammenfügen verschiedener Karosserieelemente
im Hinblick auf die hohen Qualitätsansprüche eine
hohe Maßhaltigkeit
gefordert. Beim Zusammenfügen
zweier Bauteile mittels des bis heute überwiegend eingesetzten Schweißens ist
dies Maßhaltigkeit
ohne spezielle Vorkehrungen erreichbar. Allerdings ist bei den zunehmend
eingesetzten Leichtmetallen im Karosseriebau, also durch die Verwendung
von Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Magnesium und Magnesiumlegierungen,
ein Schweißen
nicht mehr möglich.
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Die
Karosserieelemente müssen
daher anderweitig miteinander verbunden werden. Zum Verbinden werden
neben Klebverbindungen Fügeelemente
eingesetzt. Dies sind beispielsweise Niete, die durch Bohrlöcher der
zu verfügenden
Bauteile hindurchgeführt
werden. Hierbei ist erforderlich, dass die beiden Bauteile mit Durchgangsbohrungen
oder Löchern
versehen werden, die exakt übereinander angeordnet
sind. Bei größeren Bauteilen
mit einer Vielzahl von Befestigungspunkten wirft dies jedoch insbesondere
dann Probleme auf, wenn die Nietlöcher in einer Vorfertigungsstufe
eingearbeitet werden und die zu fügenden Bauteile erst anschließend übereinander
gelegt werden. Durch die unterschiedlichen Prozess-Schritte kann es
hierbei zu erheblichen Summentoleranzen kommen, so dass die geforderten
Toleranzen überschritten
werden. Da es sich bei den zu verbindenden Kfz-Bauteilen in der
Regel um komplexe dreidimensionale Bauteile und nicht um einfache
ebene Platten handelt, ist zum anderen der Zugang zu den Fügestellen
teilweise schwierig. Auch ist der Arbeitsraum beim Zusammenfügen der
Karosserie oftmals begrenzt.
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Sollen
die Bauteile beispielsweise mit Nieten verbunden werden, so müssen die
Bauteile zuvor gelocht werden. Eine hohe Genauigkeit der Absolutposition
der Löcher
bereits bei der Formgebung der Bauteile durch ein Formwerkzeug ist
schwer und nur mit Lageungenauigkeiten zu erreichen. Dies gilt insbesondere
bei gewölbten
Blechen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine zuverlässiges und
genaues Fügen
zweier Bauteile mit Hilfe von Verbindungselementen zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein als Kombinationswerkzeug ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug
zum Lochen eines Werkstücks
und zum Setzen eines Verbindungselements in das gelochte Werkstück. Zum
Lochen und zum Setzen ist jeweils eine Werkzeugeinheit vorgesehen, die
als Locheinheit bzw. als Setzeinheit ausgebildet ist und die jeweils
ein in Axialrichtung verfahrbares Werkzeug für die Loch- bzw. Setzoperation
aufweist, wobei dem jeweiligen Werkzeug gegenüberliegend ein Gegenhalter
vorgesehen ist und die jeweilige Werkzeugeinheit und der zugeordnete
Gegenhalter an einem C-bogenartigen Tragarm befestigt sind. Der Tragarm
wiederum ist an einer Trägereinheit
befestigt, die als eine Roboterhand für einen Industrieroboter ausgebildet
ist. Hierzu weist die Trägereinheit
bevorzugt einen geeignet ausgebildeten Adapter bzw. Flansch auf,
mit dem sie in einfacher Weise an den vordersten Roboterarm eines
Industrieroboters angeflanscht werden kann. Gleichzeitig stellt
sie eine Schnitt-Trennstelle für
notwendige Versorgungsleitungen bereit. Alternativ zu der Anordnung
an einen Industrieroboter ist die Trägereinheit oder der Tragarm
auch an anderen automatisierten Bearbeitungsgeräten, wie beispielsweise Lineareinheiten
etc. angeordnet.
