DE102020114468A1

DE102020114468A1 - Prüfvorrichtung sowie Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement befestigten Überprüfungselements

Info

Publication number: DE102020114468A1
Application number: DE102020114468.7A
Authority: DE
Inventors: Shahan Tutunjian; Mustafa Yildirim
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung (1) für ein an einem Prüfelement (3) befestigtes Überprüfungselement (2), mit einer Greifeinrichtung (32), mittels welcher das Überprüfungselement (2) greifbar ist, mit einer Rückhalteeinrichtung (35), mittels welcher das Prüfelement (3) in einer Rückhalterichtung (35) rückhaltbar ist und relativ zu welcher die Greifeinrichtung (32) in einer zur Rüchalterichtung (35) entgegengesetzten Bewegungsrichtung (33) bewegbar ist, und mit einer Kraftmesseinrichtung (14), mittels welcher eine in der Prüfvorrichtung (1) bei einem Bewegen der Greifeinrichtung (32) relativ zu der Rückhalteeinrichtung (35) resultierende Kraft ermittelbar ist, wobei die Greifeinrichtung (32) innerhalb eines die Rückhalteeinrichtung (35) bereitstellenden Laufs (5) der Prüfvorrichtung (1) entlang der Bewegungsrichtung (33) führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für ein an einem Prüfelement befestigtes Überprüfungselement sowie ein Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement befestigten Überprüfungselements mittels einer Prüfvorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der EP 1 730 487 B1 ist bereits eine Vorrichtung zum Prüfen der Haftung einer an einem Substrat haftenden elektrisch leitenden Kugel mit einer Zugprüfung bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Rahmen sowie ein Prüfwerkzeug mit einem Greifer zum Ergreifen einer an dem Substrat haftenden Kugel und eine Vorrichtung zum Bewegen des genannten Greifers auf einer Achse im Wesentlichen orthogonal zur Haftebene. Der Rahmen weist eine Drückvorrichtung auf, mittels welcher das Substrat auf der Achse geringfügig in Richtung des Greifers drückbar ist. Der Rahmen weist des Weiteren ein Widerlager für das Substrat auf. Das Substrat und die Kugel sind beim Gebrauch so ausgelegt, dass sie sich im Einklang auf der genannten Achse bewegen, bis das Substrat von dem Widerlager festgehalten wird. Beim Prüfen der Haftfestigkeit der Kugel an dem Substrat wird somit die Kugel mit dem Prüfwerkzeug ergriffen und orthogonal zur Haftebene der Kugel gezogen. Hierbei wird das Substrat mittels des Widerlagers festgehalten. Es ist vorgesehen, eine Bruchkraft einer Verbindung der Kugel von dem Substrat mittels einer Messvorrichtung zu erfassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prüfvorrichtung für ein an einem Prüfelement befestigtes Überprüfungselement sowie ein Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement befestigten Überprüfungselements mittels einer Prüfvorrichtung zu schaffen, welche ein besonders schnelles Überprüfen einer Verbindung des Überprüfungselements an dem Prüfelement bei einer besonders kompakten Bauweise der Prüfvorrichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Prüfvorrichtung für ein an einem Prüfelement befestigtes Überprüfungselement sowie durch ein Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement befestigten Überprüfungselements mittels einer Prüfvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für ein an einem Prüfelement befestigtes Überprüfungselement, insbesondere ein Kugelelement. Bei dem Kugelelement kann es sich um eine Einzelkugel oder um eine Doppelkugel handeln, welche an dem Prüfelement befestigt ist. Hierfür kann das Überprüfungselement mit dem Prüfelement stoffschlüssig, insbesondere durch eine Schweißverbindung verbunden sein. Mittels der Prüfvorrichtung ist eine Stabilität dieser Verbindung zwischen dem Überprüfungselement und dem Prüfelement überprüfbar. Hierfür umfasst die Prüfvorrichtung eine Greifeinrichtung, mittels welcher das Überprüfungselement greifbar ist. Des Weiteren umfasst die Prüfvorrichtung eine Rückhalteeinrichtung, mittels welcher das Prüfelement in einer Rückhalterichtung rückhaltbar ist. Relativ zu der Rückhalteeinrichtung ist die Greifeinrichtung in einer zur Rückhalterichtung entgegengesetzten Bewegungsrichtung bewegbar, wodurch mittels der Greifeinrichtung das Prüfelement in der Bewegungsrichtung ziehbar ist. Folglich ist die Greifeinrichtung dazu eingerichtet, das Überprüfungselement in der Bewegungsrichtung zu ziehen, während mittels der Rückhalteeinrichtung das Prüfelement in der der Bewegungsrichtung entgegengesetzten Rückhalterichtung rückzuhalten. Somit werden das Prüfelement und das Überprüfungselement mit einander diametral entgegengesetzten Kräften beaufschlagt, um die Verbindung zwischen dem Überprüfungselement und dem Prüfelement zu trennen. Um die Stabilität dieser Verbindung zu überprüfen, umfasst die Prüfvorrichtung eine Kraftmesseinrichtung, mittels welcher eine in der Prüfvorrichtung bei einem Bewegen der Greifeinrichtung relativ zu der Rückhalteeinrichtung resultierende Kraft ermittelbar ist. Hierbei kann die Kraft entlang der Bewegungsrichtung auf die Greifeinrichtung und/oder die Rückhalteeinrichtung wirken. Mittels der Kraftmesseinrichtung sind somit Messdaten eines mittels der Prüfvorrichtung durchgeführten Zugversuchs des an dem Prüfelement befestigten Überprüfungselements aufzeichenbar und für eine Auswertung bereitstellbar.
