DE102020101276A1

DE102020101276A1 - Verfahren und Werkzeugvorrichtung zum Befestigen einer Zündkerze an einem Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020101276A1
Application number: DE102020101276.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Pawlik; Christian Mayer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Zündkerze (1) an einem Bauelement (2) einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, bei welchem die Zündkerze (1) mittels eines Werkzeugs (3) um eine Drehachse (4) relativ zu dem Bauelement (2) gedreht und währenddessen entlang der Drehachse (4) relativ zu dem Bauelement (2) translatorisch bewegt wird, wobei während des Befestigens der Zündkerze (1) wenigstens eine Messgröße erfasst und das Werkzeug (3) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (12) in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Zündkerze an einem Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Werkzeugvorrichtung zum Befestigen einer Zündkerze an einem Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 20 2011 103 223 U1 offenbart eine Arbeitsvorrichtung zum Drehfügen und/oder Drehlösen, mit einem mehrgliedrigen Roboter. Dabei ist es vorgesehen, dass der Roboter an seinem Endglied eine Dreheinrichtung trägt, die zum Andrehen oder Ausdrehen eines Drehteils vorgesehen und ausgebildet ist.
Des Weiteren offenbart die DE 38 17 671 A1 eine Vorrichtung zum automatischen Einschrauben eines bolzenförmigen Gewindestifts in eine Aufnahmebohrung, bestehend aus einer den Gewindestift formschlüssig aufnehmenden Schraubernuss, welche um ihre Achse drehbar und längs ihrer Achse verschiebbar an einer Schrauberstange angeordnet ist. Die Schrauberstange ist ihrerseits gelenkig aufgehängt und durch eine Federanordnung näherungsweise in Achsrichtung der Aufnahmebohrung gehalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Werkzeugvorrichtung zu schaffen, sodass Zündkerzen besonders vorteilhaft an Bauelementen von Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, insbesondere automatisch, befestigt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Zündkerze an einem Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Zündkerze ist eine erste Komponente der Verbrennungskraftmaschine, wobei das Bauelement eine zweite Komponente der Verbrennungskraftmaschine ist. Vorzugsweise ist das Bauelement separat von der Zündkerze ausgebildet und zusätzlich zu der Zündkerze vorgesehen. Bei dem Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Zylinderkopf der beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine. Das Bauelement weist beispielsweise eine insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahme auf, in welcher die Zündkerze zumindest teilweise aufnehmbar und an dem Bauelement zu befestigen ist. Im Rahmen des Verfahrens ist es somit beispielsweise vorgesehen, dass die Zündkerze, insbesondere automatisch, zumindest teilweise in der Aufnahme angeordnet und in der Aufnahme an dem Bauelement befestigt wird. Beispielsweise wird das Befestigen automatisch und/oder mittels eines Roboters durchgeführt. Der Roboter weist beispielsweise mehrere, auch als Achsen oder Roboterachsen bezeichnete Roboterarme auf, welche gelenkig miteinander verbunden sind und somit beispielsweise um wenigstens eine Bewegungsachse relativ zueinander drehbar und/oder entlang der Bewegungsachse translatorisch relativ zueinander bewegbar sind.
Das Befestigen der Zündkerze an dem Bauelement umfasst beispielsweise, dass die Zündkerze mit dem Bauelement verschraubt, insbesondere in das Bauelement eingeschraubt, und dadurch an dem Bauelement befestigt wird. Die Zündkerze ist insbesondere dazu ausgebildet, insbesondere in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Zündfunken zu erzeugen, um dadurch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere in dem Brennraum, zu zünden.
Bei dem Verfahren wird die Zündkerze, insbesondere automatisch, mittels eines Werkzeugs um eine Drehachse relativ zu dem Bauelement gedreht und währenddessen mittels des Werkzeugs entlang der Drehachse relativ zu dem Bauelement translatorisch bewegt. Das Werkzeug ist beispielsweise der zuvor genannte Roboter oder Bestandteil des zuvor genannten Roboters. Beispielsweise ist das Werkzeug an einer der Roboterachsen, insbesondere an einer als Endglied bezeichneten Roboterachse, gehalten, wobei beispielsweise das Werkzeug ein sogenannter Endeffektor des Roboters sein kann.