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Unter
einem C-bogenartigen Tragarm wird hierbei ein im Querschnitt gesehen
in Art eines C's oder
eines U's ausgebildetes
Tragelement verstanden, wobei dieses zu einer Seite hin offen ist
und an seinen Schenkeln zum offenen Freiraum hin die Werkzeugeinheit
und gegenüberliegend
der Gegenhalter angeordnet ist.
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Durch
die C-bogenartige Ausgestaltung und das in Axialrichtung verfahrbare
Werkzeug können auch
bei schwierigen Einbausituationen und beengten Arbeitsräumen sowie
bei komplexen Bauteilen sicher und zuverlässig die gewünschten
Bearbeitungsoperationen durchgeführt
werden. Hierzu wird zunächst
das Werkzeug in eine ausreichend weit zurückgezogene Position gebracht.
Insbesondere so weit, dass der Freiraum zwischen den beiden Schenkeln
des C-bogenartigen Tragarms vollständig zur Verfügung steht,
um über
die zu verbindenden Bauteile zu verfahren. Der Tragarm umgreift
daher die beiden Bauteile in etwa klammerar tig. Durch den Tragarm
ist daher insgesamt eine gute Zugänglichkeit ermöglicht.
Da die Lochoperation durch die spezielle Ausgestaltung des Tragarms
ohne weiteres an den bereits übereinandergelegten
Bauteilen problemlos durchführbar
ist, bestehen auch bei komplexen Bauteilen mit einer Vielzahl von
Befestigungspunkten keine Probleme mit Summentoleranzen, da die
Löcher
durch die gemeinsame Lochoperation exakt zueinander ausgerichtet
sind. Im anschließenden Prozess-Schritt wird dann
das Fügelement
in das Loch mit Hilfe der Setzeinheit gesetzt. Diese beiden Operationen
erfolgen hierbei vorzugsweise voll automatisiert innerhalb einer
Produktionsstraße.
Aufgrund der Ausgestaltung als ein Kombinationswerkzeug mit den
beiden Werkzeugeinheiten, die bevorzugt auf einem gemeinsamen Tragarm
nebeneinander angeordnet sind, ist der Einfluss eines Toleranzeffekts
durch unterschiedliche Maschinen/Industrieroboter eliminiert.
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Die
Locheinheit dient insbesondere auch zum hochgenauen Lochen eines
einzelnen Bleches. Hierbei wird eine hohe Genauigkeit der Absolutposition
eines jeden Loches bezüglich
eines Referenzpunktes erreicht. Dies gilt insbesondere auch bei
gewölbten
Blechen. Auch ist anschließend
keine Lochfindungsoperation notwendig wie bei den herkömmlich verwendeten
vorgelochten Bauteilen, da die Lochposition genau bekannt ist.
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Um
eine möglichst
kompakte Ausgestaltung zu erzielen ist gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung
vorgesehen, dass die Werkzeugeinheit einen zweistufigen Kraftzylinder
mit einer Hohlkolbenstange umfasst, die an ihrem vorderen Ende mit
dem Werkzeug verbunden ist. Die Hohlkolbenstange weist zwei teleskopartig
ineinander geführte
und gegeneinander verschiebliche Kolbenstangen auf, die zum einen
für die
Ausübung
einer Zustellbewegung zur Zustellung des Werkzeugs und zum anderen
für die
Ausübung
einer weitergehenden Arbeitsbewegung in Axialrichtung für die Loch-
oder Setzoperationen ausgebildet sind. Durch die teleskopartige
Führung
der beiden Kolbenstangen, die nachfolgend als Zuführstange
und Arbeitsstange bezeichnet werden, ist eine äußerst kompakte Ausgestaltung
bei gleichzeitig guter axialer Führung
gewährleistet.
Der Kraftzylinder ist hierbei ein Hydraulikzylinder. Bevorzugt wird
hierbei lediglich auf die Arbeitsstange eine externe Kraft, insbesondere
Hydraulikkraft ausgeübt
und über
eine Mitnahmeeinrichtung wird die Zuführstange bis zum Erreichen
des Endes des Zustellwegs mitgenommen, um anschließend die
Kopplung zwischen den beiden Stangen freizugeben, so dass bei weiterer
Kraftbeaufschlagung der Arbeitsstange diese die eigentliche Arbeitsbewegung
(Stanzvorgang, Setzvorgang) ausführt.
