DE112004001484B4

DE112004001484B4 - Programmierbare Vorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Körpers oder Plattenteils

Info

Publication number: DE112004001484B4
Application number: DE112004001484T
Authority: DE
Inventors: Mark A. Metamora Savoy; Phillip J. Commerce Township Morgan
Original assignee: Utica Enterprises Inc
Current assignee: KUKA Systems North America LLC
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2024-08-14
Also published as: CA2535182C; JP4447012B2; CN101454092A; JP2007513768A; WO2005016694A2; DE112004001484T5; CA2535182A1; WO2005016694A3; US7100260B2; CN101454092B; MXPA06001613A; US20040123708A1

Abstract

Eine programmierbare Vorrichtung (210) zum Umformen eines Körpers (WP) unter Ausbildung einer genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordneten Oberfläche, die weiterhin zum Befestigen eines Bauteils an der Oberfläche ausgebildet ist, wobei die programmierbare Vorrichtung (210) aufweist:
– einen Amboss (36');
– programmierbare Mittel (11) zum selektiven Bewegen des Ambosses (36') in die vorbestimmte tatsächliche Referenzposition in Bezug auf den Körper (WP);
– Mittel zum Erfassen des Körpers (WP);
– Mittel zum Verriegeln und Halten der Erfassmittel in Wirkverbindung mit dem Körper (WP);
– einen an dem Amboss (36') ausgerichteten Formstempel (132), wobei an dem Formstempel (132) ein Feld-Formwerkzeug (32) befestigt ist, wobei das Feld-Formwerkzeug (32) zum Anbringen des Bauteils daran ausgebildet ist; und
– Antriebsmittel (134) zum Umwandeln von Drehbewegung in translatorische Bewegung, wobei die Antriebsmittel (134) mit dem Formstempel (132) verbunden sind, um eine Translationsbewegung desselben zu bewirken, wobei die Translationsbewegung des...

Description

Querverweise auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist eine Continuation-In-Part der anhängigen US-Anmeldung Nr. 10/329,893 von Mark A. Savoy, eingereicht am 26. Dezember 2002 und übertragen auf den vorliegenden Rechtsnachfolger.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das genaue Befestigen eines ersten Teils an einem zweiten Teil und schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen des zweiten Teils in einem veränderlichen Maß, das von der tatsächlichen Position des zweiten Teils relativ zu einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition abhängt. Die Erfindung betrifft insbesondere das genaue Befestigen eines äußeren Karosserieelement-Teils eines Kraftfahrzeugs an einem ungenau angeordneten Element einer inneren Karosserieelement-Struktur. Die Erfindung betrifft insbesondere auch das genaue Befestigen eines Befestigungsmittels an einem Karosserieelement-Teil und eine neuartige Kraft-Aufbringeinrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
In der Automobilindustrie beinhaltet der Zusammenbau von Fahrzeugen das Befestigen von äußeren Karosserieelementen an inneren Karosserieelementen oder Karosseriestrukturen. Es ist daher von Bedeutung, dass die Befestigungspositionen des inneren Karosserieelements bezüglich vorbestimmten, dreidimensionalen Koordinaten genau angeordnet sind, sodass entsprechende Abweichungen nicht über das Befestigen der äußeren Karosserieelemente weitergegeben und so für den Kunden sichtbar werden.
W. S. Zaydel et al., US-Patent Nr. 4,438,971 A beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genau lokalisierten Befestigen eines Kunststoff-Karosserieelements eines Automobils an einem relativ ungenau lokalisierten Element einer inneren Karosserieelement-Struktur. Gemäß der Lehre dieses Patents werden mit Kunststoff gefüllte metallische Befestigungsblöcke oder Anpassungsglieder an ausgewählten Orten mit der inneren Karosserieelement-Struktur verschweißt. Die innere Karosserieelement-Struktur wird dann innerhalb einer Anordnungs- und Bearbeitungs-Halterung positioniert, und jeder der plastikgefüllten Befestigungsblöcke wird bis zu einer präzisen Stellung abgetragen, wobei der Abstand zwischen der inneren Karosserieelement-Struktur und der Abtragungsfläche der plastikgefüllten Befestigungsblöcke mit der Position der inneren Karosserieelement-Struktur variiert. Das äußere Karosserieelement-Teil aus Kunststoff wird dann an der Abtragungsfläche des plastikgefüllten Befestigungsblocks befestigt, nachdem ein Loch in den plastikgefüllten Befestigungsblock gebohrt wurde, um ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungsmittel oder ein an der Innenseite des äußeren Karosserieelement-Teils aus Kunststoff befestigtes Befestigungsmittel aufzunehmen. Durch dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung wird jedes derartige äußere Karosserieelement-Teil aus Kunststoff an einer genau bestimmten Position und in präziser Oberflächenausrichtung mit jedem benachbarten Kunststoffelement angebracht.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung des oben genannten US-Patents Nr. 4,438,971 erreicht Präzision beim Positionieren von äußeren Karosserieelementen aus Kunststoff an einer relativ ungenau positionierten inneren Karosserieelement-Struktur eines Automobils, erfordert jedoch das Befestigen der plastikgefüllten Befestigungsblöcke an der inneren Karosserieelement-Struktur, was zusätzliche Material- und Verarbeitungskosten bedingt. Des Weiteren erzeugt das anschließende Abtragen der plastikgefüllten Befestigungsblöcke Abfall, der eine Mischung aus einem Metall und dem Kunststoff-Füllmaterial darstellt, was hinsichtlich der Entsorgung derartigen Abfalls in umweltgerechter Art und Weise zusätzliche Kosten beinhaltet, wobei in jedem Fall das Abtragen der plastikgefüllten Befestigungsblöcke Staub erzeugt, dessen Zusammensetzung im Wesentlichen derjenigen des Kunststoff-Füllmaterials entspricht. Auch dies ist aus Gründen des Umweltschutzes, der Gesundheitsbedingungen am Arbeitsplatz und aus Sicherheitsgründen zu beanstanden, sofern nicht strenge Sicherheitsauflagen beim Abtragen und Bohren der plastikgefüllten Befestigungsblöcke befolgt werden.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein relativ ungenau lokalisiertes inneres Karosserieelement eines Automobils aufgebaut werden kann, um die Möglichkeit des Befestigens eines äußeren Karosserieelements an einem genauer bestimmten Ort zu schaffen, indem ein oder mehrere metallische Beilegebleche an der Oberfläche des inneren Karosserieelements befestigt werden, an dem das äußere Karosserieelement befestigt werden soll, wobei die Anzahl derartiger zu befestigender Beilegebleche durch die ursprüngliche Stellung des inneren Karosserieelements bedingt ist. Allerdings ist dies eine zeitaufwändige und teure Maßnahme, und das Befestigen derartiger Beilegebleche vergrößert das Gewicht des Fahrzeugs, was ein ungewolltes Merkmal darstellt, da es insbesondere einer Kraftstoffersparnis entgegenwirkt.
Dacey, Jr., US-Patente 4,760,633 und 4,884,431 A , offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen von Karosserieelementen, wobei ein Abschnitt eines inneren Elements zu einem genauen Ort hin umgeformt wird. Dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung verwendet einen Amboss, der in eine bekannte Stellung bewegt wird, welche den gewünschten genauen Ort der Befestigungsoberfläche des inneren Elements definiert. Frei bewegliche Halteteile erfassen das innere Element und ordnen es dadurch an einem Ort an und werden anschließend in einer festen Stellung verriegelt.
Ein hydraulischer Stempel wird betätigt und bewegt ein damit verbundenes Feld-Ausformungsteil mit Kraft gegen das innere Element, um einen Bereich des inneren Elements zwischen den frei beweglichen Halteteilen bis zu einem Zusammenwirken mit dem Amboss zu verformen. Dadurch wird in dem inneren Element, dessen Oberfläche genau an dem für die Befestigung eines anderen Teils, wie einem äußeren Karosserieelement, gewünschten Ort angeordnet ist, ein Befestigungsfeld gebildet. Während sich das Feld-Ausformungsteil weiterhin in Wechselwirkung mit dem Amboss befindet, wird ein Stanzvorgang ausgeführt, um eine Öffnung in dem Feld zu schaffen. Ein Stanzwerkzeug wird mittels eines separaten Hydraulikzylinders durch das Feld bewegt, um die Öffnung zu schaffen.
Während Dacey, Jr. ein alternatives Verfahren zum präzisen Zusammenbau eines äußeren Karosserieelements mit einem ungenau lokalisierten inneren Karosserieelement schafft, basieren beide Patente auf hydraulischer Betätigung des Stempels und des Stanzwerkzeugs. Hydraulische Einrichtungen besitzen generell die Nachteile signifikant erhöhter Kosten und Wartungserfordernisse, langsamen Betriebs und zusätzlicher Kühlanforderungen. Weiterhin beinhalten hydraulische Einrichtungen ein unter Druck stehendes Fluid, typischerweise Öl, wobei gelegentlich Lecks infolge langzeitiger Nutzung in dem Umfeld eines Zusammenbau-Betriebs auftreten. Hydraulische Lecks sind stark verschmutzend, karzinogen, aus Umweltgesichtspunkten inakzeptabel und stellen ein ernstzunehmendes Brandrisiko dar. Schließlich muss die Aufheizung und folglich die Ausdehnung der Hydraulikflüssigkeit für eine präzise Steuerung von hydraulischen Stempeleinrichtungen mit veränderlicher Geschwindigkeit und/oder veränderlichem Hub berücksichtigt werden.
Jackson, US-Patent 5,133,206 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Abschnitts eines Elementteils hin zu einer vorbestimmten Referenzposition. Die Vorrichtung beinhaltet eine Sensoreinrichtung, welche die tatsächliche Position des Elementteils bestimmt. Anschließend positioniert eine aus- und einfahrbare Stange ein Haltemittel mit einem ersten und einem zweiten Armpaar an der tatsächlichen bestimmten Position des Elementteils, welche durch die Sensoreinrichtung ermittelt wurde. Dann wird ein Antriebsmittel betätigt, um die ersten und zweiten Armpaare in Wirkverbindung mit dem Elementteil zu bewegen, um benachbarte Seiten des in die vorbestimmte Referenzposition umzuformenden Elementteils zu halten.
Nach dem örtlichen Anordnen und Halten des Elementteils wird ein Umformmittel mit einem vierten Armpaar bewegt, um ein Umformteil in das Elementteil hineinzuzwingen, um den Abschnitt des Elementteils in die vorbestimmte Referenzposition umzuformen. Optional wird eine Öffnung in den umgeformten Abschnitt des Elementteils gestochen, indem anschließend ein am Ende eines dritten Armpaars angeordneter Stechstift in den umgeformten Abschnitt des Elementteils gezwungen wird.
Der von Jackson offenbarte Gegenstand beinhaltet weiterhin die Schritte eines Cammings der ersten und zweiten Armpaare zwischen den ersten und zweiten Positionen sowie eines Cammings der dritten und vierten Armpaare von einer ersten, von dem Elementteil beabstandeten Position zu einer zweiten Position, sodass das Formteil und der Stechstift mit dem Elementteil in Wirkverbindung treten. Der Schritt des Cammings der Haltemittel von der ersten in die zweite Position wird vor dem Schritt des Cammings der Umformmittel eingeleitet, um so die Haltemittel in Wirkverbindung mit dem Elementteil zu bringen, bevor die Umformmittel mit dem Elementteil in Wirkverbindung treten.
Die Erfindung von Jackson identifiziert dasselbe Problem, mit dem sich auch Dacey, Jr., beschäftigt, und lehrt eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die auch von Dacey, Jr., gelehrte Lösung bereitzustellen. Obwohl Jackson sich auf eine verbesserte Vorrichtung beruft, besteht die einzige Stütze für diese Behauptung darin, dass die Vorrichtung eine einzige Betätigungsvorrichtung verwendet, um das innere Karosserieelement in einer festen Position zu halten. Allerdings ergeben sich bei Jacksons Erfindung weiterhin Probleme aus den folgenden Gründen:
Die von Jackson gelehrte Vorrichtung ist übermäßig komplex und deshalb unnötig teuer und fehleranfällig. Insbesondere verwendet Jackson eine Vielzahl beweglicher Komponenten einschließlich eines Positionierungsmittels mit einer aus- und einfahrbaren Stange, einem hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittel, welches auf das Ausgangssignal einer Sensoreinrichtung reagiert, und vier Paaren von einstellbaren Armen, die jeweils eine Camming-Einrichtung besitzen, wobei jedes bewegliche Bauteil eine zusätzliche Fehlerart heraufbeschwört.
Weiterhin offenbart Jackson eine komplexe Sensoreinrichtung, die zum Lokalisieren des Elementteils und zum Übertragen eines entsprechenden Ausgangssignals an die hierdurch gesteuerten Antriebsmittel ausgebildet ist. Jede Sensoreinrichtung ist ein kritisches Merkmal der Offenbarung, wobei jede diesbezügliche Unzulänglichkeit in proportionaler Weise auf das an dem inneren Karosserieelement gebildete Befestigungsfeld übertragen wird und potentiell zu einem sichtbar fehlerhaft ausgerichteten äußeren Karosserieelement führt. Da die Effektivität der Jacksonschen Vorrichtung sich darauf gründet, dass die Sensoreinrichtung ein hohes Maß an Genauigkeit über eine Vielzahl von Zyklen hält, wird die Einrichtung zunehmend teuer. Schließlich offenbart Jackson keine Vorrichtung zum Analysieren der Genauigkeit der Sensoreinrichtung zum Zwecke der Fehlersicherheit, sodass ein Verlust an Genauigkeit voraussichtlich zu einer Vielzahl von fehlerhaft zusammengesetzten Automobilen führen wird, bevor er erkannt und behandelt wird.