Um nun die Zündkerze besonders vorteilhaft, insbesondere besonders zeit- und kostengünstig und/oder prozesssicher, an dem Bauelement befestigen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Befestigens der Zündkerze wenigstens eine Messgröße, insbesondere mittels einer Erfassungseinrichtung, erfasst, das heißt gemessen wird. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkzeug mittels einer elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten beziehungsweise gemessenen Größe geregelt wird. Dies bedeutet, dass es erfindungsgemäß vorgesehen ist, das Befestigen der Zündkerze an dem Bauelement geregelt, das heißt durch eine elektronische Regelung, durchzuführen. Hierdurch kann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Beschädigungen der Zündkerze oder des Zylinderkopfes kommt, besonders gering gehalten werden, sodass Zündkerzen von Verbrennungskraftmaschinen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen mit weniger Ausschuss und mit einer größeren Produktivität an jeweiligen Bauelementen von Verbrennungskraftmaschinen befestigt werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als die Messgröße eine während des Befestigens der Zündkerze entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze auf das Bauelement wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze auf das Werkzeug wirkende Kraft erfasst. Unter dem Merkmal, dass die Kraft entlang der Drehachse wirkt, ist insbesondere zu verstehen, dass eine Wirkrichtung, entlang welcher die Kraft wirkt, mit der Drehachse zusammenfällt oder parallel zu der Drehachse verläuft. Durch das Verfahren kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Kraft während des Befestigens nicht einen beispielsweise vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert überschreitet, sodass Beschädigungen der Zündkerze oder des Bauelements sicher vermieden werden können.
Hintergrund dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass die zuvor genannte Kraft eine besonders relevante Größe für die Regelung des Werkzeugs sein kann. Unter der Regelung des Werkzeugs kann insbesondere verstanden werden, dass eine insbesondere relativ zu dem Bauelement und insbesondere auf das Bauelement zu erfolgende, translatorischen Bewegung des Werkzeugs und somit der Zündkerze in Abhängigkeit von der Messgröße, insbesondere in Abhängigkeit von der Kraft, geregelt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass während des Befestigens der Zündkerze insbesondere zusätzlich ein auch als Einschraubmoment oder Schraubmoment bezeichnetes Drehmoment erfasst, das heißt gemessen wird, mittels welcher die Zündkerze an dem Bauelement befestigt, insbesondere mit dem Bauelement verschraubt beziehungsweise in das Bauelement eingeschraubt, wird. Anhand des gemessenen Einschraubmoments kann eine Qualität des Befestigens beziehungsweise der Verschraubung der Zündkerze mit dem Bauelement überwacht werden.
Durch das Regeln des Werkzeugs, insbesondere der translatorischen Bewegung, in Abhängigkeit von der Kraft kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen die translatorische Bewegung optimiert werden, was wiederum dazu verwendet werden kann, das Drehmoment besonders vorteilhaft beziehungsweise - im Vergleich mit herkömmlichen Lösungen - verbessert überwachen zu können. Dies ist bei der Erfindung dadurch möglich, dass eine für Überwachung störende oder verfälschende Anpresskraft vermieden beziehungsweise besonders gering gehalten werden kann.
Um die Zündkerze besonders prozesssicher befestigen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zündkerze während des Befestigens mittels eines mittels des Werkzeugs bereitgestellten beziehungsweise erzeugten Unterdrucks an dem Werkzeug gehalten wird. Mit anderen Worten ist es hierbei vorgesehen, dass das Werkzeug die Zündkerze durch Saugen an dem Werkzeug hält. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Werkzeug die Zündkerze ansaugt, wodurch die Zündkerze an dem Werkzeug gehalten wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Zündkerze ausschließlich durch den Unterdruck an dem Werkzeug gehalten wird. Hierdurch können Beschädigungen der Zündkerze besonders sicher vermieden werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Unterdruck mittels eines vorzugsweise gasförmigen Fluids bereitgestellt beziehungsweise erzeugt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid um Luft. Hierdurch können Beschädigungen besonders sicher vermieden werden.
Um die Zündkerze besonders prozesssicher befestigen und dabei Beschädigungen besonders gut vermeiden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als die Messgröße eine einen Durchfluss des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze hindurchströmenden Fluids charakterisierende Messgröße erfasst wird. Hierzu werden beispielsweise als die Messgröße eine Masse, eine Menge, ein Volumenstrom und/oder ein Massenstrom des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze hindurchströmenden Fluids erfasst beziehungsweise gemessen. Bei dieser Ausführungsform wird bei dem Bereitstellen beziehungsweise Erzeugen des Unterdrucks gezielt eine Leckage zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze bewirkt, eingestellt oder zugelassen, wodurch es zu dem Durchfluss des Fluids zwischen der Zündkerze und dem Werkzeug kommt. Unter dem Durchfluss ist zu verstehen, dass das Fluid aufgrund der gezielt eingestellten beziehungsweise zugelassenen Leckage zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze hindurchströmt. Die Leckage umfasst beispielsweise einen Spalt zwischen der Zündkerze und dem Werkzeug, sodass der Spalt einerseits durch die Zündkerze und andererseits durch das Werkzeug begrenzt ist.
