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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 196 41 533 C 1 beschrieben, eine Vorrichtung zum Einpressen von Metallteilen in Kunststoffteile bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Rohrleitung zum Zuführen von Metallteilen, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Metallteile und einen Dorn zum Einpressen der Metallteile durch eine Führungshülse in das Kunststoffteil. Eine kombinierte Vereinzelungs- und Heizeinrichtung für die Metallteile entnimmt jeweils das erste Metallteil aus der Rohrleitung, erwärmt es und überführt es in die Führungshülse. Die Führungshülse ist gegenüber den übrigen Teilen der Vorrichtung geringfügig in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar. Es ist ein Schalter vorgesehen, der die Verschiebung der Führungshülse abtastet und ein Signal abgibt, welches das Auftreffen der Führungshülse auf dem Kunststoffteil anzeigt.
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In der
WO 02/096625 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anordnen eines metallischen Einsatzes in einem Kunststoffkörper aus thermoplastischem Material beschrieben. Der Kunststoffkörper weist ein Befestigungsloch zur Aufnahme des Einsatzes auf. Die Vorrichtung weist einen Montagefuß mit einer guten thermischen Leitfähigkeit und mit einer Montageposition zur Aufnahme eines Einsatzes auf. Ein Einsatz wird in der Montageposition auf dem Montagefuß angeordnet. Der Montagefuß wird erwärmt, um den Einsatz zu erwärmen. Der Kunststoffkörper wird auf dem Montagefuß derart zum Einsatz angeordnet, dass das Befestigungsloch im Kunststoffkörper über dem erwärmten Einsatz positioniert ist. Der Kunststoffkörper wird nach unten in Richtung des Montagefußes gedrückt, so dass der Einsatz auf eine vorbestimmte Einbautiefe in das Befestigungsloch einsinkt. Danach wird der Kunststoffkörper mit dem darin integrierten Einsatz vom Montagefuß gelöst. Die Vorrichtung umfasst entsprechende Mittel zur Durchführung des Verfahrens.
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Des Weiteren ist auch aus der
US 6,116,897 A eine Vorrichtung zum Einbau von metallischen Befestigungselementen in Kunststoffteile bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil umfasst eine Zuführung zum Zuführen des Metallteils und eine Übergabeeinrichtung, welche eine Heizeinrichtung für das Metallteil aufweist und das Metallteil aus der Zuführung entnimmt und erwärmt.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein kombiniertes Greif- und Einbettwerkzeug auf, mit dem das erwärmte Metallteil aus der Übergabeeinrichtung aufnehmbar und in das Kunststoffteil einbettbar ist. Das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug ist zumindest bereichsweise seitlich von einer Hülse umschlossen. Die Hülse weist einen dem Kunststoffteil zugewandten Rand auf, welcher während des Warmeinbettens des Metallteils in das Kunststoffteil auf das Kunststoffteil aufsetzt. Die Hülse und das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug sind in Längsrichtung zueinander verschiebbar angeordnet, wobei mittels einer Messeinrichtung ein Ausmaß einer Relativbewegung zwischen der Hülse und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug ermittelbar ist. Eine vom kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug auf das Metallteil ausgeübte Presskraft während eines Warmeinbettens des Metallteils in das Kunststoffteil ist/sind in Abhängigkeit von dem ermittelten Ausmaß der Relativbewegung zwischen der Hülse und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug steuerbar und/oder regelbar. In einer Ausführungsform ist/sind zusätzlich eine Zeitdauer eines Wirkens der Presskraft und/oder ein Pressweg des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten Ausmaß der Relativbewegung zwischen der Hülse und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug steuerbar und/oder regelbar. Über den Pressweg, welchen das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug während des Einbettens des Metallteils in das Kunststoffteil zurücklegt, ist die Eindringtiefe des Metallteils in das Kunststoffteil vorgebbar.
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Die Vorrichtung ermöglicht ein gezieltes Erwärmen und eine Übergabe des Metallteils an das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug. Nach dem Erwärmen ist das Metallteil mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs aufnehmbar, in Bezug zum Kunststoffteil exakt positionierbar und in dieses einbettbar. Durch das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug ist ein Verkanten des Metallteils während eines Transports zum Kunststoffteil und während eines Aufsetzens auf das Kunststoffteil verhindert. Des Weiteren sind durch die Verwendung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs unterschiedlich ausgeformte Metallteile, welche insbesondere unterschiedliche Abmessungen, beispielsweise unterschiedliche Höhen und/oder Durchmesser aufweisen können, ohne einen Umbau der Vorrichtung verarbeitbar.
