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Die Erfindung betrifft eine Stopfensetzeinrichtung, ein Stopfensetzwerkzeug und ein Stopfensetzverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff der selbstständigen Ansprüche.
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Ein solches robotergeeignetes Stopfensetzwerkzeug ist aus der
EP 2 987 593 A1 bekannt. Es weist ein Stopfenmagazin und einen Ausstosser auf. Das in Stopfensetzrichtung frontseitig offene Stopfenmagazin nimmt eine Stopfenreihe aus mehreren in Stopfensetzrichtung ausgerichteten und hintereinander angeordneten Stopfen auf. Der Ausstosser ist mit einem eigenen Spindelantrieb versehen und wird am Stopfenmagazin montiert. Der Spindelantrieb bewegt den Ausstosser in das Stopfenmagazin hinein und schiebt die Stopfenreihe nach und nach aus. Das Stopfenmagazin kann mit der Roboterhand eines Roboters starr verbunden werden.
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Die
DE 20 2015 102 826 U1 zeigt ein Stopfensetzwerkzeug mit einem gestellfesten Stopfenmagazin und einer Setzeinheit mit einer Dreheinrichtung und daran montierten zwei Ausstossern und zwei jeweils auf einem Ausstosser axial beweglich gelagerten Stopfenköchern auf, wobei die Stopfenköcher jeweils einen einzelnen Stopfen vom Stopfenmagazin übernehmen und am Werkstück setzen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Stopfensetztechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den selbstständigen Ansprüchen.
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Die beanspruchte Stopfensetztechnik, d.h. das Stopfensetzwerkzeug, die Stopfensetzeinrichtung und das Stopfensetzverfahren, haben verschiedene Vorteile.
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Das beanspruchte Stopfensetzwerkzeug umfasst einen stationär am Gestell angeordneten, abgestützten und befestigten Ausstosser. Der beim Eingangs genannten Stand der Technik erforderliche separate Antrieb für den Ausstosser ist entbehrlich. Für eine zum Austreiben und Setzen des frontseitig vordersten Stopfens vorhandene Relativbewegung zwischen dem Stopfenmagazin und dem Ausstosser kann durch eine Ausweichbewegung des Stopfenmagazins erfolgen. Dabei wird auch der nächstfolgende Stopfen in der Stopfenreihe setzgerecht am Frontende des Stopfenmagazins positioniert. Das Setzen der einzelnen Stopfen erfolgt direkt aus dem Stopfenmagazin heraus. Der Ausstosser wirkt am rückwärtigen Ende der magazinierten Stopfenreihe ein.
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Die beanspruchte Stopfensetztechnik ermöglicht es, die zum Austreiben und Setzen des Stopfens erforderlichen Antriebs- und Stellbewegungen durch einen Roboter ausführen zu lassen, der das Stopfensetzwerkzeug hält und führt. Der Roboter kann das Stopfensetzmgazin und den dortigen vordersten Stopfen am Werkstück und an einer Werkstücköffnung positionieren und kann dann auch den Setzhub in Stopfensetzrichtung ausführen. Diese aneinander anschließenden und aufeinander abgestimmten sowie gleichgerichteten Bewegungen können von einem Roboter besser und zuverlässiger als beim Stand der Technik ausgeführt werden. Die Steuerbarkeit und Regelbarkeit der Bewegungen ist besser und genauer. Es gibt auch bessere Möglichkeiten zur Erfassung und Überwachung des Setzvorgangs mittels einer geeigneten Sensorik.
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Das beanspruchte Stopfensetzwerkzeug weist ein Gestell auf, an dem das Stopfenmagazin mittels einer Lagerung entlang der Stopfensetzrichtung ausweichfähig gelagert ist. Das Stopfenmagazin wird dabei mit einem steuerbaren Arretiermittel am Gestell temporär arretiert. Der Ausstosser ist in der erwähnten Weise stationär am Gestell angeordnet. Die Arretierung des Stopfenmagazins kann beim Transport und bei der Zustellung sowie Positionierung des Stopfensetzwerkzeugs am Werkstück erfolgen. Bei einem arretierten Stopfenmagazin ist der Tool-Center-Point (TCP) exakt definierbar, z.B. an dem in Stopfenetzrichtung vorderen Ende des Stopfenmagazins. Hierüber kann der Roboter das Stopfensetzwerkzeug exakt am Werkstück und an der Werkstücköffnung positionieren. Er kann auch bedarfsweise die Werkstücköffnung suchen.