Vorzugsweise erstreckt sich der Spalt in um die Drehachse verlaufender Umfangsrichtung der Zündkerze zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte, insbesondere vollständig, umlaufend um die Zündkerze herum, wobei das Fluid durch den Spalt hindurchströmt und somit zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze hindurchströmt. Vorzugseise ist jedoch eine zumindest bereichsweise erfolgende Berührung zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze, um ein hinreichendes Drehmoment zum Drehen beziehungsweise Schrauben der Zündkerze von dem Werkzeug auf die Zündkerze übertragen zu können.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Unterdruck beziehungsweise eine, insbesondere aus dem Unterdruck resultierende Haltekraft, mittels welchem beziehungsweise welcher die Zündkerze an, insbesondere zumindest teilweise in, dem Werkzeug gehalten wird, sodass ein Lösen der Zündkerze von dem Werkzeug beziehungsweise ein Herausrutschen der einfach auch als Kerze bezeichneten Zündkerze aus dem Werkzeug verhindert wird, quasi berührungslos erfolgt beziehungsweise, insbesondere mittels des Werkzeugs, auf die Kerze ausgeübt wird. Diese Haltekraft wirkt, insbesondere in axialer Richtung der Kerze, von der Kerze weg und in Richtung des Werkzeugs. Dadurch wird keine beziehungsweise nur eine sehr geringe Axialkraft in Schraubrichtung beziehungsweise in axialer Richtung der Kerze auf die Kerze aufgebracht, wodurch ein insbesondere zwischen der Kerze und dem Werkzeug wirkendes Reibmoment bei der Verschraubung besonders gering gehalten werden kann. Das Reibmoment hängt insbesondere von einer Gleitreibungskraft ab, die sich beispielsweise ergibt aus der Multiplikation der Reibungskonstante mit der Normalkraft beziehungsweise Anpresskraft beziehungsweise Axialkraft.
Gleichzeitig jedoch wird die Zündkerze mittels des Unterdrucks an dem Werkzeug gehalten. Somit werden die Leckage und somit der Durchfluss beispielsweise derart eingestellt, dass zwar die Zündkerze das Werkzeug nicht berührt, jedoch hinreichend stark an dem Werkzeug gehalten ist, um die Zündkerze mittels des Werkzeugs um die Drehachse relativ zu dem Bauelement zu drehen und dadurch beispielsweise in das Bauelement einzuschrauben. Durch die Leckage und insbesondere dadurch, dass die Zündkerze das Werkzeug nicht berührt beziehungsweise umgekehrt kann beispielsweise vermieden werden, dass die Gewichtskraft des Werkzeugs entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirkt. Insbesondere kann aufgrund der Leckage sichergestellt werden, dass entlang der Drehachse nur die Gewichtskraft der Zündkerze auf die Zündkerze wirkt, sodass in der Folge durch die Leckage und somit durch den Durchfluss sichergestellt werden kann, dass während des Befestigens der Zündkerze an dem Bauelement keine übermäßig große Kraft auf die Zündkerze wirkt.
Da beispielsweise die axiale Richtung der Zündkerze entlang der Drehachse verläuft, wird die zuvor genannte Kraft beispielsweise auch als Axialkraft bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, übermäßig große, während des Befestigens der Zündkerze an dem Bauelement wirkende und insbesondere auf die Zündkerze wirkende Axialkräfte zu vermeiden, sodass die Zündkerze besonders prozesssicher und ohne Beschädigungen an dem Bauelement befestigt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als die Messgröße ein Druck des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze hindurchströmenden Fluids erfasst wird. Es wurde gefunden, dass der Durchfluss beziehungsweise die Leckage und der Druck des Fluids Größen sind, anhand derer besonders aussagekräftig und präzise Rückschlüsse auf während des Befestigens entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirkende Kräfte gezogen werden können beziehungsweise dass durch die Größen eine beziehungsweise die zuvor genannte, während des Befestigens entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirkende Axialkraft besonders gut beeinflusst werden kann, insbesondere durch Beeinflussung beziehungsweise Einstellen der jeweiligen Größe. Daher hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass insbesondere dann, wenn die Axialkraft nicht gemessen wird oder gemessen werden kann, die jeweilige Größe, das heißt der Druck beziehungsweise der Durchfluss gemessen wird, um das Werkzeug anhand der gemessenen Größe zu regeln. Dieser Ausführungsform liegt insbesondere auch die Erkenntnis zugrunde, dass der Durchfluss beziehungsweise der Druck besonders einfach und präzise gemessen werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Regeln umfasst, dass der Durchfluss und/oder der Druck und/oder der Unterdruck eingestellt, das heißt variiert werden. Hierdurch kann besonders vorteilhaft realisiert werden, dass während des Befestigens der Zündkerze die Zündkerze einerseits stark genug an dem Werkzeug gehalten ist und andererseits keine übermäßig großen Kräfte entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirken, sodass Beschädigungen der Zündkerze vermieden werden können.