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Während des Warmeinbettens des Metallteils in das Kunststoffteil setzt der dem Kunststoffteil zugewandte Rand der Hülse auf das Kunststoffteil auf, dringt aber nicht in dieses ein. Dadurch erfolgt während des weiteren Warmeinbettens des Metallteils in das Kunststoffteil eine Relativbewegung zwischen dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug, welches sich weiterhin in Richtung des Kunststoffteils bewegt, und der Hülse, welche auf dem Kunststoffteil aufsitzt und sich nicht mehr bewegt. Durch eine Ermittlung des Ausmaßes der Relativbewegung ist eine Eindringtiefe des Metallteils in das Kunststoffteil exakt ermittelbar. Dadurch ist das Metallteil exakt im Kunststoffteil positionierbar und das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug sofort zu stoppen, wenn eine vorgegebene Eindringtiefe des Metallteils in das Kunststoffteil erreicht ist.
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Durch die Ermittlung der Relativbewegung ist die Eindringtiefe jeweils individuell anpassbar, so dass ohne eine Produktionsunterbrechung eine Vielzahl unterschiedlich ausgeformter Metallteile verarbeitbar und mit jeweils unterschiedlichen Eindringtiefen in das Kunststoffteil einbettbar sind, wobei bei Erreichen der jeweils vorgegebenen Eindringtiefe das Warmeinbetten zu stoppen ist. Durch die Möglichkeit des Steuerns und/oder Regelns der Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs sind im weiteren Verlauf auch elastische Verformungen des angeschmolzenen Kunststoffteils während des Warmeinbettens ausgleichbar, so dass stets ein Erreichen einer exakten Eindringtiefe sichergestellt ist. Die Messeinrichtung ist beispielsweise als ein Analoggeber oder als ein Inkrementalgeber ausgebildet.
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Die Vorrichtung ermöglicht aufgrund der Messeinrichtung und der beschriebenen Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug ein kontrolliertes Warmeinbetten des Metallteils in das Kunststoffteil, d. h. ein kontrolliertes Einbetten, so dass ein optimierter Wärmeübergang vom Metallteil auf den jeweils unmittelbar an das Metallteil angrenzenden Kunststoff ermöglicht ist, um diesen ausreichend anzuschmelzen und das Eindringen des Metallteils in das Kunststoffteil ohne eine Beschädigung des Kunststoffteils zu ermöglichen.
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Vorzugsweise ist das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug als ein Sauggreifer ausgebildet. Ein derartiges auch als Vakuumgreifer bezeichnetes Werkzeug weist einen Hohlraum auf, welcher an eine Absaugeinrichtung, an einen so genannten Vakuumerzeuger, angeschlossen ist. Das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug weist an einer Greiffläche, welche zum Aufnehmen des Metallteils auf dieses aufsetzbar ist, zumindest eine Öffnung zu diesem Hohlraum auf. Diese Öffnung ist nach dem Aufsetzen auf das Metallteil durch dieses verschlossen. Durch ein Absaugen von Luft aus dem Hohlraum nach dem Aufsetzen des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs auf das Metallteil ist im durch das Metallteil verschlossenen Hohlraum ein Unterdruck gegenüber einer Umgebung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs realisierbar, wodurch das Metallteil gegen das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug, d. h. gegen dessen Greiffläche gezogen bzw. aufgrund des höheren Drucks in der Umgebung gegen die Greiffläche gedrückt ist. Auf diese Weise sind ohne eine Umrüstung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs Metallteile in unterschiedlichen Formen und Abmessungen aufnehmbar, transportierbar und in das Kunststoffteil einbettbar. In weiteren Ausführungsformen kann das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug beispielsweise als ein Backengreifer oder als ein Elektromagnet ausgebildet sein.
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Zwischen dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug und der Hülse ist vorzugsweise ein Zwischenraum zur Durchleitung eines Kühlmediums, beispielsweise Kühlluft, ausgebildet, wobei die Kühlluft zum Beispiel auch aktiv kühlbar ist, um niedrigere Temperaturen zu erreichen. Dies ermöglicht unmittelbar nach dem vollständigen Warmeinbetten des Metallteils in das Kunststoffteil ein gezieltes Abkühlen des Metallteils sowie eines das Metallteil umgebenden und durch das Metallteil erwärmten und angeschmolzenen Bereichs des Kunststoffteils. Auf diese Weise ist der das Metallteil umgebende Bereich des Kunststoffteils, d. h. dessen Kunststoff, sofort gezielt aushärtbar, wodurch das Metallteil fest im Kunststoffteil angeordnet ist. Aufgrund des Abkühlens ist eine erhebliche Reduzierung einer gesamten Prozesszeit erzielbar, da eine Haltezeit zum Halten des Metallteils in seiner Position, bis der Kunststoff ausgehärtet ist, durch das Abkühlen mittels des Kühlmediums deutlich reduziert ist.