Um eine besonders kompakte Bauweise der Prüfvorrichtung zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Greifeinrichtung innerhalb eines die Rückhalteeinrichtung bereitstellenden Laufs der Prüfvorrichtung entlang der Bewegungsrichtung führbar ist. Das bedeutet, dass die Greifeinrichtung zumindest über einen Längenabschnitt der Greifeinrichtung entlang der Bewegungsrichtung umfangsseitig von dem Lauf der Prüfvorrichtung umschlossen ist. Darüber hinaus ermöglicht das Führen der Greifeinrichtung in dem die Rückhalteeinrichtung bereitstellenden Lauf ein besonders nahes Anlegen der Rückhalteeinrichtung relativ zu der Verbindung an dem Prüfelement, wodurch eine Verformung des Prüfelements beim Durchführen des Zugversuchs mittels der Prüfvorrichtung besonders gering gehalten werden kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass jeweilige mittels der Messeinrichtung den Zugversuch charakterisierende Messwerte zumindest im Wesentlichen von Eigenschaften der Verbindung zwischen dem Überprüfungselement und dem Prüfelement und weniger von jeweiligen Materialeigenschaften des Prüfelements abhängen. Folglich ermöglicht das Bereitstellen der Rückhalteeinrichtung durch den Lauf, innerhalb welchem die Greifeinrichtung führbar ist, die besonders kompakte Ausgestaltung der Prüfvorrichtung und darüber hinaus ein besonders nahes Anordnen der Rückhalteeinrichtung an der Verbindung des Prüfelements mit dem Überprüfungselement.
In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Rückhalteeinrichtung durch eine Mündung des Laufs bereitgestellt wird, welcher an das Prüfelement anlegbar ist. In einem an das Prüfelement angelegten Zustand der Mündung des Laufs der Prüfvorrichtung kann somit die Verbindung in einer durch eine Oberfläche des Prüfelements aufgespannten Ebene, in welcher die Mündung an dem Prüfelement anliegt, umfangsseitig umschlossen werden. Somit kann das Prüfelement insbesondere im Bereich der Verbindung mittels der Rückhalteeinrichtung besonders sicher zurückgehalten werden, während mittels der Greifeinrichtung das Überprüfungselement in der Bewegungsrichtung relativ zu dem Prüfelement gezogen wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Greifeinrichtung mehrere Greifelemente umfasst, welche für ein Greifen des Überprüfungselements außenseitig an das Überprüfungselement anlegbar sind. Die Greifelemente sind somit relativ zu der Bewegungsrichtung umfangsseitig an das zu greifende Überprüfungselement anlegbar, wodurch die Greifelemente das Überprüfungselement greifen. Durch das Vorsehen der mehreren separaten Greifelemente der Vorrichtung sind jeweilige zueinander unterschiedlich große Überprüfungselemente besonders sicher mittels der Greifelemente greifbar. Insbesondere sind die Greifelemente zum Greifen des Überprüfungselements in ihrem Abstand und/oder in einem Verschwenkwinkel relativ zueinander einstellbar, um außenseitig an das Überprüfungselement über dessen Umfang eingelegt zu werden. Über ein jeweiliges Anpassen des Abstands und/oder des Winkels, in welchem die Greifelemente relativ zueinander ausgerichtet sind, können die Greifelemente an unterschiedlich große Überprüfungselemente angepasst werden. Somit ermöglichen die Greifelemente ein besonders sicheres Greifen des jeweiligen Überprüfungselements.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens eines der Greifelemente als Wendeschneidplatte ausgebildet ist. Insbesondere sind sämtliche Greifelemente als jeweilige Wendeschneidplatten ausgebildet. Diese Wendeschneidplatten sind mit ihren jeweiligen Schneidkanten an das Überprüfungselement anlegbar, wodurch das Überprüfungselement mittels der Greifelemente greifbar ist. Die Wendeschneidplatten ermöglichen ein besonders sicheres Halten und ein besonders sicheres Greifen des Überprüfungselements mittels der Greifeinrichtung, wobei eine Kontaktfläche zwischen dem Überprüfungselement und den Wendeschneidplatten besonders gering ist.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn die Greifelemente bei deren Anordnung außerhalb des Laufs in Kontakt mit dem Überprüfungselement schräg zur Bewegungsrichtung voneinander wegfedernd ausgebildet sind, wodurch mittels der Greifelemente das Überprüfungselement hintergreifbar ist und die Greifelemente bei deren Anordnung innerhalb des Laufs zueinander fixiert sind. Das bedeutet, dass jedes der Greifelemente mit wenigstens einem Federelement verbunden ist, wobei das jeweilige Federelement das Rückfedern des zugeordneten Greifelements ermöglicht. Für ein Greifen des Überprüfungselements sind die Greifelemente zumindest bereichsweise aus dem Lauf heraus bewegbar, wobei die Federelemente ein Auseinanderfedern der Greifelemente ermöglichen. Bei einem Kontakt wenigstens eines der Greifelemente mit dem zu greifenden Überprüfungselement ermöglichen die Federelemente ein Auseinanderschwenken der Greifelemente, wodurch mittels der Greifelemente das Überprüfungselement hintergreifbar ist. Ist das Überprüfungselement mittels der Greifelemente gegriffen, sind die Greifelemente in der Bewegungsrichtung in den Lauf der Prüfvorrichtung bewegbar. Bei der Anordnung der Greifelemente in dem Lauf werden die Federelemente gesperrt und ein Auseinanderschwenken der Greifelemente unterbunden. Durch das Unterbinden des Auseinanderschwenkens der Greifelemente kann ein sicheres Halten des gegriffenen Überprüfungselements gewährleistet werden. Ein Lösen des Überprüfungselements von der Greifeinrichtung bei einer Anordnung der Greifelemente in dem Lauf der Prüfvorrichtung kann somit im Wesentlichen unterbunden werden. Die Federelemente ermöglichen insbesondere ein Rückfedern des jeweiligen zugeordneten Greifelements schräg zur Bewegungsrichtung und somit von einer Mittelachse der Greifeinrichtung, um welche die Greifelemente in gleichmäßigem Abstand herum angeordnet sind, weg.