Vorzugsweise umfasst das Regeln, dass wenigstens ein Messgrößenwert der erfassten Messgröße mit wenigstens einem Schwellenwert verglichen wird. Der Messgrößenwert wird beispielsweise derart ermittelt, insbesondere erfasst, dass die Messgröße erfasst wird. Der Schwellenwert ist beispielsweise vorgegeben oder vorgebbar. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Regeln umfasst, dass das Werkzeug derart geregelt wird, dass ein Überschreiten des Schwellenwerts durch den Messgrößenwert unterbleibt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass keine übermäßig großen Kräfte auf die Zündkerze wirken, sodass diese besonders prozesssicher befestigt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Regeln in Abhängigkeit von dem Schwellenwert ist eine solche Regelung möglich, die einen Ist-Wert, insbesondere der Messgröße, mit einem Soll-Wert vergleicht und zumindest im Wesentlichen kontinuierlich regelt, wodurch meist eine besonders feine beziehungsweise genaue Regelung möglich ist. Der Ist-Wert ist beispielsweise der zuvor genannte Messgrößenwert.
Umfasst das Regeln des Werkzeugs beispielsweise, dass zum Beeinflussen der Messgröße der Durchfluss und/oder der Druck und/oder der Unterdruck eingestellt wird beziehungsweise werden, so wird hierbei der Durchfluss, der Druck beziehungsweise der Unterdruck als Stellgröße verwendet, aus welcher die Messgröße beziehungsweise der Messgrößenwert resultiert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn das Regeln des Werkzeugs umfasst, dass zum Beeinflussen der Messgröße eine Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug entlang der Drehachse translatorisch relativ zu dem Bauelement bewegt wird, eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit als Stellgröße verwendet, wodurch beispielsweise die Messgröße besonders vorteilhaft beeinflusst werden kann, insbesondere derart, dass vermieden werden kann, dass während des Befestigens übermäßig große Kräfte auf die Zündkerze wirken. Unter dem Beeinflussen der Messgröße ist insbesondere zu verstehen, dass wenigstens ein Wert der Messgröße, das heißt beispielsweise der zuvor genannte Messgrößenwert, beeinflusst wird.
Vorteilhaft wäre es auch, wenn die Regelung durch eine Vorsteuerung unterstützt wird, die die translatorische Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Schraub-Drehzahl vorsteuert.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Regeln des Werkzeugs umfasst, dass zum Beeinflussen der Messgröße eine Betätigungskraft, welche mittels des Werkzeugs entlang der Drehachse auf die Zündkerze ausgeübt wird, eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform wird beispielsweise die Betätigungskraft als Stellgröße verwendet.
Der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnisse sind insbesondere, dass in herkömmlichen Produktionsprozessen, in deren Rahmen Verbrennungskraftmaschinen, die auch als Verbrennungsmotoren oder Motoren bezeichnet werden, hergestellt werden, umfassend, dass Zündkerzen mit Zylinderköpfen verbunden werden. Hierzu wird beispielsweise die Zündkerze in den Zylinderkopf eingeschraubt. Herkömmlicherweise wird bei dem Einschrauben der Zündkerze in den Zylinderkopf nicht darauf geachtet, mit welcher Anpresskraft die auch als Werkstück bezeichnete Zylinderkerze belastet, das heißt entlang ihrer axialen Richtung gegen den Zylinderkopf gedrückt wird. Um die einfach auch als Kerze bezeichnete Zündkerze in den Zylinderkopf zu setzen, ist es vorzugsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, einen Isolator der Zündkerze mit dem Unterdruck zu beaufschlagen und dadurch die Zündkerze, insbesondere über den Isolator, mittels des Unterdrucks an dem Werkzeug festzuhalten. Vorzugsweise unterbleibt ein durch Klemmen bewirktes Halten der Zündkerze an dem Werkzeug. Sind keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen, so wirken dann, wenn die Zündkerze nicht durch Klemmen, sondern durch Unterdruck an dem Werkzeug gehalten wird, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei denen die Zündkerze durch Klemmen an dem Werkzeug gehalten wird, größere Gewichtskräfte auf die Zündkerze bei dem Befestigen. Durch unkontrollierte Gewichtskräfte kann es zu Verkanten oder Festfressen eines Gewindes der Zündkerze kommen.