Als Kraftzylinder wird hierbei insbesondere ein Kraftzylinder eingesetzt,
wie er in der am gleichen Tag und von der gleichen Anmelderin eingereichten Anmeldung
mit der Bezeichnung „Werkzeugeinheit
und Verfahren zum axialen Verschieben eines Werkzeugskopfs” beschrieben
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist der Zustellweg für das Werkzeug durch einen
Anschlag begrenzt. Hierdurch ist eine definierte Position des Bearbeitungswerkzeugs
relativ zum Gegenhalter erreicht. Der Abstand zwischen der Endposition
für die
Zustellbewegung und dem Gegenhalter entspricht hierbei typischerweise
der Gesamtdicke der zu verbindenden Bauteile.
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Das
Werkzeug ist zweckdienlicherweise eine kombinierte Einheit umfassend
einen Setzkopf und ein innerhalb des Setzkopf verschiebliches Druckelement.
Hierbei ist zweckdienlicherweise der Setzkopf an dem äußeren Rohr
der Hohlkolbenstande, nämlich
der Zuführstange,
und das Druckelement endseitig an der inneren Stange, der Arbeitsstange
befestigt. Bevorzugt ist der Setzkopf als ein Mundstück einer
Setzeinheit ausgebildet und es ist eine Zuführung für das Fügeelement zum Mundstück vorgesehen.
In der Ausgangs- oder Grundposition vor der Zustellbewegung wird
das Fügeelement
dem Mundstück
zugeführt
und dort in einem Aufnahmeraum gehalten. Die Setzeinheit bildet
daher eine kombinierte Einheit mit sehr kompakten Aufbau, in der
die Funktionen Bevorraten-Zustellen-Setzen integriert sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist zusätzlich zum Werkzeug auch der
Gegenhalter in Axialrichtung verfahrbar. Hierzu ist eine am Tragarm befestigte
Zustelleinheit vorgesehen, die den Gegenhalter aufweist. Bevorzugt
ist diese Zustelleinheit hierbei als ein einfacher, einstufiger
Hydraulikzylinder ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist daher sowohl das
Werkzeug als auch der gegenüberliegende Gegenhalter
in Axialrichtung verfahrbar. Insbesondere können beide Teile aus dem Freiraum
zwischen den Schenkeln des C-bogenartigen Tragarms herausgefahren
werden, um so einen möglichst
großen Freiraum
zu schaffen, um auch bei ungünstigen
Einbausituationen den Tragarm über
die zu verbindenden Bauteile schieben zu können. Aufgrund des hierdurch
erreichten vergrößerten Freiraums
ist auch die Gefahr von Beschädigungen
der Bauteile beim Zustellen des Tragarms über die Bauteile verringert.
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Vorzugweise
ist weiterhin am Tragarm eine kompakte Hydraulikeinheit angeordnet,
die einen erforderlichen Hydraulikdruck sowohl für die Werkzeugeinheit und bedarfsweise
auch für
die Zustelleinheit erzeugt und bereitstellt. Die Hydraulikeinheit
selbst weist keinerlei Hydraulikzufuhr auf. Es sind daher nur von
der Hydraulikeinheit zu den zu versorgenden Einheiten Hydraulikleitungen
erforderlich. Da die Hydraulikeinheit direkt am Tragarm befestigt
ist, sind daher nur äußerst kurze
Hydraulikleitungen erforderlich, die insbesondere als robuste Rohrleitungen
ausgeführt
sind. Insbesondere bei der Anordnung des Tragarms an einem mehrachsigen
Industrieroboter wird durch diese Ausgestaltung verhindert, dass
aufwändige
Hydraulikleitungen über
mehrere relativ zueinander bewegliche Maschinenachsen geführt werden
müssen.
Es besteht daher durch die unmittelbare Anordnung der Hydraulikeinheit
am Tragarm keinerlei Gefahr einer Beschädigung einer Hydraulikleitung.
