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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines O-Rings an einem Bauteil mittels eines Roboters, ein Abstreifwerkzeug zum Montieren eines O-Rings sowie ein Vereinzelungswerkzeug zum Vereinzeln von O-Ringen.
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O-Ringe und andere biegeschlaffe Teile sind in automatisierten Fertigungsanlagen nur schwer zu handhaben. Montageschritte, die solche Bauteile umfassen, müssen daher oftmals manuell durchgeführt werden oder führen zu einem hohen technischen Aufwand bei den verwendeten automatisierten Werkzeugen. So ist beispielsweise aus der
DE 92 01 209 U1 ein Effektor zur automatisierten Montage mehrteiliger ringförmiger Dichtungen bekannt. Es handelt sich dabei um einen komplexen mehrfingrigen Greifer mit einer Vielzahl beweglicher Teile, der zudem für unterschiedliche Dichtungstypen jeweils angepasst werden muss. Derartige komplexe Werkzeuge benötigen obendrein eine aufwändige Programmierung, so dass Änderungen im Fertigungsprozess zu zeit- und kostenintensiven Umprogrammierungsmaßnahmen führen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, Abstreifwerkzeug und Vereinzelungswerkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine besonders einfache und schnelle sowie kostengünstige automatisierte Montage von O-Ringen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Abstreifwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch Vereinzelungswerkzeuge mit den Merkmalen der Patentansprüche 8 und 9 gelöst.
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Bei einem derartigen Verfahren zum Montieren eines O-Rings an einem Bauteil mittels eines Roboters wird zunächst der O-Ring auf einem ersten Hülsenelement eines Abstreifwerkzeugs des Roboters aufgenommen. Dieses, an das Bauteil angepasste Hülsenwerkzeug wird nun auf das Bauteil aufgeschoben, wobei das Bauteil zumindest bereichsweise in einem inneren Hohlraum des Hülsenelements aufgenommen wird. Das Abstreifwerkzeug wird hierbei durch den Roboter geführt. Sobald das Abstreifwerkzeug in seiner korrekten Position – also in der Nähe der Sollmontageposition des O-Rings – positioniert ist, wird der O-Ring mittels eines zweiten Hülsenelements, welches das erste Hülsenelement umgibt und relativ zu diesem bewegbar ist, abgestreift, so dass er in seine Sollposition – beispielsweise ein Nut – gelangt. Ein solches Verfahren ist besonders einfach durchzuführen und benötigt keine komplexen Bewegungsabläufe im robotisch geführten Werkzeug – lediglich die Positionierung des Werkzeugs selbst sowie eine lineare Relativbewegung der Hülsenelemente zueinander sind notwendig, um den O-Ring in seine Sollposition zu bringen. Änderungen an Bauteilgeometrien können durch einfache Änderungen an der Werkzeuggeometrie kompensiert werden, so dass bei Änderungen im Herstellungsprozess keine großen Änderungen am Verfahren vorgenommen werden müssen. Insbesondere sind keine großen Umprogrammiermaßnahmen notwendig.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während der Schritte b) und/oder c) eine auf das Abstreifwerkzeug wirkende Kraft gemessen. Die Kraftsensorik ist dabei vorzugsweise in den Roboter integriert. Durch die Kontrolle der während des Verfahrens vom Roboter auf das Hülsenelement beziehungsweise auf den O-Ring und/oder das Bauteil ausgeübten Kraft kann beispielsweise eine Beschädigung der Bauteile vermieden werden, indem die Einhaltung von Maximalkräften sichergestellt wird.
