DE102021115389A1

DE102021115389A1 - Prozessanordnung zur Durchführung eines vollautomatischen Setzprozesses

Info

Publication number: DE102021115389A1
Application number: DE102021115389.1A
Authority: DE
Inventors: Norbert Hornbostel; Frank Wrede
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US20240173806A1; WO2022263062A1; EP4355524A1; CN117295581A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Durchführung eines vollautomatischen Setzprozesses, bei dem ein Setzgerät (17) ein Clipelement (7) in ein Bauteil-Vorloch (5) eintreibt, wobei die Prozessanordnung eine Transfereinheit (15), insbesondere Roboter, aufweist, an der das Setzgerät (17) befestigt ist, und wobei die Transfereinheit (15) zwischen einer Abholposition (A), in der das Setzgerät (17) das Clipelement (7) greift, und einer Setzposition (S) verstellbar ist, in der das Setzgerät (17) das Clipelement (7) in das Bauteil-Vorloch (5) eintreibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Durchführung eines vollautomatisierten Setzprozesses nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung eines solchen Setzprozesses gemäß Anspruch 10.
Das Batteriegehäuse eines Hochvolt-Batteriesystems eines Kraftfahrzeugs weist zumindest ein Entlüftungsventil auf, über das gegebenenfalls ein Überdruck im Batteriegehäuse abgebaut werden kann. Das Entlüftungsventil kann als ein Kunststoffclip mit integrierter Dichtmembran realisiert sein. Im Zusammenbauzustand ist der Kunststoffclip in Rastverbindung mit einem, im Batteriegehäuse befindlichen Vorloch.
In einer Großserienfertigung erfolgt der Zusammenbau des Hochvolt-Batteriesystems mit Ausnahme der Entlüftungsventil-Montage in einer automatisierten Prozesskette. Das Entlüftungsventil wird dagegen manuell gesetzt. Um ein solches manuelles Setzen des Entlüftungsventils zu ermöglichen, muss daher die automatisierte Prozesskette unterbrochen werden, wodurch die Prozessdauer für die Fertigstellung des Hochvolt-Batteriesystems erhöht ist. Weiterhin wird beim Setzprozess eine Eindrückkraft zum Auslösen des Kunststoffclips von über 100 N benötigt. Dadurch kann der Setzvorgang nur mit einer weiteren Hilfsvorrichtung vom Werker ausgeführt werden, um die Ergonomie-Anforderungen für einen Dauerarbeitsplatz erfüllen zu können.
Aus der DE 20 2014 102 558 U1 ist ein Stopfen-Setzwerkzeug bekannt. Aus der US 2019/0337103 A1 ist ein Installationswerkzeug für ein Clipelement bekannt. Aus der KR 20200007131 A ist eine Vorrichtung zum automatisierten Setzen eines Clipelements bekannt. Aus der JP 2017047516 A ist eine weitere Vorrichtung zum automatisierten Setzen eines Clipelements bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem ein Clipelement, insbesondere ein Entlüftungsventil, in einfacher sowie prozesssicherer Weise in einem vollautomatisierten Setzprozess in ein Bauteil-Vorloch setzbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Durchführung eines vollautomatisierten Setzprozesses. Im Setzprozess treibt ein Setzgerät ein Clipelement in ein Bauteil-Vorloch ein. Die erfindungsgemäße Prozessanordnung weist eine Transfereinheit, insbesondere einen Roboter, auf, an der das Setzgerät befestigt ist. Die Transfereinheit ist zwischen einer Abholposition und einer Setzposition verstellbar. In der Transfereinheit-Abholposition greift das Setzgerät das Clipelement. In der Transfereinheit-Setzposition treibt das Setzgerät das Clipelement in das Bauteil-Vorloch ein.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Setzen dieser Kunststoffclipse, das vollverkettet in der automatisierten Fertigung eingebunden werden kann. Dazu soll ein robotergeführtes Setzgerät eingesetzt werden, das sich die Kunststoffclipse von einer Bereitstellungseinheit abholt und lagerichtig ins Bauteil setzt. Die Schwierigkeit liegt darin, dass sich Positionstoleranzen ergeben können, die für die Prozesssicherheit eines automatisierten Prozesses kritisch sind. Das gilt vor allem dann, wenn keine Sensorik zur Lageerkennung eingesetzt werden soll.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren geschützt, mit dem insbesondere runde Kunststoffclipse prozesssicher und robotergeführt eingebracht werden können. Zur Realisierung sind folgende Schritte umgesetzt:
So kann der Einsatz einer Bereitstellungseinheit erfolgen, bei dem aus Schüttgut ein Clipelement so vereinzelt wird, dass es im Folgeprozess mit dem Roboter abgeholt werden kann. Eine optionale Ausführung kann dergestalt sein, dass in einem Abholvorgang mehrere Kunststoffclipse an das Setzgerät übergeben werden können.