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Als
kompakte Hydraulikeinheit kommt hierbei insbesondere eine Hydraulikeinheit
zum Einsatz, wie sie in der internationalen Anmeldung
PCT/EP 2005/010208 vom 21.08.2005
mit dem Titel „Mobiles Hydraulikaggregat” beschrieben
ist.
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Die
Trägereinheit
selbst stellt vorzugsweise weitergehende Funktionalitäten zusätzlich zu
den Funktionalitäten
des Tragarms bereit. Dies sind zum einen in einer bevorzugten Weiterbildung
eine verfahrbare Anordnung des Tragarms an der Trägereinheit.
Insbesondere ist hierbei eine verschiebliche Lagerung des Tragarms
in einer Längsrichtung und/oder
einer Querrichtung vorgesehen. Sowohl die Längsrichtung als auch die Querrichtung
sind hierbei senkrecht zur Axialrichtung orientiert. Durch diese zusätzlichen
Freiheitsgrade bei der Positionierung des Tragarms kann eine sehr
schnelle und hochgenaue Positionierung vorgenommen werden. Bei der Verwendung
von Industrierobotern kann es nämlich zu
ungünstigen
Arbeitspositionen kommen, bei denen bereits minimalste Po sitionsänderungen
durch eine aufwändige
mehrachsige Bewegung der Roboterarme ausgeglichen werden muss. Diese
mehrachsigen Bewegungen sind jedoch sehr zeitaufwändig, so
dass die Zykluszeit sehr lange ist. Mit dieser Ausgestaltung sind
daher sehr kurze Taktzeiten erreichbar.
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Alternativ
oder auch ergänzend
sind an der Trägereinheit
mehrere getrennte Tragarme, insbesondere ein Tragarm mit einer Locheinheit
und ein Tragarm mit einer Setzeinheit angeordnet. Hierdurch besteht
die Möglichkeit,
die getrennten Tragarme unterschiedlich zu positionieren. Insbesondere
können diese
beispielsweise relativ zueinander verschieblich angeordnet sein,
so dass nicht die komplette Trägereinheit
positioniert werden muss.
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Insbesondere
in Verbindung mit einer zweckdienlichen Weiterbildung, wonach die
Trägereinheit als
eine um eine Drehachse drehbare Dreheinheit ausgebildet ist, bieten
die getrennten Tragarme besondere Vorteile. Aufgrund der Ausgestaltung
als Dreheinheit ist ein vergleichsweise geringer Platzbedarf erzielt.
Die einzelnen Tragarme sind hierbei insbesondere exakt in Radialrichtung
ausgerichtet, so dass bei der Drehbewegung die Tragarme jeweils
in gleicher Richtung relativ zu den zufügenden Bauteilen orientiert
sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin
gelöst
durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem derartigen Bearbeitungswerkzeug.
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Die
im Hinblick auf das Bearbeitungswerkzeug angeführten Vorteile und bevorzugten
Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf
das Verfahren zu übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und teilweise vereinfachten Darstellungen:
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1 Eine
Seitenansicht eines kombinierten Bearbeitungswerkzeugs mit einer
Loch- und einer Setzeinheit,
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2 eine
Querschnittsdarstellung des Bearbeitungswerkzeugs gemäß 1,
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3A eine
Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausgestaltung des Bearbeitungswerkzeugs,
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3B eine
Vorderansicht des Bearbeitungswerkzeugs gemäß 3A,
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4 eine
perspektivische Darstellung eines als Dreheinheit ausgebildeten
Bearbeitungswerkzeugs an einem Roboterarm,
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5a–5c eine
Querschnittsdarstellung eines Bearbeitungswerkzeugs mit einer Setzeinheit in
verschiedenen Stellungen während
des Setzvorgangs,
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6 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Kraftzylinders sowie
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7 eine
Seitenansicht eines Industrieroboters mit einem daran befestigten
kombinierten Bearbeitungswerkzeugs.