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Das Arretiermittel wird erst am Ende oder nach der Positionierung geöffnet und ermöglicht die besagte Ausweichbewegung des Stopfenmagazins. Dieses stützt sich bei einem Setzhub mit seinem Frontende am Werkstück ab und führt gegenüber dem in Stopfensetzrichtung bewegten Ausstosser eine entgegengesetzte Ausweichbewegung aus. Dies hat den Vorteil, dass der Setzhub durch den Roboter exakt und ohne negative Beeinflussung durch das Stopfenmagazin ausgeführt werden kann. Wenn der Stopfen gesetzt ist, wird das Stopfenmagazin wieder arretiert. Das Arretieren erfolgt in einer nach dem Ausweichen vom Stopfenmagazin eingenommenen Arretierposition.
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Das Stopfenmagazin bewegt sich bei den aufeinander folgenden Ausweichbewegungen schrittweise relativ zum Gestell des Stopfensetzwerkzeugs. Die Schrittweite entspricht der Stopfendicke. Dementsprechend wandern die Arretierpositionen des Stopfenmagazins entgegen der Stopfensetzrichtung am Gestell. Die damit einhergehende Veränderung des TCP kann erfasst und in der Steuerung des Roboters nachgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stopfenmgazin gegen einen Rücksteller ausweichfähig. Der Rücksteller ist vorzugsweise federelastisch und wirkt auf das Stopfenmagazin in Stopfensetzrichtung. Bei geschlossenem Arretiermittel ist auch der Rücksteller blockiert. Der Rücksteller kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, z.B. als Feder, insbesondere als Schraubendruckfeder. Der Rücksteller kann konzentrisch zur Stopfensetzrichtung angeordnet sein.
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Die Stopfensetzrichtung ist bevorzugt zugleich die Wirk- oder Prozessachse des Stopfensetzwerkzeugs und die zentrale Achse der Stopfenreihe, des Stopfenmagazins und des Ausstossers. Die Stopfensetzrichtung und die Setzbewegung sowie Ausweichbewegung sind bevorzugt linear und gerade. Alternativ ist eine gebogene Form möglich.
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Das steuerbare Arretiermittel für die temporäre Arretierung des beweglichen Stopfenmagazins am Gestell kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Arretiermittel als Spanneinrichtung ausgebildet. Diese ermöglicht eine beliebige und stufenlose Veränderung der Ausweich- und Arretierpositionen. Die Spanneinrichtung kann bewegliche Spannbacken und einen steuerbaren Aktor für deren Betätigung aufweisen. Der Aktor kann am Gestell angeordnet sein. Die Zuordnung kann auch umgekehrt sein. Daneben gibt es andere konstruktive Ausbildungsmöglichkeiten für das Arretiermittel.
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Das Stopfenmagazin kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Es nimmt eine oder mehrere Stopfenreihen der genannten Art auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stopfenmgazin mehrteilig ausgebildet. Ein Magazinteil kann dabei als Kartusche oder Behälter zur Aufnahme von mindestens einer Stopfenreihe ausgebildet sein. Ein anderes Magazinteil kann als Kartuschenhalter gestaltet sein. Die Magazinteile können aneinander axial abgestützt und lösbar miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht einen einfachen Austausch der Kartusche zum Nachbefüllen des Stopfenmagazins.
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Das Stopfenmagazin ist beweglich und ausweichfähig am Gestell gelagert. Die Lagerung weist eine Führung mit zusammenwirkenden, gestellseitigen und magazinseitigen Führungsteilen auf. Diese sind in Stopfensetzrichtung ausgerichtet. Die Führungsteile sind als Führungsschiene und als Schlitten ausgestaltet.