Insbesondere kann das Befestigen der Zündkerze an dem Bauelement umfassen, dass das auch als erstes Gewinde bezeichnete und beispielsweise als Außengewinde ausgebildete Gewinde der Zündkerze mit einem beispielsweise als Innengewinde ausgebildeten zweiten Gewinde des Bauelements verschraubt wird. Beispielsweise wird das erste Gewinde in das zweite Gewinde eingeschraubt. Insbesondere ist es denkbar, dass das zweite Gewinde in der zuvor genannten Aufnahme angeordnet ist.
Die zuvor genannten, übermäßigen Gewichtskräfte können auch zu einer Beschädigung der Zündkerze, insbesondere des Isolators, oder zu einer anderweitigen Überschreitung von Toleranzen führen. In der Folge kann es zu einem umfangreichen Ausschuss kommen. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden, da es das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere ermöglicht, übermäßige, auf die Zündkerze während des Befestigens wirkende Kräfte zu vermeiden.
Hierzu ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die beispielsweise auch als Einschraub- oder Anpresskraft bezeichnete, während des Befestigens entlang der Drehachse auf die Zündkerze wirkende Kraft zumindest mittelbar kontrolliert beziehungsweise überwacht wird. Beispielsweise werden durch Messungen Kräfte ermittelt, die beim Befestigen der Zündkerze, insbesondere auf die Zündkerze und/oder von der Zündkerze auf das Bauelement und/oder von der Zündkerze auf das Werkzeug, wirken. Außerdem wird beispielsweise ermittelt, welche Kräfte und/oder auch als Vorschubgeschwindigkeiten bezeichnete Geschwindigkeiten, mit welchen die Zündkerze entlang der Drehachse relativ zu dem Bauelement bewegt wird, vorteilhaft sind, um Beschädigungen zu vermeiden. Darauf kann dann das Werkzeug angepasst werden.
Beispielsweise ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Werkzeug derart geregelt wird, dass während eines ersten Teils des beispielsweise als Einschraubprozess ausgebildeten Befestigens der Zündkerze eine erste Kraft, insbesondere Anpresskraft, entlang der Drehachse auf die Zündkerze und/oder von der Zündkerze auf das Bauelement und/oder von der Zündkerze auf das Werkzeug wirkt, insbesondere während die Zündkerze mittels des Werkzeugs um die Drehachse relativ zu dem Bauelement gedreht wird und während die Zündkerze mittels des Werkzeugs entlang der Drehachse relativ zu dem Bauelement translatorisch bewegt wird. Außerdem ist es dabei beispielsweise vorgesehen, dass das Werkzeug derart geregelt wird, dass während eines sich zeitlich an den ersten Teil anschließenden zweiten Teils des Befestigens eine zweite Kraft, insbesondere eine zweite Anpresskraft, entlang der Drehachse auf die Zündkerze und/oder von der Zündkerze auf das Bauelement und/oder von der Zündkerze auf das Werkzeug wirkt, wobei die zweite Kraft größer als die erste Kraft ist. Beispielsweise schließt sich der zweite Teil unmittelbar beziehungsweise direkt an den ersten Teil an, sodass keine weiteren Teile des Befestigens zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil liegen. Der erste Teil umfasst beispielsweise wenigstens oder genau drei vollständige Umdrehungen der Zündkerze. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass während des zweiten Teils die Zündkerze mittels des Werkzeugs um die Drehachse relativ zu dem Bauelement gedreht wird, während die Zündkerze mittels des Werkzeugs entlang der Drehachse relativ zu dem Bauelement translatorisch bewegt wird. Beispielsweise wird die Zündkerze während des zweiten Teils schneller um die Drehachse gedreht als während des ersten Teils. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Zündkerze während des zweiten Teils schneller entlang der Drehachse relativ zu dem Bauelement translatorisch bewegt wird als während des ersten Teils. Die unterschiedlichen Anpresskräfte können beispielsweise ferner, das heißt alternativ oder zusätzlich, durch Variieren des Durchflusses beziehungsweise der Leckage und/oder des Drucks und/oder des Unterdrucks realisiert werden.
Die unterschiedlichen Anpresskräfte können insbesondere dazu dienen, dass keine ungünstigen Kräfte auf die Zündkerze wirken, die zu Beschädigungen, einer Lockerung der Zündkerze und/oder zu einem Festfressen des ersten Gewindes führen könnten. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht die Erfindung eine Optimierung beziehungsweise Verbesserung des Befestigens der Zündkerze an dem Bauelement, wodurch Schäden vermieden werden können. Dies führt zu weniger Ausschuss und somit zu größerer Produktivität.