Copeman, US-Patent 5,440,912 A offenbart eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Werkstück in eine tatsächliche Position zu formen und ein Loch in das Werkstück zu stechen. Die Vorrichtung beinhaltet generell eine innere und eine äußere Gleitanordnung. Die äußere Gleitanordnung beinhaltet einen hydraulischen Umformzylinder, der gleitend an einem Unterteil angeordnet ist, wobei der Umformzylinder ein Umform-Stanzwerkzeug besitzt, das mittels eines Paares äußerer Gleitschienen an ihm befestigt ist. Die innere Gleitanordnung beinhaltet einen hydraulischen Stanzzylinder mit einer Form-Abstützung und ist mit dem Ende einer Umform-Zylinderstange über die Verlängerung eines Zylinder-Anbaublocks gekoppelt.
Das Werkstück wird zwischen der Form-Abstützung der inneren Gleitanordnung und dem Umform-Stanzwerkzeug der äußeren Gleitanordnung positioniert. Eine Betätigung des Umform-Zylinders zwingt die Verlängerung des Zylinder-Anbaublocks zusammen mit der gesamten inneren Gleitanordnung in Richtung des Werkstücks, bis die Form-Abstützung das Werkstück kontaktiert. Ein mit der inneren Gleitanordnung verbundener Hilfszylinder ist durch ein Einweg-Ventil füllbar, sodass der Hilfszylinder die Form-Abstützung in Stellung verriegelt, wenn die Form-Abstützung der inneren Gleitanordnung das Werkstück kontaktiert.
Der Umformzylinder drückt weiterhin gegen das Ende der Umform-Zylinderstange und bewegt dadurch ein Umform-Stanzwerkzeug und einen Amboss, welche über die äußeren Gleitschienen verbunden sind, in Richtung des Werkstücks. Der Umformzylinder fährt um ein vorbestimmtes Maß aus, um das Werkstück in eine tatsächliche Position einzudrücken. Nachdem das Werkstück eingedrückt wurde, bewirkt ein Stanzzylinder der inneren Gleitanordnung eine Stanzbewegung, um ein Loch in das Werkstück zu stanzen. Der von Copeman vorgeschlagene Einsatz von Hydraulikzylindern bedingt dieselben Nachteile für diese Vorrichtung, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Vorrichtung von Dacey, Jr., beschrieben.
Die Erfindungen von Dacey, Jr., Jackson und Copeman offenbaren vergleichbare Vorrichtungen. Jackson beansprucht für sich die Notwendigkeit einer geringeren Anzahl von Verfahrensschritten als Dacey, Jr., und Copeman beansprucht eine kompaktere Ausbildung, allerdings erfüllen alle Vorrichtungen dieselbe Zielsetzung in vergleichbarer Weise. Eines der gemeinsamen Merkmale von Dacey, Jr., Jackson und Copeman beinhaltet eine Betätigungseinrichtung mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Hub. Fortgeschrittenere, programmierbare Stanz- und Umformbewegungen mit veränderlicher Geschwindigkeit und veränderlichem Hub sind aus einer Vielzahl von nachfolgend detailliert beschriebenen Gründen vorteilhaft.
Stanz- und Umformvorrichtungen mit veränderlicher Geschwindigkeit reduzieren die Zykluszeit durch Veränderung der Stempelgeschwindigkeit über den Zyklus, wobei ein schneller Stempelvorschub und ein schnelles Zurückziehen des Stempels mit geringeren Geschwindigkeiten kombiniert sind, wenn eine Annäherung an das Werkstück erfolgt, sowie während des eigentlichen Stanz- oder Umformvorgangs. Eine veränderliche Geschwindigkeit ermöglicht einen vergrößerten Anwendungsbereich, da eine einzelne Betätigungseinrichtung eine Vielzahl von Umformwerkzeugen und/oder Stanzwerkzeugen unterschiedlicher Größe aufnehmen und so eine Umform- und/oder Stanzbearbeitung einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien und Materialkonfigurationen vornehmen kann.
Umformvorrichtungen mit variablem Hub erlauben die positive Tiefenkontrolle eines Umform-Merkmals. Stanzvorrichtungen mit variablem Hub sind in der Lage, eine Vielzahl von Löchern unterschiedlicher Größe und Form mit einem einzigen Schneidwerkzeug zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem beispielsweise ein Schneidwerkzeug mit einer anfänglichen Schneidoberfläche und mit einer zweiten Schneidoberfläche versehen wird, wobei sich die zweite Schneidoberfläche in einer vorbestimmten axialen Entfernung von der anfänglichen Schneidoberfläche befindet und wobei der effektive Durchmesser der zweiten Wechselwirkungs-Oberfläche notwendigerweise größer ist, als derjenige der anfänglichen Wechselwirkungs-Oberfläche. Eine Vorrichtung mit veränderlichem Hub, die ein derartiges Schneidwerkzeug aufweist, kann ein kleines Loch erzeugen, indem ein kurzer Hub verwendet wird, sodass die zweite Schneidoberfläche nicht in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Material tritt. Dieselbe Vorrichtung kann auch ein größeres Loch ausbilden, indem ein längerer Hub verwendet wird, sodass sowohl die anfängliche als auch die zweite Schneidoberfläche durch das zu bearbeitende Material treten.
Schließlich besitzt eine Vorrichtung mit einer programmierbaren Stanzbewegung in Verbindung mit einem linearen Messwertgeber eine automatische Fehlersicherung des Prozesses, um sicherzustellen, dass ein Loch gestanzt wurde. Wie allseits bekannt ist, lässt sich aus dem Stromverlauf an dem linearen Messwertgeber ein Maß für die Stanz-/Metallfestigkeit ableiten, da ein dem Stanzwerkzeug entgegenwirkender Widerstand während der Wirkverbindung mit dem Metallelement stark zunimmt, wobei eine Stromspitze erzeugt wird. Entsprechend zeigt eine Stromspitze einen erfolgreichen Stanzvorgang an, wobei anderenfalls das Ausbleiben einer Stromspitze anzeigt, dass der gewünschte Stanzvorgang nicht durchgeführt wurde (d. h. das Stanzwerkzeug brach ab und trat nicht in Wirkverbindung mit dem Metallelement).
Eine Vielzahl von Vorrichtungen sind offenbart wurden, um eine Kraft zum Verriegeln von Werkstückträger-Einrichtungen auszuüben, welche in größere Gesamtvorrichtungen, wie Schweißvorrichtungen, Klemmvorrichtungen und Metall-Umformvorrichtungen, integriert sind. Derartige Vorrichtungen sind typischerweise nicht erweiterbar, um vielfältigen Kraft-Erfordernissen gerecht zu werden und sind doch derartig komplex, dass sie unnötig teuer und in vielfältiger Hinsicht fehleranfällig sind.
Beispielsweise lehrt US-Patent 2,661,599 A Folmer die Verwendung eines pneumatisch betriebenen Schweißkopfes. Der Folmersche Schweißkopf beinhaltet einen einzelnen dünnwandigen Zylinder, der an einem Ende mit einem Anschlussstück und an einem gegenüberliegenden Ende mit einer Hülse verschlossen ist. Der Zylinder weist eine Bohrung mit einem erweiterten Abschnitt auf, der durch eine Stufe oder Schulter in der Zylinderwand definiert ist. Eine Hülse ist in dem erweiterten Abschnitt der Bohrung zwischen der Schulter und der Endhülse eingesetzt, um die Zylinderbohrung in zwei Abteilungen zu unterteilen. Es sind zwei Kolben vorgesehen, wobei ein Kolben in jeder der beiden Abteilungen angeordnet ist und wobei die Kolben untereinander mittels einer Stange verbunden sind, die sich durch eine Trennwand der Hülse hindurch erstreckt, um die Kolben gemeinsam im Gleichtakt zu bewegen. Die Stange beinhaltet einen axialen Durchgang und einen radialen Durchgang, welcher den axialen Durchgang schneidet. Der radiale Durchgang ist durch die Hülse verschlossen, wenn beide Kolben vollständig zurückgezogen sind. Unglücklicherweise ist der Folmersche Zylinder nicht kompakt und nicht in einfacher Weise an größere oder kleinere Anwendungen des Schweißkopfes anpassbar. Des Weiteren erfordert die Hülse das Anbringen einer relativ tiefen inneren Bohrung. Solche Bohrmaßnahmen müssen mit großer Präzision ausgeführt werden, um eine flüssige Kolbenbewegung in der Bohrung zu ermöglichen, wobei derartige Bohrmaßnahmen schwierig zu steuern und deshalb zeitaufwändig und kostspielig sind. Vergleichbare komplexe Vorrichtungen sind in den folgenden US-Patenten beschreiben: 3,457,480 A für Grimes; 3,458,141 A für Ott et al.; und 6,314,862 A für Retterer.
US-Patent 2,983,256 A für Seeloff lehrt die Verwendung eines elliptischen Fluidzylinders mit mehreren Kolben für eine Verwendung zum Antreiben anderer Vorrichtungen. Seeloff offenbart einen Zylinder, der aus einer Mehrzahl von Wand und Abstandselementen zusammengesetzt ist. Der Zylinder ist komplettiert durch eine Verwendung von Verbindungsstangen, die sich durch die Wand- und Abstandselemente hindurch erstrecken und mit vorderen und hinteren Köpfen aufeinander gegenüberliegenden Enden des Zylinders verbunden sind. Die Wand- und Abstandselemente sind mit einer zentralen Öffnung versehen, um eine hindurchtretende Kolbenstange aufzunehmen. Die vorderen und hinteren Köpfe und die Wand- und Abstandselemente definieren dazwischen angeordnete Fluidkammern, die darin angeordnete Kolben enthalten, die über Einschnappringe mit der Kolbenstange verbunden sind. Eine Mehrzahl von O-Ringdichtungen sind zwischen der Kolbenstange und den Kolben oder Abstandselementen sowie zwischen den Kolben und den Wandelementen erforderlich. Wie hinsichtlich des Folmer-Patents ausgeführt, ist die Seeloffsche Erfindung nicht kompakt und nicht in einfacher Weise an eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen anpassbar. Ebenso erfordert die Seeloffsche Erfindung eine übergroße Anzahl von Teilen, von denen die meisten eine Präzisionsbearbeitung und einen genauen Zusammenbau notwendig machen, wobei es sich bei einer Vielzahl der Teile um Dichtungen handelt, die Fehlerquellen im Hinblick auf Fluidverluste darstellen.
Es ergibt sich aus dem Vorstehenden, dass aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum genauen Positionieren und Befestigen eines ersten Teils an einem ungenau angeordneten zweiten Teil durch Umformen eines Abschnitts des zweiten Teils in eine vorbestimmte tatsächliche Referenzposition nicht vollständig optimiert sind. Des Weiteren sind die Kraft-Aufbringvorrichtungen des Standes der Technik ebenfalls nicht optimiert im Hinblick auf reduzierte Komplexität und Kosten und gesteigerte Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit. Daher besteht Bedarf an einer Umform-, Stanz- und Einnietmutter-Befestigungsvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit und veränderbarem Hub, welche nicht auf eine hydraulische Betätigung angewiesen ist und welche einfach, zuverlässig und kostengünstig sowie aus Gesichtspunkten des Umweltschutzes akzeptabel ist. Weiterhin besteht Bedarf an einer Kraft-Aufbringeinrichtung, die kompakter, zuverlässiger und kostengünstiger ausgebildet und in einfacherer Weise an eine Verwendung mit einer Vielzahl von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Krafterfordernissen anpassbar ist.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einer bevorzugten Ausgestaltung betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum programmgesteuerten Umformen eines Werkstücks um ein veränderbares Maß, um dessen Oberfläche oder einen oder mehrere ausgewählte Bereiche dieser Oberfläche in eine genaue Position zum Befestigen eines komplementären Teils daran zu bringen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere dazu ausgebildet, einen Abschnitt eines inneren Kraftfahrzeug-Karosserieelements zum Aufnehmen eines äußeren Kraftfahrzeug-Karosserieelements an einem Ort umzuformen, der genauer bestimmt ist als der ursprüngliche Ort eines derartigen inneren Kraftfahrzeug-Karosserieelements.
Eine einzelne derartige Vorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass sie ein oder mehrere Befestigungsfelder an bestimmten Orten des Werkstücks ausbildet, sodass die äußere Oberfläche eines jeden Befestigungsfeldes genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist, unabhängig von der anfänglichen Position des Werkstücks innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs, und um anschließend optional ein Loch oder einen Schlitz in jedes Befestigungsfeld zu stanzen. Die vorbestimmte tatsächliche Referenzposition für jeden bestimmten Ort wird von Fahrzeug zu Fahrzeug in einer stationären Stellung gehalten. Allerdings erkennt der Fachmann, dass diese stationäre Stellung sich von Ort zu Ort aufgrund der veränderlichen Konturen der mit dem Werkstück zu verbindenden komplementären Teile verändern kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Stanzwerkzeug auf, das in einem hohlen Abschnitt eines stationären Ambosses angeordnet ist und das seinerseits von einem Frontplatten-Durchgang umgeben ist, sodass das Stanzwerkzeug, der hohle Abschnitt des stationären Ambosses und der Frontplatten-Durchgang koaxial ausgerichtet sind. Das Stanzwerkzeug hat eine Hauptschneidoberfläche an einem seiner Endabschnitte und eine Hilfsschneidoberfläche, die in einem vorbestimmten Axialabstand von der Hauptschneidoberfläche angeordnet ist, wobei die Kontur der Hilfsschneidoberfläche diejenige der Hauptschneidoberfläche einschließt. Der stationäre Amboss hat eine Feld-Kontaktoberfläche, die einen stationären tatsächlichen Anschlag zum Anordnen und Halten der äußeren Oberfläche des Befestigungsfelds während dessen Herstellung darstellt. Die Frontplatte beinhaltet eine Haltoberfläche und einen Durchgang durch die Halteoberfläche. Das Stanzwerkzeug ist translatorisch in einer Richtung hin zu dem wirkverbundenen Abschnitt des Werkstücks oder von diesem weg durch den hohlen Bereich des stationären Ambosses bewegbar. Die Frontplatte ist in einer Richtung weg von dem stationären Amboss vorgespannt, um sich gegen das innere Karosserieelement anzuordnen und durch Kontakt mit dem inneren Karosserieelement gleitend zurückbewegbar zu sein, während der stationäre Amboss in die vorbestimmte tatsächliche Referenzstellung für einen bestimmten Ort bewegt wird.
