DE102016002767A1 - Tooling device and method for roll folding with ultrasonic superposition - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung (100) zum Rollfalzen, mit einem an einem Roboterarm befestigbaren Rollfalzkopf (110), der wenigstens eine drehbar gelagerte Falzrolle (120) aufweist, wobei in der Falzrolle (120) und/oder am Falzrollenlager (130) wenigstens ein Ultraschallwandler (150) angeordnet ist, der die Falzrolle (120) mit Ultraschallschwingungen (U) beaufschlagen kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Rollfalzen mit einer solchen Werkzeugvorrichtung (100), wobei die Falzrolle (120) beim Falzen mit Ultraschallschwingungen (U) beaufschlagt wird.The invention relates to a tool device (100) for roll folding, comprising a roll folding head (110) which can be fastened to a robot arm and has at least one rotatably mounted folding roller (120), wherein at least one folding roller (120) and / or the folding roller bearing (130) Ultrasonic transducer (150) is arranged, which can act on the seaming roller (120) with ultrasonic vibrations (U). The invention further relates to a method for roll-folding with such a tool device (100), wherein the folding roller (120) is subjected during folding with ultrasonic vibrations (U).
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung und ein Verfahren zum Rollfalzen.The invention relates to a tool device and a method for roll-folding.
Das Fügen von Blechbauteilen durch Herstellen einer Falzverbindung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Herstellen einer Falzverbindung wird ein am ersten Blechbauteil (Außenteil) vorgesehener Falzrand mit Hilfe eines geeigneten Falzwerkzeugs umgelegt bzw. umgebogen und unter Ausbildung einer Falztasche bzw. Falzschlaufe auf den Falzflansch wenigstens eines zweiten Blechbauteils (Innenteil) gedrückt. Das zweite Bauteil kann auch aus einem nichtmetallischen Werkstoff (bspw. CFK oder GFK) gebildet sein. Im Automobilbau findet das Falzen bspw. verbreitete Anwendung bei der Herstellung von Karosserieanbauteilen (z. B. Türen, Klappen, Kotflügel etc.).The joining of sheet metal components by producing a rabbet joint is known from the prior art. To produce a rabbet joint, a folded edge provided on the first sheet metal component (outer part) is folded over or bent over with the aid of a suitable folding tool and pressed onto the seaming flange of at least one second sheet metal component (inner part) to form a folding pocket or folding loop. The second component can also be formed from a non-metallic material (eg CFRP or GFRP). In automotive engineering, folding, for example, is widely used in the manufacture of bodywork components (eg doors, flaps, mudguards, etc.).
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Falzverfahren und -vorrichtungen bekannt. Gängige Verfahren sind das Falzen mithilfe wenigstens einer Falzbacke, wie bspw. in der
Beim Falzen entsteht ein sogenannter Falzverlust (Falzkantenverschiebung und damit einhergehende Umrissveränderung zwischen dem Aufstellen bzw. Vorfalzen und dem Fertigfalzen), der Schwankungen unterliegt. Außerdem kommt es zwischen dem Falzwerkzeug und dem umzubiegenden Falzrand zu einer Gleitbewegung. Beides steht im Zusammenhang und hat u. a. Einfluss auf die Qualität und Maßhaltigkeit der Falzverbindung und im Weiteren bspw. Auswirkung auf Spaltmaße an einer Kraftfahrzeugkarosserie.When folding results in a so-called fold loss (folding edge shift and concomitant outline change between the setting or pre-folding and Fertigfalzen), which is subject to fluctuations. In addition, it comes between the folding tool and the fold edge to be folded to a sliding movement. Both are related and has u. a. Influence on the quality and dimensional accuracy of the rabbet joint and subsequently, for example, effect on gap dimensions on a motor vehicle body.
Aus der
In der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugvorrichtung und ein Verfahren zum Rollfalzen anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweisen.The object of the invention is to specify a tool device and a method for roll-folding, which do not have at least one disadvantage associated with the prior art or at least only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.This object is achieved by a tool device according to the invention with the features of patent claim 1 and by an inventive method with the features of the independent claim. Preferred developments and refinements of the invention are analogous to both subject matters of the dependent claims, the following description and the drawings.
Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung weist einen Rollfalzkopf auf, der an einem Roboterarm eines Industrieroboters oder dergleichen befestigbar ist und der mit wenigstens einer drehbar gelagerten Falzrolle ausgestattet ist.The tool device according to the invention has a Rollfalzkopf, which is fastened to a robot arm of an industrial robot or the like and which is equipped with at least one rotatably mounted seaming roller.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Falzrolle und/oder an bzw. in deren Falzrollenlager wenigstens ein Ultraschallwandler angeordnet ist, der die Falzrolle mit Ultraschallschwingungen beaufschlagen kann bzw. durch den die Falzrolle mit Ultraschallschwingungen beaufschlagbar ist, so dass ein Falzen mit Ultraschallüberlagerung ermöglicht wird.According to the invention, at least one ultrasonic transducer is arranged in the folding roller and / or on or in its folding roller bearing, which can apply ultrasonic vibrations to the folding roller or through which the folding roller can be acted upon by ultrasonic vibrations, so that folding with ultrasound overlay is made possible.
Unter einem Ultraschallwandler wird insbesondere ein Wandler verstanden, der elektrische Energie in Ultraschall bzw. Ultraschallschwingungen umwandelt. Bevorzugt handelt es sich um einen piezoelektrischen Ultraschallwandler. Ultraschallschwingungen sind im Rahmen der Erfindung Schwingungen im Kilohertzbereich mit einer Frequenz von wenigstens 16 kHz, bevorzugt wenigstens 18 kHz und insbesondere wenigstens 20 kHz. Der Ultraschallwandler ist für eine Ultraschallbeaufschlagung der Falzrolle vorgesehen und hierfür entsprechend ausgebildet und angeordnet. Die Ultraschallbeaufschlagung ermöglicht das Falzen mit Ultraschallüberlagerung. Einerseits werden die vom Ultraschallwandler erzeugten Ultraschallschwingungen beim Falzen durch den Falzrollenkörper hindurch zum Arbeitspunkt (Berührungspunkt zwischen Wirkfläche und Falzrand) geleitet und bewirken dort z. B. eine Reibungsverringerung. Andererseits wird die Falzrolle bzw. der Falzrollenkörper beim Falzen zu Schwingungen angeregt. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass beim Falzen mit Ultraschallüberlagerung (d. h. durch die erfindungsgemäße Ultraschallbeaufschlagung der Falzrolle) die Reibung zwischen der Falzrolle und dem Falzrand des betreffenden Bauteils beeinflusst und dadurch die Falzqualität und die Maßhaltigkeit (sowohl der herzustellenden Falzverbindung als auch des herzustellenden Bauteilverbunds) erheblich verbessert werden kann. Durch Veränderung der Verfahrgeschwindigkeit, der Andruckkraft und insbesondere der Schwingungsamplitude und/oder der Schwingungsfrequenz (der Ultraschallschwingungen) kann der Falzprozess gezielt beeinflusst werden.An ultrasound transducer is understood in particular to mean a transducer which converts electrical energy into ultrasound or ultrasound vibrations. It is preferably a piezoelectric ultrasonic transducer. In the context of the invention, ultrasonic vibrations are oscillations in the kilohertz range with a frequency of at least 16 kHz, preferably at least 18 kHz and in particular at least 20 kHz. The ultrasonic transducer is provided for an ultrasonic application of the seaming roller and designed and arranged accordingly. The ultrasound application allows folding with ultrasound overlay. On the one hand, the ultrasound vibrations generated by the ultrasonic transducer during folding through the folding roller body passed through to the operating point (point of contact between effective surface and seam edge) and cause z. B. a reduction in friction. On the other hand, the folding roller or the folding roller body is excited during folding to vibrate. Investigations by the Applicant have shown that during folding with ultrasound superimposition (ie by the ultrasonic application of the seaming roller according to the invention), the friction between the seaming roller and the seam edge of the relevant component is influenced and thereby the folding quality and the dimensional stability (both of the seaming seam to be produced and of the component composite to be produced). can be significantly improved. By changing the travel speed, the pressing force and in particular the oscillation amplitude and / or the oscillation frequency (the ultrasonic vibrations), the folding process can be specifically influenced.