Beispielsweise wird eine Nachführung des Werkzeugs über eine Gewindesteigung, insbesondere des ersten Gewindes, vorgesteuert. Durch das Regeln des Werkzeugs wird beispielsweise das Werkzeug, insbesondere über die Anpresskraft beziehungsweise über die Leckage zwischen dem auch als Greifwerkzeug bezeichneten Werkzeug und der Zündkerze, geregelt, insbesondere auf eine maximal zulässige Kraftbeaufschlagung, welche beispielsweise größer oder gleich einem Newton ist. Dadurch kann eine übermäßige Reibung zwischen dem Werkzeug und der Zündkerze, insbesondere zwischen dem Werkzeug und einem Zündkerzengehäuse der Zündkerze, vermieden werden. Außerdem lässt die Leckage beziehungsweise der zuvor beschriebene Spalt eine hinreichende Bewegbarkeit der Zündkerze, insbesondere relativ zu dem Werkzeug und/oder relativ zu dem Bauelement, zu, sodass etwaige Achsversätze ausgeglichen werden können.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Somit umfasst die Werkzeugvorrichtung beispielsweise das zuvor beschriebene Werkzeug sowie insbesondere die elektronische Recheneinrichtung zum Regeln des Werkzeugs. Insbesondere dann, wenn der translatorische Vortrieb, das heißt die translatorische Bewegung pneumatisch erfolgt das heißt pneumatisch bewirkt wird, so ist auch eine Anlage vorstellbar, die aufgrund der gezielten Leckage beim Halten der Zündkerze eine Regelung des Vortriebs nur mit Hilfe von pneumatischen Mitteln realisiert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen einer Zündkerze an einem Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
Anhand der einzigen Fig. wird im Folgenden ein Verfahren zum Befestigen einer Zündkerze 1 an einem als Zylinderkopf 2 ausgebildeten Bauelement einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Dies bedeutet, dass die einfach auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete und insbesondere als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand die Zündkerze 1 und den Zylinderkopf 2 umfasst. Die Zündkerze 1 und der Zylinderkopf 2 sind jeweilige, separat voneinander ausgebildete Komponenten der Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand auch wenigstens einen Brennraum auf, welchem die Zündkerze 1 in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erzeugt die Zündkerze 1 innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Zündfunken, insbesondere innerhalb des Brennraums. Mittels des Zündfunkens wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere in dem Brennraum, gezündet und in der Folge verbrannt. Das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine auf und ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar.
Bei dem Verfahren wird die Zündkerze 1 automatisch mittels eines Werkzeugs 3 an dem Zylinderkopf 2 befestigt. Hierzu wird die Zündkerze 1 bei dem Verfahren automatisch mittels des Werkzeugs 3 um eine Drehachse 4 relativ zu dem Zylinderkopf 2 gedreht und währenddessen mittels des Werkzeugs 3 entlang der Drehachse 4 relativ zu dem Zylinderkopf 2 translatorisch bewegt, insbesondere in eine in der Fig. durch einen Pfeil 5 veranschaulichte und auch als Vorschubrichtung bezeichnete Bewegungsrichtung. Die Vorschubrichtung fällt mit der Drehachse 4 zusammen oder verläuft parallel zu der Drehachse 4. Außerdem fällt die Drehachse 4 mit der axialen Richtung der Zündkerze 1 zusammen.
Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Werkzeug 3 beispielsweise Bestandteil einer Werkzeugvorrichtung 6 ist, welche das Werkzeug 3 und einen auch als Industrieroboter bezeichneten Roboter 7 aufweist. Der Roboter 7 kann beispielsweise als ein Portalroboter ausgebildet sein. Insbesondere kann das Werkzeug 3 den Roboter 7 umfassen. Der Roboter 7 weist mehrere, auch als Roboterachsen oder Bewegungsachsen bezeichnete Roboterarme 8a-c auf, welche gelenkig miteinander verbunden sind. Dadurch können die Roboterarme 8a-c um jeweils eine jeweilige Bewegungsachse relativ zueinander gedreht und/oder entlang der jeweiligen Bewegungsachse translatorisch relativ zueinander bewegt werden. Der Roboter 7 ist dabei über eine Basis 9 an einem Boden 10, beispielsweise einer Fertigungsanlage, gehalten. Außerdem ist das Werkzeug 3 an dem Roboterarm 8c gehalten, welcher ein Endglied des Roboters 7 ist. Dabei ist beispielsweise das Werkzeug 3 ein Endeffektor des Roboters 7.