Die Frontplatte ist in einer vollständig ausgefahrenen Stellung vorgespannt, sodass die Halteoberfläche axial über die Feld-Kontaktoberfläche des stationären Ambosses hinausragt. Die Feld-Kontaktoberfläche ist anfänglich um ein Maß von dem Werkstück beabstandet angeordnet, welches sicherstellt, dass die Halteoberfläche der Frontplatte nicht vorzeitig mit dem Werkstück in Wirkverbindung tritt. Anschließend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung längs der Achse des stationären Ambosses in Richtung des Werkstücks und in einer im Allgemeinen senkrecht zu diesem verlaufenden Richtung bewegt. Wenn die Feld-Kontaktoberfläche sich der vorbestimmten tatsächlichen Referenzstellung für einen bestimmten Ort nähert, tritt die Halteoberfläche der vollständig ausgefahrenen Frontplatte in Kontakt mit dem Werkstück. Weiteres Vorschieben der Feld-Kontaktoberfläche in Richtung der vorbestimmten tatsächlichen Referenzstellung überwindet die vollständige Ausfahr-Vorspannung der Frontplatte, wodurch die Halteoberfläche der Frontplatte relativ zu der Feld-Kontaktoberfläche des stationären Amboss zurück bewegt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ”findet” das Werkstück durch Positionieren aller drei Achsen der Feld-Kontaktoberfläche des stationären Ambosses an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für einen bestimmten Ort, sodass der axiale Abstand zwischen der Halteoberfläche und der Feld-Kontaktoberfläche repräsentativ für den Unterschied zwischen der ursprünglichen Position des Werkstücks und dessen genau angeordneter vorbestimmter tatsächlicher Referenzposition ist. Nach dem Positionieren des stationären Ambosses in der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für einen bestimmten Werkstück-Ort wird die Frontplatte pneumatisch in Stellung verriegelt, sodass die Halteoberfläche der Frontplatte in Kontakt mit dem Werkstück bleibt. Der pneumatisch betätigte Verrieglungsmechanismus ersetzt in vorteilhafter Weise herkömmlicher Weise hydraulisch betätigte Einrichtungen, sodass die hiermit verbundenen, oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin einen Formstempel auf, der vorzugsweise durch eine Kugelgewindeeinrichtung und einen umkehrbaren elektrischen Servomotor angetrieben ist, sodass die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Hublänge des Stempels programmierbar sind. Zusätzlich vermeidet die elektrische Betätigung des Stempels die mit einer vergleichbaren hydraulischen Betätigung verbundenen Nachteile, wie oben beschrieben. Ein Umformwerkzeug mit einem hohlen Zentralbereich ist an dem Formstempel angebracht, sodass eine Betätigung des Formstempels das Werkstück zwischen dem Umformwerkzeug und der Feld-Kontaktoberfläche des stationären Ambosses umformt. Die Haltoberfläche der Frontplatte erhält den Ort des Oberflächenmetalls um das Umformwerkzeug herum, was zu der Ausbildung eines erhabenen Feldes führt.
Entsprechend wird das Werkstück, solange es anfänglich innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs angeordnet ist, mit einem Befestigungsfeld versehen, das eine äußere Oberfläche besitzt, die genau an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist. Die Tiefe eines jeden derartigen Feldes variiert entsprechend dem Unterschied zwischen der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für einen bestimmten Ort und der Anfangsposition des Werkstücks an dem bestimmten Ort. Jedes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildete Feld steht unmittelbar für die Befestigung eines komplementären Teils daran zu Verfügung, ohne dass eine weitere Bearbeitung oder ein abschließendes Anpassen von Hand erforderlich wäre, um den endgültigen Befestigungsort auszubilden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist optional dazu ausgebildet, ein Loch oder einen Konturschlitz in dem ausgebildeten Feld zu schaffen, um darin ein Befestigungsmittel aufzunehmen und somit das Befestigen eines komplementären Teils daran zu erleichtern. Zu diesem Zweck ist eine zweite Kugelgewindevorrichtung und ein Servomotor entsprechend der vorstehenden Offenbarung vorgesehen, um das Stanzwerkzeug zu betätigen. Während das Umformwerkzeug sich noch in Wirkverbindung mit einer inneren Oberfläche des Befestigungsfelds befindet und diese somit stützt, bewegt sich das Stanzwerkzeug durch das Werkstück hindurch vor und dringt in den hohlen Zentralbereich des Umformwerkzeugs ein. Ein Loch kann derart ausgebildet werden, dass die Hublänge des Stanzwerkzeugs in einer Weise begrenzt wird, dass nur die Hauptschneidoberfläche in Wirkverbindung mit dem Werkstück tritt, wohingegen ein Vergrößern der Hublänge, sodass sowohl die Haupt- als auch die Hilfsschneidoberfläche durch das Werkstück dringen, einen Konturschlitz schafft.
Schließlich ist aus dem Stand der Technik allseits bekannt, dass die hier offenbarte programmgesteuerte Stanzbewegung eine automatische Fehlersicherung bereitstellt, um sicherzustellen, dass tatsächlich ein Loch gestanzt wurde. Ein durch das programmierbare Stanzwerkzeug erzeugter Stromverlauf ist ein Anzeichen für einen Widerstand, und da der durch das Stanzwerkzeug erfahrene Widerstand während der Wirkverbindung mit dem Werkstück stark zunimmt, wird eine Stromspitze erzeugt. Entsprechend zeigt eine Stromspitze einen erfolgreichen Stanzvorgang an, wohingegen das Ausbleiben einer Stromspitze anzeigt, dass der gewünschte Stanzvorgang nicht richtig durchgeführt wurde (d. h. das Stanzwerkzeug brach und trat nicht in Wirkverbindung mit dem Werkstück).
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteils an dem Befestigungsfeld. Insbesondere ist ein Umformwerkzeug zum Anbringen einer Einnietmutter daran ausgebildet, wobei das Umformwerkzeug mit dem stationären Amboss zusammenwirkt, während sich das Werkstück dazwischen befindet, um das Befestigungsfeld auszubilden und gleichzeitig oder fast gleichzeitig die Einnietmutter durch Clinchen mit dem Befestigungsfeld zu verbinden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Kraft-Aufbringvorrichtung geschaffen, die eine Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen aufweist, die hintereinander angeordnet sind. Die Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen umfasst Gehäuse mit darin angeordneten Hohlräumen und beinhaltet Kolben, die in den Gehäuse-Hohlräumen angeordnet sind. Die Kolben weisen angetriebene Oberflächen und im wesentlichen den angetriebenen Oberflächen gegenüberliegende antreibende Oberflächen auf, wobei die Kolben zum Einwirken von Fluiddruck auf die angetriebenen Oberflächen zum Antreiben der Kolben in eine vorgeschobene Richtung ausgebildet sind, sodass die antreibenden Oberflächen der Kolben an anderen angetriebenen Oberflächen anderer Kolben der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen anliegen.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines ersten Teils an einem ungenau angeordneten zweiten Teil anzugeben, wobei die Vorrichtung eine Stanz- und Umformeinrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit und veränderbarem Hub aufweist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines ersten Teils an einem ungenau angeordneten zweiten Teil anzugeben, wobei die Vorrichtung nicht hydraulisch betätigt ist und daher nicht die entsprechenden oben genannten Nachteile aufweist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines ersten Teils an einem ungenau angeordneten zweiten Teil anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Abschnitts eines flächigen Elements in eine vorbestimmte tatsächliche Referenzposition mit reduzierter Zykluszeit anzugeben.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Umformen eines Bereichs eines flächigen Elements in eine vorbestimmte tatsächliche Referenzstellung und zum Stanzen eines Lochs in den umgeformten Bereich des flächigen Elements anzugeben, wobei die Vorrichtung einen weiten Anwendungsbereich besitzt, indem eine einzelne Betätigungseinrichtung Umformwerkzeuge und Stanzwerkzeuge unterschiedlicher Größe aufnehmen und eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien und Materialkonfigurationen umformen oder stanzen kann.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Löchern unterschiedlicher Form und Größe mit einem einzelnen Schneidwerkzeug zu erzeugen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlersicherung eines Stanzvorgangs anzugeben, durch die in einfacher Weise kenntlich gemacht wird, ob und wenn der Stanzvorgang nicht erfolgreich war.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum pneumatischen Betätigen und Halten des internen Verriegelungsmechanismus einer Werkstück-Trägereinrichtung anzugeben.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch hydraulische Einrichtungen in einem Arbeitsumfeld der Automobilindustrie verursachten Kosten zu eliminieren.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Umwelt- und Gesundheitsrisiken zu beseitigen, die mit der Verwendung von Hydrauliköl in einem Arbeitsumfeld der Automobilindustrie verbunden sind.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen von Bauteilen, wie Rücklichtern, Stoßfängern, Abdeckungen, Scheinwerfern, Tankabdeckungen usw., anzugeben.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines Teils an einem anderen Bauteil anzugeben, wobei die Vorrichtung eine Umform- und Clinch-Einrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit und veränderbarem Hub aufweist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines Teils an einem anderen Bauteil anzugeben, wobei die Vorrichtung nicht hydraulisch betrieben ist und daher nicht die entsprechenden oben beschriebenen Nachteile aufweist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum genauen Positionieren und Befestigen eines Teils an einem Befestigungsmittel anzugeben.
Diese Aufgaben sowie weitere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Patentansprüche und der begleitenden Zeichnungen deutlicher.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Zeichnungsansichten
1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Befestigung an einem Roboter;
2 ist eine Isometrieansicht der Vorrichtung der 1;
3 ist eine seitliche Ausschnittansicht der Vorrichtung der 2;
4 ist ein Schnitt entlang der Linie 4-4 der 2;
5 ist eine Explosionsdarstellung mit Details der Umform- und Clinch-Komponenten der Vorrichtung gemäß 2;
6a ist eine schematische Teilansicht zur Darstellung eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 2;
6b ist eine der 6a vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6c ist eine den 6a–6b vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6d ist eine den 6a–6c vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6e ist eine den 6a–6d vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts in dem erfindungsgemäßen Verfahren;
7 ist eine isometrische Teildarstellung eines durch die Vorrichtung gemäß 2 und gemäß dem Verfahren der 6a–6e umgeformten und gestanzten inneren Karosserieelements;
8a ist eine isometrische Explosionsdarstellung eines Werkstückträgers und eines pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements der in 2 gezeigten Vorrichtung;
8b ist eine isometrische Darstellung einer Kipphebel-Verriegelungseinrichtung des pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements der 8a;
8c ist eine isometrische Darstellung eines Gehäuses des pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements der 8a;
9 ist eine Seitenansicht des Werkstückträgers und des pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements der 8a;
10 ist eine Draufsicht des Werkstückträgers und des pneumatischen Werkstückträger-Befestigungselements der 8a;
11 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 in 10 zur Darstellung der Kipphebel-Verriegelungseinrichtung der 8b in der verriegelten Stellung;
12 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 in 10 zur Darstellung der Kipphebel-Verrieglungseinrichtung der 8b in der unverriegelten Stellung;
13 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Befestigung an einen Roboter;
14 ist eine isometrische Darstellung der Vorrichtung gemäß 13;
15 ist eine seitliche Ausschnittansicht der Vorrichtung gemäß 14;
16 ist ein Schnitt entlang der Linie 16-16 in 14;
17 ist eine Explosionsdarstellung mit Details der Umform- und Clinch-Komponenten der Vorrichtung gemäß 14;
18a ist eine schematische Teilansicht zur Darstellung eines Schritts in einem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 14;
18b ist eine der 18a vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
18c ist eine den 18a–18b vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
18d ist eine den 18a–18c vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
18e ist eine den 18a–18d vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
18f ist eine den 18a–18e vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines nachfolgenden Schritts des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
19 ist eine isometrische Teilansicht zur Darstellung eines durch die Vorrichtung gemäß der 14 und gemäß dem alternativen Verfahren der 18a–18e umgeformten und geclinchten inneren Karosserieelements;
20 ist eine isometrische Explosionsdarstellung eines Werkstückträgers und einer Kraft-Aufbringeinrichtung der Vorrichtung gemäß 14;
21 ist eine Seitenansicht des Werkstückträgers und der Kraft-Aufbringeinrichtung der 20a;
22 ist eine Draufsicht des Werkstückträgers und der Kraft-Aufbringeinrichtung gemäß der 20;
23a ist eine Querschnitts- oder Viertelschnitts-Ansicht entlang der Linie 23-23 der 20 zur Darstellung der Kraft-Aufbringeinrichtung der 20 in einer zurückgezogenen Stellung;
23b ist eine Querschnitts-Ansicht entsprechend derjenigen in 23a zur Darstellung der Kraft-Aufbringeinrichtung in einer vorgeschobenen Stellung; und
24 ist eine Endansicht eines der Kolben in 23a.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bei detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnung zeigen die 1 und 2a eine Anordnungsvorrichtung in Form einer Feld-Formvorrichtung 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform bewegen einer oder mehrere programmierbare Roboter 11 die Feld-Formvorrichtung 10 zum Ausbilden und Auflösen einer Wirkverbindung mit einem Werkstück WP und positionieren die Feld-Formvorrichtung 10 genau relativ zu bestimmten Orten auf dem Werkstück WP. Die Feld-Formvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, ein Befestigungsfeld P (gezeigt in 7) an einem oder mehreren bestimmten Orten auf dem Werkstück WP auszubilden, so dass die äußere Oberfläche eines jeden Befestigungsfeldes P genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist, welche unabhängig für jeden Ort definiert ist, und um anschließend entweder ein Loch H (gezeigt in 7) oder einen Schlitz (nicht gezeigt) in das Befestigungsfeld P zu stanzen. Solange das Werkstück WP sich innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs befindet, wird es mit einem Befestigungsfeld versehen, dessen äußere Oberfläche genau an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist, und ein komplementäres Teil kann ohne weitere Bearbeitung oder Einstellungen daran befestigt werden.