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Der Ausstosser kann ebenfalls in unterschiedlicher Weise konstruktiv ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung weist er ein Druckelement auf, das stationär am Gestell angeordnet und in Stopfensetzrichtung ausgerichtet ist. Der Ausstoßer kann am rückwärtigen Ende der magazinierten Stoßenreihe einwirken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Ausstoßer, insbesondere das Druckelement, durch eine rückwärtige Eintrittsöffnung in das Stopfenmagazin eintauchen und kann am letzten Stopfen in der Stopfenreihe anliegen. In einer Ausführung kann der Rücksteller konzentrisch zum Ausstoßer und insbesondere zum Druckelement angeordnet und ausgerichtet sein. Ein z.B. als Schraubenfeder ausgebildeter Rücksteller kann den Ausstoßer umfangseitig umschließen. Dazwischen kann sich eine Hülse befinden. Diese kann stationär am Gestell angeordnet sein.
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Das Stopfensetzwerkzeug kann eine Sensorik zur Erfassung von physikalischen Parametern und ggf. von deren Verlauf über der Zeit aufweisen, die für den Setzvorgang bedeutsam sind. Dies können insbesondere Kraft und/oder Weg und ggf. deren zeitlicher Verlauf beim Setzen eines Stopfens sein.
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Von den relevanten Parametern können alle oder ein Teil mit der werkzeugseitigen Sensorik erfasst werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die beim Setzen eines Stopfens wirkende Kraft in Stopfensetzrichtung und ggf. deren zeitlicher Verlauf erfasst, z.B. durch einen Kraftsensor am Ausstoßer, insbesondere am Druckelement. Eine Krafterfassung ist sowohl beim Ausstoßen und Setzen eines Stopfens, als auch beim Positionieren des nächstfolgenden Stopfens im Stopfenmagazin von Vorteil.
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Für eine Wegerfassung ist es vorteilhaft, den Roboter und dessen ohnehin vorhandene Weg- und Positionserfassung über die Robotersteuerung heranzuziehen. Dies ermöglicht eine besonders genaue, einfache und kostenarme Parametererfassung.
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Das Arretiermittel des Stopfensetzwerkzeugs kann in unterschiedlicher Weise gesteuert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Roboter das Arretiermittel steuern. Die werkzeugeigene Sensorik kann ebenfalls mit der Steuerung verbunden sein. Der Aktor kann hierfür mit der Robotersteuerung verbunden sein. Alternativ kann das Arretiermittel eine eigene Steuerung aufweisen.
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Der zum Führen des Stopfensetzwerkzeugs eingesetzte Roboter kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Er kann in einer Variante als positionsgesteuerter Roboter ausgestaltet sein, der vorprogrammierte Positionen exakt anfährt. In einer anderen Ausgestaltung kann der Roboter als positionsgesteuerter sowie taktiler Roboter ausgebildet sein, der kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen mit einer dortigen Kraft- oder Momentenerfassung aufweist. Ferner sind Varianten dieser Robotergestaltungen möglich, z.B. durch eine kraftaufnehmende Sensorik zwischen dem Stopfensetzwerkzeug und dem Roboter, insbesondere der Roboterhand.
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Der Roboter ist programmierbar und weist zwei oder mehr, vorzugsweise vier oder mehr, getrennt steuerbare und angetriebene Roboterachsen auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat der Roboter fünf, sechs oder mehr Roboterachsen, wobei auch eine zusätzliche Fahrachse vorhanden sein kann. Die Roboterachsen können translatorische oder rotatorische Achsen in beliebiger Zahl und beliebiger Kombination sein. In einer vorteilhaften Gestaltung ist der Roboter als fünf- oder sechsachsiger Knickarmroboter mit rotatorischen Roboterachsen ausgebildet.