Zudem kann eine Vorrichtung als Setzeinheit bereitgestellt werden, die am Roboter montiert ist und das vereinzelte Teil beschädigungsfrei greifen und positionsgenau halten kann. Weiterhin kann mit der Vorrichtung eine Kraft aufgebracht werden, um den Kunststoffclip in ein Bauteil mit Vorloch platzieren und soweit auf Kopfanlage schieben zu können, bis der Haltemechanismus des Clips ein selbständiges Verrasten des Clips ermöglicht. Die Kraft soll dabei so hoch sein, dass der Kunststoffclip zusätzlich mit einer verformbaren Dichtung ausgestattet ist und mit der Setzkraft soweit verformt werden kann, dass der Haltemechanismus (zum Beispiel deformierbare Restnasen) der Clips trotzdem sicher auslöst. Optionale Ausführung mit einem Magazin, so dass mehrere Clipse von dem Setzgerät mitgeführt werden können. In der Setzeinheit können folgende Funktionen integriert sein: ein positionsgenaues Zentrieren des Kunststoffclips, ein Schieber mit einem vordefinierten Setzhub (z.B, 35mm), eine Positionsüberwachung sowie eine Kraftüberwachung (Kraftanstieg für Endposition). Beispielhaft kann der Setzantrieb pneumatisch oder elektromotorisch arbeiten.
Um einen prozesssicheren Setzprozess gewährleisten zu können, ist die Beherrschbarkeit der Positionstoleranzen von elementarer Bedeutung. Dazu werden folgende Maßnahmen umgesetzt: Der Kunststoffclip hat eine Einführschräge, mit der eine Positionsabweichung beim Setzprozess in einer (mit Bezug auf die Setzrichtung quer ausgerichtete) Querebene von zumindest 2mm zwischen Kunststoffclip und Aufnahmebohrung überbrückt werden können, ohne dass eine Blockstellung zwischen vorgelochten Bauteil und Kunststoffclips eintritt, also beim Setzprozess mit geringer Kraft eingeführt werden kann. Der Kunststoffclip ist so robust ausgeführt, dass er bei Belastungen mit 200N in axialer Richtung keine bleibende Deformation erhält. Die robotergeführte Setzeinheit trägt einen Mechanismus in sich, mit dem der Kunststoffclip zunächst zentriert ausgenommen werden kann und fest gehalten wird, aber während einer Wegstrecke in eine schwimmende Position wechselt, um die Belastungen auf den Clip während des Setzprozesses zu reduzieren.
Weiterhin hat das robotergeführte Setzgerät eine Prozessüberwachung, mit der überwacht werden kann, ob der Setzprozess wirklich ausgeführt ist, und ob eine Wegstrecke zurückgelegt wurde, die abgestimmt auf die Geometrie der Kunststoffclipse zum Auslösen des Haltemechanismus plausibel ist.
Ferner kann eine Vorrichtung (nachfolgend als Positionierhilfe oder Teachhilfe bezeichnet) zur Erleichterung der Roboterpositionierung bereitgestellt sein. Diese kann so ausgeführt sein, dass sie- im Setzgerät fixiert werden kann. Mit der im Setzgerät fixierten Positionierhilfe kann sowohl die Abholposition als auch die die Setzposition (im Vorloch) angefahren werden.
Somit kann eine exakte Programmierposition des Roboters in den Raumrichtungen x, y und z sowie in den Rotationen um diese Achsen sowohl für das Abholen des Clips als auch für die Grundstellung für den Setzprozess vorgegeben werden.
Mit der Erfindung kann ein automatisierter und prozesssicherer Verbau von insbesondere runden Kunststoffclipsen realisiert werden. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum prozesssicheren Setzen von runden Kunststoffclipsen in Bauteile mit Vorlöchern. Es weist eine Bereitstellungseinheit für Schüttgut mit Vereinzelungseinheit auf, aus der mindestens ein Teil mit einer beweglichen Vorrichtung, zum Beispiel Roboter abgeholt werden kann. Zudem weist die Erfindung eine Setzvorrichtung auf, mit der ein Kunststoffclip positionsgenau und verliersicher aufgenommen werden kann, eine Vorschubbewegung mit einer einstellbaren Kraft von bis zu 500N, insbesondere aber bis zu 200N, aufgebracht werden kann und an der Signaleinrichtungen angebracht sind, mit dem der Prozessverlauf überwacht werden kann. Ferner kann eine Prozesssteuerung bereitgestellt werden, mit der der Verfahrensablauf parametriert und der Setzprozess überwacht und gesteuert werden kann. Es kann außerdem eine Hilfsvorrichtung bereitgestellt werden, mit der die Positionierung des Setzgeräts zur Aufnahme und zum Setzen des Kunststoffclips in einer beweglichen Vorrichtung, zum Beispiel Roboter maßgeblich erleichtert und die Genauigkeit erhöht werden kann.
Nachfolgend sind die wesentlichen Aspekte der Erfindung nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann für den Einsatz in einer Großserienfertigung die Prozessanordnung eine Bereitstellungs-Station aufweisen, in der Clipelemente als Schüttgut bevorratet sind. In der Bereitstellungs-Station erfolgt eine Clipelement-Vereinzelung, bei der zumindest ein Clipelement in der Abholposition bereitgestellt wird, damit eine automatische Clipelement-Übergabe an das Setzgerät durchführbar ist. Beispielhaft kann dem Setzgerät ein Clipelement-Magazin zugeordnet sein. In diesem Fall kann das Setzgerät eine Anzahl von im Clipelement-Magazin angeordneten Clipelementen mitführen.
In einer technischen Umsetzung kann das Setzgerät einen linear über einen Stellhub verstellbaren Setzkolben aufweisen. Dieser kann zwischen einer eingefahrenen Setzkolben-Endlage und einer ausgefahrenen Setzkolben-Endlage verstellt werden. In der ausgefahrenen Setzkolben-Endlage ist das Clipelement in das Bauteil-Vorloch eingetrieben.