Um nun die Zündkerze 1 besonders vorteilhaft, insbesondere besonders prozesssicher und ohne Beschädigungen, an dem Zylinderkopf 2 befestigen zu können, wird während des Befestigens der Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 mittels einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten Erfassungseinrichtung 11 wenigstens eine Messgröße erfasst, das heißt gemessen, welche beispielsweise das Befestigen charakterisiert. Außerdem wird das Werkzeug 3 mittels einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten, elektronischen Recheneinrichtung 12, insbesondere der Werkzeugvorrichtung 6, in Abhängigkeit von der gemessenen Messgröße geregelt. Dies bedeutet, dass die elektronische Recheneinrichtung 12 einen Regler aufweist oder in der elektronischen Recheneinrichtung 12 ist ein Regler gespeichert, wobei mittels des Reglers das Werkzeug 3 während des Befestigens der Zündkerze 1 geregelt wird. Unter dem Regeln des Werkzeugs 3 ist insbesondere zu verstehen, dass beispielsweise eine Bewegung des Werkzeugs 3 und somit eine durch die Bewegung des Werkzeugs 3 bewirkte und relativ zu dem Zylinderkopf 2 erfolgende Bewegung der Zündkerze 1 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 12 geregelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise unter dem Regeln des Werkzeugs 3 verstanden werden, dass ein Zusammenwirken des Werkzeugs 3 mit der Zündkerze 1 während des Befestigens mittels der elektronischen Recheneinrichtung 12 geregelt wird.
Als die Messgröße wird beispielsweise eine während des Befestigens der Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 auf die Zündkerze 1 wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze 1 auf den Zylinderkopf 2 wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze 1 auf das Werkzeug 3 wirkende Kraft erfasst. Beispielsweise wird als Stellgröße eine Betätigungskraft verwendet, welche von dem Werkzeug 3 während des Befestigens auf die Zündkerze 1 ausgeübt wird, wobei aus der Betätigungskraft die zuvor genannte, auch als Axial- oder Anpresskraft bezeichnete Kraft resultiert. Somit umfasst beispielsweise das Regeln des Werkzeugs 3, dass die Betätigungskraft eingestellt, beispielsweise geregelt, wird, wodurch die Messgröße (Axialkraft) beeinflusst wird. Die zuvor genannte Kraft ist beispielsweise eine Axial- beziehungsweise Anpresskraft, da die Kraft entlang der Drehachse und somit in axialer Richtung der Zündkerze 1 wirkt.
Um bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel die Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 zu befestigen, weist die Zündkerze 1, insbesondere ein Gehäuse 13 der Zündkerze 1, ein erstes Gewinde 14 auf, welches als ein Außengewinde ausgebildet ist. Der Zylinderkopf 2 weist ein zweites Gewinde 15 in Form eines Innengewindes auf. Außerdem weist der Zylinderkopf 2 eine beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Ausnehmung 16 auf, in welche die Zündkerze 1 bei dem Befestigen zumindest teilweise angeordnet wird. Dabei ist das Gewinde 15 in der Ausnehmung 16 angeordnet. Um die Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 zu befestigen, wird die Zündkerze 1 mit dem Zylinderkopf 2 über die Gewinde 14 und 15 verschraubt. Hierzu wird die Zündkerze 1 in den Zylinderkopf 2 beziehungsweise das Gewinde 14 in das Gewinde 15 eingeschraubt.
Außerdem ist es beispielsweise bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Zündkerze 1 während des Befestigens mittels eines mittels des Werkzeugs 3 bereitgestellten Unterdrucks an dem Werkzeug 3 gehalten wird. Dies bedeutet, dass das Werkzeug 3 die Zündkerze 1 ansaugt und dadurch an dem Werkzeug 3 hält. Ein durch Klemmen bewirktes Halten der Zündkerze 1 an dem Werkzeug 3 unterbleibt. Der Unterdruck wird dabei mittels eines Fluids bereitgestellt, welches beispielsweise mittels einer Fördereinrichtung 17, insbesondere des Werkzeugs 3, gefördert wird. Das Fluid ist vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft.
Während des Befestigens der Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 beziehungsweise während zumindest eines Teils des Befestigens der Zündkerze 1 an dem Zylinderkopf 2 wird gezielt ein Spalt 18 und somit eine Leckage L zwischen der Zündkerze 1 und dem Werkzeug 3 eingestellt. Durch die Leckage L kommt es zu einem Durchfluss des Fluids zwischen dem Werkzeug 3 und der Zündkerze 1. Hierunter ist zu verstehen, dass zumindest während des Teils des Befestigens das Fluid durch den Spalt 18 hindurchströmt und somit zwischen dem Werkzeug 3 und der Zündkerze 1 hindurchströmt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Spalt 18 in um die Drehachse 4 verlaufender und in der Fig. durch einen Doppelfeil 19 veranschaulichter Umfangsrichtung der Zündkerze 1 vollständig umlaufend um die Zündkerze 1 herum erstreckt, sodass zumindest während des Teils des Befestigens ein Kontakt zwischen der Zündkerze 1 und dem Werkzeug 3 unterbleibt.