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Prüfvorrichtung eine Adaptereinrichtung umfasst, über welche die Prüfvorrichtung von einer Robotereinrichtung aufnehmbar ist. Mittels der Robotereinrichtung ist die Prüfvorrichtung an das Prüfelement und insbesondere an das Überprüfungselement heranbewegbar. Somit ist mittels der Robotereinrichtung über die Adaptereinrichtung die Prüfvorrichtung relativ zu dem Prüfelement sowie relativ zu dem Überprüfungselement führbar. Die Adaptereinrichtung ermöglicht somit ein automatisiertes Überprüfen der Verbindung des Überprüfungselements an dem Prüfelement mittels der Prüfvorrichtung über die Robotereinrichtung. Somit kann mittels der die Adaptereinrichtung aufweisenden Prüfvorrichtung die Verbindung des Überprüfungselements mit dem Prüfelement besonders einfach, schnell und kostengünstig automatisiert überprüft werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Prüfvorrichtung eine Federeinrichtung umfasst, mittels welcher die Greifeinrichtung und die Rückhalteeinrichtung gemeinsam gegen ein Grundelement, insbesondere die Adaptereinrichtung abgefedert sind. Die Federeinrichtung ermöglicht somit eine Kraftbegrenzung, mittels welcher die Prüfvorrichtung an das Überprüfungselement beziehungsweise das Prüfelement anlegbar ist. Hierdurch kann einer Beschädigung der Prüfvorrichtung sowie des Prüfelements beziehungsweise des Überprüfungselements beim Anlegen der Prüfvorrichtung an das Prüfelement beziehungsweise an das Überprüfungselement vorgebeugt werden. Die Federeinrichtung kann insbesondere mehrere Federn, insbesondere Spiralfedern, aufweisen, über welche die Greifeinrichtung und die Rückhalteeinrichtung gemeinsam gegen das Grundelement gefedert sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Prüfvorrichtung einen Druckstift umfasst, auf welchen das Überprüfungselement mittels der Greifeinrichtung in der Bewegungsrichtung zubewegbar ist, wodurch das Überprüfungselement von der Greifeinrichtung durch Kontakt mit dem Druckstift lösbar ist. Das bedeutet, dass mittels des Druckstifts das Überprüfungselement von der Greifeinrichtung, insbesondere den Greifelementen, wegdrückbar ist, wodurch das Überprüfungselement von der Greifeinrichtung gelöst werden kann. Bei einem Bewegen der Greifeinrichtung in der Bewegungsrichtung kann die Greifeinrichtung relativ zu dem Druckstift bewegt werden, wodurch der Druckstift entgegen der Bewegungsrichtung zwischen die Greifelemente der Greifeinrichtung einfahrbar ist und in Kontakt mit dem von den Greifelementen aufgenommenen Überprüfungselement bringbar ist. Über den Kontakt des Druckstifts mit dem Überprüfungselement kann das Überprüfungselement von dem Druckstift entgegen der Bewegungsrichtung und somit in der Rückhalterichtung relativ zu den Greifelementen gedrückt werden, wodurch das Überprüfungselement von den Greifelementen lösbar ist. Insbesondere ist die Prüfvorrichtung dazu eingerichtet, den Kontakt zwischen dem Druckstift und dem von der Greifeinrichtung gehaltenen Überprüfungselement herzustellen, nachdem das Überprüfungselement von dem Prüfelement mittels der Prüfvorrichtung gelöst worden ist. Somit ist die Prüfvorrichtung dazu eingerichtet, das Überprüfungselement mittels der Greifeinrichtung und der Rückhalteeinrichtung von dem Prüfelement zu lösen und anschließend mittels des Druckstifts das Überprüfungselement von der Greifeinrichtung zu entfernen, wobei das von der Greifeinrichtung gelöste Überprüfungselement in einem separat zu der Prüfvorrichtung ausgebildeten Behälter abgelegt werden kann. Der Druckstift ermöglicht ein besonders einfaches Lösen des Überprüfungselements von der Greifeinrichtung, wodurch die Prüfvorrichtung zum Überprüfen mehrerer Überprüfungselemente verwendet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement befestigten Überprüfungselements mittels einer Prüfvorrichtung, wie sie insbesondere im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung beschrieben worden ist. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass mittels einer Greifeinrichtung der Prüfvorrichtung das Überprüfungselement gegriffen wird und die Greifeinrichtung relativ zu einer Rückhalteeinrichtung der Prüfvorrichtung in eine Bewegungsrichtung bewegt wird. Bei dem Verfahren ist des Weiteren vorgesehen, dass mittels der Rückhalteeinrichtung das Prüfelement in einer zur Bewegungsrichtung entgegengesetzten Rückhalterichtung rückgehalten wird. Hierdurch werden das Überprüfungselement und das Prüfelement mit einander diametral entgegengesetzten Kräften beaufschlagt, wodurch eine Verbindung des Überprüfungselements mit dem Prüfelement überprüfbar ist. Um ein Erfassen jeweiliger Messwerte bei einer Überprüfung der Verbindung des Überprüfungselements mit dem Prüfelement mittels der Prüfvorrichtung zu ermöglichen, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass mittels einer Kraftmesseinrichtung der Prüfvorrichtung eine in der Prüfvorrichtung bei einem Bewegen der Greifeinrichtung relativ zu der Rückhalteeinrichtung resultierende Kraft ermittelt wird.
