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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Setzen von
Nieten. Dabei geht es insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – um solche Nieten,
die eine äußere Hülse mit
einem verbreiterten Hülsenkopf,
der mit mehreren über
den Umfang gleichmäßig verteilten
Vertiefungen zum Eingriff eines Haltewerkzeugs versehen ist, sowie
ein Schraubenbolzen-ähnliches
Innenelement aufweisen, das mit einem abgeflachten Ansatz aus dem
Hülsenkopf herausragt
und an dem gegenüberliegenden
Endbereich mit der Hülse
in einem Gewindeeingriff steht. Durch Drehen des Innenelementes
in der Hülse
wird ein ringförmiger
Zwischenabschnitt der Hülse
nach außen
gedrückt
und an das Bauteil angepresst, an dem der Niet befestigt werden
soll, während
die äußere Hülse gegen
Drehung arretiert ist, wobei schließlich der Ansatz abgerissen
wird.
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Mit
derartigen Nieten werden beispielsweise Abschnitte eines Flugzeugrumpfes
miteinander verbunden, und Versteifungselemente für die Innenhaut befestigt.
Die Nieten der betrachteten Art werden dabei bisher mit Handgeräten gesetzt
und angezogen, was angesichts der großen Anzahl von Nieten insbesondere
beim Flugzeugbau ein langwieriger, kostenintensiver Arbeitsprozess
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Setzen von Nieten anzugeben, die mit hoher Leistungsfähigkeit
und Präzision
einen automatischen Montageprozess durchführt und vollautomatisch die
Nieten setzt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält vorzugsweise
einen Roboter mit einem Roboterarm, oder eine ähnliche Postioniereinheit,
an dem bzw. der ein Setzgerät
gehalten ist, das eine Versorgungseinheit mit einem Vorrat an Nieten
verschiedener Art, vorzugsweise unterschiedlicher Länge, eine
Zufuhreinheit für
jeweils einen ausgewählten
Niet und eine Setzeinheit für
den jeweiligen Niet aufweist. Die Versorgungseinheit ist dauerhaft
fest an dem Roboter angebracht, d. h. sie wird während des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht gewechselt.
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Die
Zuführeinheit
und die Setzeinheit sind bevorzugt zu einer gemeinsamen Baugruppe
miteinander verbunden, die schnell wechselbar an dem Roboter gehalten
ist. D. h., beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wählt der
Roboter aus einer Anzahl von bereitgestellten Baugruppen die jeweils gewünschte Baugruppe
aus und stellt die funktionsfähige
Verbindung mit dieser mittels einer üblichen Schnellwechseleinheit
her.
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Die
Versorgungseinheit steht mit mehreren, beispielsweise sechs Nietmagazinen,
bzw. Nietvorräte
mit zugehörigen
Zuführschläuchen in
Verbindung, die zu einem gemeinsamen Anschluss für einen einzigen Zuführschlauch
der Zuführeinrichtung
führen, sowie
eine Druckluftquelle, die den jeweils ausgewählten Niet aus dem Vorratsbehälter mit
Druckluft in den Zuführschlauch
der Zuführeinrichtung
bläst.
Die Zuführschläuche sind
jeweils mit einem Sensor versehen, der den Durchgang eines Niets
erfasst.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Zuführeinrichtung
einen Sensor aufweist, der den zugeführten Niet daraufhin überprüft, ob er
nach dem unten beschriebenen Bremsvorgang in die Greiferbacken aufgenommen
ist. Hierzu ist vorzugsweise in einer bestimmten Entfernung vor
dem Ende des Zuführschlauchs
ein Ringsensor vorgesehen, der zweckmäßigerweise an dem Zuführschlauch
befestigt ist. Wenn festgestellt wird, dass ein falscher Niet zugeführt wird,
wird ein Fehlersignal abgegeben, das einen Mechanismus betätigt, der
den falschen Niet zu einer Abfallbox des Setzgerätes transportiert, wie weiter
unten noch näher
beschrieben wird.