Typischerweise erfolgt das Rollfalzen in mehreren Stufen bzw. Durchlaufen. Der Rollfalzkopf kann mehrere Falzrollen aufweisen, nämlich wenigstens eine Falzrolle zum Vorfalzen (Vorfalzrolle) und wenigstens eine Falzrolle zum Fertigfalzen (Fertigfalzrolle), wobei dann bevorzugt nur die Falzrolle zum Vorfalzen mit Ultraschallschwingungen beaufschlagbar ist und hierzu in der betreffenden Falzrolle und/oder an deren Falzrollenlager wenigstens ein Ultraschallwandler angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass vor allem das Vorfalzen auf die Qualität und Maßhaltigkeit der Falzverbindung entscheidenden Einfluss hat, so dass eine Ultraschallbeaufschlagung beim Vorfalzen ausreichend sein kann.Typically, the roll-folding takes place in several stages or running through. The Rollfalzkopf may have a plurality of folding rollers, namely at least one folding roller for pre-folding (prefolding) and at least one folding roller for Fertigfalzen (Fertigfalzrolle), then preferably only the folding roller for pre-folding can be acted upon by ultrasonic vibrations and this in the respective folding roller and / or at the Falzrollenlager at least one ultrasonic transducer is arranged. It has been shown that, in particular, pre-folding has a decisive influence on the quality and dimensional accuracy of the seam connection, so that ultrasound application during pre-folding may be sufficient.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Rollfalzen, d. h. zur Herstellung einer Falzverbindung durch Rollfalzen, sieht die Verwendung einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung vor, wobei die Falzrolle beim Falzen, d. h. während des Falzvorgangs, mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird.The method according to the invention for roll-folding, d. H. for the production of a rabbet joint by roll-folding, provides for the use of a tool device according to the invention, wherein the folding roll during folding, d. H. during the folding process, is subjected to ultrasonic vibrations.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren zumindest die folgenden Schritte auf:
- – Anordnen, Ausrichten und Fixieren der durch Falzen bzw. durch Herstellen einer Falzverbindung zu fügenden Blechbauteile (Werkstücke) auf einem Falztisch bzw. Falzbett, wobei das erste (äußere) Blechbauteil wenigstens einen, insbesondere bereits aufgestellten, Falzrand und das wenigstens eine zweite (innere) Blechbauteil wenigstens einen Falzflansch aufweist;
- – Falzen bzw. Ausführen eines Falzvorgangs, bei dem der Falzrand des ersten Blechbauteils (Außenteil) mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung umgebogen und unter Ausbildung einer Falzschlaufe auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils (Innenteil) gedrückt wird und dabei die Falzrolle der Werkzeugvorrichtung zumindest zeitweise mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird.
- Arranging, aligning and fixing the sheet-metal components (workpieces) to be joined by folding or by producing a seam connection on a folding table or rebate bed, wherein the first (outer) sheet metal component has at least one rebate edge, in particular already set up, and the at least one second (inner ) Sheet metal component has at least one folding flange;
- - Folding or performing a folding operation in which the seaming edge of the first sheet metal component (outer part) is bent by means of a tool device according to the invention and pressed to form a folding loop on the seaming flange of the second sheet metal component (inner part) while the folding roller of the tooling device at least temporarily with ultrasonic vibrations is charged.
Bevorzugt wird die Falzrolle durch die Ultraschallbeaufschlagung gezielt in eine Resonanzschwingung versetzt. Dadurch lassen sich, insbesondere auch bei hoher Falz- bzw. Verfahrgeschwindigkeit, besonders gute Falzergebnisse erzielen. Die Schwingung der Falzrolle kann bspw. durch Sensoren erfasst und mittels Regelkreis so verändert werden, dass eine Resonanzschwingung entsteht bzw. erzeugt wird.Preferably, the seaming roll is deliberately set into a resonant oscillation by the application of ultrasound. As a result, particularly good folding results can be achieved, in particular even at high folding speed or travel speed. The oscillation of the folding roller can be detected, for example, by sensors and changed by means of a control circuit so that a resonance oscillation occurs or is generated.