Fertigungstechnisch günstig ist es, wenn in der Transfereinheit-Abholposition der Setzkolben das Clipelement mittels Unterdruck greift. Hierzu kann der Setzkolben zumindest eine, mit einer Unterdruckquelle verbindbare Ansaugöffnung aufweisen, mit deren Hilfe das Clipelement in Saugkontakt mit einer Setzkolben-Kontaktfläche bringbar ist.
Nachfolgend wird die Bewegungsabfolge der Transfereinheit und des Setzkolbens während eines Abholvorgangs beschrieben: Zunächst wird die Transfereinheit bis in die Abholposition verstellt. Die Transfereinheit bleibt in der Abholposition ortsfest. Anschließend wird der Setzkolben von seiner eingefahrenen Endlage über den Setzhub in die ausgefahrene Endlage verstellt. In der ausgefahrenen Endlage greift der Setzkolben, insbesondere mittels Unterdruck, das Clipelement. Zum Ende des Abholvorgangs wird der Setzkolben mit daran gehaltertem Clipelement in die eingefahrene Endlage rückgestellt. Nach dem Abholvorgang startet der Transfervorgang, bei dem die Transfereinheit das Setzgerät über einen Transferweg bis in die Transfereinheit-Setzposition verstellt. Die Transfereinheit verbleibt mit unveränderten Raumkoordinaten ortsfest in ihrer Setzposition. Der Setzkolben mit daran gehaltertem Clipelement wird von seiner eingefahrenen Endlage über den Setzhub in die ausgefahrene Endlage verstellt. In der ausgefahrenen Endlage ist das Clipelement vom Setzkolben in das Bauteil-Vorloch eingetrieben. Nach dem Eintreiben des Clipelements in das Bauteil-Vorloch kann optional der Unterdruck, welcher das Clipelement greift, deaktiviert werden. Anschließend wird der Setzkolben in seine eingefahrene Endlage rückgestellt.
Eine positionsgenaue Ausrichtung des am Setzkolben gehalterten Clipelements ist von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann der Setzkolben ein Zentrierelement aufweisen, mittels dem eine Querbewegung des Clipelements an der Setzkolben-Kontaktfläche insbesondere während des Transfervorgangs verhindert wird. Beim Setzvorgang kann im Laufe des Setzhubes das Zentrierelement außer Zentriereingriff mit dem Clipelement gebracht werden. Auf diese Weise wird eine geringfügige Querbewegung des Clipelements an der Setzkolben-Kontaktfläche freigegeben, um eine schwimmende Clipelement-Lagerung zu realisieren. Mit deren Hilfe kann eine Positionsabweichung zwischen dem Bauteil-Vorloch und dem Clipelement ausgeglichen werden. Für einen weiteren Ausgleich von Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen kann das Clipelement an seiner Elementspitze eine insbesondere konusartige Einführschräge aufweisen.
Der erfindungsgemäßen Prozessanordnung kann eine Prozesssteuerung zugeordnet sein, mittels der die Bewegungsabläufe des Setzgerätes und der Transfereinheit gesteuert werden. Die Prozesssteuerung kann zudem in Signalverbindung mit Endlagensensoren und/oder Kraftmesssensoren bzw. Wegsensoren sein. Mit deren Hilfe kann ein Kraft- und/oder Wegverlauf des Setzkolbens während des Setzhubes erfasst und mit korrespondierenden Sollwerten vergleichbar sein. Bei einer signifikanten Abweichung der Istwerte von den Sollwerten erkennt die Prozessteuerung einen Fehlerfall.
In einer technischen Umsetzung kann die Transfereinheit ein programmgesteuerter Industrieroboter sein. Das Setzgerät kann an einem distalen Ende eines Roboterarms des Industrieroboters montiert sein. In diesem Fall kann vor der Durchführung des Setzprozesses ein Teach-In-Vorgang erfolgen, bei dem der Industrieroboter ohne Programmsteuerung, zum Beispiel mittels eines Programmierers, die Abholposition und die Setzposition anfährt. Die vom Industrieroboter in der Abholposition und in der Setzposition eingenommenen Raumkoordinaten werden in der Programmsteuerung gespeichert. Nach Abschluss des Teach-In-Vorgangs kann somit der Industrieroboter die Abhol- und Setzpositionen mit Hilfe der Programmsteuerung autonom anfahren.
Das Zentrierelement kann beispielhaft eine Zentrierhülse sein. Diese kann in der Setzrichtung elastisch nachgiebig am Setzkolben abgestützt sein. Im Transfervorgang und zum Start des Setzvorgangs kann die Zentrierhülse den Setzkolben mit daran gehaltertem Clipelement mit einem Axial-Überstand überragen. Im Laufe des Setzhubs kommt daher zunächst eine Stirnseite der Zentrierhülse in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorlocher Block. Der Setzkolben wird unter Aufbrauch des Axial-Überstands bis Erreichen der ausgefahrenen Setzkolben-Endlage weiter hubverstellt.
Beispielhaft kann das Clipelement in der Abholposition auf einer Bodenfläche der Bereitstellungs-Station abgelegt sein. Das Clipelement kann in dieser Position durch eine geeignete Vorrichtung oder Greifmittel gegen seitliches Verrutschen gesichert sein.