Und zum einen eine besonders kompakte Bauweise der Prüfvorrichtung zu ermöglichen und zum andern ein Rückhalten des Prüfelements mittels der Rückhalteeinrichtung besonders nah an der Verbindung des Prüfelements mit dem Überprüfungselement zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Greifeinrichtung innerhalb eines die Rückhalteeinrichtung bereitstellenden Laufs der Prüfvorrichtung entlang der Bewegungsrichtung geführt wird. Insbesondere kann eine Mündung des Laufs die Rückhalteeinrichtung bereitstellen. Hierfür ist die Mündung des Laufs an das Prüfelement anlegbar, wodurch bei dem Ziehen des Überprüfungselements mittels der Greifeinrichtung in der Bewegungsrichtung in den Lauf mittels der Mündung das Prüfelement rückhaltbar ist. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der Greifeinrichtung das Überprüfungselement in der Bewegungsrichtung gezogen wird, bis sich das Überprüfungselement von dem Prüfelement löst, und wenn mittels der Kraftmesseinrichtung ein Kraftverlauf zumindest von dem Greifen des Überprüfungselements bis zu dem Lösen des Überprüfungselements von dem Prüfelement aufgezeichnet wird. Über den Kraftverlauf kann eine Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit und/oder Bruchdehnung und/oder ein weiterer Werkstoffkennwert der Verbindung des Überprüfungselements mit dem Prüfelement ermittelt werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Belastungsgrenze der Verbindung zwischen dem Überprüfungselement und dem Prüfelement ermittelt werden. Über diese Belastungsgrenze ist wiederum die Stabilität der Verbindung auswertbar und einordenbar.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Bei zeigt:

1 einen schematischen Teilschnitt einer Prüfvorrichtung zum Überprüfen eines als Kugelelement ausgebildeten Überprüfungselements mit einem Prüfelement, welche eine in einem Lauf geführte Greifeinrichtung mit mehreren Greifelementen umfasst, mittels welchen das Kugelelement umgreifbar und in einer Bewegungsrichtung ziehbar ist sowie mit einer durch eine Mündung des Laufs bereitgestellten Rückhalteeinrichtung, mittels welcher das Prüfelement in einer einer Bewegungsrichtung diametral entgegengesetzten Rückhalterichtung rückhaltbar ist, wodurch die Verbindung des Kugelelements mit dem Prüfelement mit einander entgegengerichteten Kräften beaufschlagbar ist, sowie mit einer Kraftmesseinrichtung, mittels welcher eine in der Prüfvorrichtung beim Beanspruchen der Verbindung resultierende Kraft ermittelbar ist;
2 eine schematische Perspektivansicht der Prüfvorrichtung, welche eine Adaptereinrichtung aufweist, über welche die Prüfvorrichtung an einer Robotereinrichtung aufnehmbar ist;
3 ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Überprüfen der Verbindung des Kugelelements an dem Prüfelement mittels der Prüfvorrichtung, wobei das Kugelelement mittels der Greifeinrichtung gegriffen und in der Bewegungsrichtung gezogen wird und das Prüfelement mittels der Rückhalteeinrichtung in der der Bewegungsrichtung entgegengesetzten Rückhalterichtung rückgehalten wird und das Kugelelement nach dessen Lösen von dem Prüfelement mittels eines Druckstifts der Prüfvorrichtung von der Greifeinrichtung gelöst ist; und
4 eine schematische Perspektivansicht der von der Robotereinrichtung aufgenommenen Prüfvorrichtung, welche an ein Prüfelement angelegt ist und mittels welcher für ein Überprüfen der Verbindung zwischen dem Kugelelement und dem Prüfelement das Kugelelement mittels der Greifeinrichtung gegriffen und in der Bewegungsrichtung gezogen ist.

In den 1 und 2 ist in einem Teilschnitt sowie in einer schematischen Perspektivansicht eine Prüfvorrichtung 1 gezeigt, mittels welcher eine Verbindung zwischen einem als Kugelelement 2 ausgebildeten Überprüfungselement und einem Prüfelement 3 überprüfbar ist. Bei dem Prüfelement 3 handelt es sich vorliegend um ein Trägerblech, aus welchem ein Kraftfahrzeugbauteil formbar ist. Die Prüfvorrichtung 1 ist von einer Robotereinrichtung 4 aufnehmbar und an das Prüfelement 3 anlegbar. Durch Anlegen der Prüfvorrichtung 1 an das Prüfelement 3 ist die Verbindung zwischen dem Kugelelement 2 und dem Prüfelement 3 mittels der Prüfvorrichtung 1 überprüfbar.