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In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Das kombinierte Bearbeitungswerkzeug gemäß den 1 bis 3 weist einen gemeinsamen C-förmigen Tragarm 2 oder
Tragbügel
aus Vollmaterial auf, an dem im Ausführungsbeispiel insgesamt vier
Einheiten befestigt sind, nämlich
an der Oberseite eine Setzeinheit 4, eine in Querrichtung 6 daneben
angeordnete Locheinheit 8 sowie der Setzeinheit 4 und
der Locheinheit 8 gegenüberliegend
angeordnete Zustelleinheiten 10A, B. Die einzelnen Einheiten 4, 8, 10A, B
sind jeweils am Vorderende der einander gegenüberliegenden Schenkeln des
C-bogenartigen Tragarms 2 befestigt. Die Einheiten 4, 8, 10A,
B weisen jeweils Hydraulikzylinder auf, die eine Zustellbewegung
in Axialrichtung 12 ermöglichen.
Senkrecht zu der Axialrichtung 12 sowie der Querrichtung 6 ist
eine Längsrichtung 13 definiert.
Die Setzeinheit 4 weist hierbei einen Kraftzylinder 14 auf,
wie er insbesondere im Zusammenhang mit 6 im Detail
beschrieben wird. Die Locheinheit 8 umfasst einen Lochstanzzylinder 16 und
die beiden Zustelleinheiten 10A, B umfassen jeweils einen
Matrizenzustellzylinder 18A, B.
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Die
Setzeinheit 4 weist an ihrem vorderen Ende Setzeinheit 20,
die Locheinheit 8 einen Lochstempel 22 mit integriertem
Bauteilabstreifer und die Matrizenzustellzylinder 18A, 18B weisen
jeweils eine als Gegenhalter 24 bezeichnete Matrize auf.
Die Setzeinheit 20, der Lochstempel 22 und die
Gegenhalter 24 sind jeweils in Axialrichtung 12 aufeinander zu
beweglich bzw. in eine rückgezogene
Position verfahrbar, um den Freiraum zwischen den beiden gegenüberliegenden
Schenkeln des Tragarms 2 möglichst freizugeben. Die Setzeinheit 4 dient
zum Setzen von Füge-
oder Verbindungselementen 25 (6), wie
beispielsweise Einpressbolzen, Einpressmuttern oder auch Nieten.
Diese Fügeteile
werden über
eine Teilezuführung 26 dem
Setzkopf 20 zugeführt.
Im Setzkopf 20 wird daher das Fügeelement 25 vor dem
eigentlichen Setzvorgang bevorratet. Die Setzeinheit 4 weist
daher insgesamt die drei Funktionen Bevorraten, Zustellen und Einpressen
auf. Der bei der Lochoperation mit dem Lochstanzzylinder 16 erhaltene
Stanzbutzen wird über
eine Stanzbutzenabführung 28 entsorgt.
Diese ist rückwärtig am
Matrizenzustellzylinder 18B angeordnet.
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Der
Tragarm 2 ist Teil einer Trägereinheit 30, die
neben den bereits erwähnten
Einheiten zusätzlich
ein kompaktes Hydraulikaggregat 32 aufweist, das seitlich
befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel
der 1 ist weiterhin eine Verfahrbarkeit des Tragarms 2 in
Querrichtung 6 vorgesehen. Hierzu ist der Tragarm 2 an
seiner Rückseite
entlang einer Schiene 34 gleitend gelagert. Der Tragarm 2 ist
entlang der Schiene 34 mittels eines hier nicht näher dargestellten
Antriebs verfahrbar.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 3A und 3B sind
im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 und 2 der Tragarm 2 in Längsrichtung 13 verfahrbar angeordnet.
Hierzu sind zwei gegenüberliegende
Kolbenstangen 38 vorgesehen, die mit ihrem vorderen Ende
fest mit den Tragarm 2 verbunden sind und mit ihrem rückwärtigen Ende
in eine Verfahreinheit 40 eintauchen und hydraulisch betätigt ein-
und ausgefahren werden können.
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Ein
weiterer Unterschied der Baueinheit nach 3 zu
der nach 1 ist darin zu sehen, dass auch
die Setzeinheit 4 und die Locheinheit 8 in Längsrichtung 13 nebeneinander
angeordnet sind.