In dem Kontext der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sollte das Werkstück WP als ein inneres Kraftfahrzeug-Karosserieelement angesehen werden, obwohl berücksichtigt werden sollte, dass das Werkstück WP auch andere Strukturelemente in anderen Fertigungsumgebungen mit einschließt. Weiterhin und obwohl die vorliegend beschriebene Ausgestaltung sich auf die Befestigung eines äußeren Kraftfahrzeug-Karosserieelements bezieht, ist die Erfindung in gleicher Weise geeignet für das tatsächliche Befestigen anderer Bauteile, wie Rücklichter, Stoßfänger, Abdeckungen, Scheinwerfer, Tankdeckel usw. Schließlich beziehen sich relative Ausdrücke, wie vorne, hinten, oben, unten etc., auf die Feld-Formvorrichtung 10 gemäß der in 2 gezeigten Ansicht, wobei ein Umformblock 130 die Vorderseite und Servomotoren 140, 140' die Rückseite definieren.
Wie in den 2–4 gezeigt, beinhaltet die Feld-Formvorrichtung 10 eine allgemein rechteckige Motorplatte 12 mit einer Öffnung 12a, die unterhalb einer Öffnung 12b angeordnet ist. Die Servomotoren 140, 140' sind jeweils bezüglich der Öffnungen 12a, 12b ausgerichtet und hinter diesen an der Motorplatte 12 angebracht, wie nachfolgend ausführlicher erklärt werden wird. Die Feld-Formvorrichtung 10 beinhaltet weiterhin voneinander beabstandete, allgemein parallele Seitenplatten 14, 16, die den Servomotoren 140, 140' gegenüberliegend mit der Motorplatte 12 verbunden sind und sich von dieser aus in Vorwärtsrichtung erstrecken. Die Seitenplatten 14, 16 haben jeweils vertiefte Bereiche 14a (nicht gezeigt), 16a, die Schultern 14b (nicht gezeigt), 16b definieren, die allgemein parallel zu der Motorplatte 12 verlaufen. Es sei angemerkt, dass die Seitenplatten 14 und 16 im Allgemeinen identisch ausgebildet sind und dass der vertiefte Bereich 14a und die Schulter 14b entsprechend dem vertieften Bereich 16a bzw. der Schulter 16b ausgebildet sind, obwohl sie in den Figuren nicht ausgewiesen sind.
Ein Rückhalteblock 17 mit einem Durchgang 17a, der sich in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung durch den Rückhalteblock 17 hindurch erstreckt, ist an den Seitenplatten 14, 16 angebracht, sodass der Rückhalteblock 17 in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung durch die Schultern 14b, 16b gehalten und in einer Aufwärts-/Abwärts-Richtung fest an den vertieften Bereichen 14a, 16a befestigt ist. Ein Abstandselement 19, das für die Oben-/Unten-Einstellung des Rückhalteblocks 17 ausgebildet ist, ist zwischen dem Rückhalteblock 17 und den vertieften Bereichen 14a, 16a angeordnet und erstreckt sich in Vorwärtsrichtung über den Rückhalteblock 17 hinaus. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist das Abstandselement 19 anfänglich in der Aufwärts-/Abwärts-Richtung überdimensioniert, sodass entsprechend der Rückhalteblock 17 sich anfänglich am oberen Ende der Einstellmöglichkeit befindet, woraufhin das Abstandselement 19 in einem erforderlichen Maße abgetragen wird, um den Rückhalteblock 17 in eine dafür bestimmte ausgerichtete Oben-/Unten-Position abzusenken.
Ein L-förmiges Abstandselement 25 mit einem Beinabschnitt 25a und einem Fußabschnitt 25b ist zwischen den Seitenplatten 14, 16 angeordnet und derart daran befestigt, dass der Beinabschnitt 25a unterhalb der vertieften Bereiche 14a, 16a angeordnet ist und der Fußabschnitt 25b sich über die vertieften Bereiche 14a, 16a der Seitenplatten 14, 16 hinaus erstreckt. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist ein Gleitblock 18 mit einer vorderen Oberfläche 20, einer hinteren Oberfläche 22 und einem ihn durchsetzenden Durchgang 24 vor dem Rückhalteblock 17 angeordnet, sodass der Durchgang 17a an dem Durchgang 24 ausgerichtet ist. Der Gleitblock 18 ist zum translatorischen Bewegen in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgebildet, wird entlang eines stationären Ambosses 36 geführt, der sich durch den Durchgang 24 hindurch erstreckt und steht in Wirkverbindung mit einer obersten Oberfläche des Fußabschnitts 25b, welche zum Führen des Gleitblocks 18 und zum Verhindern einer Drehung desselben ausgebildet ist. Die Oben-/Unten-Position des Gleitblocks 18 kann in vergleichbarer Weise wie die entsprechende Position des Rückhalteblocks 17 eingestellt werden, wie vorstehend beschrieben, was insbesondere ein Abtragen des Fußbereichs 25b des L-förmigen Abstandselements 25 in einem notwendigen Maße beinhaltet, um den Gleitblock 18 in eine hierfür vorgesehene ausgerichtete Oben-/Unten-Position abzusenken. Der Gleitblock 18 weist einen Vorsprung 18a auf, der sich hiervon ausgehend in Abwärtsrichtung erstreckt und der dazu ausgebildet ist, mögliche Bewegungen zu begrenzen, indem er mit dem Fußabschnitt 25b des L-förmigen Abstandselements 25 an einem vorderen Ende der Bewegung und mit dem Abstandselement 19 an einem hinteren Ende der Bewegung in Wirkverbindung tritt.
Eine Frontplatte 26 mit einer Halteoberfläche 30 und einem diese durchsetzenden Durchgang 28 ist an der vorderen Oberfläche 20 des Gleitblocks 18 angebracht, sodass der Durchgang 28 der Frontplatte 26 und der Durchgang 24 des Gleitblocks 18 ausgerichtet sind. Der stationäre Amboss 36 ist in dem Durchgang 17a des Rückhalteblocks 17 angeordnet und fest mit diesem verbunden, sodass der stationäre Amboss 36 sich durch den Durchgang 24 des Gleitblocks 18 und in den Durchgang 28 der Frontplatte 26 erstreckt, wobei er dort mit einer Feld-Kontaktoberfläche 40 endet. Die Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 trägt einen äußeren Bereich des Befestigungsfelds P (gezeigt in 7) während dessen Ausbildung und unterliegt deshalb der sich während des Zusammentreffens ergebenden Kraft. Es sei betont, dass die Motorplatte 12, die Seitenplatten 14, 16 und der Rückhalteblock 17 derart ausgebildet sind, dass sie eine derartige in Rückwärtsrichtung auf die Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 einwirkende Kraft absorbieren. Ein Stanzwerkzeug 34 mit einer Hauptschneidoberfläche 34a und einer Hilfsschneidoberfläche 34b ist für eine translatorische Bewegung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung durch einen hohlen Bereich 38 des stationären Ambosses 36, den Durchgang 17a des Rückhalteblocks 17, den Durchgang 24 des Gleitblocks 18 und den Durchgang 28 der Frontplatte 26 hindurch ausgebildet.
Bezug nehmend auf die 6a–6b ist der Gleitblock in einer vollständig ausgefahrenen Stellung vorgespannt, die nachfolgend detailliert beschrieben ist. Entsprechend ragt die Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 axial über die Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 in einem Maße hinaus, das der maximal erlaubten Feldtiefe für eine bestimmte Anwendung entspricht, und das L-förmige Abstandselement 25 befindet sich in Wirkverbindung mit dem Vorsprung 18a. Der Roboter 11 und zugeordnete programmierbare Bewegungssteuerungen bewegen die Feld-Formvorrichtung 10 (gezeigt in 1) schnell in Stellung bezüglich des Werkstücks WP, sodass der stationäre Amboss 36 in der Nähe des Werkstücks WP, jedoch in einem bekannten Abstand von diesem angeordnet ist. Die programmierbare Bewegungssteuerungseinrichtung bewegt anschließend die Feld-Formvorrichtung 10 in die endgültige Position, indem sie die Vorrichtung entlang der Achse des stationären Ambosses 36 in einer allgemein senkrecht zu dem Werkstück WP verlaufenden Richtung bewegt, sodass die X-, Y- und Z-Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 relativ zu den X-, Y-, und Z-Achsen einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für einen bestimmten Ort auf dem Werkstück WP, an dem gearbeitet werden soll, genau positioniert sind.
Wie in der 6a gezeigt, ist die Feld-Kontaktoberfläche 40 anfänglich in der vorbestimmten Referenzposition ausgerichtet und in einem ausreichenden Maße von dem Werkstück WP beabstandet angeordnet, um zu gewährleisten, dass die Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 nicht vorzeitig mit dem Werkstück WP in Wirkverbindung tritt. Anschließend bewegt der Roboter 11 die Feld-Formvorrichtung 10 (gezeigt in 1) entlang der Achse des stationären Ambosses 36 in einer Richtung senkrecht zu dem Werkstück WP auf dieses zu, um die X-, Y-, und Z-Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40 in Ausrichtung mit den X-, Y-, und Z-Achsen der vorbestimmten tatsächlichen Referenzstellung zu bringen. Wenn die Feld-Kontaktoberfläche 40 sich dem Werkstück WP nähert, tritt die vollständig ausgefahrene Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 in Kontakt mit dem Werkstück WP (gezeigt in 6b). Weiteres Vordringen der Feld-Kontaktoberfläche 40 in Richtung des Werkstücks WP überwindet die vollständige Ausfahrvorspannung des Gleitblocks 18, wodurch effektiv die Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 relativ zu der Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 zurück bewegt wird, bis der stationäre Amboss 36 die vorbestimmte tatsächliche Referenzstellung erreicht.
Wie in der 6c erkennbar, ”findet” die Feld-Formvorrichtung 10 das Werkstück WP durch Anordnen aller drei Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40 in der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition, sodass der axiale Abstand zwischen der Halteoberfläche 30 und der Feld-Kontaktoberfläche 40 ein Maß für die Differenz zwischen der ursprünglichen ungenauen Position des Befestigungsorts des inneren Karosserieelements und der genau lokalisierten vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition dafür darstellt. Nach dem ”Finden” des Werkstücks WP wird der Gleitblock 18 in einer festen Position verriegelt, wie nachfolgend detailliert beschrieben ist, sodass die Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 in Kontakt mit dem Werkstück WP bleibt. Die Feld-Formvorrichtung 10 ist nun in Stellung, um das Feld P auszubilden und das Loch H zu stanzen.
Wie in der 6d gezeigt, wird nach dem ”Finden” des Werkstücks WP durch die Feld-Formvorrichtung 10 und das Verriegeln des Gleitblocks 18 in Stellung der radial innerhalb der Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 befindliche Bereich des Werkstücks WP nach außen hin verformt, bis er die Feld-Kontaktoberfläche 40 des stationären Ambosses 36 berührt, um das Befestigungsfeld P zu bilden. Wie am besten in 5 zu erkennen ist, erfolgt diese Verformung unter einer Last, die durch ein Umformwerkzeug 126 mit einem sich durch dieses erstreckenden hohlen Zentralbereich 128 aufgebracht. Bezug nehmend auf die 6e tritt das Stanzwerkzeug 34 durch den Bereich des Befestigungsfelds P, der sich radial innerhalb des Umformwerkzeugs 126 befindet und daher nicht von diesem unterstützt ist, in den hohlen Zentralbereich 128, um das Loch H zu stanzen, während sich das Umformwerkzeug 126 in Kontakt mit dem Werkstück WP befindet.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 2 wird die Hin- und Rückbewegung des Gleitblocks 18 durch erste und zweite hydraulische Werkstückträger-Vorrichtungen 42, 42' bekannten Typs bewirkt, d. h. Hytec Hydraulic Work Support Nr. 100998 Werkstückträger vom Typ mit Federvortrieb, die an den ersten und zweiten Seitenplatten 14 bzw. 16 in herkömmlicher Weise befestigt sind. US-Patent 3,938,798 im Namen von Solie et al. liefert eine detaillierte Offenbarung einer vergleichbaren Werkstückträger-Vorrichtung und wird dementsprechend durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Aus Gründen der Klarheit wird nur die Zusammensetzung und der Betrieb des ersten Werkstückträgers 42 offenbart, es sei jedoch betont, dass die bevorzugte Ausführungsform der Feld-Formvorrichtung 10 einen zweiten identischen Werkstückträger 42' aufweist. Wie in der 8a dargestellt ist, beinhaltet der Werkstückträger 42 einen Plunger oder eine Kolbenstange 44, der bzw. die verschiebbar in dem Werkstückträger 42 angeordnet ist und an seinem bzw. ihrem Ende einen Kopf 46 aufweist. Der Plunger 44 ist normalerweise in einer vollständig ausgefahrenen Stellung durch eine innere Feder (nicht gezeigt) vorgespannt. Der Werkstückträger 42 ist dazu ausgebildet, den Plunger 44 in Stellung zu verriegeln, indem eine innere Hülse oder ein innerer Schrumpfring (nicht gezeigt) zusammengedrückt wird, um einen Umfangsbereich (nicht gezeigt) des Plungers 44 zum Verriegeln in seiner vorgeschobenen Stellung zu ergreifen. Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beinhaltet die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung pneumatische Werkstück-Betätiger 60, 60', die zum pneumatischen Betätigen des Verriegelungsmechanismus der Werkstückträger 42, 42' ausgebildet sind, sodass keine hydraulischen Einrichtungen zum Betreiben der Feld-Formvorrichtung 10 erforderlich sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 8a wird die innere Hülse (nicht gezeigt) zusammengedrückt, um den Plunger 44 zu verriegeln, indem Kraft auf einen beweglichen Kolben (nicht gezeigt) innerhalb eines Zylinders 48 des Werkstückträgers 42 aufgebracht wird. Obwohl die auf den beweglichen Kolben aufgebrachte Kraft herkömmlicher Weise durch hydraulischen Druck aufgebracht wird, sei vorliegend angemerkt, dass der Verriegelungsmechanismus des Werkstückträgers in Reaktion auf eine Kraft betätigt werden kann, die durch eine alternative, für einen derartigen Gebraucht angepasste Quelle ausgeübt wird. Des Weiteren sei betont, dass für eine solche Betätigung nur eine solche Kraft erforderlich ist, die zum Überwinden einer bestimmten Vorlast erforderlich ist, während die erforderliche Kraft zum Halten eines Werkstückträgers in dem verriegelten Zustand proportional zu der Vorlast in Kombination mit einer beliebigen entgegengerichteten Kraft ist, die von außen auf den Plunger 44 ausgeübt wird. Aus diesem Grund erforderten großen äußeren Kräften ausgesetzte Werkstückträger 42 typischerweise eine hydraulische Betätigung, da die Kompressibilität von Luft den Einsatz pneumatischer Vorrichtungen ausschließt.