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Das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug ist zweckmäßigerweise mit zumindest einem Servoantrieb gekoppelt, welcher mittels zumindest eines Servomotors das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug zum Warmeinbetten des Metallteils in das Kunststoffteil bewegt. Ein derartiger Servoantrieb ist sehr exakt steuerbar und/oder regelbar, so dass über eine Steuerung und/oder Regelung des Servoantriebs eine Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs ermöglicht sowie steuerbar und/oder regelbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug in x-Richtung und/oder in y-Richtung und/oder in z-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar und/oder drehbar und/oder schwenkbar. In einem dreidimensionalen Koordinatensystem spannen eine x-Achse und eine y-Achse eine horizontale Ebene auf. Eine z-Achse ist senkrecht zu dieser Ebene angeordnet und spannt mit der x-Achse und der y-Achse jeweils eine vertikale Ebene auf. Das Drehen des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs erfolgt um eine Längsachse des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs oder um eine zu dieser parallelen Achse, das Schwenken erfolgt um eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Schwenkachse. Zur Realisierung derartiger Bewegungen ist das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug beispielsweise an einem Roboterarm eines Industrieroboters angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist beispielsweise die Übergabeeinrichtung, welche die Heizeinrichtung aufweist, zusammen mit dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug an einem Roboterarm angeordnet, so dass eine gemeinsame Bewegung der Übergabeeinrichtung mit Heizeinrichtung und des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs ermöglicht ist. Auf diese Weise ist ein kurzer und stets gleich bleibender Weg zwischen der Heizeinrichtung und dem Kunststoffteil sichergestellt, so dass das Metallteil auf diesem Weg nicht zu stark abkühlt. In dieser Ausführungsform ist vorzugsweise zusätzlich auch eine Relativbewegung zwischen der Übergabeeinrichtung und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug, beispielsweise in Einbettrichtung möglich.
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Vorzugsweise ist eine Werkstückhalterung, welche das jeweils zu bearbeitende Kunststoffteil hält, in x-Richtung und/oder in y-Richtung und/oder in z-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar und/oder drehbar und/oder schwenkbar. Zu diesem Zweck ist die Werkstückhalterung beispielsweise an einem Roboterarm eines weiteren Industrieroboters angeordnet.
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Auf diese Weise sind das Kunststoffteil und das jeweils einzubettende Metallteil sehr schnell und sehr exakt zueinander positionierbar, wobei insbesondere bei einer Mehrzahl in ein Kunststoffteil einzubettender Metallteile ein Arbeitsablauf durch eine Verkürzug von Zuführungswegen erheblich beschleunigbar ist. So ist beispielsweise während eines Aufnahmevorgangs eines erwärmten Metallteils mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs zeitgleich bereits das Kunststoffteil entsprechend positionierbar, so dass nachfolgend das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug durch einen einfachen und schnellen Bewegungsablauf das Metallteil exakt am Kunststoffteil positioniert und in dieses einbettet. Auf diese Weise ist eine komplizierte Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs zur exakten Positionierung des Metallteils nicht mehr erforderlich und eine zu starke Abkühlung des Metallteils auf einem Transportweg von der Übergabeeinrichtung zum Kunststoffteil ist verhindert.
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Um mögliche Lagetoleranzen von Bohrungen im Kunststoffteil, in welche das Metallteil einzubetten ist, auszugleichen, ist die Greiffläche des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass das erwärmte und aus der Übergabeeinrichtung entnommene einzubettende Metallteil relativ zum kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug in x-Richtung und/oder in y-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar ist. Dies ist insbesondere mittels eines Sauggreifers als kombiniertes Greif- und Einbettwerkzeug realisierbar, da das jeweilige vom kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug aufgenommene Metallteil lediglich durch den Unterdruck im Hohlraum bzw. durch den Überdruck in der Umgebung an die Greiffläche gedrückt ist, wodurch in x-Richtung und in y-Richtung lediglich eine Haftreibung zwischen der Greiffläche und dem Metallteil wirkt. Während sich das Metallteil bei auftretenden Lagetoleranzen der jeweiligen Bohrung im Kunststoffteil, d. h. in der Bohrung zentriert, tritt durch eine Verschiebung des Metallteils in Bezug auf die Greiffläche des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs eine Gleitreibung zwischen dem Metallteil und der Greiffläche auf.
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Diese Reibungsarten sind durch eine Krafteinwirkung auf das Metallteil in x-Richtung und/oder in y-Richtung und eine entgegengesetzte Krafteinwirkung auf das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug zu überwinden, so dass daraus bei auftretenden Lagetoleranzen der jeweiligen Bohrung eine Verschiebung des Metallteils in x-Richtung und/oder in y-Richtung in Bezug auf das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug resultiert, wodurch die Zentrierung des Metallteils in der Bohrung des Kunststoffteils ermöglicht ist. Auf diese Weise ist das Metallteil beispielsweise in eine vorgeformte Bohrung des Kunststoffteils einsetzbar und in diese einbettbar, wobei durch eine ermöglichte Verschiebung des Metallteils gegenüber dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug in x-Richtung und/oder in y-Richtung bei einem nicht exakt positionierten kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug ein schiefes Warmeinbetten des Metallteils in das Kunststoffteil verhindert ist. Auf diese Weise sind durch ein derartiges so genanntes schwimmendes Greifen des Metallteils durch das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug mögliche Lagetoleranzen der Bohrungen im Kunststoffteil, in welche das Metallteil einzubetten ist, ausgleichbar.