Für die Durchführung des Teach-In-Vorgangs kann eine Positionierhilfe (das heißt Teachhilfe) bereitgestellt sein. Die Positionierhilfe kann einen Positionierhilfe-Kopf sowie einen Positionierhilfe-Schaft aufweisen. Die Positionierhilfe kann bolzenförmig realisiert sein und sich über eine Bauteillänge entlang der Bolzen-Achse erstrecken. Die Bauteillänge kann bevorzugt der Summe aus dem Setzhubweg und der Clipelement-Bauteillänge entsprechen. Die Bestimmung der Abhol-Koordinaten des Industrieroboters kann in diesem Fall wie folgt durchgeführt werden: So wird die Positionierhilfe mit ihrem Positionierhilfe-Kopf am Setzkolben gehaltert (insbesondere mittels Saugkontakt). Der Industrieroboter setzt die Positionierhilfe ohne Programmsteuerung, sondern zum Beispiel mit Hilfe eines Programmierers mit ihrer Schaftspitze auf die Bodenfläche der Bereitstellungs-Station ab. Die dabei vom Industrieroboter eingenommenen Raumkoordinaten werden als Abholposition-Koordinaten in der Programmsteuerung gespeichert.
Das Clipelement kann einen Elementkopf aufweisen, der mit einem Elementschaft verlängert ist. Im montierten Zustand kann der Elementschaft in das Bauteil-Vorloch einragen, während der Elementkopf auf dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorloches abgestützt ist.
Der Positionierhilfe-Schaft kann derart bemessen sein, dass er mit geringem Lochspiel (analog zum Clipelement-Schaft) in das Bauteil-Vorloch einsetzbar ist. Zudem kann am Positionierhilfe-Schaft ein Ringbund ausgebildet sein. Dieser kann in Axialrichtung über einen Axialversatz vom Elementkopf beabstandet sein. Der Axialversatz kann im Wesentlichen dem Setzhub-Weg entsprechen. In diesem Fall werden die Setzposition-Koordinaten des Industrieroboters wie folgt bestimmt: Der Industrieroboter führt mit Hilfe eines Programmierers (das heißt ohne Programmsteuerung) die Positionierhilfe mit ihrer Schaftspitze in das Bauteil-Vorloch ein, bis der Ringbund (analog zum Elementkopf des Clipelements) umlaufend in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorloches kommt. Die dabei vom Industrieroboter eingenommenen Raumkoordinaten werden als Setzposition-Koordinaten in der Programmsteuerung gespeichert.
Bevorzugt ist es, wenn die vom Setzkolben gehalterte Positionierhilfe die Zentrierhülse axial mit einem Übermaß überragt. Bei in das Bauteil-Vorloch eingesetzter Positionierhilfe verbleibt somit ein freier Ringspalt zwischen der Zentrierhülse und dem Bauteil. Der freie Ringspalt dient als Sichtfenster, über das die Positionierung der Positionierhilfe mittels Sichtprüfung erfolgen kann.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 In einer Teilschnittdarstellung ein in einer Batteriegehäusewand montiertes Entlüftungsventil;
2 bis 5 jeweils Ansichten, anhand derer ein automatisierter Setzprozess veranschaulicht ist;
6 bis 8 jeweils Ansichten, anhand derer ein Teach-In-Vorgang veranschaulicht wird; und
9 in einer Ansicht entsprechend der 1 eine konkretisierte Ausführungsvariante der Erfindung.

In der 1 ist teilweise ein Gehäuseunterteil eines Batteriegehäuses eines Hochvolt-Batteriesystems für ein Fahrzeug gezeigt. Das Gehäuseunterteil weist einen Gehäuseboden 1 mit davon hochgezogener Gehäuseseitenwand 3 auf. In einem Vorloch 5 der Gehäuseseitenwand 3 ist ein Entlüftungsventil 7 eingesetzt. Das Entlüftungsventil 7 ist in der 1 ein Kunststoffclip bzw. Clipelement 7 mit einer nicht gezeigten integrierten Dichtmembran. Das Clipelement 7 weist einen ausgeweiteten Elementkopf 9 auf, der an einem Öffnungsrandbereich 10 des Vorloches 5 abgestützt ist. Zudem weist das Clipelement 7 einen Elementschaft 11 auf, der durch das Vorloch 5 ragt. Am Außenumfang des Elementschafts 11 sind Rastvorsprünge 13 angeformt, die den Öffnungsrandbereich 10 des Vorloches 5 untergreifen. In der 1 ist das Clipelement 1 mit einem nur grob schematisch angedeuteten verformbaren Dichtring 12 ausgestattet. Dieser ist am Übergang zwischen dem Elementschaft 11 und dem Elementkopf 9 positioniert.