Wiederum werden aus Gründen der Klarheit nur die Zusammensetzung und der Betrieb des ersten pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements 60 offenbart, wobei jedoch betont sei, dass die Feld-Formvorrichtung 10 ein zweites identisches pneumatisches Werkstückträger-Betätigungselement 60' aufweist, das zum Betätigen des zweiten Werkstückträgers 42' ausgebildet ist. Wie in den 6a–8c gezeigt, implementiert das pneumatische Werkzeugträger-Betätigungselement 60 eine Kipphebel-Verrieglungseinrichtung 94, die dazu ausgebildet ist, den inneren Verrieglungsmechanismus (nicht gezeigt) eines Werkstückträgers zu betätigen, wodurch der Plunger 44 in Stellung verriegelt wird, und um anschließend einer entgegenwirkenden, von außen auf den Plunger 44 aufgebrachten Kraft mechanisch zu widerstehen, sodass das pneumatische Werkstückträger-Betätigungselement 60 in der Lage ist, deutlich größeren Kräften zu widerstehen, als dies bis heute mit herkömmlichen pneumatischen Einrichtungen möglich war.
Das pneumatische Werkstückträger-Betätigungselement 60 weist ein Gehäuse 62 mit einem Einlassende 64 und einem offenen Auslassende 66 auf. Das offene Auslassende 66 des Gehäuses ist mit dem Werkstückträger-Zylinder 48 in herkömmlicher Weise verbunden, beispielsweise durch die in der 8a dargestellten Innensechskantschrauben. Trägerteile 76, 78 sind in vergleichbarer Weise an einander gegenüberliegenden Seiten 68, 70 des Gehäuses 62 in der Nähe des Einlassendes 64 desselben befestigt und erstrecken sich in einer Richtung weg von dem Einlassende 64 des Gehäuses 62. Ein Pneumatikzylinder 80 eines bekannten Typs, d. h. Bimba Model-Nr. FM-1740-2FMT ist schwenkbar zwischen den Trägerteilen 76, 78 angeordnet und an diesen in der Nähe des Einlassendes 64 des Gehäuses 62 befestigt. Der Pneumatikzylinder 80 beinhaltet einen Körperabschnitt 82, eine unter Einwirkung eines pneumatischen Drucks aus- und einfahrbare Kolbenstange 84 sowie ein Kopplungsteil 86, das an dem freien Ende der Kolbenstange 84 befestigt ist. Ein stationärer Abstandsblock 88 mit einer allgemein ebenen Vorderseite 90 und einer gegenüberliegenden Seite mit kanalartigem Profil 92 ist innerhalb des Gehäuses 62 angeordnet und an diesem befestigt, sodass die ebene Vorderseite 90 an einem inneren Abschnitt des Einlassendes 64 mittels einer Innensechskantschraube angebracht ist, wobei der Kanalabschnitt 92 zwischen einander gegenüberliegenden Seiten 68, 70 des Gehäuses verläuft.
Der Kipphebel-Verriegelungsabschnitt 94 des pneumatischen Werkstückträger-Betätigungselements 60 ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und beinhaltet vorzugsweise ein erstes Verbindungsteil 96 und ein zweites Verbindungsteil 104. Die Verbindungsteile 96, 104 sind allgemein rechteckförmig mit komplementären radialen Endbereichen ausgebildet. Das erste Verbindungsteil 96 weist ein konvexes Ende 98 auf, das schwenkbar in den Kanalabschnitt 92 des stationären Abstandsblocks 88 eingreift, ein gegenüberliegendes konkaves Ende 100, das zum Aufnehmen des zweiten Verbindungsteils 104 ausgebildet ist, und einen angeformten Hebelarm 102, der schwenkbar an dem Kopplungsteil 86 des Pneumatikzylinders befestigt ist.
Das zweite Verbindungsteil 104 weist einander gegenüberliegende konvexe Enden 106, 108 auf, die ausgebildet sind, um schwenkbar in das erste Verbindungsteil 96 und in ein Zylinder-Verbindungsteil 110 einzugreifen. Das Zylinder-Verbindungsteil 110 beinhaltet eine Oberfläche, die einen kanalartigen Querschnitt 112 aufweist, der dazu ausgebildet ist, das zweite Verbindungsteil 104 aufzunehmen, sowie eine gegenüberliegende ebene Oberfläche 114, die zum Schaffen einer Wirkverbindung mit dem beweglichen Kolben (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42 ausgebildet ist. Ein Haltestift 116 ist durch ein Loch 73 in einem Bodenabschnitt 72 des Gehäuses eingesetzt, sodass ein angespitztes Wirkende 118 des Haltestifts 116 die Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94 hält, um eine übermäßige Auslenkung derselben zu verhindern. Ein Abstandselement 122, das zwischen einem Kopfbereich 120 des Haltestifts 116 und dem Bodenbereich 72 des Gehäuses 62 angeordnet ist, wird vorzugsweise bis auf eine Stärke abgetragen, die das Einsetzen des angespitzten Wirkendes 118 des Haltestifts 116 präzise begrenzt, sodass die Verbindungsteile 96, 104 sich innerhalb ±0,3° Abweichung von einer koplanaren Ausrichtung befinden, wenn die Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94 durch den Haltestift 116 gehalten ist. Eine an einem ansonsten offenen oberen Bereich 74 des Gehäuses 62, vorzugsweise mit Innensechskantschrauben befestigte Deckelplatte 124 hält die Verbindungsteile 96, 104 innerhalb des Gehäuses 62 und verhindert weiterhin eine übermäßige Auslenkung der Kipphebel-Verrieglungseinrichtung 94.
Ein Ausfahren der Kolbenstange 84 des Pneumatikzylinders und des indirekt damit verbundenen Hebelarms 102 übt ein Trägheitsmoment über das konvexe Ende 98 des ersten Verbindungsteils aus, welches schwenkbar in den Kanalabschnitt 92 des stationären Abstandsblocks 88 eingreift, und bewirkt tendenziell eine Ausrichtung der Verbindungsteile 96, 104, sodass die Kipphebel-Verrieglungseinrichtung 94 einrastet, im Gegensatz hierzu übt ein Zurückziehen der Kolbenstange 84 ein entgegengesetztes Trägheitsmoment aus, welches bestrebt ist, die Verbindungsteile 96, 104 aus dem ausgerichteten Zustand heraus zu bewegen, wodurch die Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94 entriegelt wird. 11 und 12 zeigen jeweils die verriegelte bzw. unverriegelte Stellung der Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 8a–8c ist erkennbar, dass ein Ausfahren der Kolbenstange 84 des Pneumatikzylinders über die entsprechende Ausrichtung der Verbindungsteile 96, 104 bewirkt, dass das Kolben-Verbindungsteil 110 in dem Zylinder 48 des Werkstückträgers 42 vorbewegt wird, sodass eine Kraft auf den beweglichen Kolben (nicht gezeigt) ausgeübt, die innen liegende Hülse (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42 zusammengedrückt und der Werkstückträger-Plunger 44 verriegelt wird. Wenn die Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94 verriegelt ist, kann sie beträchtlichen Kräften mechanisch widerstehen, die längs der Ausrichtungsachse der Einrichtung ausgeübt werden, wie dies der Fall ist, wenn eine äußere Kraft auf den Werkstückträger-Plunger 44 einwirkt, wobei jede derartige Kraft durch den beweglichen Kolben auf die Kipphebel-Verriegelungseinrichtung 94 längs deren Ausrichtachse übertragen wird. Auf diese Weise ist das pneumatische Werkstückträger-Betätigungselement 60 in der Lage, den Werkstückträger 42 unter wesentlich größeren Lasten in dem verriegelten Zustand zu halten, als dies bis heute mit Vorrichtungen möglich war, bei denen ausschließlich pneumatischer Druck zum Einsatz kam.
Wie weiterhin aus der 6d erkennbar ist, wird der Bereich des Werkstücks WP, der radial innerhalb der Halteoberfläche 30 der Frontplatte 26 angeordnet ist, nach außen hin verformt, nachdem die Feld-Formvorrichtung 10 das Werkstück WP wie oben beschrieben ”gefunden” hat, bis er in Kontakt mit der Feld-Kontaktfläche 40 des stationären Ambosses 36 tritt. Wie am besten in den 2 bis 5 erkennbar ist, geschieht diese Verformung unter einer Last, die durch das Umformwerkzeug 126 aufgebracht wird, das an einem Stempelblock 130 befestigt ist. Der Stempelblock 130 wird zwischen der gestrichelt gezeichneten Stellung und der durchgängig gezeichneten Stellung in 4 mittels eines Formstempels 132 hin- und herbewegt, wobei der Formstempel durch eine Kugelgewinde-Einrichtung 134 angetrieben ist, die im Folgenden detailliert beschrieben wird.
Wie am besten in der 4 zu erkennen ist, befindet sich ein umkehrbarer elektrischer Servomotor 140 auf der Rückseite der Motorplatte 12 in Ausrichtung mit der Öffnung 12a, um zu Antriebszwecken eine Wirkverbindung mit der Kugelgewinde-Einrichtung 134 einzugehen, welche dazu ausgebildet ist, die Drehbewegung des Servomotors 140 in eine translatorische Bewegung umzuwandeln. Die Kugelgewinde-Einrichtung 134 beinhaltet ein Gewindeteil 136, ein darauf aufgeschraubtes Mutterteil 138 sowie eine Mehrzahl von dazwischen angeordneten Kugeln (nicht gezeigt). Die Kugelgewinde-Einrichtung 134 ist im Allgemeinen parallel zu und zwischen den ersten und zweiten Seitenplatten 14, 16 angeordnet, erstreckt sich in einer ersten Richtung durch die Öffnung 12a der Motorplatte 12, um mit dem Servomotor 140 in Wirkverbindung zu treten, und erstreckt sich in die entgegengesetzte Richtung zum Ausbilden einer Wirkverbindung mit dem Formstempel 132. Das Mutterteil 138 ist innerhalb eines hohlen Verbindungsbereichs 132a (nicht gezeigt) des Formstempels 132 angeordnet und mit diesem verbunden und wird längs der Länge des Gewindeteils 136 unter Einwirkung des Servomotors 140 in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung bewegt. Die Betätigung des Servomotors 140 wird durch eine programmierbare Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, die im Allgemeinen hinreichend bekannt ist und die Form eines geeigneten programmierbaren Mikroprozessors annehmen kann.
Ein linearer Messwertgeber (nicht gezeigt) steht mit dem Formstempel 132 in Wirkverbindung und erzeugt Positions-Feedbacksignale, die durch die programmierbare Steuerungseinrichtung verwendet werden, um eine gewünschte Stellung und Bewegung des Umformwerkzeugs 126 zu erzielen. Entsprechend wird der Servomotor 140 durch programmgestützte Steuerelemente derart betrieben, dass der Formstempel 132 gemäß unterschiedlicher Hub-Modi angetrieben wird, wobei die Stempelstellung, Stempelgeschwindigkeit und Stempelbeschleunigung sich programmtechnisch gesteuert über den Hubweg ändern können und gleichzeitig überwacht werden. Die fortschrittlichere programmierbare Umformbewegung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, bringt zusätzliche Flexibilität, sodass eine einzelne Feld-Formvorrichtung 10 in der Lage ist, eine Vielzahl von Anwendungen zu unterstützen. Beispielsweise kann eine einzelne Feld-Formvorrichtung 10 ein erstes Feld P in einem relativ dünnen Bereich des Werkstücks WP unter Verwendung einer langsameren Hubgeschwindigkeit und anschließend ein zweites Feld in einem relativ dicken Bereich des Werkstücks WP unter Verwendung einer schnelleren Hubgeschwindigkeit ausbilden. Bei einem weiteren Beispiel kann die Zykluszeit reduziert werden, indem die Geschwindigkeit des Formstempels 132 über den Umformzyklus derart verändert wird, dass sich ein schneller Stempelvorschub und eine schnelle Stempel-Rückbewegung in Verbindung mit einer langsamen Geschwindigkeit während des tatsächlichen Umform- und/oder Stanzprozesses ergibt.