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Weiterhin
sind in 3 mehrere Hydraulikventile 42 zu
erkennen, mit deren Hilfe die einzelnen Hydraulikzylinder 14–18 angesteuert
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 sind
zwei getrennte Tragarme 2 an einer als Dreheinheit 44 ausgebildeten
Trägereinheit
befestigt. Die Dreheinheit 44 ist hierbei um eine Drehachse 46 drehbar,
die zugleich eine Drehachse eines in 4 nur ausschnittsweise
zu erkennenden Industrieroboters 48 ist. Der in 4 auf
der linken Bildhälfte
dargestellte Tragarm 2 weist die Locheinheit 8 sowie
die Zustelleinheit 10A und der andere Tragarm 2 weist die
Setzeinheit 4 und die Zustelleinheit 10A auf,
wie sie zu den 1 bis 3 beschrieben
wurden, mit dem Unterschied, dass die Tragarme 2 räumlich getrennt voneinander
angeordnet sind. Die Tragarme 2 sind hierbei an der Dreheinheit 44 derart
angeordnet, dass sie in exakter radialer Ausrichtung zur Drehachse 46 orientiert
sind.
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Die
Funktion und die einzelnen Prozessschritte werden nachfolgend anhand
einer Setzoperation im Zusammenhang mit den 5a bis 5c erläutert. Im
ersten Schritt, wie er in 5a dargestellt
ist, wird der Tragarm 2 in Längsrichtung 13 über ein
hier als Blech dargestelltes Bauteil 50 verfahren, in das
das Fügeelement 25 eingebracht
werden muss. Das Bauteil 50 weist an einer vorbestimmten Stelle
ein Loch auf, in das das Fügeelement 25 eingesetzt
werden muss. Um einen möglichst
großen Freiraum
bei der Zustellung in Längsrichtung 13 zu haben,
werden der Setzkopf 20 sowie der Gegenhalter 24 möglichst
weit in die rückwärtige Position
gezogen. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Schenkel der
Tragarme 2 Aussparungen aufweisen, in die der Gegenhalter 24 und/oder
der Setzkopf 20 zurückgefahren
werden können,
wie am Beispiel des Gegenhalters 24 in 5a gezeigt
ist. Vorzugsweise sind der Gegenhalter 24 und/oder der
Setzkopf 20 so weit zurückziehbar,
dass sie Plan oder zumindest weitgehend Plan mit dem Tragarm 2 abschließen.
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Im
nächsten
Schritt gemäß der Darstellung nach 5b erfolgt
die beidseitige Zustellbewegung sowohl des Gegenhalters 24 als
auch des Setzkopfs 20. In der zugestellten Endposition
ist das Bauteil 50 fest zwischen dem Setzkopf 20 und
dem Gegenhalter 24 eingeklemmt. Anschließend erfolgt
der eigentliche Setzvorgang, bei dem das Fügeelement 25 in das Loch
eingefügt
und dort durch einen Umformvorgang befestigt wird. Nach Beendigung
des Setzvorgangs werden schließlich
Setzkopf 20 und Gegenhalter 24 zurückgezogen
(5c) und wieder in die rückwärtige Ausgangsposition gemäß 5a gebracht.
Der Tragarm 2 wird bei Bedarf wieder vom Bauteil 50 entgegen
der Längsrichtung 13 abgezogen.
Sind in Querrichtung 6 mehrere Fügeelemente 25 nebeneinander
zu setzen, so besteht beispielsweise über die Verfahrbarkeit des
Tragarms 2 in Querrichtung 6, wie sie beispielsweise
anhand der 1 und 2 erläutert wurde,
auch die Möglichkeit,
ohne ein Zurückfahren
des Tragarms 2 mehrere Fügeelemente 25 nebeneinander
zu setzen.
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In
zur Setzoperation vergleichbarer Weise erfolgt insbesondere unmittelbar
vor der Setzoperation die Lochoperation und zwar bevorzugt mit dem gleichen
Bearbeitungswerkzeug, so dass toleranzbedingte Abweichungen vermieden
sind.