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Vorzugsweise wird nach dem Abstreifen des O-Rings das Abstreifwerkzeug bewegt, bis es in Anlage an den O-Ring kommt und eine von dem O-Ring auf das Abstreifwerkzeug ausgeübte Gegenkraft gemessen werden kann. Durch die Messung der Gegenkraft kann der korrekte Sitzt des O-Rings überprüft werden. Befindet sich der O-Ring beispielsweise in korrekter Montagelage in einer Nut, so kann eine hohe Kraft auf den O-Ring ausgeübt werden, ohne dass es zu einer Positionsveränderung des O-Rings kommt. Liegt der O-Ring dagegen nicht korrekt in der Nut, sondern daneben, wird es sich bei bereits kleinen Kräften verschieben, so dass die Fehlpositionierung erkannt und korrigiert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Aufnehmen des O-Rings der O-Ring aus einer Mehrzahl von O-Ringen vereinzelt. Vorzugsweise wird auch dies automatisiert und durchgeführt. Hierzu wird die Mehrzahl von O-Ringen auf ein Vereinzelungswerkzeug mit zwei achsparallelen Stäben aufgenommen und die Stäbe senkrecht zu ihren Achsen auseinander bewegt und um eine weitere, zu den Achsen der Stäbe parallele Achse rotiert. Durch das Auseinanderbewegen der Stäbe werden die O-Ringe gespannt, woraufhin sie sich unter der Rotationsbewegung der Stäbe parallel zueinander anordnen und einzeln vom Vereinzelungswerkzeug entnommen werden können. Insbesondere kann ein direkter Transfer der O-Ringe vom Vereinzelungswerkzeug auf das Abstreifwerkzeug erfolgen, was das Verfahren besonders einfach gestaltet.
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Um eine mechanisch besonders einfach Ausgestaltung zu erreichen, kann das Vorspannen der O-Ringe, welches in oben erläuterten Ausführungsbeispiel durch die Auseinanderbewegung der Stäbe erfolgt, auch mittels eines separaten Greifers durchgeführt werden. In dieser Ausgestaltung in der Erfindung werden die O-Ringe auf ein Vereinzelungswerkzeug mit wenigstens zwei parallelen Stäben aufgesetzt, anschließend durch ein Greifwerkzeug ergriffen, welches senkrecht zu den Achsen der Stäbe bewegbar ist, und mittels des Greifwerkzeugs in dieser Richtung vorgespannt. Dann erfolgt, wie bereits beschrieben, die Rotationsbewegung der Stäbe, so dass wiederum eine parallele Anordnung der vorher aufgeschobenen O-Ringe erreicht wird. Auch von einem derartigen Werkzeug kann ein direkter Transfer auf das Abstreifwerkzeug erfolgen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Abstreifwerkzeug zum Montieren eines O-Rings an einem Bauteil mittels eines Roboters. Ein solches Werkzeug weist ein erstes Hülsenelement auf, welches auf das Bauteil aufschiebbar ist, sowie ein zweites Hülsenelement, welches das erste Hülsenelement umgibt und relativ zu diesem axial bewegbar ist. Das erste Hülsenelement ist darüber hinaus dazu ausgelegt, den O-Ring aufzunehmen. Hierzu wird der O-Ring auf einen Endbereich des ersten Hülsenelementes aufgesteckt. Durch die Relativbewegung des zweiten Hülsenelements kann der O-Ring vom ersten Hülsenelement abgestreift werden, so dass er in seiner Sollposition auf dem Bauteil zu liegen kommt. Bei Änderungen an der Bauteilgeometrie müssen lediglich die Geometrien der Hülsen korrigiert werden. Das Werkzeug benötigt keinen inneren Antrieb, sondern kann vielmehr von einer Achse des Roboters bedient und positioniert werden. Auch komplexe Kraftübertragungselemente, Getriebe oder dergleichen innerhalb des Werkzeugs sind nicht notwendig, so dass ein solches Werkzeug besonders kostengünstig ist. Anpassungen der Werkzeuggeometrie an unterschiedliche Bauteilgeometrien sind daher besonders einfach zu realisieren. Soll ein Roboter mehrere Bauteile bearbeiten, so können solche Werkzeuge mit Schnellkupplungen versehen werden und in unterschiedlichen Geometrien an der Arbeitsstation vorgehalten werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Vereinzelungswerkzeug zum Vereinzeln eines O-Rings aus einer Mehrzahl von O-Ringen. Ein derartiges Werkzeug weist zwei achsparallele Stäbe auf, welche senkrecht zu ihren Achsen relativ zueinander bewegbar und um eine gemeinsame, zu ihren Achsen parallele Achse rotierbar sind. Zum Vereinzeln werden die O-Ringe auf die beiden Stäbe aufgesteckt. Durch eine Relativbewegung der Stäbe senkrecht zu ihren Achsen werden die O-Ringe nun unter Spannung gesetzt. Durch die folgende Rotation der Stäbe gegeneinander ordnen sich die O-Ringe parallel an und können einzeln vom Werkzeug entnommen werden.