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Bei dem beanspruchten Stopfensetzverfahren kann der Roboter das angebaute Stopfensetzwerkzeug mit arretiertem Stopfenmagazin am Werkstück und an dessen Werkstücköffnung mit Kontakt positionieren. Hierbei kann eventuell ein taktiler Suchvorgang durchgeführt werden. Nach erfolgter Positionierung wird die Arretierung des Stopfenmagazins gelöst und der Roboter bewegt das Stopfsetzwerkzeug mit einem Setzhub in Stopfensetzrichtung. Hierbei stützt sich das Stopfenmagazin in der erwähnten Weise am Werkstück ab und weicht entgegen der Stopfensetzrichtung aus, wobei der mit dem Stopfensetzwerkzeug und dem Gestell mitgeführte Ausstoßer den vordersten Stopfen aus dem Stopfenmagazin heraus und in die Werkstücköffnung eintreibt. Der Setzhub kann in der erwähnten Weise über die relevanten Parameter, insbesondere Kraft und/oder Weg, und ggf. deren zeitlichem Verlauf gesteuert und geregelt werden. Wenn der Roboter den vorgesehenen Setzweg ausführt und der bevorzugt am Stopfensetzwerkzeug angeordnete Kraftsensor den beim Stopfensetzen erwarteten Kraftverlauf über dem Weg und ggf. der Zeit erfasst, ist der Stopfensetzvorgang in Ordnung. Bei entsprechender Ausgestaltung des Stopfens und des Stopfenmagazins kann nach dem Setzen auch ein Zugversuch stattfinden, um den korrekten Stopfensitz zusätzlich zu überprüfen.
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Nach dem Setzen des Stopfens wird das ausgewichene Stopfenmagazin arretiert. Es ist dabei unter Einwirkung des Rückstellers noch in Kontakt mit dem Werkstück. Das Arretieren erfolgt im Bereich der Ausweichposition des Stopfenmagazins.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Roboter nach dem Setzen eines Stopfens in bestehender Kontaktlage am Werkstück bei geöffnetem Arretiermittel einen Entlastungshub gegen die Stopfensetzrichtung und anschließend einen Stellhub in Stopfensetzrichtung durchführen. Beim Stellhub kann der nun in der Stopfenreihe vorderste Stopfen exakt und unter Einwirkung des Rückstellers an der frontseitigen Auslassöffnung des Stopfenmagazins positioniert werden. Hierbei kann die Kraft und ggf. deren Verlauf erfasst werden.
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Während des Entlastungs- und Stellhubs kann das Arretiermittel offen sein und wird erst am Ende des Stellhubs geschlossen. Dieses Vorgehen ermöglicht eine exakte und reproduzierbare Positionierung des jeweils vordersten Stopfens in der Stopfenreihe. Dies kann unabhängig vom vorherigen Austreibvorgang und Setzvorgang mit dem vorigen Stopfen erfolgen. Außerdem können etwaige Stopfentoleranzen kompensiert werden. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft zur exakten Erfassung des veränderten TCPs.
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In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
- 1: Eine abgebrochene Seitenansicht einer Stopfensetzeinrichtung mit einem programmierbaren Roboter und einem robotergeführten Stopfensetzwerkzeug sowie einem Werkstück;
- 2 und 3: eine abgebrochene Darstellung des Stopfensetzwerkzeugs, des Werkstücks und eines Roboterteils in verschiedenen Stellungen beim Stopfensetzen;
- 4: eine perspektivische Ansicht des Stopfensetzwerkzeugs;
- 5: eine Draufsicht der Anordnung von 4 und
- 6: einen Längsschnitt durch das Stopfensetzwerkzeug gemäß Schnittlinie VI-VI von 4.
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Die Erfindung betrifft ein Stopfensetzwerkzeug (1), ein Stopfensetzverfahren und eine Stopfensetzeinrichtung (2). Diese dienen zum Setzen von Stopfen (3) an Werkstücköffnungen (7) eines Werkstücks (6).
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Die Stopfensetzeinrichtung (2) umfasst das Stopfensetzwerkzeug (1) und einen bevorzugt mehrachsigen programmierbaren Roboter (30). Bei der in 1 beispielhaft gezeigten Ausführung hat der Roboter (30) fünf oder sechs rotatorische und angetriebene Roboterachsen. Der Roboter (30) hat an der Abtriebsseite eine mehrachsige Roboterhand (31), die bevorzugt drei rotatorische Achsen aufweist. An der Roboterhand (31) ist das Stopfensetzwerkzeug (1) mittels eines Roboteranschlusses (28) lösbar befestigt.