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Am
Ende des Zuführschlauchs
befindet sich vorteilhafterweise eine Bremseinrichtung, die den Austritt
der den Niet befördernden
Druckluft auf ein Signal hin versperrt, das zweckmäßigerweise
ebenfalls von dem Ringsensor abgegeben wird. Die Bremseinrichtung
kann aus einer Bremsplatte bestehen, die von einem Bremsschlitten
vorgerückt
wird, um die Austrittsöffnung
der Druckluft an dem Zuführschlauch zu
versperren. Dies hat zur Folge, dass sich die vor dem Niet befindliche
Luft zu einem Luftkissen verdichtet, die den Niet so stark bremst,
dass er keine Beschädigung
erfährt.
Bei größeren Nieten
kann zusätzlich
in den Endabschnitt des Zuführschlauchs Druckluft
eingeblasen werden. Bei dieser Bremseinrichtung handelt es sich
um ein sehr vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung befinden sich unter der Bremseinrichtung,
d. h. in Zufuhrrichtung des Nietes betrachtet hinter der Bremseinrichtung
Greiferbacken und Rückführgreiferbacken
für einen
Niet, die mit einem Verfahrschlitten verbunden sind. Die Greiferbacken
werden unter dem Ende des Zuführschlauchs
positioniert und nehmen den ankommenden Niet auf und transportieren ihn
zu der Setzeinheit, die den Niet ergreift. Die Greiferbacken werden
verschoben und der Niet wird mit Dichtmittel benetzt. Wenn ein Fehlersignal
abgegeben wird, werden die Rückführgreiferbacken
zu dem Niet gebracht und positionieren den Niet so, dass er mit
Druckluft durch einen zugehörigen
Schlauch in die Abfallbox zurück
geblasen wird. Der Greifer ist in die Grundstellung zurück gefahren,
so dass ein neuer Niet zugeführt
werden kann. Der Greifer ist somit nicht mit Dichtmittel in Berührung gekommen.
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Die
Setzeinheit, deren Ausbildung als unabhängige Erfindung beansprucht
wird, enthält
einen Umkehrmotor mit Drehmomentsensor, ein Nietbefestigungselement,
das über
einen in einer ersten Richtung offenen, in der zweiten Richtung
gesperrten Freilauf mit dem Motor in Antriebsverbindung steht, ein
Niethalteelement zum verdrehsicheren Halten des Niets, das über einen
in der ersten Richtung gesperrten, in der zweiten Richtung offenen
Freilauf mit dem Motor in Verbindung steht, wobei die beiden Elemente
gegen Federkraft in die Setzeinheit zurückschiebbar sind, und einen
durch das Nietbefestigungselement verlaufenden, mit einer Vakuumquelle verbundenen
Luftkanal, der in einen vorderen Aufnahmespalt des Nietbefestigungselementes
einmündet.
Dieser Aufnahmespalt dient zur Aufnahme des Ansatzes des inneren
schraubenbolzenförmigen
Elementes des Niets, das zur Befestigung des Niets an dem zugehörigen Bauteil
gedreht und fest angezogen wird, bis der Ansatz abreißt. Das
Niethalteelement ist an seiner vorderen Stirnseite mit Nasen versehen,
die in die Vertiefungen des Hülsenkopfs
des Niets eingreifen müssen,
um die Hülse
verdrehsicher zu halten.
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Die
automatische Setzeinheit arbeitet dabei auf folgende Weise: Die
Setzeinheit wird mittels eines Verfahrschlittens zu dem zwischen
den Greiferbacken gehaltenen Niet gefahren und an diesen angedrückt, wobei
das Nietbefestigungselement durch den Ansatz des Niets und das Niethalteelement durch
den Hülsenkopf
gegen die Kraft ihrer Federn in der Setzeinheit zurück geschoben
werden. Anschließend
dreht der Motor der Setzeinheit rechts (bzw. in der zweiten Richtung)
und nimmt über
die „rechts
gesperrten” (Freiläufe) das
Nietbefestigungselement mit. Sowie der vordere Aufnahmespalt des
Nietbefestigungselementes mit der Lage des Ansatzes des Niets übereinstimmt,
federt das Nietbefestigungselement (unter der Aufnahme des Ansatzes)
aus. Hierdurch steigt das Drehmoment des Motors, das gemessen wird.
Wenn das Drehmoment eine vorbestimmte Größe erreicht hat, schaltet der
Antrieb um, so dass der Motor nun links dreht. Wenn die Nasen der
vorderen Stirnseite des Niethalteelementes mit der Position der
Vertiefungen an dem Hülsenkopf übereinstimmen,
federt das Niethalteelement aus, woraufhin das Drehmoment steigt.