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Die Heizeinrichtung weist in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Durchgangsbohrung auf, welche unter einem Ausgang der Zuführung angeordnet ist. Ein Schieber weist eine Ausnehmung auf, welche in einer ersten Position des Schiebers unter der Durchgangsbohrung der Heizeinrichtung angeordnet ist und in einer zweiten Position des Schiebers für das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug zugänglich ist. Auf diese Weise ist eine einfache und effektive Übergabeeinrichtung realisiert, wobei das jeweilige Metallteil unmittelbar vor einem Aufnehmen mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs gezielt auf eine vorgegebene Temperatur erwärmbar ist. Dadurch ist ein exaktes Warmeinbetten des erwärmten Metallteils in das Kunststoffteil ermöglicht.
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Insbesondere bei einer aufeinander folgenden Verarbeitung von unterschiedlichen Metallteilen erfolgt vorzugsweise ein gezieltes einzelnes Zuführen des jeweils benötigten Metallteils über die Zuführung zur Übergabeeinrichtung, da auf diese Weise kein Stau der Metallteile in der Zuführung entsteht und ein möglicherweise defektes oder nicht passendes Metallteil schnell austauschbar ist, ohne eine lange und mit Metallteilen gefüllte Zuführleitung entleeren zu müssen. Alternativ ist insbesondere bei einer Verarbeitung identischer Metallteile auch eine als Schlauch oder Rohrleitung ausgebildete Zuführung verwendbar, in welcher eine Mehrzahl von Metallteilen gleichzeitig der Übergabeeinrichtung zuführbar sind. Die Metallteile stauen sich dann in der Zuführung vor der Heizeinrichtung und sind in der Zuführung nacheinander aufgereiht. In diesem Fall ist mittels der Übergabeeinrichtung auch ein Vereinzeln der Metallteile ermöglicht, wobei jeweils ein erstes Metallteil in die Heizeinrichtung fällt und nach dessen Erwärmung durch ein Verschieben des Schiebers in die erste Position in die Ausnehmung des Schiebers fällt. Das Metallteil ist dann durch ein Verschieben des Schiebers in die zweite Position dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug zugänglich, während ein weiteres Metallteil in die entleerte Durchgangsbohrung der Heizeinrichtung fällt und erwärmbar ist.
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Bevorzugt ist die Heizeinrichtung eine induktive Heizeinrichtung, besonders bevorzugt ist sie als eine auf Induktion basierende elektromagnetische Hochfrequenz-Heizeinrichtung ausgebildet. Des Weiteren kann die Heizeinrichtung auch eine auf Induktion basierende elektromagnetische Mittelfrequenz-Heizeinrichtung oder Niederfrequenz-Heizeinrichtung sein. Dadurch ist das jeweils einzubettende Metallteil gezielt präzise und Energie sparend auf eine vorgegebene Temperatur erwärmbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil in einer ersten Arbeitsposition,
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil in einer zweiten Arbeitsposition,
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil in einer dritten Arbeitsposition,
- 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil in einer vierten Arbeitsposition, und
- 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils in ein Kunststoffteil in einer fünften Arbeitsposition.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 5 zeigen in schematischen Darstellungen eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Warmeinbetten zumindest eines Metallteils 2 in ein Kunststoffteil 3 in verschiedenen Arbeitspositionen. Die Vorrichtung 1 weist eine Übergabeeinrichtung 4 auf, welche mit einer Zuführung 5 zum Zuführen von Metallteilen 2 verbunden ist. Die Zuführung 5 ist beispielsweise als Rohr oder als Schlauch ausgebildet. Die Übergabeeinrichtung 4 weist eine Heizeinrichtung 6 auf. Mittels der Übergabeeinrichtung 4 und deren Heizeinrichtung 6 ist das Metallteil 2 bzw. bei mehreren Metallteilen 2 in der Zuführung 5 jeweils das erste Metallteil 2 aus der Zuführung 5 entnehmbar und erwärmbar.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 ein kombiniertes Greif- und Einbettwerkzeug 7 auf, mit dem das erwärmte Metallteil 2 aufnehmbar und in das Kunststoffteil 3 einbettbar ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 mit der Übergabeeinrichtung 4 derart verbunden, dass relativ zur Übergabeeinrichtung 4 zumindest eine Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 in Einbettrichtung bzw. entgegen der Einbettrichtung, d. h. in z-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems ermöglicht ist.