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Wie bereits anhand des Verfahrens geschildert, ist auch eine alternative Gestaltung des Vereinzelungswerkzeugs möglich. Die alternative Ausführungsform des Werkzeugs weist ebenfalls wenigstens zwei achsparallele Stäbe auf, welche um eine gemeinsame, zu ihren Achsen parallele Achse rotierbar sind. in dieser Variante des Werkzeugs sind die Stäbe jedoch nicht senkrecht zu ihren Achsen relativ zueinander bewegbar. Die Vorspannung der O-Ringe wird vielmehr durch einen zusätzlichen Greifer erzielt, welcher senkrecht zur Achse der Stäbe bewegbar ist. Nach dem Aufschieben der O-Ringe auf die Stäbe werden diese mittels des Greifwerkzeugs ergriffen und senkrecht zu den Stabachsen vorgespannt. Dann erfolgt, wie auch bei der anderen Ausführungsform des Werkzeugs eine Rotationsbewegung gegeneinander, so dass sich die O-Ringe parallel anordnen und einzeln entnommen werden können.
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Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstreifwerkzeugs in schematischer Darstellung; und
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2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vereinzelungswerkzeugs in schematischer Darstellung.
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3 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vereinzelungswerkzeugs in schematischer Darstellung; und
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4a–4c eine schematische Darstellung des Vereinzelungswerkzeugs gemäß 3 während dreier aufeinanderfolgender Schritte des Vereinzelns des O-Ringen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Abstreifwerkzeugs zum Montieren eines O-Rings 12 auf ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil 14. Das Abstreifwerkzeug weist eine erste, innere Hülse 16 sowie eine zweite äußere Hülse 18 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die äußere Hülse 18 ist dabei in Achsrichtung relativ zur inneren Hülse 16 bewegbar. Die innere Hülse 16 ist hierbei so dimensioniert, dass sie auf das Bauteil 14 aufgesteckt werden kann. Zur Montage des O-Rings 12 wird dieser zunächst auf einen Endbereich 20 der inneren Hülse 16 aufgesteckt, wobei die äußere Hülse 18 so weit zurückgezogen ist, dass der Endbereich 20 frei liegt. Das Werkzeug 10 wird nun auf das Bauteil 14 aufgesteckt, bis eine Vorderkante 22 des Werkzeugs 10 im Nahbereich einer Solllage 24 des O-Rings 12 angeordnet ist. Der O-Ring 12 wird nun durch eine Bewegung der äußeren Hülse 18 relativ zur inneren Hülse 16 und damit auch zum Bauteil 14 in Richtung des Pfeils 26 von der inneren Hülse 16 abgestreift und verlagert sich in Richtung des Pfeils 28 in seine Sollposition 24. Das Abstreifen des O-Rings 12 von der inneren Hülse 16 kann dabei durch eine Kraftmessung an der äußeren Hülse 18 kontrolliert werden.