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Der Roboter (30) ist z.B. als positionsgesteuerter und taktiler Roboter ausgebildet, der an seinen angetriebenen Roboterachsen eine Kraft- oder Momentenerfassung aufweist. Der Roboter (30) umfasst eine nicht dargestellte Robotersteuerung. Die Positionen und Bewegungen des Roboters (30) können von der Robotersteuerung erfasst werden. Sie können für eine Wegerfassung und zur Steuerung sowie ggf. Regelung des Setzvorgangs und der Setzbewegungen benutzt werden.
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Das Stopfensetzwerkzeug (1) ist in 4 bis 6 dargestellt. Es weist ein Gestell (8) mit dem Roboteranschluss (28) und mit einem stationär am Gestell (8) angeordneten, abgestützten und befestigten Ausstoßer (13) auf. Dieser kann z.B. an einem quer gerichteten Gestellansatz (25) montiert sein. Der Ausstoßer (13) wird bei den vom Roboter (30) induzierten Bewegungen des Stopfensetzwerkzeug (1) mitgeführt.
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Das Stopfensetzwerkzeug (1) umfasst ferner ein relativ zum Ausstoßer (13) bewegliches Stopfenmagazin (9), einen Rücksteller (11) und ein Arretiermittel (12), wobei letztere auf das Stopfenmagazin (9) einwirken. Das bevorzugt rohrartige Stopfenmagazin (9) nimmt im hohlen Innenraum eine Stopfenreihe (4) aus mehreren axial hintereinander aufgereihten Stopfen (3) auf. Das Setzen der einzelnen Stopfen (3) erfolgt direkt aus dem Stopfenmagazin (9) heraus. Der z.B. stangenartige Ausstoßer (13) wirkt am rückwärtigen Ende der magazinierten Stopfenreihe (4) ein.
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Das Stopfenmagazin (9) ist am Gestell (8) mittels einer Lagerung (10) beweglich und ausweichfähig entlang einer Stopfensetzrichtung (5) gelagert. Die Stopfensetzrichtung (5) hat eine bevorzugt lineare und gerade Erstreckung und bildet zugleich die Zentralachse des Stopfenmagazins (9) und des Ausstoßers (13).
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Die Lagerung (10) weist eine Führung (20) auf, die das Stopfenmagazin (9) entlang der Stopfensetzrichtung (5) linear führt und dabei Querkräfte sowie Momente aufnimmt. Die Führung (20) ist als Schlittenführung ausgebildet und weist ein schienenartiges, langes Führungsteil (21) am Stopfenmagazin (9) und ein kürzeres und schlittenartiges Führungsteil (22) am Gestell (8) auf.
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Das Stopfenmagazin (9) führt beim nachfolgend beschriebenen Setzen eines Stopfens (3) eine Ausweichbewegung entlang und entgegen der zu einem Werkstück (6) gerichteten Stopfensetzrichtung (5) aus. Das schienenartige Führungsteil (21) kann dabei nach hinten aus dem Gestell (8) über eine Öffnung im Gestell (8) hinausragen. 6 zeigt mit durchgezogenen Strichen die Ausgangsstellung des vollen Stopfenmagazins (9) und in gestrichelter Darstellung die hinterste Ausweichposition des leeren Stopfenmagazins (9).
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Der Rücksteller (11) wirkt auf das Stopfenmagazin (9) in Stopfensetzrichtung (5) ein. Die Ausweichbewegung wird gegen die Wirkung des Rückstellers (11) ausgeführt. Der Rücksteller (11) ist z.B. als mechanische oder fluidische Feder ausgebildet. In den Zeichnungen ist eine Ausführung als Schraubendruckfeder gezeigt, die konzentrisch zur Stopfensetzrichtung (5) bzw. zur Längsachse angeordnet ist und die den stangenartigen Ausstosser (13) umfangseitig umgibt.
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Die Feder (11) ist gemäß 6 an ihrem einen in Stopfensetzrichtung (5) rückwärtigen Ende am Gestell (8), insbesondere am Gestellansatz (25), und am anderen vorderen Ende an einer bundartigen Abstützung (18) im Stopfenmagazin (9) abgestützt. Die Abstützung (18) ist in einem hohlen rückwärtigen Abschnitt des Stopfenmagazins (9) mit axialem Abstand von einer hinteren Einlassöffnung (19) angeordnet.