Der Prüfvorrichtung 1 liegt der Gedanke zugrunde, dass eine Freigabe von neuen Trägerblechmaterialien als Prüfelement 3 für Kugelschweißprozesse mittels Hubzündung durch Zugprüfung von wenigstens 50 Kugelelementen 2 pro Trägerblechmaterial erfolgt. Außerdem werden im Serienfahrzeugbau bei jeder neu eintreffenden Kugelcharge an Kugelelementen 2 diese Kugelcharge üblicherweise erst nach einer Zugprüfung von 50 Kugelelementen 2 pro Kugelcharge freigegeben. Eine Zugprüfung mit Standardzugprüfmaschinen ist sehr zeitintensiv. Die Prüfvorrichtung 1 ermöglicht eine Automatisierung eines Zugprüfungsablaufs sowie eine besonders kurze Prüfzeit je Kugelelement 2.
Zum Prüfen der jeweiligen Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 wird die Prüfvorrichtung 1 an der Robotereinrichtung 4 montiert. Anschließend bewegt die Robotereinrichtung 4 die Prüfvorrichtung 1 an jedes zu überprüfende Kugelelement 2, wodurch mittels der Prüfvorrichtung 1 die jeweilige Zugprüfung an dem jeweiligen Kugelelement 2 durchführbar ist. Jeweilige mittels der Prüfvorrichtung 1 ermittelte Messdaten können automatisch in einer Speichereinrichtung hinterlegt werden. Mittels der Prüfvorrichtung 1 wird somit ein Prüfen von Kugelelementen 2 möglich, welche für den Serienfahrzeugbau freigegeben werden sollen. Außerdem ermöglicht die Prüfvorrichtung 1 ein Prüfen von jeweiligen Prüfelementen 3, deren Trägerblechmaterialien in Kombination mit den jeweiligen geprüften Kugelelementen 2 freigegeben werden sollen. Mittels der Prüfvorrichtung 1 kann alternativ zu dem Kugelelement 2 eine Verbindung eines Grobgewindebolzens als Überprüfungselement mit dem Prüfelement 3 überprüft werden.
Im Folgenden werden die einzelnen Elemente der Prüfvorrichtung 1 aufgeführt und anschließend die Funktionsweise der Prüfvorrichtung 1 erläutert. Die Prüfvorrichtung 1 umfasst einen als Kraftübertragungsstück ausgebildeten Lauf 5, einen Kraftübertragungsblock 6 sowie eine mehrere Kraftmessdosen 7 umfassende Kraftmesseinrichtung 14. Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 eine Kraftaufnehmergrundplatte 8, mehrere Anbindungsschrauben 9, insbesondere vorliegend drei M12 Schrauben, sowie ein Gehäuse 10. Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 vorliegend ein Kugellagergehäuse 11, eine Übergangsplatte 12 sowie ein erstes Gleitlager 13. Die Prüfvorrichtung 1 umfasst vorliegend weiterhin vier Greifelemente 15, welche vorliegend als Wendeschneidplatten ausgebildet sind. Überdies weist die Prüfvorrichtung 1 ein zweites Gleitlager 16 sowie den jeweiligen Greifelementen 15 zugeordnete Greifer 17 auf, welche über das zweite Gleitlager 16 gleitend in dem Lauf 5 gelagert sind. Überdies umfasst die Prüfvorrichtung 1 einen Druckstift 18, eine Führung 19, einen Nutstein 20, eine Spindelmutter 21, eine Gewindespindel 22, einen Trennring 23 sowie ein Axiallager 24. Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 vorliegend ein erstes Schrägkugellager 25 sowie ein zweites Schrägkugellager 26. Weiterhin weist die Prüfvorrichtung 1 eine Kopplung 27 auf, über welche eine Verbindung mit einem Servoantrieb bereitstellbar ist. Weiterhin weist die Prüfvorrichtung 1 jeweilige Führungen 28 und zwei Druckfedern 29 einer Federeinrichtung 30 auf. Die Prüfvorrichtung 1 umfasst des Weiteren eine als Adapterplatte ausgebildete Adaptereinrichtung 31, über welche die Prüfvorrichtung 1 an der Robotereinrichtung 4 aufnehmbar ist. Die jeweiligen die Greifelemente 15 haltenden Greifer 17 sind Teil einer Greifeinrichtung 32 der Prüfvorrichtung 1, welche innerhalb des Laufs 5 relativ zu dem Lauf 5 bewegbar gehalten ist. Die Greifeinrichtung 32 ist relativ zu dem Lauf 5 entlang einer Bewegungsrichtung 33 bewegbar. Die Bewegungsrichtung 33 verläuft parallel zu einer Längserstreckungsrichtung und damit einer Mittelachse des Laufs 5. Mittels der Greifeinrichtung 32 ist das Kugelelement 2 greifbar und in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 hineinziehbar. Um ein Hineinziehen des Prüfelements 3 in den Lauf 5 zu vermeiden und eine Belasten der Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 für das Überprüfen der Verbindung zu ermöglichen, stellt die Mündung 34 des Laufs 5 eine Rückhalteeinrichtung 35 bereit. Mittels der Rückhalteeinrichtung 35 ist das Prüfelement 3 in einer Rückhalterichtung, welche diametral entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 33 verläuft, rückhaltbar. Hierdurch kann die Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 mittels der Prüfvorrichtung 1 mit einander entgegengesetzten Kräften beaufschlagt werden, um die Verbindung zu lösen. Beim Lösen der Verbindung ist mittels der Kraftmesseinrichtung 14 eine in der Prüfvorrichtung 1 resultierende Kraft ermittelbar, wobei über einen Kraftverlauf der mittels der Kraftmesseinrichtung 14 ermittelten in der Prüfvorrichtung 1 resultierenden Kraft beim Lösen der Verbindung eine Eigenschaft der Verbindung ermittelbar ist.