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Die
Funktionsweise und bevorzugte Ausgestaltung des Kraftzylinders 14 wird
nachfolgend anhand 6 erläutert. Der Kraftzylinder 14 umfasst eine
teleskopartig ausgebildete Hohlkolbenstange 60 mit einer
inneren Arbeitsstange 62 und einer äußeren Zuführstange 64. Die Hohlkolbenstange 60 ist
durch ein blockartig ausgebildetes Führungselement 66 geführt und
weist an seinem vorderen Ende den Setzkopf 20 mit einem
darin längsverschieblich
angeordneten Druckelement 68 auf. Das Druckelement 68 ist am
vorderen Ende der Arbeitsstange 62 über eine Schraubbefestigung
befestigt. Am rückwärtigen Ende
der Arbeitsstange 62 ist ein erster Kolben 70 befestigt.
Ein zweiter Kolben 72 ist am rückwärtigen Ende der Zuführstange 64 befestigt.
An deren vorderem Ende ist der Setzkopf 20 befestigt, wobei
das vorderseitige Ende hier eine topf- oder taschenförmige Aufnahme
aufweist. Das Druckelement 68 steht etwas über die
Grundfläche
dieser topfförmigen
Aufnahme über,
so dass sie – wie
in 6 dargestellt – in der Grundstellung des
Kraftzylinders an der Zuführstange 64 anschlägt.
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An
seinem rückseitigen
Ende weist der Kraftzylinder 14 einen Anschluss 74 für eine Hydraulikleitung
auf. Weiterhin ist ein Druckbegrenzungsventil 76 sowie
ein Rückschlagventil 78 vorgesehen.
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Zur
Ausübung
einer Zustellbewegung wird ausgehend von der in 6 dargestellten
Ausgangsstellung über
den Anschluss 74 eine Hydraulikflüssigkeit zugeführt. Hierdurch
verschiebt sich der obere Kolben 70 entgegen der Axialrichtung 12 nach
unten. Zwischen den beiden Kolben 70, 72 ist ein
mittlerer Druckraum 80 mit Hydraulikflüssigkeit angefüllt. Hierdurch
wird die Vorschubbewegung auf den zweiten Kolben 72 übertragen,
so dass die Zuführstange 64 zwangsweise
mitgeführt
wird. Erreicht der untere Kolben 72 das Führungselement 66,
so steigt der Druck im mittleren Druckraum 80 an und das
Druckbegrenzungsventil 76 gibt einen Strömungsweg
frei, so dass die Hydraulikflüssigkeit
aus dem mittleren Druckraum 80 über einen geeigneten Strömungsweg beispielsweise
in einen Speicher ausfließen
kann. Sobald das Druckbegrenzungsventil 76 öffnet, verfährt daher
der obere Kolben 70 gegen den unteren Kolben 72 und
durch diese Relativbewegung, die gleichermaßen zwischen den beiden Stangen 62, 64 erfolgt,
wird das Druckelement 68 nach vorne geschoben und es erfolgt
der eigentliche Setzvorgang, bis schließlich der obere Kolben 70 gegen
den unteren Kolben 72 anschlägt. Nach Beendigung des Setzvorgangs
wird der obere Kolben 70 wieder nach oben gezogen. Hierzu
wird entweder am Anschluss 74 ein Unterdruck angelegt oder
es wird über
das Rückschlagventil 78 Hydraulikflüssigkeit
unter Druck eingeleitet. In beiden Fällen wird zunächst der
obere Kolben 70 nach oben verfahren, und zwar so lange, bis
das Druckelement 68 aus seiner vorderen Setzposition wieder
in seiner rückwärtigen Position
angekommen ist, in der das Druckelement 68 gegen die Zuführstange 64 anschlägt. Ab diesem
Zeitpunkt wird dann die Zuführstange 64 über das
Druckelement 68 zwangsweise mit zurückgezogen, bis schließlich die in 6 dargestellte
Ausgangsstellung wieder erreicht wird.