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In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen ist zumindest das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 in x-Richtung und/oder in y-Richtung und/oder in z-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar und/oder drehbar und/oder schwenkbar, wobei das Drehen des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 um eine Längsachse des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 oder um eine zu dieser parallelen Achse und das Schwenken um eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Schwenkachse erfolgt. Zur Realisierung derartiger Bewegungen ist das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 beispielsweise an einem Roboterarm eines Industrieroboters angeordnet.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist beispielsweise die Übergabeeinrichtung 4, welche die Heizeinrichtung 6 aufweist, zusammen mit dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 an einem Roboterarm angeordnet, so dass eine gemeinsame Bewegung der Übergabeeinrichtung 4 mit Heizeinrichtung 6 und des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 ermöglicht ist. Auf diese Weise ist ein kurzer und stets gleich bleibender Weg zwischen der Heizeinrichtung 6 und dem Kunststoffteil 3 sichergestellt, so dass das Metallteil 2 auf diesem Weg nicht zu stark abkühlt. In dieser Ausführungsform ist vorzugsweise zusätzlich auch eine Relativbewegung zwischen der Übergabeeinrichtung 4 und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7, beispielsweise in Einbettrichtung möglich.
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Die Vorrichtung 1 ermöglicht ein gezieltes Erwärmen des Metallteils 2. Nach dem Erwärmen ist das Metallteil 2 mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 aufnehmbar, zum Kunststoffteil 3 transportierbar, in Bezug zum Kunststoffteil 3 exakt positionierbar und in dieses einbettbar.
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Die Heizeinrichtung 6 ist in einer Platte 8 in der Übergabeeinrichtung 4 angeordnet und beispielsweise als eine auf Induktion basierende elektromagnetische Hochfrequenz-Heizeinrichtung ausgebildet, mittels welcher das jeweils einzubettende Metallteil 2 gezielt, präzise und Energie sparend auf eine vorgegebene Temperatur erwärmbar ist. Zum Erwärmen der Metallteile 2 weist die Heizeinrichtung 6 eine Durchgangsbohrung 9 auf, welche unter einem Ausgang der in die Übergabeeinrichtung 4 hinein geführten Zuführung 5 angeordnet ist. Um diese Durchgangsbohrung 9 herum ist beispielsweise eine Induktionsspule angeordnet.
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Die Durchgangsbohrung 9 ist, wie in 1 dargestellt, mit einem zu erwärmenden Metallteil 2 befüllbar. Ein unterer Ausgang der Durchgangsbohrung 9 ist während der Erwärmung des Metallteils 2 durch einen darunter parallel zur Heizeinrichtung 6 angeordneten Schieber 10 verschlossen. Dieser untere Ausgang ist erst dann geöffnet, wenn sich der Schieber 10 in einer ersten, in 2 dargestellten Position befindet, in welcher eine Ausnehmung 11 des Schiebers 10 unter der Durchgangsbohrung 9 der Heizeinrichtung 6 angeordnet ist, so dass das erwärmte Metallteil 2 in diese Ausnehmung 11 hinein fällt.
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Durch eine Verschiebung des Schiebers 10 in Richtung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 ist die entleerte Durchgangsbohrung 9 wieder verschlossen, so dass ein weiteres Metallteil 2 aus der Zuführung 5 in die Durchgangsbohrung 9 hineinrutschen kann, um erwärmt zu werden. Mittels der Vorrichtung 1 sind eine Vielzahl unterschiedlich ausgeformter Metallteile 2, welche unterschiedliche Größen, insbesondere unterschiedliche Durchmesser, Höhen und/oder andere Abmessungen aufweisen, zu verarbeiten, ohne einen Fertigungsprozess zu unterbrechen und die Vorrichtung 1 umzubauen. Daher erfolgt, wenn unterschiedliche Metallteile 2 zu verarbeiten sind, vorzugsweise eine Zuführung der Metallteile 2 durch die Zuführung 5 zur Heizeinrichtung 6 in einer Reihenfolge einer beabsichtigten Verarbeitung. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise ein gezieltes einzelnes Zuführen des jeweils benötigten Metallteils 2 über die Zuführung 5 zur Übergabeeinrichtung 4, da auf diese Weise kein Stau der Metallteile 2 in der Zuführung 5 entsteht und ein möglicherweise defektes oder nicht passendes Metallteil 2 schnell austauschbar ist, ohne eine lange und mit Metallteilen 2 gefüllte Zuführleitung entleeren zu müssen.
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Alternativ ist insbesondere bei einer Verarbeitung identischer Metallteile 2 auch eine als Schlauch oder Rohrleitung ausgebildete Zuführung 5 verwendbar, in welcher eine Mehrzahl von Metallteilen 2 gleichzeitig der Übergabeeinrichtung 4 zuführbar sind. Die Metallteile 2 stauen sich dann in der Zuführung 5 vor der Heizeinrichtung 6 und sind in der Zuführung 5 nacheinander aufgereiht. In diesem Fall ist mittels der Übergabeeinrichtung 4 auch ein Vereinzeln der Metallteile 2 ermöglicht, wobei jeweils ein erstes Metallteil 2 in die Heizeinrichtung 6 fällt und nach dessen Erwärmung durch ein Verschieben des Schiebers 10 in die erste Position in die Ausnehmung 11 des Schiebers 10 fällt. Das Metallteil 2 ist dann durch ein Verschieben des Schiebers 10 in die zweite Position dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 zugänglich, während ein weiteres Metallteil 2 in die entleerte Durchgangsbohrung 9 der Heizeinrichtung 6 fällt und erwärmbar ist.