Die Messgröße ist beispielsweise eine den Durchfluss charakterisierende Messgröße. Beispielsweise charakterisiert die Messgröße eine Masse beziehungsweise eine Menge und/oder ein Volumen des infolge der Leckage L den Spalt 18 durchströmenden und somit zwischen dem Werkzeug 3 und der Zündkerze 1 hindurchströmenden Fluids. Alternativ oder zusätzlich wird als die Messgröße der Unterdruck und/oder ein Druck des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug 3 und der Zündkerze 1 hindurchströmenden und somit den Spalt 18 durchströmenden Fluids erfasst.
Dabei kann das Regeln des Werkzeugs 3 umfassen, dass zum Beeinflussen der Messgröße der Durchfluss und/oder der Druck des Fluids und/oder der Unterdruck eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Regeln des Werkzeugs 3 umfassen, dass zum Beeinflussen der Messgröße, das heißt zum Beeinflussen wenigstens eines Werts der Messgröße, eine auch als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnete Geschwindigkeit eingestellt wird, mit welcher das Werkzeug 3 und/oder die Zündkerze 1 entlang der Drehachse 4 und dabei beispielsweise in die Vorschubrichtung relativ zu dem Zylinderkopf 2 translatorisch bewegt wird. Unter dem Einstellen ist insbesondere ein Variieren beziehungsweise Regeln zu verstehen.
Der Druck, der Durchfluss und der Unterdruck sowie die Vorschubgeschwindigkeit sind Größen, durch die sich insbesondere dann, wenn die Größen gemessen beziehungsweise erfasst werden, besonders vorteilhaft Rückschlüsse auf die Anpresskraft ziehen lassen, die während des Befestigens, insbesondere auf die Zündkerze 1 und/oder von der Zündkerze 1 auf den Zylinderkopf 2 und/oder von der Zündkerze 1 auf das Werkzeug 3, wirkt. Somit kann beispielsweise insbesondere dann, wenn die Anpresskraft nicht direkt gemessen wird, durch Messen der jeweiligen Größe die Anpresskraft besonders gut ermittelt beziehungsweise beeinflusst werden. Mit anderen Worten kann beispielsweise durch Beeinflussen der jeweiligen Größe besonders gut sichergestellt werden, dass die Anpresskraft nicht übermäßig groß wird, wodurch Beschädigungen vermieden werden können. Hierdurch kann die Zündkerze 1 besonders prozesssicher und ohne Beschädigungen montiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Zündkerze
2: Zylinderkopf
3: Werkzeug
4: Drehachse
5: Pfeil
6: Werkzeugvorrichtung
7: Roboter
8a-c: Roboterarm
9: Basis
10: Boden
11: Erfassungseinrichtung
12: elektronische Recheneinrichtung
13: Gehäuse
14: Gewinde
15: Gewinde
16: Ausnehmung
17: Fördereinrichtung
18: Spalt
19: Doppelpfeil
L: Leckage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202011103223 U1 [0002]
DE 3817671 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Befestigen einer Zündkerze (1) an einem Bauelement (2) einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, bei welchem die Zündkerze (1) mittels eines Werkzeugs (3) um eine Drehachse (4) relativ zu dem Bauelement (2) gedreht und währenddessen entlang der Drehachse (4) relativ zu dem Bauelement (2) translatorisch bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befestigens der Zündkerze (1): - wenigstens eine Messgröße erfasst wird, und - das Werkzeug (3) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (12) in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Messgröße eine während des Befestigens entlang der Drehachse (4) auf die Zündkerze (1) wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze (1) auf das Bauelement (2) wirkende Kraft und/oder eine von der Zündkerze (1) auf das Werkzeug (3) wirkende Kraft erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (1) während des Befestigens mittels eines mittels des Werkzeugs (3) bereitgestellten Unterdrucks an dem Werkzeug (3) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck mittels eines Fluids bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als die Messgröße eine einen Durchfluss des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug (3) und der Zündkerze (1) hindurchströmenden Fluids charakterisierende Messgröße erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als die Messgröße ein Druck des während des Befestigens zwischen dem Werkzeug (3) und der Zündkerze (1) hindurchströmenden Fluids erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln des Werkzeugs (3) umfasst, dass zum Beeinflussen der Messgröße der Durchfluss und/oder der Druck und/oder der Unterdruck eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln des Werkzeugs (3) umfasst, dass zum Beeinflussen der Messgröße eine Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug (3) und/oder die Zündkerze (1) entlang der Drehachse (4) translatorisch relativ zu dem Bauelement bewegt wird, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln des Werkzeugs (3) umfasst, dass zum Beeinflussen der Messgröße eine Betätigungskraft, welche mittels des Werkzeugs (3) entlang der Drehachse (4) auf die Zündkerze (2) ausgeübt wird, eingestellt wird.
Werkzeugvorrichtung (6), welches zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.