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Das Stopfenmagazin (9) kann einteilig oder mehrteilig sein. In der gezeigten Ausführungsform besteht es aus zwei Magazinteilen (16,17), die sich axial aneinander abstützen und lösbar miteinander verbunden sind. Die Magazinteile (16,17) sind rohrartig ausgebildet und konzentrisch zur Längsachse (5) angeordnet. Das eine Magazinteil (16) ist als Kartusche ausgebildet und nimmt im Innenraum die besagte Stopfenreihe (4) auf. Das andere Magazinteil (17) ist als Kartuschenhalter ausgebildet, in den die Kartusche (16) frontseitig eingesteckt und an der bundartigen Abstützung (18) axial abgestützt sein kann. Die Kartusche (16) kann dabei lösbar, z.B. über eine Klemmverbindung, am Kartuschenhalter fixiert sein.
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Das Stopfenmagazin (9) weist an seiner in Stopfensetzrichtung (5) vorn liegenden Frontseite eine Auslassöffnung (15) für den dort positionierten vordersten Stopfen (3) in der Stopfenreihe (4) auf. Die Auslassöffnung (15) ist an dem rohrartigen Magazinteil (16) ausgebildet und weist innnseitig einen Rückhalter (15') auf, an dem der vorderste Stopfen (3) am Rand axial anschlägt. Der Rückhalter (15') wird z.B. von ein oder mehreren einwärts gerichteten und ggf. ringartig verteilten Vorsprüngen gebildet. Die Stirnseite des Stopfenmagazins (9) bzw. des Magazinteils (16) umgibt umfangseitig die Auslassöffnung (15) und bildet eine frontseitige plane Anlagefläche für den nachfolgend beschriebenen Anlage- und Stützkontakt an einem Werkstück (6) .
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Die Stopfen (3) sind z.B. kappenartig und biegeelastisch ausgebildet. Sie können unter Wirkung des Ausstoßers (13) aus dem Stopfenmagazin (9), insbesondere dem Magazinteil (16), bei Anlegen einer erhöhten Ausstoßkraft ausgetrieben werden, wobei sich der Stopfenrand biegeelastisch verformt.
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Das Stopfenmagazin (9) bzw. seine Magazinteile (16,17) sind an der vorderen und hinteren Stirnseite offen. Der Ausstosser (13) kann durch die hintere Einlassöffnung (19) in das Stopfenmagazin (9) axial eintauchen und am rückwärtigen Bereich der Stopfenreihe (4) anliegen und einwirken.
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Der Ausstosser (13) umfasst in der gezeigten Ausführungsform ein stangen- oder rohrartiges Druckelement (23), welches entlang der Stopfensetzrichtung (5) ausgerichtet ist. Das Druckelement (23) ist an der Rückseite am Gestell (8) abgestützt und liegt mit seiner Vorderseite am hintersten Stopfen (3) der Stopfenreihe (4) an. Das bevorzugt gerade Druckelement (23) ist am Umfang z.B. von einer rohrartigen Hülse (24) konzentrisch umgeben. Die Feder (11) umgibt wiederum außenseitig das Druckelement (23) und die Hülse (24). Die Hülse (24) ist mit ihrer Rückseite am Gestell (8), insbesondere am Gestellansatz (25) abgestützt und fixiert.
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Das Stopfensetzwerkzeug (1) weist eine eigene Sensorik (14) auf. Diese kann ein oder mehrere Sensoren zum Erfassen von setzrelevanten physikalischen Parametern aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Sensor (29) als Kraftsensor ausgebildet. Er ist am hinteren Ende des Ausstoßers (13) angeordnet und befindet sich z.B. zwischen dem Druckelement (23) und dem Gehäuseansatz (25).
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Das Arretiermittel (12) wirkt mit dem beweglich gelagerten Stopfenmagazin (9) zusammen und kann dieses bedarfsweise relativ zum Gestell (8) arretieren. In der gezeigten Ausführungsform ist das Arretiermittel (12) als Spanneinrichtung ausgebildet und weist einen am Gestell (8) befestigten steuerbaren Aktor (27) und zwei hiervon betätigbare Spannbacken (26) auf, die am Stopfenmagazin (9), insbesondere am Magazinteil (17), außenseitig klemmend und spannend angreifen können. Der Aktor (27) ist z.B. als elektrischer und steuerbarer Spannantrieb ausgebildet.