Nachdem ein Befestigungsfeld P (gezeigt in 7) in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildet wurde und bevor der Formstempel 132 ausgefahren wird, um das Umformwerkzeug 126 von dem Werkstück WP zurückzuziehen, ist es oftmals wünschenswert, eine Öffnung in dem erhabenen Befestigungsfeld P durch Bohren eines Lochs, durch Ausstanzen eines Metallstücks oder durch Stechen einer Öffnung zu erzeugen, um eine Befestigungsöffnung, wie ein Loch H (gezeigt in 7), zu schaffen, welches dazu vorgesehen ist, das nachfolgende Befestigen eines äußeren Karosserieelements zu erleichtern. Das Bohren, Stanzen oder Durchstechen des erhabenen Befestigungsfelds P wird zweckmäßigster Weise mittels der Feld-Formvorrichtung 10 durchgeführt, bevor diese von dem Werkstück WP zurückgezogen wird. Zu diesem Zweck ist eine zweite Kugelgewinde-Einrichtung 134' vorgesehen, um das Stanzwerkzeug 34 auf vergleichbare Weise anzutreiben, auf welche das Umformwerkzeug 126 durch die Kugelgewinde-Einrichtung 134 angetrieben ist. Ein zweiter umkehrbarer elektrischer Servomotor 140' ist an der Rückseite der Motorplatte 12 in Ausrichtung mit der Öffnung 12b angeordnet, um zu Antriebszwecken mit der zweiten Kugelgewinde-Einrichtung 134' in Wirkverbindung zu treten. Die zweite Kugelgewinde-Einrichtung 134' ist im Wesentlichen parallel zu und zwischen den ersten und zweiten Seitenplatten 14, 16 angeordnet, erstreckt sich in einer ersten Richtung durch die Öffnung 12b der Motorplatte 12, um mit dem zweiten Servomotor 140' in Wirkverbindung zu treten, und erstreckt sich in einer entgegengesetzten Richtung bis zum Eintritt einer Wirkverbindung mit einem Stanzschieber 142. Ein Mutterteil 138' der zweiten Kugelgewinde-Einrichtung 134' ist innerhalb einem hohlen Verbindungsbereich 142a (nicht gezeigt) des Stanzschiebers 142 angeordnet und daran befestigt und wird entlang der Länge eines Gewindeteils 136' unter Einwirkung des Servomotors 140' in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung bewegt. Ein Schlitten 146 ist an dem Stanzschieber 142 angeordnet und erstreckt sich von diesem ausgehend in einer Aufwärtsrichtung. An dem Schlitten 146 ist ein Unterstützungsteil 148 angeordnet, sodass das Stanzwerkzeug 34 entfernbar dazwischen gehalten ist. Dementsprechend, wie in der 6e gezeigt, treibt eine Betätigung des zweiten Servomotors 140' das Stanzwerkzeug 34 durch denjenigen Bereich eines erhabenen Befestigungsfelds P, der radial innerhalb des Umformwerkzeugs 126 angeordnet ist und daher nicht von diesem unterstützt wird, und in dessen hohlen Zentralbereich 128, um das Loch H (in 7 gezeigt) auszustanzen.
Ein zweiter linearer Messwertgeber (nicht gezeigt) steht mit dem Stanzschieber 142 in Wirkverbindung und erzeugt Positions-Feedbacksignale, die durch die programmierbare Steuerungseinrichtung zum Erreichen einer gewünschten Position und Bewegung des Stanzwerkzeugs 34 verwendet werden. Der zweite Servomotor 140' wird durch programmgestützte Steuerungsmechanismen betätigt, um den Stanzschieber 142 mit unterschiedlichen Hubarten anzutreiben, wobei die Stanzposition, Stanzgeschwindigkeit und Stanzbeschleunigung derart programmierbar sind, dass sie sich über einen einzelnen Hubweg verändern. Da die Hublänge des Stanzwerkzeugs 34 veränderbar ist, kann eine einzelne Feld-Formvorrichtung 10 derart eingerichtet werden, dass sie eine Vielzahl von Lochgrößen und/oder Lochformen für verschiedene Anwendungen ausstanzt. Zu diesem Zweck weist das Stanzwerkzeug 34, wie in 5 gezeigt, in einem seiner Endbereiche eine Hauptschneideoberfläche 34a sowie eine Hilfsschneideoberfläche 34b auf, die in einem vorbestimmten axialen Abstand von der Hauptschneideoberfläche angeordnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel definiert die Hauptschneideoberfläche 34a einen Kreis und die Hilfsschneideoberfläche 34b definiert ein Oval, das den durch die Hauptschneideoberfläche 34a definierten Kreis radial einschließt. Ein rundes Loch kann durch Begrenzen der Hublänge des Stanzwerkzeugs 34 ausgebildet werden, sodass nur die Hauptschneideoberfläche 34a mit dem Werkstück WP in Wechselwirkung tritt, während eine Vergrößerung der Hublänge, sodass sowohl die erste als auch die zweite Schneideoberfläche 34a, 34b durch das Werkstück WP hindurchtreten, einen länglichen Schlitz erzeugt.
Zusätzlich kann der zweite lineare Messwertgeber derart eingerichtet werden, dass er eine Kennlinie des elektrischen Stroms für das Stanzwerkzeug 34 liefert, die – wie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist – zur Fehlersicherung des Stanzvorgangs verwendet werden kann. Der Stanzwiderstand während des Einwirkens auf das Werkstück WP erzeugt eine Stromspitze, die eine erfolgreiche Prozessdurchführung anzeigt, wohingegen das Fehlen einer Stromspitze bedeutet, dass der gewünschte Vorgang nicht korrekt ausgeführt wurde (d. h. das Stanzwerkzeug brach und trat nicht in Wirkverbindung mit dem Werkstück WP). Somit kann die Feld-Formvorrichtung 10 derart programmiert werden, dass sie sich automatisch abschaltet und eine Warnung an eine beliebige Person ausgibt, wenn der Stanzvorgang erstmalig erfolglos bleibt, sodass ein diesbezügliches Problem umgehend behandelt werden kann.
Unter Bezugnahme auf eine alternative Ausgestaltung zeigen die 13 und 14 eine Anordnungsvorrichtung oder eine Umform- und Clinch-Vorrichtung 210, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Eine Vielzahl der Unter-Anordnungen und Bestandteile der Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 sind identisch mit den Unter-Anordnungen und Bestandteilen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Daher entsprechen viele der zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Bezugszeichen denjenigen, die bei der Beschreibung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels verwendet wurden.
Einer oder mehrere programmierbare Roboter 11 bewegen die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 in eine Arbeits-Wirkverbindung mit einem Werkstück WP hinein und aus dieser hinaus und führen eine genaue Positionierung der Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 relativ zu bestimmten Orten auf dem Werkstück WP durch. Die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 ist zum Ausbilden eines Befestigungsfelds P (gezeigt in 19) an einem oder mehreren bestimmten Orten auf dem Werkstück WP ausgebildet, sodass eine äußere Oberfläche S eines jeden Befestigungsfelds P genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist, die unabhängig für jeden Ort definiert ist, und um anschließend eine Mutter M (gezeigt in 19) mit dem Befestigungsfeld P durch Clinchen zu verbinden. Solange sich das Werkstück WP innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs befindet, wird es mit dem Befestigungsfeld P versehen, das die externe Oberfläche S an genau der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition besitzt, und ein komplementäres (Bau-)teil ist ohne weitere Bearbeitung oder Anpassungen an dem Befestigungsfeld befestigbar.
Wiederum sollte das Werkstück WP beispielhaft als ein Kraftfahrzeug-Karosserieelement angesehen werden, wobei jedoch angemerkt sei, dass das Werkstück WP dazu bestimmt ist, auch andere Strukturelemente auf anderen Gebieten mit einzuschließen. Weiterhin und obwohl die in diesem Dokument offenbarte vorliegende Erfindung sich auf das genaue Befestigen eines Befestigungsmittels an einem Kraftfahrzeug-Karosserieelement bezieht, ist die Erfindung in gleichem Maße für das genaue Befestigen anderer Bauteile geeignet, wie Scharnieren, Klinken, usw., und für vielfältige weitere Bauteile, wie Rücklichter, Stoßfänger, Abdeckungen, Scheinwerfer, Tankdeckel usw. Schließlich beziehen sich relative Begriffe, wie vorne, hinten, oben, unten usw., auf die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210, wie sie in der 14 dargestellt ist, wobei ein Umformblock 130 die Vorderseite und der Servomotor 140 die Rückseite definiert.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die 14 bis 16 beinhaltet die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 eine allgemein rechteckförmige Motorplatte 12, die eine Öffnung 12a (siehe 16) besitzt. Der Servomotor 140 ist bezüglich der Öffnung 12a ausgerichtet und hinter dieser an der Motorplatte 12 angebracht, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 beinhaltet auch voneinander beabstandete, allgemein parallele Seitenplatten 14, 16, die an der Motorplatte 12 gegenüberliegend dem Servomotor 140 befestigt sind und sich von dieser aus in einer Vorwärtsrichtung erstrecken. Die Seitenplatten 14 bzw. 16 haben Vertiefungsbereiche (beispielhaft mit 16a bezeichnet), welche Schultern (exemplarisch mit 16b bezeichnet) definieren, die allgemein parallel zu der Motorplatte 12 verlaufen. Es sei betont, dass die Seitenplatten 14 und 16 allgemein identisch ausgebildet sind und dass der Vertiefungsbereich und die Schulter der Seitenplatte 14 – obwohl in den Figuren nicht dargestellt – entsprechend dem Vertiefungsbereich 16a bzw. der Schulter 16b ausgebildet sind.
Ein Rückhalteblock 17 ist an den Seitenplatten 14, 16 angebracht, sodass der Rückhalteblock 17 durch die Schultern 16b in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung gehalten und in einer Auf-/Ab-Richtung fest mit den Vertiefungsbereichen 16a verbunden ist. Wie am besten in der 16 gezeigt, beinhaltet der Rückhallteblock 17 einen Durchgang 17a. Der Rückhalteblock 17 ist auf diese Weise fest mit den Seitenplatten 14, 16 verbunden und dazu vorgesehen, einen stationären Amboss 36' dagegen zu halten, beispielsweise mittels der gezeigten Stellschrauben-Anordnung.
Ein L-förmiges Abstandselement 25 mit einem Beinabschnitt 25a und einem Fußabschnitt 25b ist zwischen den Seitenplatten 14, 16 angeordnet und an diesen befestigt, sodass der Beinabschnitt 25a unterhalb der Vertiefungsbereiche 14a, 16a angeordnet ist und der Fußabschnitt 25b sich über die Vertiefungsbereiche 14a, 16a der Seitenplatten 14, 16 hinaus erstreckt. Unter Bezugnahme auf die 16 und 17 weist ein Gleitblock 18' eine vordere Oberfläche 20', eine hintere Oberfläche 22', einen Durchgang 24' und eine äußere Nut 23' auf. Der Gleitblock 18' ist bezüglich des starr befestigten Rückhalteblocks 17 frei beweglich und dazu ausgebildet, Translationsbewegungen in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung auszuführen. Des weiteren ist der Gleitblock 18' durch den stationären Amboss 36' geführt, der sich durch den Durchgang 24' hindurch erstreckt, wobei eine oberste Oberfläche des Fußabschnitts 25b in die äußere Nut 23' eingreift, wobei der Fußabschnitt 25b dazu ausgebildet ist, den Gleitblock 18' zu führen und eine Drehung desselben zu verhindern. Die Aufwärts-/Abwärtsposition des Gleitblocks 18' ist einstellbar, was speziell das Abtragen des Fußabschnitts 25b des L-förmigen Abstandselements 25 um ein Maß beinhaltet, das erforderlich ist, um den Gleitblock 18' in eine ausgerichtete Aufwärt-/Abwärts-Position zu bringen. Der Gleitblock 18' weist die darin ausgebildete Ringnut 23' auf, welche dazu ausgebildet ist, den Bewegungsbereich des Gleitblocks 18' zu begrenzen, indem es zu einer Wirkverbindung mit einer Seitenfläche des Fußabschnitts 25b des L-förmigen Abstandselements 25 an einem vorderen Bewegungsende und mit einer anderen Seitenfläche des Fußabschnitts 25b an einem hinteren Bewegungsende kommt.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Frontplatte 26' mit einer Halteoberfläche 30' und einem Durchgang 28' an der vorderen Oberfläche 20' des Gleitblocks 18' angebracht, sodass der Durchgang 28' der Frontplatte 26' und der Durchgang 24' des Gleitblocks 18' ausgerichtet sind. Der stationäre Amboss 36' ist innerhalb des Durchgangs 17a des Rückhalteblocks 17 angeordnet und starr daran befestigt, sodass der stationäre Amboss 36' sich durch den Durchgang 24' des Gleitblocks 18' hindurch und in den Durchgang 28' der Frontplatte 26' hinein erstreckt und dort in einer Feld-Kontaktoberfläche 40' (gezeigt in 18a) endet. Die Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' stützt die Oberfläche S des Befestigungsfelds P (gezeigt in 19) während dessen Ausbildung und ist daher einer resultierenden Kraft ausgesetzt, die während der Einwirkung erzeugt wird. Es sei betont, dass die Motorplatte 12, die Seitenplatten 14, 16 und der Rückhalteblock 17 dazu ausgebildet sind, um eine derartige auf die Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' in einer Rückwärtsrichtung wirkende Kraft zu absorbieren. Eine Einnietmutter-Befestigungsvorrichtung ist in Form eines Umformwerkzeugs 32 realisiert, das die Mutter N hält. Das Umformwerkzeug 32 weist eine durchgängige Bohrung 33 auf, die sich in Längsrichtung durch das Umformwerkzeug hindurch erstreckt.