Nachfolgend wird anhand der 2 bis 5 eine Prozessanordnung beschrieben, mittels der ein automatisierter Setzprozess erfolgt, bei dem das Clipelement 7 in die Gehäuseseitenwand 3 montiert wird: So weist die Prozessanordnung als Transfereinheit einen Industrieroboter 15 mit einem angedeuteten Roboterarm auf, an dessen distalem Ende ein Setzgerät 17 montiert ist. Der Roboter 15 wird in der 2 mittels einer Programmsteuerung 19 zwischen einer später beschriebenen Abholposition A und einer Setzposition S autonom bewegt. Wie aus der 2 weiter hervorgeht, weist das Stellgerät 17 eine Konsole 21 auf, die am Roboterarm des Industrieroboters 15 montiert ist. Die Konsole 21 trägt eine schematisch dargestellte Pneumatikeinheit, mittels der ein Setzkolben 23 des Setzgerätes 17 antreibbar ist. Die Pneumatikeinheit weist in der 2 einen Pneumatikzylinder 25 mit einem Pneumatikkolben 27 auf. Der Pneumatikkolben 27 ist über eine Kolbenstange 29 kraftübertragend mit dem Setzkolben 23 verbunden. Auf der, der Kolbenstange 29 gegenüberliegenden Seite weist der Pneumatikzylinder 25 eine druckbeaufschlagbare Arbeitskammer 31 auf, die mit einer Überdruckquelle 33 verbunden ist. Zudem weist der Setzkolben 23 Saugkanäle 35 auf. Diese münden in Ansaugöffnungen 37, die in einer Setzkolben-Kontaktfläche 40 ausgebildet sind. Die Saugkanäle 35 sind in Wirkverbindung mit einer Unterdruckquelle 35. Sowohl die Unterdruckquelle 35 als auch die Überdruckquelle 33 sind von einer Steuereinheit 37 des Setzgerätes 17 ansteuerbar.
Mittels der Steuereinheit 37 ist der Setzkolben 23 zwischen einer eingefahrenen Setzkolben-Endlage (2 und 4) und einer ausgefahrenen Setzkolben-Endlage (3 und 5) über einen Setzhub h linear hubverstellbar. Mittels der Programmsteuerung 19 ist der Industrieroboter 15 zwischen der in der 2 und 3 gezeigten Abholposition A sowie der Setzposition S ( 4 und 5) über einen Transferweg autonom verstellbar.
Der Prozessanordnung ist eine Bereitstellungs-Station 39 (2 oder 3) zugeordnet. In der 2 ist ein Clipelement 7 in der Abholposition A bereitgestellt. Das Clipelement 7 ist in der 2 auf einer Bodenfläche 41 der Bereitstellungs-Station 39 abgelegt. Das Clipelement 7 kann in dieser Position durch eine geeignete Vorrichtung oder Greifmittel gegen seitliches Verrutschen gesichert sein.
Zum Greifen des Clipelements 7 wird der Setzkolben 23 von seiner eingefahrenen Setzkolben-Endlage (2) in seine ausgefahrene Setzkolben-Endlage (3) um einen Setzhub h hubverstellt. In der ausgefahrenen Setzkolben-Endlage (3) ist die Setzkolben-Kontaktfläche 40 in Kontakt mit der Oberseite des Elementkopfes 9 des Clipelements 7. Durch Aktivierung der Unterdruckquelle 35 wird ein Saugkontakt zwischen dem Clipelement 7 und dem Setzkolben 23 aufgebaut. Auf diese Weise wird das Clipelement 7 mit dem Industrieroboter 15 über einen Transferweg bis in die Setzposition S des Industrieroboters 15 (4, 5) transferiert.
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, weist der Setzkolben 23 eine Zentrierhülse 43 auf. Die Zentrierhülse 43 ist in der Setzrichtung elastisch nachgiebig über ein Federelement 45 am Setzkolben 23 abgestützt.
Am Innenumfang der Zentrierhülse 43 ist gemäß der 2 eine durchmesserkleine Zentrierkontur 47 ausgebildet, die an einer konusartigen Ringschulter 49 in einen durchmessergroßen Innenumfang 50 übergeht. Die durchmesserkleine Zentrierkontur 47 umzieht mit geringfügigem Lochspiel den Elementkopf 9 des Clipelements 7 (3). Auf diese Weise ist während des Transfervorgangs eine Querbewegung des Clipelements 7 an der Setzkolben-Kontaktfläche 39 verhindert.
Nach dem Greifen des Clipelements 3 wird der Setzkolben 23 wieder in seine eingefahrene Setzkolben-Endlage (4) zurückgestellt. Anschließend startet der Transfervorgang, bei dem der Industrieroboter 15 das Clipelement 7 bis in die Setzposition S (4) transferiert. Im Transfervorgang sowie zum Start des Setzvorgangs überragt die Zentrierhülse 43 den Setzkolben 23 mit einem Axial-Überstand Δa (4).
Zum Start des Setzvorgang wird der Setzkolben 23 mit dem daran gehalterten Clipelement 7 von der eingefahrenen Setzkolben-Endlage über den Setzhub h in die ausgefahrene Setzkolben-Endlage verstellt. In der ausgefahrenen Setzkolben-Endlage ist das Clipelement 7 vom Setzkolben 23 in das Vorloch 5 der Gehäuseseitenwand 3 eingetrieben. Nach dem Eintreiben des Clipelements 7 in das Vorloch 5 kann die Unterdruckquelle 35 deaktiviert und der Saugkontakt zum Clipelement 7 aufgehoben werden. Anschließend wird der Setzkolben 23 in seine eingefahrene Setzkolben-Endlage rückgestellt.
Im Anschluss an den Setzprozess wird der Industrieroboter 15 mittels der Programmsteuerung 19 wieder in seine Abholposition A transferiert, um einen folgenden Abholvorgang zu starten.