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Das Arretiermittel (12), insbesondere der Aktor (27) ist mit einer Steuerung verbunden. Die Sensorik (14), insbesondere der Sensor (29), kann ebenfalls mit dieser Steuerung signaltechnisch verbunden sein. Die Steuerung ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Es kann sich um eine eigene Steuerung des Stopfensetzwerkzeugs (1) handeln. Alternativ kann die Steuerung in der besagten Robotersteuerung hardwaremäßig und/oder softwaremäßig implementiert sein.
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1 bis 3 verdeutlichen einen Setzvorgang beim Setzen eines Stopfens (3) in einer Werkstücköffnung (7) an einem Werkstück (6). Hierbei können Wege und Kräfte über die Sensorik und ggf. die Robotersteuerung erfasst, ausgewertet und zur Steuerung bzw. Regelung des Setzvorgangs benutzt werden.
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1 zeigt die Ausgangsstellung, in welcher der Roboter (30) das Stopfensetzwerkzeug (1) mit seiner Längsachse und Stopfensetzrichtung (5) fluchtend zur Zentralachse der Werkstücköffnung (7) ausgerichtet hat. Das Stopfenmagazin (9) ist durch das geschlossene Arretiermittel (12) am Gestell (8) fixiert.
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Aus dieser Ausgangsstellung heraus erfolgt das Setzen des Stopfens (3). Hierfür wird zunächst das Stopfensetzwerkzeug (1) vom Roboter (30) am Werkstück (2) mit Kontakt positioniert. Das Arretiermittel (12) ist dabei geschlossen und das Stopfenmagazin (9) am Gestell (8) fixiert. Das Frontende des Stopfenmagazins (9) liegt mit Kontakt am Werkstück (6) im Bereich der Werkstücköffnung (7) an, wobei ein eventuell vorstehendes Ende des Stopfens (3) bereits ein Stück in die Werkstücköffnung (7) eingetaucht sein kann.
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Beim Positionieren kann der Roboter (30) das Stopfensetzwerkzeug (1) in eine vorprogrammierte Position bewegen. Er kann auch einen Suchvorgang zur Ermittlung der exakten Lage der Werkstücköffnung (7) und ggf. zum stückweisen Eintauchen des Stopfens (3) ausführen. Hierbei kann er z.B. mit seinen taktilen Eigenschaften und entsprechenden Suchbewegungen sowie Kraft- und Wegerfassung die Werkstücköffnung (7) suchen und die in 2 gezeigte Position einnehmen.
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3 verdeutlicht den nachfolgenden Setzschritt. Das Arretiermittel (12) ist gelöst, wobei der Roboter (30) mit dem Gestell (8) einen z.B. linearen Setzhub in Stopfensetzrichtung (5) ausführt. Hierbei drückt der Ausstosser (13) von hinten auf die Stopfenreihe (4) und schiebt den vordersten Stopfen (3) aus dem Stopfenmagazin (9) und drückt ihn in die Werkstücköffnung (7). Das Stopfenmagazin (9) stützt sich beim Setzhub frontseitig am Werkstück (6) ab, wobei eine axiale Relativbewegung zwischen Ausstosser (8) und Stopfenmagazin (9) ausgeführt wird. Diese Relativbewegung äußert sich in einer axialen Ausweichbewegung des Stopfenmagazins (9), welches sich relativ zum Gestell (8) entgegen der Stopfensetzrichtung (5) bewegt.
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Beim Vorschub der Stopfenreihe (4) und beim Austreiben sowie Setzen des vordersten Stopfens (3) wird auch der nächstfolgende Stopfen (3) vorwärtsbewegt und dann an der Auslassöffnung (15) und am Rückhalter (15') positioniert.
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Am Ende der Setzbewegung und bei Berührungskontakt von Stopfenmagazin (9) und Werkstück (6) wird das Arretiermittel (12) wieder geschlossen. Das Stopfenmagazin (9) wird dadurch in seiner beim Setzen eingenommenen Ausweichposition am Gestell (8) fixiert und für den nächsten Setzvorgang bereit gestellt.