Damit ist sicher gestellt, dass der Niet richtig ergriffen ist und
beide Eingriffsmerkmale eingegriffen haben. Der Motor bleibt nun
stehen. Zum Halten des Niets wird das Vakuum eingeschaltet.
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Anschließend wird
die Setzeinheit von dem Roboter vor den Setzort gebracht, woraufhin
der Niet von einer linearen Vorschubeinheit auf überwachte Weise in die Bohrung
geschoben wird. Der Motor dreht nun rechts, bis das Abrissteil des
Niets abgedreht ist. Hierbei dient das rechts gesperrte Niethalteelement
mit seinen Nasen als Verdrehsicherung.
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Die
Drehmomentkurve wird aufgezeichnet, deren Auswertung Rückschlüsse auf
die Qualität
der Verbindung zulässt.
Damit ist der Setzvorgang abgeschlossen, und der Abriss wird über einen
Krümmer für die Rückführung und
einen Rückführschlitten
für den
Krümmer
zu einem Schlauch transportiert, der den Abriss in die Abfallbox
bläst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
das Setzen der Nieten in einem kontinuierlichen Prozess, der Stillstandzeiten
infolge eines irrtümlich zugeführten falschen
Niets und eine Beschädigung von
Nieten bei der Zuführung
sicher vermeidet. Die automatische Vorrichtung ist flexibel und
arbeitet mit hoher Präzision
und Effektivität.
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Weitere
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1a bis 1f einen
Niet in Seitenansichten, in Längsschnitten,
in einer Stirnansicht und in einer perspektivischen Darstellung;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Roboters mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Zuführeinheit;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Versorgungseinheit;
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5 und 6 einen
Längsschnitt
durch einen unteren Teil des Zuführeinheit
und eine Aufsicht auf diesen Teil;
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7 einen
Längsschnitt
durch eine Setzeinheit für
den in 1 dargestellten Niet und
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8 eine
rein schematische Darstellung der Setzvorrichtung.
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In
den 1a bis 1e ist
ein Niet dargestellt, der als „Hand
OSI-Bolt” bezeichnet
wird und bisher von Hand gesetzt wird. Der Niet enthält eine Außenhülse 1 mit
einem verbreiterten Hülsenkopf 2, der
in seiner Stirnfläche über den
Umfang gleichmäßig verteilte
Vertiefungen 3a hat. In der Hülse 1 sitzt ein Schraubenbolzen-ähnliches
Element 3 mit einem aus der Hülse 1 herausragenden
flachen Ansatz bzw. Abrissteil 4. Das Schraubbolzen-artige
Element 3 steht an seinem Endbereich im Gewindeeingriff 5 mit der
Hülse 1.
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Die
Hülse 1 ist
zweigeteilt, so dass sich beim Drehen des inneren Elementes 3 ein
ringförmiger
radialer Flansch 6 ausbildet, der fest an ein Bauteil angepresst
wird, an dem der Niet befestigt wird. Beim fortgesetzten Drehen
des inneren Elementes 3 reißt der Ansatz 4 ab.
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2 zeigt
einen Roboter 7, an dessen Arm 8 die erfindungsgemäße Setzvorrichtung 9 befestigt ist,
die so positionierbar ist, dass die Nieten in die vorbereiteten
Bohrungen eingesetzt werden können. Die
Vorrichtung 9 enthält
eine Zuführeinheit 10,
die mit einer Setzeinheit 11 zu einer Baugruppe zusammengefasst
ist, und eine Versorgungseinheit 12 mit einem Vorrat verschiedener
Nieten, wie 4 zeigt.
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Die
Versorgungseinheit 12 enthält in der dargestellten Ausführungsform
sechs Zufuhrschläuche 13 für verschiedene
Niete, die in einen einzigen Zuführschlauch 14 der
Zuführeinrichtung 10 einmünden. Die
Versorgungseinheit 12 ist roboterseitig fest, während die
Zuführeinheit 10 mit
der Setzeinheit 11 werkzeugseitig schnell wechselbar ist.