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Der Schieber 10 ist, wie in 3 dargestellt, beispielsweise mittels eines in einem Pneumatikzylinder 12 pneumatisch bewegbaren Kolbens 13 in eine zweite Position verschiebbar, in welcher die Ausnehmung 11 des Schiebers 10 aus der Übergabeeinrichtung 4 herausgefahren ist und dadurch für das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 zugänglich ist. Auf diese Weise ist eine einfache und effektive Übergabeeinrichtung 4 realisiert, wobei das jeweilige Metallteil 2 unmittelbar vor einem Aufnehmen mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 gezielt auf eine vorgegebene Temperatur erwärmbar ist. Dadurch ist ein exaktes Warmeinbetten des erwärmten Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 ermöglicht.
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Durch ein Absenken des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 auf das Metallteil 2 ist das Metallteil 2 aufnehmbar durch ein anschließendes Anheben des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 aus der Ausnehmung 11 des Schiebers 10 heraushebbar.
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Das hier dargestellte kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 ist als ein Sauggreifer ausgebildet. Ein derartiges auch als Vakuumgreifer bezeichnetes Werkzeug weist einen Hohlraum 14 auf, welcher über eine Absaugleitung 15 an eine Absaugeinrichtung 16, d. h. an einen so genannten Vakuumerzeuger angeschlossen ist. Das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 weist an einer Greiffläche 17, welche zum Aufnehmen des Metallteils 2 auf dieses aufsetzbar ist, zumindest eine Öffnung 18 zu diesem Hohlraum 14 auf.
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Diese Öffnung 18 ist, wie in 3 dargestellt, nach dem Aufsetzen auf das Metallteil 2 durch dieses verschlossen. Durch ein Absaugen von Luft 19 aus dem Hohlraum 14 nach dem Aufsetzen des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 auf das Metallteil 2 ist im durch das Metallteil 2 verschlossenen Hohlraum 14 ein Unterdruck gegenüber einer Umgebung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 realisierbar, wodurch das Metallteil 2 gegen das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7, d. h. gegen dessen Greiffläche 17 gezogen bzw. aufgrund des höheren Drucks in der Umgebung gegen die Greiffläche 17 gedrückt ist. Auf diese Weise sind ohne eine Umrüstung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 Metallteile 2 in unterschiedlichen Formen und Abmessungen, insbesondere mit unterschiedlichen Höhen und/oder Durchmessern aufnehmbar, transportierbar und in das Kunststoffteil 3 einbettbar.
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Nach dem Entnehmen des Metallteils 2 aus der Ausnehmung 11 des Schiebers 10 ist dieser, wie in 4 dargestellt, wieder in die Übergabeeinrichtung 4 einziehbar. Danach ist das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7, wie in 5 dargestellt, auf das Kunststoffteil 3 absenkbar und das erwärmte Metallteil 2 unter Anschmelzen von Bereichen des Kunststoffteils 3 in einer Umgebung des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 einbettbar.
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Eine Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 erfolgt beispielsweise pneumatisch, besonders bevorzugt jedoch, wie hier dargestellt, mittels eines Servoantriebs 20. Durch das einzelne Zuführen der Metallteile 2 in die Übergabeeinrichtung 4 und aus dieser zum kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 sind unterschiedlich ausgeformte Metallteile 2 mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere mit unterschiedlichen Höhen und/oder Durchmessern verarbeitbar, ohne einen Produktionsablauf zu unterbrechen und die Vorrichtung 1 umzurüsten. Dies ermöglicht eine sehr produktive Fertigung bei sehr geringen Stand- und Wartungszeiten der Vorrichtung 1. Insbesondere ist durch das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 ein Verkanten des jeweiligen Metallteils 2 während eines Transports zum Kunststoffteil 3, während eines Aufsetzens auf Kunststoffteil 3 und während eines Warmeinbettens verhindert, wodurch eine Fertigungsunterbrechung zur Instandsetzung der Vorrichtung 1 vermieden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kunststoffteil 3 in einer Werkstückhalterung 21 angeordnet, welche in x-Richtung und/oder in y-Richtung und/oder in z-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar und/oder drehbar und/oder schwenkbar ist. Zu diesem Zweck ist die Werkstückhalterung 21 beispielsweise an einem Roboterarm eines Industrieroboters angeordnet. Auf diese Weise sind das Kunststoffteil 3 und das jeweils einzubettende Metallteil 2 sehr schnell und sehr exakt zueinander positionierbar, wobei insbesondere bei einer Mehrzahl in ein Kunststoffteil 3 einzubettender Metallteile 2 ein Arbeitsablauf durch eine Verkürzug von Zuführungswegen erheblich beschleunigbar ist.