Bei einem Verfahren zum Überprüfen der Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 mittels der Prüfvorrichtung 1 werden vier Verfahrensschritte durchlaufen. In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird die Greifeinrichtung 32 entgegen der Bewegungsrichtung 33 auf das Kugelelement 2 zubewegt. Insbesondere werden die Greifelemente 15 der Greifeinrichtung 32 an das Kugelelement 2 angelegt, wodurch das Kugelelement 2 mittels der Greifelemente 15 gegriffen wird. Die Greifelemente 15 sind an jeweiligen zugeordneten Greifern 17 gehalten, wobei die Greifer 17 bei deren Anordnung außerhalb des Laufs 5 auseinander verschwenkbar sind. Durch Auseinanderverschwenken der an den Greifern 17 gehaltenen Greifelemente 15 können die Greifelemente 15 zumindest bereichsweise um das Kugelelement 2 herumgeführt werden, wodurch das Kugelelement 2 mittels der Greifelemente 15 hintergreifbar ist. Die Greifelemente 15 werden insbesondere durch Kontakt mit dem Kugelelement 2 auseinanderverschwenkt, wobei über eine Federung der Greifer 17 die Greifelemente 15 für ein Hintergreifen des Kugelelements 2 rückverschwenkbar sind.
In einem zweiten Verfahrensschritt V2 wird die Greifeinrichtung 32 mit dem hintergriffenen Kugelelement 2 in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 gezogen. Durch Ziehen der Greifeinrichtung 32 in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 werden die Greifer 17 vollständig und die Greifelemente 15 zumindest bereichsweise in den Lauf 5 hineingezogen. Bei dem in dem Lauf 5 angeordneten Zustand der Greifer 17 wird ein Auseinanderverschwenken der Greifer 17 unterbunden, wodurch ein Lösen des Kugelelements 2 von den Greifelementen 15 unterbunden wird. Beim Ziehen des Kugelelements 2 mittels der Greifeinrichtung 32 in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 der Prüfvorrichtung 1 wird die Mündung 34 des Laufs 5 und somit die Rückhalteeinrichtung 35 mit dem Prüfelement 3 in Anlage gebracht. Durch das Anlegen der Rückhalteeinrichtung 35 an das Prüfelement 3 kann das Prüfelement 3 beim Ziehen des Kugelelements 2 mittels der Greifeinrichtung 32 in der Bewegungsrichtung 33 rückgehalten werden.
In einem dritten Verfahrensschritt V3 wird mittels der Greifeinrichtung 32 das Kugelelement 2 vollständig in den Lauf 5 in der Bewegungsrichtung 33 hineingezogen, während mittels der Rückhalteeinrichtung 35 das Prüfelement 3 rückgehalten wird. Hierdurch wird die Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 mit einander diametral entgegengesetzten Kräften beaufschlagt. Insbesondere wird mittels der Greifeinrichtung 32 das Kugelelement 2 zumindest solange und so weit in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 hineinbewegt, bis die Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 versagt. Somit wird mittels der Prüfvorrichtung 1 das Kugelelement 2 von dem Prüfelement 3 abgelöst. Hierbei wird mittels der Kraftmesseinrichtung 14 der Kraftverlauf der in der Prüfvorrichtung 1 durch die Kraftbeaufschlagung der Verbindung resultierenden Kraft von dem Greifen des Kugelelements 2 mittels der Greifeinrichtung 32 bis zu dem Lösen der Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 aufgezeichnet. Über den aufgezeichneten Kraftverlauf ist eine Verbindungseigenschaft der Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 überprüfbar.
In einem vierten Verfahrensschritt V4 wird das Kugelelement 2 mittels der Greifeinrichtung 32 in der Bewegungsrichtung 33 weiter in den Lauf 5 hineingezogen bis das Kugelelement 2 in Kontakt mit dem Druckstift 18 kommt und mittels des Druckstifts 18 aus der Greifeinrichtung 32 gelöst wird. Vorliegend ist, wie in den dem ersten Verfahrensschritt V1 bis zum dritten Verfahrensschritt V3 zugeordneten Figuren erkannt werden kann, der Druckstift 18 mittels der Greifer 17 der Greifeinrichtung 32 gehalten. Die Greifeinrichtung 32 wird im vierten Verfahrensschritt V4 solange in der Bewegungsrichtung 33 relativ zu dem Lauf 5 bewegt, bis der Druckstift 18 gegen einen Anschlag stößt und durch Kontakt mit dem Anschlag relativ zu den Greifern 17 entlang der Bewegungsrichtung 33 bewegt wird. Durch das Bewegen des Druckstifts 18 relativ zu den Greifern 17 wird das von den Greifelementen 15 gehaltene Kugelelement 2 entgegen der Bewegungsrichtung 33 aus den Greifelementen 15 weggedrückt. Somit ist mittels des Druckstifts 18 das Kugelelement 2 nach dessen Ablösen von dem Prüfelement 3 von den Greifelementen 15 und somit der Greifeinrichtung 32 lösbar. Insbesondere kann die Prüfvorrichtung 1 entlang der Bewegungsrichtung 33 über einen Behälter angeordnet werden, wodurch das von dem Prüfelement 3 abgelöste Kugelelement 2 bei dessen Lösen aus der Greifeinrichtung 32 aus der Prüfvorrichtung 1 heraus in den Behälter abgelegt kann.