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Dieses Arretieren des Stopfenmagazins (9) kann sofort am Ende des Setzvorgangs erfolgen. In einer anderen Ausführung kann der Roboter (30) nach dem Setzen des Stopfens (3) einen kleinen Entlastungshub entgegen der Stopfensetzrichtung (5) ausführen, wobei das Stopfenmagazin (9) unter Einwirkung des Rückstellers (11) noch in Stütz- und Berührungskontakt mit dem Werkstück (6) bleibt. Beim Entlastungshub kann der Ausstosser (13) von der Stopfenreihe (4) ein Stück entfernt werden. In einem nachfolgenden Stellhub in Stopfensetzrichtung (5) wird der Ausstosser (13) wieder in Kontakt mit der Stopfenreihe (4) gebracht, wobei deren vorderster Stopfen (3) an der Auslassöffnung (15) und am Vorsprung (15') exakt und z.B. mit einer vorgegebenen Kraft positioniert wird. Die Stellkraft kann mit dem Sensor (29) erfasst werden. Am Ende des Stellhubs wird das Arretiermittel (12) wieder gesteuert geschlossen.
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Durch die aufeinander folgenden und addierten Ausweichbewegungen beim Stopfensetzen ändert das Stopfenmagazin (9) seine Position relativ zum Gestell (8). Hierdurch ändert sich entgegen der Stopfensetzrichtung (5) auch die Lage des z.B. frontseitig am Stopfenmagazin (9) definierten TCPs. Die aktuelle Lage des TCPs wird in der Robotersteuerung entsprechend nachgeführt. Dies kann anhand fester Vorgabewerte erfolgen, wobei die Lageänderung der Dicke eines Stopfens (3) entspricht. Die Lageänderung kann auch über eine Wegerfassung des Roboters (30) detektiert und exakt bestimmt werden. Dies kann insbesondere beim vorgenannten Entlastungs- und Stellhub erfolgen.
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Nach dem Setzvorgang und der Korrektur des TCPs kann die Stopfensetzeinrichtung (2) den nächsten Stopfen (3) am Werkstück (6) in der vorbeschriebenen Weise setzen. In der Abfolge von Setzvorgängen wandert die Arretierposition des Stopfenmagazins (9) entsprechend der abnehmenden Stopfenreihenlänge immer weiter entgegen der Stopfensetzrichtung (5) nach hinten. In 6 sind die bei Leerung des Stopfenmagazins (9) eingenommenen Endpositionen des Magazinteils (17) und des Führungsteils (21) gestrichelt dargestellt.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind im Rahmen der Ansprüche in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsformen und Varianten miteinander kombiniert und ggf. vertauscht werden.
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In einer Variante kann der Ausstosser (13) seitlich neben der Stopfenreihe (4) angeordnet sein und durch einen Umfangsschlitz in das Stopfenmagazin eingreifen. Ferner kann das Stopfenmagazin (9) zwei oder mehr Stopfenreihe (4) nebeneinander aufnehmen, die z.B. mittels eines Schiebers oder Revolvers von einer Bereitschaftsstellung in die vorbeschriebene Setzstellung gebracht werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stopfensetzwerkzeug
- 2
- Stopfensetzeinrichtung
- 3
- Stopfen
- 4
- Stopfenreihe
- 5
- Stopfensetzrichtung, Achse
- 6
- Werkstück
- 7
- Werkstücköffnung
- 8
- Gestell
- 9
- Stopfenmagazin
- 10
- Lagerung
- 11
- Rücksteller, Feder
- 12
- Arretiermittel
- 13
- Ausstosser
- 14
- Sensorik
- 15
- Auslassöffnung
- 15'
- Rückhalter
- 16
- Magazinteil, Kartusche
- 17
- Magazinteil, Kartuschenhalter
- 18
- Abstützung
- 19
- Einlassöffnung
- 20
- Führung
- 21
- Führungsteil an Magazin
- 22
- Führungsteil an Gestell
- 23
- Druckelement
- 24
- Hülse
- 25
- Gestellansatz
- 26
- Spannbacke
- 27
- Aktor
- 28
- Roboteranschluss
- 29
- Sensor
- 30
- Roboter
- 31
- Roboterhand