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So ist beispielsweise während eines Aufnahmevorgangs eines erwärmten Metallteils 2 mittels des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 zeitgleich bereits das Kunststoffteil 3 entsprechend positionierbar, so dass nachfolgend das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 durch einen einfachen und schnellen Bewegungsablauf das Metallteil 2 exakt am Kunststoffteil 3 positioniert und in dieses einbettet. Auf diese Weise ist eine komplizierte Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 zur exakten Positionierung des Metallteils 2 nicht mehr erforderlich. Des Weiteren ist eine zu starke Abkühlung des Metallteils 2 aufgrund eines zu langen Transportweges von der Übergabeeinrichtung 4 zum Kunststoffteil 3 verhindert.
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Um mögliche Lagetoleranzen von Bohrungen im Kunststoffteil 3, in welche das Metallteil 2 einzubetten ist, auszugleichen, ist die Greiffläche 17 des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass das erwärmte und aus der Übergabeeinrichtung 4 entnommene einzubettende Metallteil 2 relativ zum kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 in x-Richtung und/oder in y-Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar ist. Dies ist insbesondere mittels des Sauggreifers als kombiniertes Greif- und Einbettwerkzeug 7 realisierbar, da das jeweilige vom kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 aufgenommene Metallteil 2 lediglich durch den Unterdruck im Hohlraum 14 bzw. durch den Überdruck in der Umgebung an die Greiffläche 17 gedrückt ist, wodurch in x-Richtung und in y-Richtung lediglich eine Haftreibung zwischen der Greiffläche 17 und dem Metallteil 2 wirkt. Während sich das Metallteil 2 bei auftretenden Lagetoleranzen der jeweiligen Bohrung im Kunststoffteil 3, d. h. in der Bohrung zentriert, tritt durch eine Verschiebung des Metallteils 2 in Bezug auf die Greiffläche 17 des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 dann eine Gleitreibung zwischen dem Metallteil 2 und der Greiffläche 17 auf.
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Diese Reibungsarten sind durch eine Krafteinwirkung auf das Metallteil 2 in x-Richtung und/oder in y-Richtung und eine entgegengesetzte Krafteinwirkung auf das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 zu überwinden, so dass daraus bei auftretenden Lagetoleranzen der jeweiligen Bohrung eine Verschiebung des Metallteils 2 in x-Richtung und/oder in y-Richtung in Bezug auf das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 resultiert, wodurch die Zentrierung des Metallteils 2 in der Bohrung des Kunststoffteils 3 ermöglicht ist. Auf diese Weise ist das Metallteil 2 beispielsweise in eine vorgeformte Bohrung des Kunststoffteils 3 einsetzbar und in diese einbettbar, wobei durch eine ermöglichte Verschiebung des Metallteils 2 gegenüber dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 in x-Richtung und/oder in y-Richtung bei einem nicht exakt positionierten kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 ein schiefes Warmeinbetten des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 verhindert ist. Auf diese Weise sind durch ein derartiges so genanntes schwimmendes Greifen des Metallteils 2 durch das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 mögliche Lagetoleranzen der Bohrungen im Kunststoffteil 3, in welche das Metallteil 2 einzubetten ist, ausgleichbar.
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Das hier dargestellte kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 ist zumindest bereichsweise seitlich von einer Hülse 22 umschlossen. Zwischen dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 und der Hülse 22 ist ein Zwischenraum 23 zur Durchleitung eines in 5 dargestellten Kühlmediums 24, beispielsweise Kühlluft, ausgebildet, wobei die Kühlluft zum Beispiel auch aktiv kühlbar ist, um niedrigere Temperaturen zu erreichen. Dies ermöglicht unmittelbar nach dem vollständigen Warmeinbetten des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 ein gezieltes Abkühlen des Metallteils 2 sowie eines das Metallteil 2 umgebenden und durch das Metallteil 2 erwärmten und angeschmolzenen Bereichs des Kunststoffteils 3.
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Auf diese Weise ist der das Metallteil 2 umgebende Bereich des Kunststoffteils 3, d. h. dessen Kunststoff sofort gezielt aushärtbar, wodurch das Metallteil 2 fest im Kunststoffteil 3 angeordnet ist. Aufgrund des Abkühlens ist eine erhebliche Reduzierung einer gesamten Prozesszeit erzielbar, da eine Haltezeit zum Halten des Metallteils 2 in seiner Position, bis der Kunststoff ausgehärtet ist, durch das Abkühlen mittels des Kühlmediums 24 deutlich reduziert ist.