Nach dem Lösen des Kugelelements 2 aus der Greifeinrichtung 32 der Prüfvorrichtung 1 in dem vierten Verfahrensschritt V4 kann mittels der Prüfvorrichtung 1 in einem weiteren ersten Verfahrensschritt V1 ein weiteres Kugelelement gegriffen werden, um eine Verbindung des weiteren Kugelelements mit dem Prüfelement 3 oder einem weiteren Prüfelement zu überprüfen.
Um ein Beschädigen der Prüfvorrichtung 1 und gegebenenfalls zusätzlich des Prüfelements 3 und/oder des Kugelelements 2 vermeiden zu können, ist die Federeinrichtung 30 vorgesehen, mittels welcher die Greifeinrichtung 32 und die Rückhalteeinrichtung 35 gemeinsam gegen die Adaptereinrichtung 31 abgefedert sind. Über die Federeinrichtung 30 ist somit die Greifeinrichtung 32 bei einem Anlegen der Greifeinrichtung 32 an das Kugelelement 2 und/oder an das Prüfelement 3 gegen die Adaptereinrichtung 31 abfederbar.
In 4 ist die an der Robotereinrichtung 4 aufgenommene Prüfvorrichtung 1 in ihrem an das Prüfelement 3 angelegten Zustand gezeigt.
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip der Prüfvorrichtung 1 nochmals kurz zusammengefasst. Die Prüfvorrichtung 1 wird über die Adaptereinrichtung 31 an der Robotereinrichtung 4, bei welches es sich vorliegend um einen Industrieroboter handelt, montiert. Über die Kopplung 27 kann die Prüfvorrichtung 1 mit einem separaten Antriebsmodul wie dem Servomotor verbunden werden. Das Antriebsmodul ist dazu eingerichtet, Drehwinkel mit einer bestimmten Drehzahl in vorprogrammierten Stufen zu gewährleisten. Insbesondere kann das Antriebsmodul eine automatisierte Schraubspindel umfassen. Ein Testzyklus beginnt beim ersten Verfahrensschritt V1. Hierbei wird die gesamte Prüfvorrichtung 1 mittels der Robotereinrichtung 4 auf das Kugelelement 2 und das Prüfelement 3 zubewegt. Bei einem Kontakt der als Wendeschneidplatten ausgebildeten Greifelemente 15 mit dem Kugelelement 2 werden die Greifer 17 durch die Federung der vier Greifer 17 auseinander verschwenkt. Hierdurch kann das Kugelelement 2 mittels der vier Wendeschneidplatten gegriffen werden. Um Spannung in der Federeinrichtung 30 aufzubauen, kann die Prüfvorrichtung 1 mittels der Robotereinrichtung 4 weiter entgegen der Bewegungsrichtung 33 auf das Prüfelement 3 zubewegt werden.
Mittels der Gewindespindel 22 wird im zweiten Verfahrensschritt V2 die Greifeinrichtung 32 in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 gezogen, wodurch Zugkraft auf das Kugelelement 2 ausgeübt wird. Mittels der Greifeinrichtung 32 wird das Kugelelement 2 in der Bewegungsrichtung 33 zu der Adaptereinrichtung 31 hin gezogen, während die Rückhalteeinrichtung 35 eine in der Rückhalterichtung und damit entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 33 wirkende Gegenkraft auf das Prüfelement 3 aufbaut. Die Gegenkraft kann von den drei Kraftmessdosen 7 der Kraftmesseinrichtung 14 aufgenommen werden und mittels eines digitalen Messverstärkers verstärkt und anschließend in einem Datenerfassungssystem gespeichert werden. Die Zugkraft wird auf das Kugelelement 2 aufgebracht, bis die Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 versagt. Nach dem Versagen der Verbindung des Kugelelements 2 mit dem Prüfelement 3 wird mittels der Robotereinrichtung 4 die Prüfvorrichtung 1 zu dem Behälter, insbesondere über den Behälter bewegt. Anschließend werden die Greifer 17 weiter in der Bewegungsrichtung 33 in den Lauf 5 hineingezogen, bis der Druckstift 18 mit dem von der Gewindespindel 22 bereitgestellten Anschlag kontaktiert ist. Durch das Anschlagen des Druckstifts 18 an die Gewindespindel 22 drückt der Druckstift 18 gegen das Kugelelement 2. Durch das Drücken des Druckstifts 18 auf das Kugelelement 2 wird das Kugelelement 2 von den Greifelementen 15 gelöst. Hierbei können die Greifelemente 15 für ein Lösen des Kugelelements 2 auseinandergedrückt werden. Durch das Lösen des Kugelelements 2 von den Greifelementen 15 wird das Kugelelement 2 von der Prüfvorrichtung 1 abgelassen.