Wie am besten aus der 16 ersichtlich, ist ein umkehrbarer elektrischer Servomotor 140 an der Rückseite der Motorplatte 12 in Ausrichtung mit der Öffnung 12a angebracht, um zu Antriebszwecken mit der Kugelgewinde-Einrichtung 134 in Wirkverbindung zu treten, die dazu ausgebildet ist, um die Drehung des Servomotors 140 in eine translatorischen Bewegung umzuwandeln. Die Kugelgewinde-Einrichtung 134 weist ein Gewindeteil 136, ein darauf aufgeschraubtes Mutterteil 138 und eine Mehrzahl dazwischen angeordneter Kugeln (nicht gezeigt) auf. Die Kugelgewinde-Einrichtung 134 ist allgemein parallel zu und zwischen den ersten und zweiten Seitenplatten 14, 16 angeordnet, erstreckt sich in einer ersten Richtung durch die Öffnung 12a der Motorplatte 12, um mit dem Servomotor 140 in Wirkverbindung zu treten, und erstreckt sich in der entgegengesetzten Richtung bis hin zu einer Wirkverbindung mit einem Formstempel 132. Das Mutterteil 138 ist innerhalb eines hohlen Verbindungsabschnitts (nicht gezeigt) des Formstempels 132 angeordnet und daran befestigt und wird translatorisch entlang der Länge des Gewindeteils 136 in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung unter Einwirkung des Servomotors 140 bewegt. Die Betätigung des Servomotors 140 ist durch eine programmierbare Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, die allseits bekannt ist und beispielsweise die Form eines jeden geeigneten programmierbaren Mikroprozessors annehmen kann.
Ein linearer Messwertgeber (nicht gezeigt) steht in Wirkverbindung mit dem Formstempel 132 und erzeugt Positions-Feedbacksignale, die durch die programmierbare Steuerungseinrichtung verwendet werden, um eine gewünschte Position und Bewegung des Umformwerkzeugs 32 zu erreichen. Dementsprechend wird der Servomotor 140 durch programmgestützte Steuerungsmechanismen gesteuert, um den Formstempel 132 mit einer Vielzahl von Hubarten anzutreiben, wobei die Stempelposition, Stempelgeschwindigkeit und Stempelbeschleunigung derart programmiert werden können, dass sie sich über den Weg eines Hubs ändern und gleichzeitig überwacht werden. Die vorstehend beschriebene, fortschrittlichere programmierbare Umformbewegung bedeutet zusätzliche Flexibilität, sodass eine einzelne Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 in der Lage ist, für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt zu werden. Beispielsweise kann eine einzelne Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 ein erstes Feld P in einem relativ dünnen Bereich des Werkstücks WP unter Verwendung einer langsameren Hubgeschwindigkeit und anschließend ein zweites Feld P in einem relativ dickeren Bereich des Werkstücks WP unter Verwendung einer schnelleren Hubgeschwindigkeit ausbilden. In einem anderen Beispiel kann die Zykluszeit reduziert werden, indem die Geschwindigkeit des Formstempels 132 über den Umformzyklus verändert wird, sodass sich ein schneller Stempelvorschub und ein schnelles Rückholen des Stempels zusammen mit einer langsamen Geschwindigkeit während des eigentlichen Umformens und/oder Durchstoßens ergibt.
Bezug nehmend auf die 18a–18e ist der Gleitblock 18' durch die Werkstückträger 42, 42' (gezeigt in 14) in einer vollständig ausgefahrenen Stellung vorgespannt, wie nachfolgend detailliert beschrieben ist. Dementsprechend ragt die Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' axial über die Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' um ein Maß hinaus, welches einer maximal zulässigen Feldtiefe für eine bestimmte Anwendung entspricht, und das L-förmige Abstandselement 25 greift in die äußere Nut 23' ein. Der Roboter 11 und zugeordnete programmierbare Bewegungssteuerungen bewegen die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 schnell bezüglich des Werkstücks WP (am besten in 13 gezeigt) in Stellung. Wie in 18a gezeigt, führt diese Bewegung dazu, dass der stationäre Amboss 36' in der Nähe des Werkstücks WP, jedoch in einem bekannten Abstand von diesem positioniert ist. Der Roboter bewegt anschließend die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 in die endgültige Position, indem er die Vorrichtung 210 entlang der Achse des stationären Ambosses 36' in einer allgemein zu dem Werkstück WP senkrechten Richtung bewegt, sodass die X-, Y-, und Z-Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' bezüglich der X-, Y-, und Z-Achsen einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für einen bestimmten Ort auf dem Werkstück WP, an dem ein Arbeitsvorgang ausgeführt werden soll, genau positioniert sind.
Wie in der 18a zu erkennen, ist die Feld-Kontaktoberfläche 40' anfänglich an der vorbestimmten Referenzposition und in einem ausreichenden Maß von dem Werkstück WP beabstandet angeordnet, um sicherzustellen, dass die Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' das Werkstück WP nicht vorzeitig berührt. Anschließend bewegt der Roboter 11 die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 (gezeigt in 13) entlang der Achse des stationären Ambosses 36' in einer allgemein senkrecht zu dem Werkstück WP verlaufenden Richtung auf dieses zu, um die X-, Y-, und Z-Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40' mit den X-, Y-, und Z-Achsen der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition in Übereinstimmung zu bringen. Wenn die Feld-Kontaktoberfläche 40' sich dem Werkstück WP nähert, kommt die vollständig ausgefahrene Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' in anfänglichen Kontakt mit dem Werkstück WP, wie in der 18b gezeigt.
Wie in 18c gezeigt, überwindet weiteres Vordringen der Feld-Kontaktoberfläche 40' in Richtung des Werkstücks WP die vollständige Ausfahr-Vorspannung des Gleitblocks 18', wodurch die Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' bezüglich der Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' zurückbewegt wird, bis der stationäre Amboss 36' die vorbestimmte tatsächliche Referenzposition erreicht. Wie in 18c erkennbar, ”findet” die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 das Werkstück WP, indem alle drei Achsen der Feld-Kontaktoberfläche 40' an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet werden, sodass der axiale Abstand zwischen der Halteoberfläche 30' und der Feld-Kontaktoberfläche 40' ein Maß für die Abweichung zwischen der ursprünglichen ungenauen Position des Befestigungsorts des inneren Karosserieelements und der genau lokalisierten vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition für das innere Karosserieelement darstellt. Nach dem ”Finden” des Werkstücks WP wird der Gleitblock 18' in einer festen Position verriegelt, wie nachfolgend im Detail beschrieben ist, sodass die Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' in Kontakt mit dem Werkstück WP verbleibt. Die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 befindet sich nun in einer Ausgangsstellung, um das Feld P auszubilden und die Mutter N zu clinchen. Die Mutter ist innerhalb einer Ausnehmung des Umformwerkzeugs gehalten, und das Werkstück WP liegt flach auf der Feld-Kontaktoberfläche 40' des Ambosses 36'.
Nachdem die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 das Werkstück WP ”gefunden” hat, wie vorstehend beschrieben, bewegt sich der Umformblock auf das Werkstück WP zu, wie in der 18d gezeigt. Dementsprechend tritt die Mutter N in Kontakt mit dem Werkstück WP, und – wie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist – ein Vorsprung der Mutter N stanzt ein Loch in das Werkstück WP, wobei ein Ausstanzteil (nicht gezeigt) erzeugt wird. Eine derartige Einnietmutter ist von der ARNOLD & SCHINJO GmbH & Co. KG erhältlich. Das Ausstanzteil fällt durch die durchgängige Bohrung 33 des Umformwerkzeugs 32. Alternativ könnte das Ausstanzteil durch den hohlen Bereich 38' des Ambosses 36' fallen, wobei in diesem Fall ein Austrittsdurchgang (nicht gezeigt) in dem Rückhalteblock 17 vorgesehen sein könnte, der mit dem hohlen Bereich 38' des Amboss 36' konzentrisch ist. Wenn die Mutter N das Werkstück WP stanzt, verformt die Feld-Kontaktoberfläche 40' einen ringförmigen Bereich des Werkstücks WP in eine verriegelte gegenseitige Wirkverbindung mit einem ringförmigen Kanal in der Mutter N. In Verbindung mit der bekannten Technik des Einnietens einer Mutter ermöglicht es die vorliegende Erfindung in einzigartiger Weise, den Bereich des Werkstücks WP, der sich radial innerhalb der Halteoberfläche 30' der Frontplatte 26' befindet, nach außen hin zu verformen, bis er in Kontakt mit der Feld-Kontaktoberfläche 40' des stationären Ambosses 36' tritt. Wie am besten in den 14–17 zu erkennen ist, geschieht diese Verformung unter einer Last, die durch das Umformwerkzeug 126' aufgebracht wird, welches an einem Umformblock 130' befestigt ist. Der Umformblock 130' wird zwischen der mittels einer gestrichelten Linie dargestellten Position und der mittels einer durchgehenden Linie dargestellten Position gemäß der 16 durch den Formstempel 132 hin und her bewegt, wobei der Formstempel durch die Kugelgewinde-Einrichtung 134 angetrieben ist, wie weiter oben detailliert beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 18e und 18f wird der Umformblock 130 zurückbewegt, woraufhin der Roboter 11 die gesamte Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 von dem Werkstück WP wegbewegt, um den Vorgang abzuschließen.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 14 wird die Hin- und Rückbewegung des Gleitblocks 18' durch erste und zweite hydraulische Werkstückträger-Vorrichtungen 42, 42' bewirkt, welche – teilweise – Hytec Hydraulic Work Support Nr. 100998 Werkstückträger vom Typ mit Federvortrieb aufweisen können, die an den ersten und zweiten Seitenplatten 14 bzw. 16 befestigt sind. US-Patent 3,938,798 im Namen von Solie et al. liefert eine detaillierte Offenbarung einer vergleichbaren Werkstückträger-Vorrichtung vom Typ mit Federvortrieb und wird dementsprechend in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist im Folgenden nur der Aufbau und Betrieb des ersten Werkstückträgers 42' beschrieben, wobei jedoch darauf hingewiesen sei, dass die bevorzugte Ausführungsform der Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 einen identischen zweiten Werkstückträger 42 aufweist. Wie in der 20 gezeigt, beinhaltet der Werkstückträger 42' einen Plunger oder eine Kolbenstange 44', der bzw. die verschiebbar in dem Werkstückträger angeordnet ist und an seinem bzw. ihrem Ende einen Kopf 46' aufweist. Der Plunger 44' ist normalerweise in einer vollständig ausgefahrenen Stellung durch eine innere Feder (nicht gezeigt) oder eine äußere Feder 45' vorgespannt, wie gezeigt. Wie in der 14 erkennbar, ist der Plungerkopf 46' des Werkstückträgers 42' gegen die hintere Oberfläche 22' des Gleitblocks 18' vorgespannt, um den Gleitblock 18' in einer vorgeschobenen Stellung vorzuspannen.
Der Werkstückträger 42' ist dazu ausgebildet, den Plunger 44' in Stellung zu verriegeln, indem eine innere Hülse oder ein Schrumpfring (nicht gezeigt) zusammengedrückt wird, um einen Umfangsabschnitt (nicht gezeigt) des Plungers 44' in dessen vorgeschobener Stellung zu Verriegelungszwecken zu ergreifen. Unter Bezugnahme auf die 21 und 22 weist die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Kraft-Aufbringvorrichtung 410 auf, die dazu ausgebildet ist, den Verriegelungsmechanismus des Werkstückträgers 42' pneumatisch zu betätigen, sodass keinerlei hydraulische Ausrüstung erforderlich ist, um die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 zu betätigen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 20 wird die innere Hülse (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42' um einen Abschnitt des Plungers 44' herum zusammengedrückt, um den Plunger 44' zu verriegeln, indem eine Kraft auf einen beweglichen Kolben (nicht gezeigt) innerhalb eines Zylinders 48' des Werkstückträgers 42' ausgeübt wird. Obwohl die auf den beweglichen Kolben ausgeübte Kraft herkömmlicher Weise durch hydraulischen Druck ausgeübt wird, sei darauf hingewiesen, dass der Verriegelungsmechanismus des Werkstückträgers auch unter Einwirkung einer Kraft betätigt werden kann, die durch eine andere an diesen Zweck angepasste Quelle ausgeübt wird. Weiterhin sei betont, dass trotzt der Tatsache, dass eine derartige Betätigung nur eine Kraft ausreichender Stärke erfordert, die in der Lage ist, eine bestimmte Vor-Ladung zu überwinden, ist das erforderliche Maß zum Halten eines Werkstückträgers in dem verriegelten Zustand proportional zu der Vor-Ladung in Verbindung mit jeder entgegengerichteten Kraft, die von außen auf den Plunger 44' ausgeübt wird. In der Vergangenheit wurden Werkstückträger fast ausschließlich durch Hydraulikeinheiten betätigt, die eine große Kraft erzeugen. Pneumatische Betätigung wurde bislang als nicht praktikabel angesehen, da mit Pneumatikvorrichtungen nur relativ geringe Kräfte erzeugbar waren.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nachfolgend wiederum nur der Aufbau und Betrieb der ersten Kraft-Aufbringvorrichtung 410 beschrieben, da sich diese auf den Werkstückträger 42' bezieht, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Umform- und Clinch-Vorrichtung 210 eine zweite identische Kraft-Aufbringvorrichtung (nicht gezeigt) aufweist, die dazu ausgebildet ist, den anderen Werkstückträger 42 zu betätigen. Wie in den 20–22 gezeigt, implementiert die Kraft-Aufbringvorrichtung 410 eine Mehrzahl von unabhängigen Kolbenanordnungen oder Kolbenmodulen 412, die dazu ausgebildet sind, den inneren Verriegelungsmechanismus (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42 zu betätigen, wodurch der Plunger 44' des Werkstückträgers in Stellung verriegelt wird, und um anschließend einer entgegengerichteten und von außen auf den Plunger 44' einwirkenden Kraft mechanisch zu widerstehen, wodurch die Kraft-Aufbringeinrichtung 410 in der Lage ist, deutlich größeren Kräften zu widerstehen, als dies bislang mit herkömmlichen Pneumatikvorrichtungen möglich war.