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Nach dem Abstreifen des O-Rings 12 kann das Abstreifwerkzeug 10 noch in Richtung der Sollposition 24 des O-Rings 12 bewegt werden, bis die Vorderkante 22 des Abstreifwerkzeugs 10 in Anlage an den positionierten O-Ring 12 kommt. Durch Kraftmessung am Abstreifwerkzeug 10 kann nun festgestellt werden, ob der O-Ring 12 in seiner Solllageposition 24 korrekt angeordnet ist. Liegt der O-Ring 12 beispielsweise in einer Nut, so kann eine relativ hohe Kraft auf ihn ausgeübt werden, ohne dass er sich bewegen wird. Liegt der O-Ring 12 dagegen neben der Nut, wird es sich bei einer relativ geringen ausgeübten Kraftbewegen.
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Das Abstreifwerkzeug 10 weist vorzugsweise auch eine hier nicht dargestellte Schnellkupplung zum Verbinden mit einem Roboter auf. Die Kraft zur Bewegung der äußeren Hülse 18 relativ zur inneren Hülse 16 wird hierbei durch eine Achse des Roboters aufgebracht, das Aufschieben der inneren Hülse 16 auf das Bauteil 14 wird ebenfalls vom Roboter durchgeführt.
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Um das Verfahren zum Positionieren des O-Rings 12 vollständig zu automatisieren, muss der O-Ring 12 vorher noch aus einer Mehrzahl von O-Ringen 12 vereinzelt werden. Hierzu dient das in 2 dargestellte, im Ganzen mit 30 bezeichnete Vereinzelungswerkzeug. Dieses weist zwei Stäbe 32 auf, auf welche die O-Ringe 12 aufgesteckt werden. Die Stäbe 32 sind achsparallel zueinander und können relativ zueinander bewegt werden. Durch Auseinanderbewegen der Stäbe 32 in Richtung des Pfeils 34 werden die aufgesteckten O-Ringe 12 nun gespannt. Die Stäbe 32 werden dann in Richtung der Pfeile 36 um eine gemeinsame Achse, die parallel zu den Achsen der Stäbe 32 verläuft, jedoch außerhalb der Stäbe 32 liegt, rotiert. Durch die Kombination des Spannens der O-Ringe 12 und der Rotation der Stäbe 32 umeinander ordnen sich die O-Ringe 12 parallel auf den Stäben 32 an und können einzeln von diesem abgezogen beziehungsweise abgestreift und auf das Abstreifwerkzeug 10 überführt werden.
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Ein alternatives Vereinzelungswerkzeug 30' ist in 3 gezeigt. Das Werkzeug 30' umfasst eine rotierbar gelagerte Platte 38 mit zwei Stäben 32. Mittels eines Antriebs 40 kann die Platte 38 und damit die Stäbe 32 um die Achse 42 rotiert werden. Ein weiterer Stab 32 ist Bestandteil eines Greifwerkzeugs 44, welches mittels eines weiteren Antriebs 46 senkrecht zur Achse der Stäbe 32 bewegt werden kann. In 4 gezeigt, werden zum Vereinzeln die O-Ringe zunächst auf die Stäbe 32 der Platte 38 sowie des Greifwerkzeugs 44 aufgesteckt. Im nächsten Schritt werden die O-Ringe 12 durch eine Bewegung des Werkzeugs 44 in Richtung des Pfeils 48 vorgespannt. Durch die Bewegung des Werkzeugs 44 wird dessen Stab 32 ebenfalls in Richtung des Pfeils 48 bewegt, wodurch die notwendige Spannung auf die O-Ringe aufgebracht wird.
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Im letzten, in 4c dargestellten Verfahrensschritt wird die Platte 38 mittels des Antriebs 40 um die Achse 42, also in Richtung des Pfeils 50 rotiert. Durch die Rotation der Platte 38 und der damit verbundenen Stäbe 32 im gespannten Zustand der O-Ringe 12 ordnen sich auch hier die O-Ringe 12 wieder parallel auf den Stäben 32 an und können ebenfalls einzeln von diesen abgezogen bzw. abgestreift und auf das Abstreifwerkzeug 10 überführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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