Für das Herstellen einer Falzverbindung können mehrere Durchlaufe zum Vorfalzen und Fertigfalzen vorgesehen sein, wobei dann bevorzugt nur beim Vorfalzen die betreffende Falzrolle bzw. die betreffenden Falzrollen mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird/werden.For the production of a rabbet joint several passes can be provided for pre-folding and Fertigfalzen, in which case preferably only during pre-folding the respective folding roller or the respective folding rollers is subjected to ultrasonic vibrations / are.
Wie oben bereits erläutert, kann beim Falzen, d. h. während eines Falzdurchlaufs, die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz der Ultraschallschwingungen variiert bzw. verändert werden, um dadurch den Falzprozess einzustellen oder anzupassen.As already explained above, during folding, i. H. during a folding pass, the vibration amplitude and / or the vibration frequency of the ultrasonic vibrations are varied, thereby adjusting or adjusting the folding process.
Beim Falzen, d. h. während eines Falzdurchlaufs, kann die Ist-Geometrie und/oder Ist-Lage (bzw. der Ist-Verlauf) der erzeugten Falzkante erfasst werden, bspw. mithilfe einer Kamera. Die erfassten Ist-Daten können zur Dokumentation verwendet werden. Die Ist-Daten können jedoch auch für eine Prozessregelung verwendet werden, derart, dass die Ist-Geometrie und/oder Ist-Lage durch Verändern der Schwingungsamplitude und/oder der Schwingungsfrequenz der Ultraschallschwingungen automatisch an eine Soll-Geometrie und/oder Soll-Lage angepasst wird (Regelkreis). Ergänzend kann dabei auch die Verfahrgeschwindigkeit und/oder Andruckkraft verändert werden. Die Falzbahn, auf der die Falzrolle mithilfe des Roboters entlang der zu falzenden Kontur bewegt wird, bleibt unverändert (d. h. keine Bahnkorrektur oder dergleichen). Auch die Bauteillage und Ausrichtung bleiben unverändert.When folding, d. H. During a folding pass, the actual geometry and / or actual position (or the actual course) of the generated folded edge can be detected, for example by means of a camera. The recorded actual data can be used for documentation. However, the actual data can also be used for a process control, such that the actual geometry and / or actual position automatically adapted to a desired geometry and / or desired position by changing the oscillation amplitude and / or the oscillation frequency of the ultrasonic vibrations becomes (control loop). In addition, it is also possible to change the travel speed and / or pressure force. The fold path on which the seaming roll is moved along the fold to be folded using the robot remains unchanged (i.e., no path correction or the like). The component position and orientation remain unchanged.
Eine Prozessregelung kann auch durch Erfassen der Ist-Reibung zwischen der Falzrolle und dem Falzrand und automatische Anpassung an eine Soll-Reibung durch Verändern der Schwingungsamplitude und/oder der Schwingungsfrequenz der Ultraschallschwingungen, der Verfahrgeschwindigkeit und/oder der Andruckkraft erfolgen.A process control can also be done by detecting the actual friction between the seaming roller and the seaming edge and automatic adjustment to a desired friction by changing the oscillation amplitude and / or the oscillation frequency of the ultrasonic vibrations, the travel speed and / or the pressing force.
Bei der Serienherstellung (Serienproduktion) von Falzverbindungen kann die Regelung auch derart erfolgen, dass jede hergestellte Falzverbindung überprüft und gegebenenfalls für die nächste herzustellende Falzverbindung die Prozessparameter (Verfahrgeschwindigkeit, Andruckkraft, Schwingungsamplitude und/oder Schwingungsfrequenz) angepasst werden. Dies kann auch manuell erfolgen.In series production (series production) of seam connections, the control can also be carried out in such a way that each produced seam connection is checked and if necessary the process parameters (travel speed, pressure force, oscillation amplitude and / or oscillation frequency) are adjusted for the next seam connection to be produced. This can also be done manually.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden. In der Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The features shown in the drawing or explained below can, even detached from concrete combinations of features, further develop the invention. In the drawing shows
Die Werkzeugvorrichtung
Erfindungsgemäß weist die Falzrolle
Der Ultraschallwandler
Die beim Falzen erzeugte Falzkante
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- JP 185159 (A) [0006] JP 185159 (A) [0006]
- JP 185159 [0023] JP 185159 [0023]
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