Vor Durchführung des Setzprozesses wird ein anhand der 6 bis 8 beschriebener Teach-In-Vorgang ausgeführt. Für die Ausführung des Teach-In-Vorgangs wird eine Positionierhilfe 51 gemäß der 7 bereitgestellt. Die bolzenförmige Positionierhilfe 51 weist einen Positionierhilfe-Kopf 53 sowie einen Positionierhilfe-Schaft 55 auf. Mittels der Zentrierspitze 52 und der Zentrierbohrung 52a kann die Positionierhilfe 51 lagerichtig und zentrisch vom Setzgerät 17 aufgenommen werden. Die bolzenförmige Positionierhilfe 51 erstreckt sich entlang der Bolzenachse über eine Bauteillänge l. Diese entspricht der Summe aus dem Setzhub h und der Clipelement-Bauteillänge Ic. Zudem ist am Positionierhilfe-Schaft 55 ein Ringbund 56 ausgebildet. Dieser ist in Axialrichtung über einen Axialversatz Δb vom Positionierhilfe-Kopf 53 beabstandet. Der Axialversatz Δb entspricht dem Setzhub h. Der Schaftspitze 57 weist der Positionierhilfe-Schaft 55 einen Außendurchmesser auf, der mit geringem Lochspiel in das Vorloch 5 einführbar ist.
Die Raumkoordinaten des Industrieroboters 15 in der Abholposition A ( 2, 3, 6) werden wie folgt bestimmt: So wird die Positionierhilfe 51 mit ihrem Positionierhilfe-Kopf 53 mittels Unterdruck am Setzkolben 23 gehaltert. Der Industrieroboter 15 führt die Positionierhilfe 51 mit ihrer Schaftspitze 57 bis in Kontakt mit der Bodenfläche 41 der Bereitstellungs-Station 39. Dies erfolgt ohne Programmsteuerung mittels eines Programmierers. Die dabei vom Industrieroboter 15 eingenommenen Raumkoordinaten werden als Abholposition-Koordinaten in der Programmsteuerung 19 gespeichert.
Die Raumkoordinaten des Industrieroboters 15 in der Setzposition S werden wie folgt ermittelt: So wird die Positionierhilfe 51 ebenfalls mit ihrem Positionierhilfe-Kopf 53 am Setzkolben 23 gehaltert. Der Industrieroboter 15 führt die Positionierhilfe 51 mit ihrer Schaftspitze 57 in das Bauteil-Vorloch 5 ein, und zwar bis der Ringbund 56 umlaufend in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Vorloches 5 ist. Die dabei vom Industrieroboter 15 eingenommenen Raumkoordinaten werden als Setzposition-Koordinaten in der Programmsteuerung 19 gespeichert.
Für eine exakte Bestimmung der Setzposition-Koordinaten und der Abholposition-Koordinaten ist eine lagerichtige Positionierung der Positionierhilfe 51 im Vorloch 5 der Gehäuseseitenwand 3 von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist die Zentrierhülse 43 derart bemessen, dass die vom Setzkolben gehalterte Positionierhilfe 51 die Zentrierhülse 43 mit einem Übermaß (6 oder 8) axial überragt. Bei in das Vorloch 5 eingesetzter Positionierhilfe 51 verbleibt daher ein freier Ringspalt 59 (8) zwischen der Zentrierhülse 43 und der Gehäuseseitenwand 3. Der freie Ringspalt 59 dient als ein Sichtfenster, über das die Lage der Positionierhilfe 51, insbesondere eine großflächige Anlage des Ringbunds 56 am Öffnungsrandbereich des Vorloches, von außen einsehbar ist, so dass eine Sichtprüfung ermöglicht ist.
In der 9 ist eine konkretisierte Ausführungsvariante gezeigt, in der das Clipelement 7 in das Vorloch 5 der Gehäuseseitenwand 3 des Batteriegehäuses eingesetzt ist. Das in der 9 gezeigte Clipelement 7 ist im Wesentlichen baugleich wie das in den 1 bis 5 angedeutete Clipelement 7 aufgebaut. Im Unterschied zu den 1 bis 5 ist in der 9 der verformbare Dichtring 12 zwischen der Elementkopf-Unterseite und dem Öffnungsrandbereich 10 des Vorloches 5 positioniert. Im Setzprozess ist die Setzkraft derart bemessen, dass einerseits der Haltemechanismus (das heißt die Rastvorsprünge 13) des Clipelements 7 sicher auslöst und andererseits sich der Dichtring 12 unter Aufbau einer Dichtwirkung elastisch verformt.