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Die Hülse 22 und das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 sind in Längsrichtung zueinander verschiebbar angeordnet, wobei mittels einer Messeinrichtung 25 ein Ausmaß einer Relativbewegung zwischen der Hülse 22 und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 ermittelbar ist. Besonders bevorzugt ist/sind eine vom kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 auf das Metallteil 2 ausgeübte Presskraft während eines Warmeinbettens des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 und/oder eine Zeitdauer eines Wirkens der Presskraft und/oder ein Pressweg des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 in Abhängigkeit von dem ermittelten Ausmaß der Relativbewegung zwischen der Hülse 22 und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 steuerbar und/oder regelbar. Dies erfolgt durch eine Steuerung und/oder Regelung des Antriebs des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7, d. h. durch eine Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7.
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Auf diese Weise ist das Warmeinbetten des Metallteils 2 in das Kunststoffteils 3, insbesondere bei Verwendung eines Servoantriebs 20, bei welchem das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeugs 7 mittels zumindest eines Servomotors bewegbar ist, sehr exakt durchführbar, da ein derartiger Servoantrieb 20 sehr exakt steuerbar und/oder regelbar ist.
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Während des Warmeinbettens des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 setzt, wie in 5 dargestellt, ein dem Kunststoffteil 3 zugewandter Rand 26 der Hülse 22 auf das Kunststoffteil 3 auf, dringt aber nicht in dieses ein. Dadurch erfolgt während des weiteren Warmeinbettens des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 eine Relativbewegung zwischen dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7, welches sich weiterhin in Richtung des Kunststoffteils 3 bewegt, und der Hülse 22, welche auf dem Kunststoffteil 3 aufsitzt und sich nicht mehr bewegt.
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Durch eine Ermittlung des Ausmaßes der Relativbewegung ist eine Eindringtiefe des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 exakt ermittelbar. Dadurch ist das Metallteil 2 exakt im Kunststoffteil 3 positionierbar und das kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 sofort zu stoppen, wenn eine vorgegebene Eindringtiefe des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 bzw. ein vorgegebener Überstand eines Teils des Metallteils 2 über eine Oberfläche des Kunststoffteils 3 erreicht ist.
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Durch das Steuern und/oder Regeln der vom kombinierte Greif- und Einbettwerkzeug 7 auf das Metallteil 2 ausgeübten Presskraft während des Warmeinbettens des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 und/oder der Zeitdauer des Wirkens der Presskraft und/oder des Pressweges des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeugs 7 in Abhängigkeit von dem ermittelten Ausmaß der Relativbewegung zwischen der Hülse 22 und dem kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 ist die Eindringtiefe bzw. der Überstand während des Warmeinbettens korrigierbar, insbesondere sind auf diese Weise elastische Verformungen des angeschmolzenen Kunststoffteils 3 ausgleichbar, so dass das Metallteil 2 im Kunststoffteil 3 exakt positionierbar ist.
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Durch die Ermittlung der Relativbewegung ist die Eindringtiefe jeweils individuell anpassbar, so dass ohne eine Produktionsunterbrechung eine Vielzahl unterschiedlich ausgeformter Metallteile 2 verarbeitbar und mit jeweils unterschiedlichen Eindringtiefen in das Kunststoffteil 3 einbettbar sind, wobei bei Erreichen der jeweils vorgegebenen Eindringtiefe das Warmeinbetten zu stoppen ist. Die Messeinrichtung 25 ist beispielsweise als ein Analoggeber oder als ein Inkrementalgeber ausgebildet.
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Die Vorrichtung 1 ermöglicht aufgrund der Messeinrichtung 25 und der beschriebenen Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des kombinierten Greif- und Einbettwerkzeug 7 mittels des Servoantriebs 20 ein kontrolliertes Warmeinbetten des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3, d. h. ein kontrolliertes Einbetten, so dass ein optimierter Wärmeübergang vom Metallteil 2 auf den jeweils unmittelbar an das Metallteil 2 angrenzenden Kunststoff ermöglicht ist, um diesen ausreichend anzuschmelzen und das Eindringen des Metallteils 2 in das Kunststoffteil 3 ohne eine Beschädigung des Kunststoffteils 3 zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Metallteil
- 3
- Kunststoffteil
- 4
- Übergabeeinrichtung
- 5
- Zuführung
- 6
- Heizeinrichtung
- 7
- kombiniertes Greif- und Einbettwerkzeug
- 8
- Platte
- 9
- Durchgangsbohrung
- 10
- Schieber
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Pneumatikzylinder
- 13
- Kolben
- 14
- Hohlraum
- 15
- Absaugleitung
- 16
- Absaugeinrichtung
- 17
- Greiffläche
- 18
- Öffnung
- 19
- Luft
- 20
- Servoantrieb
- 21
- Werkstückhalterung
- 22
- Hülse
- 23
- Zwischenraum
- 24
- Kühlmedium
- 25
- Messeinrichtung
- 26
- Rand