Insgesamt zeigt die Erfindung wie ein Prüfadapter, vorliegend die Prüfvorrichtung 1, für ein automatisiertes Zugprüfen von Kugeln, vorliegend des Kugelelements 2, bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Prüfvorrichtung
2: Kugelelement
3: Prüfelement
4: Robotereinrichtung
5: Lauf
6: Kraftübertragungsblock
7: Kraftmessdose
8: Kraftaufnehmergrundplatte
9: Anbindungsschraube
10: Gehäuse
11: Kugellagergehäuse
12: Übergangsplatte
13: erstes Gleitlager
14: Kraftmesseinrichtung
15: Greifelement
16: zweites Gleitlager
17: Greifer
18: Druckstift
19: Führung
20: Nutstein
21: Spindelmutter
22: Gewindespindel
23: Trennring
24: Axiallager
25: erstes Schrägkugellager
26: zweites Schrägkugellager
27: Kopplung
28: Führung
29: Druckfeder
30: Federeinrichtung
31: Adaptereinrichtung
32: Greifeinrichtung
33: Bewegungsrichtung
34: Mündung
35: Rückhalteeinrichtung
V1-V4: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1730487 B1 [0002]

Claims

Prüfvorrichtung (1) für ein an einem Prüfelement (3) befestigtes Überprüfungselement (2), mit einer Greifeinrichtung (32), mittels welcher das Überprüfungselement (2) greifbar ist, mit einer Rückhalteeinrichtung (35), mittels welcher das Prüfelement (3) in einer Rückhalterichtung (35) rückhaltbar ist und relativ zu welcher die Greifeinrichtung (32) in einer zur Rüchalterichtung (35) entgegengesetzten Bewegungsrichtung (33) bewegbar ist, und mit einer Kraftmesseinrichtung (14), mittels welcher eine in der Prüfvorrichtung (1) bei einem Bewegen der Greifeinrichtung (32) relativ zu der Rückhalteeinrichtung (35) resultierende Kraft ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (32) innerhalb eines die Rückhalteeinrichtung (35) bereitstellenden Laufs (5) der Prüfvorrichtung (1) entlang der Bewegungsrichtung (33) führbar ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (35) durch eine Mündung (34) des Laufs (5) bereitgestellt wird, welche an das Prüfelement (3) anlegbar ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (32) mehrere Greifelemente (17) umfasst, welche für ein Greifen des Überprüfungselements (2) außenseitig an das Überprüfungselement (2) anlegbar sind.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Greifelemente (15) als Wendeschneidplatte ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (15) bei deren Anordnung außerhalb des Laufs (5) in Kontakt mit dem Überprüfungselement (2) schräg zur Bewegungsrichtung (33) voneinander wegfedernd ausgebildet sind, wodurch mittels der Greifelemente (15) das Überprüfungselement (2) hintergreifbar ist, und die Greifelemente (15) bei deren Anordnung innerhalb des Laufs (5) zueinander fixiert sind.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Adaptereinrichtung (31), über welche die Prüfvorrichtung (1) von einer Robotereinrichtung (4) aufnehmbar ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Federeinrichtung (30), mittels welcher die Greifeinrichtung (32) und die Rückhalteeinrichtung (35) gemeinsam gegen ein Grundelement abgefedert sind.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Druckstift (18), auf welchen das Überprüfungselement (2) mittels der Greifeinrichtung (32) in der Bewegungsrichtung (33) zubewegbar ist, wodurch das Überprüfungselement (2) von der Greifeinrichtung (32) durch Kontakt mit dem Druckstift (18) lösbar ist.
Verfahren zum Prüfen eines an einem Prüfelement (3) befestigten Überprüfungselements (2) mittels einer Prüfvorrichtung (1), bei welchem mittels einer Greifeinrichtung (32) der Prüfvorrichtung (1) das Überprüfungselement (2) gegriffen wird, die Greifeinrichtung (32) relativ zu einer Rückhalteeinrichtung (35) der Prüfvorrichtung (1) in einer Bewegungsrichtung (33) bewegt wird, mittels der Rückhalteeinrichtung (35) das Prüfelement (3) in einer zur Bewegungsrichtung (33) entgegengesetzten Rückhalterichtung (35) rückgehalten wird und mittels einer Kraftmesseinrichtung (14) der Prüfvorrichtung (1) eine in der Prüfvorrichtung (1) bei einem Bewegen der Greifeinrichtung (32) relativ zu der Rückhalteeinrichtung (35) resultierende Kraft ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (32) innerhalb eines die Rückhalteeinrichtung (35) bereitstellenden Laufs (5) der Prüfvorrichtung (1) entlang der Bewegungsrichtung (33) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Greifeinrichtung (32) das Überprüfungselement (2) in der Bewegungsrichtung (33) gezogen wird, bis sich das Überprüfungselement (2) von dem Prüfelement (3) löst, und mittels der Kraftmesseinrichtung (14) ein Kraftverlauf zumindest von dem Greifen des Überprüfungselements (2) bis zu dem Lösen des Überprüfungselements (2) von dem Prüfelement (3) aufgezeichnet wird.