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Schließlich ist
in 7 noch eine vereinfachte Seitendarstellung des
hier sechsachsigen Industrieroboters 68 mit einem kombinierten
Bearbeitungswerkzeug dargestellt. Die Roboterhand ist hierbei gebildet
durch die kombinierte Setz-Locheinheit wie sie zu 3 beschrieben
wurde. Die Roboterhand ist an dem vordersten Roboterarm mit Hilfe
eines Adapters 82 befestigt.
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Die
hierin beschriebene Baueinheit, insbesondere die Kombinationseinheit,
bei der an einem gemeinsamen Tragarm 2 sowohl eine Setzeinheit 4 als
auch eine Locheinheit 8 angeordnet sind, zeichnet sich
zum einen durch die C-bogenartige Ausgestaltung des Tragarms 2 aus,
mit dem zu bearbeitete Bauteile 50 leicht umgriffen werden
können.
Insgesamt zeichnet sich die Einheit durch eine sehr kompakte Bauweise
aus. Alle Komponenten sind hierbei möglichst platzsparend ausgebildet.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Kraftzylinder 14,
der durch seine zur 6 beschriebene spezielle Ausgestaltung
zum einen sehr kompakt baut und zum anderen die erforderlichen Setzkräfte mit
der notwendigen Lagegenauigkeit aufbringen kann. Von besonderer
Bedeutung ist hierbei, dass durch die teleskopartige Ausgestaltung
der Hohlkolbenstange 60 sowohl eine zweistufige Kraftbeaufschlagung
als auch eine sichere Führung
ermöglicht
ist. Schließlich
sind durch die Anordnung des kompakten Hydraulikaggregats 32 unmittelbar
an der Trägereinheit 30 keine
hydraulische Zuführleitung über mehrere
Roboterarme hinweg erforderlich. Für die Funktionsfähigkeit
des Hydraulikaggregats 32 ist vielmehr lediglich ein elektrischer
Anschluss erforderlich.
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Durch
die Integration sowohl einer Locheinheit 8 als auch einer
Setzeinheit 4 an einem gemeinsamen Tragarm 2 werden
in unmittelbar aufeinander abfolgenden Prozessschritten sowohl die
Lochoperation als auch die Setzoperation durchgeführt. Hierdurch
können
hochgenaue und präzise
Fügevorgänge erfolgen.
Es be steht nicht die Gefahr, dass beim Verbinden zweier Bauteile 50 mit
vorgefertigten Löchern
diese bei einem Setzvorgang einen Lochversatz zueinander aufweisen,
so dass keine oder nur eine minderwertige Fügeverbindung ausgebildet werden
kann. Insgesamt lassen sich daher mit einer derartigen kombinierten
Loch- und Setzeinheit gute Fügeverbindungen
zweier Bauteile, insbesondere im Karosseriebau eines Kraftfahrzeugs
mit hoher Maßgenauigkeit
erhalten.
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- 2
- Tragarm
- 4
- Setzeinheit
- 6
- Querrichtung
- 8
- Locheinheit
- 10A,
B
- Zustelleinheit
- 12
- Axialrichtung
- 13
- Längsrichtung
- 14
- Kraftzylinder
- 16
- Lochstanzzylinder
- 18A,
B
- Matrizenzustellzylinder
- 20
- Setzkopf
- 22
- Lochstempel
- 24
- Gegenhalter
- 25
- Fügeelement
- 26
- Teilezuführung
- 28
- Stanzbutzenabführung
- 30
- Trägereinheit
- 32
- Hydraulikaggregat
- 34
- Schiene
- 38
- Kolbenstange
- 40
- Verfahreinheit
- 42
- Hydraulikeinheit
- 44
- Dreheinheit
- 46
- Drehachse
- 48
- Industrieroboter
- 50
- Bauteil
- 60
- Hohlkolbenstange
- 62
- Arbeitsstange
- 64
- Zuführstange
- 66
- Führungselement
- 68
- Druckelement
- 70
- Erster
Kolben
- 72
- Zweiter
Kolben
- 74
- Anschluss
- 76
- Druckbegrenzungsventil
- 78
- Rückschlagventil
- 80
- Mittlerer
Druckraum
- 82
- Adapter