Die Zuführeinheit 10 enthält einen Abfallbehälter 15,
in den falsche oder fehlerhafte Niete und die Abreißteile 4 der
gesetzten Niete geblasen werden.
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8 zeigt
in einer rein schematischen Darstellung die Zuführschläuche 13 der Versorgungseinheit 12,
sowie den einzigen Zuführschlauch 14 der Zuführeinheit 10.
Am Ende des Zuführschlauchs 14 befindet
sich eine Bremseinrichtung 17, die eine Bremsplatte 18 aufweist,
die von einem Bremszylinder 19 bewegbar ist, um die Austrittsöffnung des
Zuführschlauchs 14 entweder
zu verschließen,
um ein Luftkissen zu bilden, das den ankommenden Niet abbremst,
oder um die Austrittsöffnung
frei zu geben. Nahe der Bremsplatte 18 befinden sich Greiferbacken 19 und
Rückführgreiferbacken 20,
die von einem Greiferzylinder 21 so bewegbar sind, dass – im Falle
eines zugeführten
falschen Niets – entweder
die Rückführgreiferbacken 20 oder
die Greiferbacken 19 so positioniert sind, dass sie den
Niet nach Zurückziehen
der Bremsplatte 18 aufnehmen können. Die Greiferbacken 19 positionieren
den Niet so, dass er von der Setzeinheit 11 aufgenommen
werden kann, wenn die Setzeinheit 11 von einem zugehörigen Verfahrschlitten 22 entsprechend
vorgeschoben worden ist. Ein Krümmer 23 und
ein Rückführschlitten 24 für den Krümmer sind
vorgesehen, um die Abrissteile 4 der Niete in die Abfallbox 15 zu
blasen.
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Die
in 7 dargestellte Setzeinheit 11 ist zum
Setzen von solchen Nieten geeignet, die in den 1a bis 1e dargestellt
sind. Es wird betont, dass die Anordnung aus Roboter 7,
Versorgungseinheit 12 und Zuführeinheit 10 auch
für andersartige Niete
geeignet ist.
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Die
Setzeinheit 11 enthält
einen Umkehrmotor 25, der mit einem Drehmomentsensor verbunden ist.
Der Motor 25 dreht eine Motorwelle 26, die über einen
links gesperrten und recht offenen Freilauf 27 in Antriebsverbindung
mit einem Niethalteelement 28 steht, das an seiner vorderen
Stirnfläche
Vorsprünge hat,
die – bei
entsprechender Positionierung – in
die Vertiefungen 3a des Hülsenkopfs 2 des zugehörigen Niets
eintreten können.
Das Niethalteelement 28 ist gegen die Kraft einer Druckfeder 29 in
das Gehäuse der
Setzeinheit 11 zurückschiebbar.
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Die
Antriebswelle 26 nimmt in der anderen Drehrichtung des
Motors 25 über
eine Hülse 30 ein Nietbefestigungselement 31 drehend
mit, das an seinem freien Ende einen Aufnahmespalt 32 hat,
in den – bei
entsprechender Positionierung – das
Abreißelement 4 eines
Niets eintreten kann. In den Aufnahmespalt 32 mündet ein
durch das Nietbefestigungselement 31 führender Luftkanal 33 ein,
der über
einen seitlich aus dem Gerät 11 heraus
führenden
Anschluss 34 mit einer Vakuumquelle verbindbar ist, um den
von den Elementen 28 und 31 ergriffenen Niet zu halten,
so dass dieser zu der vorgesehenen Bohrung transportiert werden
kann. 7 zeigt ferner einige Lager 35 der Setzeinheit 11.
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Die
Setzeinheit 11 ist nicht nur gemeinsam mit der Versorgungseinheit 12 und
der Zuführeinheit 11 mit
einem Roboter einsetzbar, sondern kann auch als ein von Hand betätigtes Gerät verwendet
werden. Es wird betont, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene
und dargestellte Ausführungsform
beschränkt
ist. Vielmehr können
alle in der Beschreibung und Zeichnungen offenbarten Merkmale auf alle
möglichen
Arten einzeln kombiniert werden. Auch die in den Zeichnungen dargestellten
Merkmale, die nicht gesondert beschrieben sind, werden – soweit
sie neu sind – als
zur Erfindung gehörig
beansprucht.