Bezugszeichenliste

1: Boden
3: Gehäuseseitenwand
5: Vorloch
7: Clipelement
9: Elementkopf
10: Öffnungsrandbereich
11: Schaft
12: Dichtring
13: Rastvorsprünge
15: Industrieroboter
17: Setzgerät
19: Programmsteuerung
21: Konsole
23: Setzkolben
25: Pneumatikzylinder
27: Pneumatikkolben
29: Kolbenstange
31: Arbeitskammer
33: Überdruckquelle
35: Saugkanäle
37: Ansaugöffnungen
39: Bereitstellungs-Station
40: Setzkolben-Kontaktfläche
41: Bodenfläche
43: Zentrierhülse
45: Federelement
47: durchmesserkleine Zentrierkontur
49: konusförmige Ringschulter
50: durchmessergroßer Innenumfang
51: Positionierhilfe
52: Zentrierspitze
52a: Zentrierbohrung
53: Positionierhilfe-Kopf
55: Positionierhilfe-Schaft
56: Ringbund
57: Schaftspitze
59: freier Ringspalt
Ic: Clipelement-Länge
IPH: Positionierhilfe-Länge
Δa: axialer Überstand
Δb: Axialversatz
S: Setzposition
A: Abholposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014102558 U1 [0004]
US 20190337103 A1 [0004]
KR 20200007131 A [0004]
JP 2017047516 A [0004]

Claims

Prozessanordnung zur Durchführung eines vollautomatischen Setzprozesses, bei dem ein Setzgerät (17) ein Clipelement (7) in ein Bauteil-Vorloch (5) eintreibt, wobei die Prozessanordnung eine Transfereinheit (15), insbesondere Roboter, aufweist, an der das Setzgerät (17) befestigt ist, und wobei die Transfereinheit (15) zwischen einer Abholposition (A), in der das Setzgerät (17) das Clipelement (7) greift, und einer Setzposition (S) verstellbar ist, in der das Setzgerät (17) das Clipelement (7) in das Bauteil-Vorloch (5) eintreibt.
Prozessanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessanordnung eine Bereitstellungs-Station (39) aufweist, in der Clipelemente (7) als Schüttgut bevorratet sind, und dass mittels der Bereitstellungs-Station (39) eine Clipelement-Vereinzelung erfolgt, bei der zumindest ein Clipelement (7) in der Abholposition (A) bereitstellbar ist, damit eine automatische Clipelement-Übergabe an das Setzgerät (17) durchführbar ist, und/oder dass insbesondere das Setzgerät (17) einen linear über einen Stellhub (h) verstellbaren Setzkolben (23) aufweist, der zwischen einer eingefahrenen Endlage und einer ausgefahrenen Endlage verstellbar ist, in der das Clipelement (7) in das Bauteil-Vorloch (5) eingetrieben ist, und/oder dass insbesondere in der Transfereinheit-Abholposition (A) der Setzkolben (23) das Clipelement (7), insbesondere mittels Unterdruck greift, so dass das Clipelement (7) mit der Transfereinheit (15) zur Setzposition (S) transferierbar ist, und dass insbesondere der Setzkolben (23) zumindest eine mit einer Unterdruckquelle (35) verbindbare Ansaugöffnung (37) aufweist, mittels der das Clipelement (7) in Saugkontakt mit einer Setzkolben-Kontaktfläche (40) bringbar ist.
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Abholvorgangs die Transfereinheit (15) zunächst bis in die Abholposition (A) verstellbar ist und dort ortsfest verbleibt, und dass anschließend der Setzkolben (23) von seiner eingefahrenen Endlage über den Setzhub (h) in die ausgefahrene Endlage verstellbar ist, in der der Setzkolben (23) das Clipelement (7) greift, und dass insbesondere zum Ende des Abholvorgangs der Setzkolben mit daran gehaltertem Clipelement (7) in die eingefahrene Endlage rückstellbar ist, und/oder dass nach erfolgtem Abholvorgang der Transfervorgang startet.
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Transfervorgang der Setzvorgang startet, und/oder dass zur Durchführung des Setzvorgangs die Transfereinheit (15) zunächst bis in ihre Setzposition (S) verstellbar ist und dort ortsfest verbleibt, und dass anschließend der Setzkolben (23) mit dem daran gehalterten Clipelement (7) von der eingefahrenen Endlage über den Setzhub (h) in die ausgefahrene Endlage verstellbar ist, in der das Clipelement (7) vom Setzkolben (23) eingetrieben ist, und dass insbesondere nach dem Eintreiben des Clipelements (7) in das Bauteil-Vorloch (5) der Setzkolben (23) in seine eingefahrene Endlage rückstellbar ist, und/oder dass insbesondere der Setzkolben (23) ein Zentrierelement (43) aufweist, mittels dem eine Querbewegung des Clipelements (7) an der Setzkolben-Kontaktfläche (40) insbesondere während des Transfervorgangs verhindert ist, und dass insbesondere beim Setzvorgang im Laufe des Setzhubs (h) das Zentrierelement (43) außer Zentriereingriff mit dem Clipelement (7) bringbar ist, wodurch eine Querbewegung des Clipelements (7) an der Setzkolben-Kontaktfläche (40) freigegeben ist, um eine schwimmende Clipelement-Lagerung zu realisieren, mit der eine Positionsabweichung zwischen dem Bauteil-Vorloch (5) und dem Clipelement (7) ausgleichbar ist.
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen das Clipelement (7) an seiner Elementspitze eine insbesondere konusartige Einführschräge aufweist, und/oder dass eine Prozesssteuerung (19) mit einem Kraftmesssensor und/oder einem Wegsensor bereitgestellt ist, mit deren Hilfe ein Kraft- und/oder Wegverlauf des Setzkolbens (23) erfassbar und mit korrespondierenden Sollwerten vergleichbar ist, wobei die Prozesssteuerung (19) bei Ermittlung einer signifikanten Abweichung von den Sollwerten einen Fehlerfall erkennt, und/oder dass die Transfereinheit (15) ein programmgesteuerter Industrieroboter ist, und dass das Setzgerät (17) an einem distalen Ende eines Roboterarms des Industrieroboters (15) montiert ist, und dass insbesondere vor Durchführung des Setzprozesses ein Teach-In-Vorgang erfolgt, bei dem der Industrieroboter (15) ohne Programsteuerung, zum Beispiel mittels eines Programmierers, die Abholposition (A) und die Setzposition (S) anfährt und die Raumkoordinaten des Industrieroboters (15) in der Abholposition (A) und in der Setzposition (S) in der Programmsteuerung gespeichert werden, so dass nach Abschluss des Teach-In-Vorgangs der Industrieroboter (15) die Abhol- und Setzpositionen mittels der Programmsteuerung (19) autonom anfährt.
Prozessanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (43) eine Zentrierhülse ist, die in Setzrichtung elastisch nachgiebig am Setzkolben (23) abgestützt ist, und dass im Transfervorgang und zum Start des Setzvorgangs die Zentrierhülse (43) den Setzkolben (23) mit einem Axial-Überstand (Δa) überragt, und dass insbesondere im Laufe des Setzhubs (h) die Zentrierhülse (43) in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich (10) des Bauteil-Vorlochs (5) kommt, während der Setzkolben (23) unter Aufbrauch des Axial-Überstands (Δa) bis Erreichen der ausgefahrenen Setzkolben-Endlage weiter hubverstellt wird, und/oder dass in der Abholposition (A) das Clipelement (7) auf einer Bodenfläche (41) der Bereitstellungs-Station (39) abgelegt ist, und/oder dass insbesondere die Positionierhilfe (51) einen Positionierhilfe-Kopf (53) sowie einen Positionierhilfe-Schaft (55) aufweist, und dass insbesondere sich die Positionierhilfe (51) über eine Bauteillänge (l_PH) erstreckt, die der Summe aus dem Setzhub (h) und der Clipelement-Bauteillänge (l_C) entspricht, so dass insbesondere zur Bestimmung der Raumkoordinaten des Industrieroboters (15) in der Abholposition (A) die Positionierhilfe (51) mit ihrem Positionierhilfe-Kopf (53) am Setzkolben (23) gehaltert und mittels der Zentrierspitze (52) und der Zentrierbohrung (52a) zentriert ist, und dass der Industrieroboter (15) die Positionierhilfe (51) ohne Programmsteuerung (19), zum Beispiel mittels eines Programmierers, mit ihrer Schaftspitze (57) auf die Bodenfläche (41) der Bereitstellungs-Station (39) lagerichtig aufsetzbar ist, und dass die dabei vom Industrieroboter (15) eingenommenen Raumkoordinaten als Abholposition-Koordinaten in der Programmsteuerung (19) speicherbar ist.
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Clipelement (7) einen Elementkopf (9) aufweist, der mit einem Elementschaft (11) verlängert ist, und dass im montierten Zustand der Elementschaft (11) in das Bauteil-Vorloch (5) einragt und der Elementkopf (9) auf dem Öffnungsrandbereich (10) des Bauteil-Vorloches (5) abgestützt ist, und/oder dass insbesondere der Positionierhilfe-Schaft (55) mit geringem Lochspiel in das Bauteil-Vorloch (5) einsetzbar ist, und dass insbesondere am Positionierhilfe-Schaft (55) ein Ringbund (56) ausgebildet ist, der in Axialrichtung über einen Axialversatz (Δb) vom Positionierhilfe-Kopf (53) beabstandet ist, der dem Setzhub-Weg (h) entspricht, so dass insbesondere zur Bestimmung der Raumkoordinaten des Industrieroboters (15) in der Setzposition (S) die Positionierhilfe (51) mit ihrem Positionierhilfe-Kopf (53) am Setzkolben (23) gehaltert und mittels der Zentrierspitze (52) und der Zentrierbohrung (52a) zentriert ist, insbesondere in Saugkontakt, und dass der Industrieroboter (15) die Positionierhilfe (51) ohne Programmsteuerung (19), zum Beispiels mittels eines Programmierers, mit ihrer Schaftspitze (57) in das Bauteil-Vorloch (5) einführt bis der Ringbund (56) in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich (10) des Bauteil-Vorloches (5) ist, und dass die dabei vom Industrieroboter (15) eingenommenen Raumkoordinaten als Setzposition-Koordinaten in der Programmsteuerung (19) speicherbar sind.
Prozessanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Clipelement (7) mit einem Dichtring (12) ausgestattet ist, der im Zusammenbauzustand zwischen der Elementkopf-Unterseite und dem Öffnungsrandbereich (10) des Vorloches (5) positioniert ist, und dass insbesondere im Setzprozess die Setzkraft derart bemessen ist, dass einerseits der Haltemechanismus, etwa Rastvorsprünge (13), des Clipelements (7) sicher auslöst und andererseits sich der Dichtring (12) unter Aufbau einer Dichtwirkung elastisch verformt.
Prozessanordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Setzkolben (23) gehalterte Positionierhilfe (51) die Zentrierhülse (43) axial mit einem Übermaß überragt, so dass bei in das Bauteil-Vorloch (5) eingesetzter Positionierhilfe (51) ein freier Ringspalt (59) zwischen der Zentrierhülse (43) und dem Bauteil verbleibt, so dass die Lage der Positionierhilfe (51) durch Sichtprüfung erfolgen kann.
Verfahren zur Durchführung eines Setzprozesses mittels einer Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.