Die Kraft-Aufbringvorrichtung 410 beinhaltet allgemein die folgenden Unterkomponenten: ein Rückhalte- oder Adaptermodul 414 zum Befestigen an dem Werkstückträger; die genannte Mehrzahl von Kolbenmodulen 412 zum Erzeugen einer Antriebskraft, die auf den Werkstückträger einwirken soll; ein Endkappen-Rückhaltemodul 416, das dem Adaptermodul 414 gegenüber liegend angeordnet ist, um die Mehrzahl von Kolbenmodulen 412 dazwischen festzuhalten; eine Welle (nicht gezeigt), die zentral durch die Module 412, 414, 416 hindurch angeordnet ist, um Fluid zu den Kolbenmodulen 412 zu leiten; ein Werkstückträger-Antriebsteil (nicht gezeigt) zum Überleiten von Druck von den Kolbenmodulen 412 zum Werkstückträger 42'; und vier Verbindungsstangen oder Haltebolzen 418, die sich durch die Module 412, 414, 416 hindurch erstrecken und über Gewinde mit vier Haltemuttern 420 verbunden sind, um die Module 412, 414, 416 geschichtet zusammenzuhalten.
Unter Bezugnahme auf die 23a und 23b ist eine Kraft-Aufbringvorrichtung im Viertelschnitt gezeigt, wobei die Schraffierungslinien aus Deutlichkeitsgründen fortgelassen wurden. Das Adaptermodul 414 ist mit vier Innensechskantschrauben 424 an dem Werkstückträger 42' befestigt, wobei zwischen den beiden ein Abstandsblock 422 angeordnet ist. Das Adaptermodul 414 ist vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet und weist Bolzendurchgänge 426 zum Aufnehmen der Haltebolzen 418 auf. Das Adaptermodul 414 hat eine erste Oberfläche 428, die flach anliegend an dem Abstandsblock 422 anbringbar ist, und hat eine zweite Oberfläche 430, die der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist. Eine durchgängige Bohrung 432 ist zentral zwischen den ersten und zweiten Oberflächen angeordnet, und eine Ansenkung 434 ist in der zweiten Oberfläche vorgesehen, um eine Auflagefläche für die Innensechskantschrauben 424 zu schaffen. Die durchgängige Bohrung 432 und die Ansenkung 434 definieren einen Absatz 436 zum Anbringen an dem Werkstückträger 42', wie gezeigt. Eine ringförmige Feder oder ein ringförmiger Vorsprung 438 erstreckt sich in axialer Richtung weg von der zweiten Oberfläche 430, und eine ringförmige Dichtnut 440 ist in Richtung des Durchmessers eben außerhalb bezüglich des ringförmigen Vorsprungs 438 und konzentrisch mit diesem angeordnet. Eine Dichtung, wie ein O-Ring 442, ist innerhalb der ringförmigen Dichtnut angeordnet.
Die Kolbenmodule 412 umfassen drei identische Module 412a und ein Basis-Kolbenmodul 412b. Die identischen Kolbenmodule 412a sind koaxial hintereinander aufgestapelt, sodass die Module 412a sich untereinander direkt berühren und tatsächlich ineinander eingreifen. Ebenso wie das Adaptermodul 414 sind die identischen Module 412 vorzugsweise rechteckförmig ausgestaltet und weisen Bolzendurchgänge 426 auf.
Die identischen Module 412 haben identische Gehäuse 444 mit den Bolzendurchgängen 426. Jedes Gehäuse 444 weist eine erste Oberfläche 446 auf, die flach an einem benachbarten Modul anliegt und gegen den O-Ring 454 eines benachbarten Moduls abdichtet. Jedes Gehäuse 444 weist eine zweite Oberfläche 448 auf, die der ersten Oberfläche 446 gegenüber liegend angeordnet ist. Eine ringförmige Feder oder ein ringförmiger Vorsprung 450 erstreckt sich in einer axialen Richtung von der zweiten Oberfläche 448 weg, und eine ringförmige Dichtnut 452 ist in Richtung des Durchmessers eben außerhalb des ringförmigen Vorsprungs 450 und konzentrisch zu diesem angeordnet. O-Ringe 454 sind in den ringförmigen Dichtnuten 452 angeordnet. Die erste Oberfläche 446 weist eine ringförmige Nut 451 auf, die in der Oberfläche zum Aufnehmen oder Ineingriffbringen des ringförmigen Vorsprungs 450 eines benachbarten Moduls ausgebildet ist. Ein Hohlraum oder eine durchgängige Bohrung 456 ist zentral zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 446 und 448 angeordnet, und ein Hohlraum oder eine Ansenkung 458 ist in der zweiten Oberfläche 448 vorgesehen. Eine radiale Dichtnut 457 ist in dem Gehäuse 444 innerhalb der durchgängigen Bohrung 456 ausgebildet, in der ein Dichtring 455 angeordnet ist.
Die identischen Module 412 beinhalten Arbeitseinrichtungen oder Kolben 460, die innerhalb der Gehäuse 444 angeordnet sind. Jeder Kolben 460 weist einen Scheibenabschnitt 462 und einen Nabenabschnitt 464 auf, der sich in axialer Richtung von dem Scheibenabschnitt 462 weg erstreckt. Die Kolben 460 haben angetriebene Oberflächen 466, diesen gegenüberliegend angeordnete antreibende Oberflächen 468 und sich dazwischen erstreckende durchgängige Bohrungen 470. Wie in der 24 dargestellt, weisen die angetriebenen Oberflächen 466 einen radialen äußeren Ringbereich 472 und einen radialen inneren Scheibenbereich 474 auf, der vier sich radial erstreckende Rinnen 476 besitzt, die darin ausgebildet sind, um Fluid zu einem verjüngten Bereich 473 der Kolben 460 zu leiten. Unter erneuter Bezugnahme auf die 23a beinhaltet der Scheibenabschnitt 462 eine ringförmige Dichtnut 478 in deren radialem Randbereich, welche einen Abstreif- oder Dichtring 480 beherbergt. Das Basis-Kolbenmodul 412b ist bis auf die folgende Ausnahme fast identisch mit den anderen Modulen 412 ausgebildet: Ein Arbeitsteil oder Kolben 460' ist innerhalb des Gehäuses 444 angeordnet und entspricht den anderen Kolben 460 mit der Ausnahme, dass der Kolben 460' zusätzlich einen Stufenabschnitt 463 aufweist, dessen Innendurchmesser im Vergleich mit den durchgängigen Bohrungen 470 der anderen Kolben 460 verringert ist.
Eine Mehrzahl von Fluidkammern 482 sind zwischen den angetriebenen Oberflächen 466 der Kolben 460, 460' und den ersten Oberflächen 446, 504 der verschiedenen Module definiert. Des Weiteren sind Auslasskammern 484 zwischen den Gehäusen 444 und den Kolben 460, 460' definiert. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, kann sich in diesen Fluidkammern 482 Fluiddruck aufbauen, um auf diese Weise die Kolben 460, 460' aus einer Ruhestellung, wie gezeigt, in eine vorgeschobene Stellung gemäß der 23b vorzuschieben. Die Kolbenmodule 412 sind mit Auslassöffnungen 485 (gezeigt in 20) versehen, welche atmosphärischen Druck in die verschiedenen Ausstoßkammern 484 leiten, um so den Kolben 460, 460' eine leichte Vor- und Zurückbewegung zu ermöglichen.
Das Endkappen-Rückhaltemodul 416 ist vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet und mit vier Bolzen 418 und Muttern 420 an dem Adaptermodul 414 befestigt, um auf diese Weise die Kolbenmodule 412 dazwischen zu halten. Das Rückhaltemodul 416 weist eine erste Oberfläche 504 und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Oberfläche 506 auf. Die erste Oberfläche 504 dichtet gegen den O-Ring 454 des Basis-Zylindermoduls 412b und beinhaltet eine Ringnut 508 für einen Eingriff des ringförmigen Vorsprungs 450 des Basis-Kolbenmoduls 412b. Zweite Oberfläche 506 schließt in axialer Richtung einen Nabenabschnitt 510 ab, der ein Innengewinde aufweist, um die Möglichkeit der Befestigung eines Standard-Rohranschlussstücks 512 zu ermöglichen. Eine Ansenkung 514 in der ersten Oberfläche leitet Fluid in die Fluidkammer 482 hinter dem Basiskolben 460' und schafft Freiraum für die Mutter 487 und einen verringerten Durchmesser 488 der Welle 486, während eine durchgängige Bohrung 516 ein Einlassende des Endkappen-Haltemoduls 416 definiert.
Unter Bezugnahme auf die 23a ist die Welle 486 mittig und in Längsrichtung durch die Kolben 460, 460' hindurch angeordnet. Die Welle 486 ist innerhalb der Anordnung von Kolbenmodulen 412 durch eine Mutter 487 gefangen, welche auf ein Gewinde an einem Abschnitt 488 mit verringertem Durchmesser der Welle 486 aufgeschraubt ist. Die Welle hat einen Außendurchmesser 489, der zusammen mit dem verringerten Durchmesser 488 einen Schulterbereich 490 definiert. Der verringerte Durchmesser 488 erstreckt sich durch den Stufenabschnitt 463 des Basis-Kolbenmoduls 412b hindurch, und die Schulter 490 liegt in axialer Richtung an dem Stufenabschnitt 463 an. Eine durchgängige Bohrung 492 ist in der Welle 486 vorgesehen, um Fluid durch diese hindurch zu leiten. Eine Mehrzahl von Ringnuten (nicht gezeigt) sind in der Außenumfangsfläche der Welle 486 ausgebildet. In gleicher Weise ist eine Mehrzahl von Radiallöchern 494 quer zu der Längsachse der Welle 486 ausgebildet, welche mit den Ringnuten der Welle 486 in Verbindung stehen und mit der durchgängigen Bohrung 492 kommunizieren. Die Ringnuten und Radiallöcher 494 sind axial beabstandet, sodass sie mit den verschiedenen Fluidkammern 482 ausgerichtet sind.
Das Antriebsteil 496 des Werkstückträgers weist eine Innensechskantschraube 498 auf, die in ein Gewinde am Ende der Welle 486 eingeschraubt ist, und eine Rückhalteplatte 500, die zwischen der antreibenden Oberfläche 468 des ersten der identischen Kolben 460 und einer Mutter 502 gefangen ist, die auf das Gewinde der Innensechskantschraube 498 aufgeschraubt ist. Dementsprechend kann die Mutter 502 gelöst, die Innensechskantschraube 498 gedreht und die Mutter 502 festgezogen werden, um die Länge des Antriebsteils 496 des Werkstückträgers einzustellen.
Zunächst wird jedes Kolbenmodul 412a–b separat zusammengesetzt. Die O-Ringe 454 und die Dichtungen 455, 480 werden in die jeweiligen Nuten 452, 457 und 478 in den Gehäusen 444 und den Kolben 460, 460' eingesetzt. Dann werden die Kolben 460, 460' in ihren jeweiligen Gehäusen 444 angeordnet. Anschließend wird die Welle 486 in den ersten Kolben 460 eingesetzt und an dem Antriebsteil 496 des Werkstückträgers befestigt, sodass der Kolben 460 dazwischen gefangen ist. Die zweiten, dritten, und vierten Kolbenmodule 412 werden sukzessive aneinander angebaut, wobei sichergestellt wird, dass die ringförmigen Vorsprünge 450 genau in die jeweiligen Nuten 451 passen. Anschließend wird die Welle 486 durch die zweiten, dritten und vierten Kolbenmodule 412 eingesetzt, sodass der verringerte Durchmesser 488 der Welle 486 in axialer Richtung über das vierte Kolbenmodul 412a hinausragt. Gleichzeitig wird der ringförmige Vorsprung 450 des ersten Kolbenmoduls 412a genau in die Ringnut 451 des zweiten Kolbenmoduls 412a eingesetzt. Die Haltemutter 487 wird dann auf den verringerten Durchmesser 488 der Welle 486 aufgeschraubt, um den Teilschritt des Kolbenmodul-Zusammenbaus abzuschließen. Dann wird der O-Ring 442 an dem Adaptermodul 414 angebracht, welches anschließend an dem Werkstückträger 42' befestigt wird, wobei dazwischen der Abstandsblock 422 angeordnet ist, in dem die vier Innensechskantschrauben 424 verwendet werden. Anschließend werden die zusammengesetzten Kolbenmodule 412 mit dem Adaptermodul 414 zusammengefügt, sodass der ringförmige Vorsprung 438 des Adaptermoduls 414 in die Ringnut 451 des ersten Kolbenmoduls 412a eingreift und die Innensechskantschraube 498 des Antriebsteils 496 des Werkstückträgers sich in das Innere des Werkstückträgers 421 hinein erstreckt. Das Rückhaltemodul 416 wird dann mit den zusammengesetzten Kolbenmodulen 412 zusammengefügt, sodass der ringförmige Vorsprung 450 des vierten Kolbenmoduls 412b in die Ringnut 508 des Rückhaltemoduls 416 eingreift. Schließlich werden die vier Bolzen 418 in die Bolzenlöcher 426 eingesetzt und die Muttern 420 auf den Bolzen 418 angezogen, um den Zusammenbau abzuschließen.
Im Betrieb wird die Kraft-Aufbringvorrichtung 410 durch das Rohr-Anschlussstück 512 und im Bereich der Ansenkung 514 des Rückhaltemoduls 416 sowie den durchgängigen Bohrungen 492 der Welle 486 mit Fluiddruck beaufschlagt. Bei dem Fluiddruck handelt es sich vorzugsweise um pneumatischen Druck, der durch eines der Vielzahl an dem Fachmann bekannten Mitteln aufgebracht und gesteuert wird. Fluid strömt durch die durchgängige Bohrung 492 der Welle 486 und aus den Radiallöchern 494 und entlang der Ringnuten der Welle 486 in Wirkverbindung mit den verschiedenen Fluidkammern 482. In gleicher Weise steigt das Fluid in der Ansenkung 514 des Rückhaltemoduls 416, fließt durch die radialen Nuten 476 des Kolbens 460 und in die Fluidkammer 482. Dementsprechend steigt der Fluiddruck in den Fluidkammern 482 und wirkt auf die angetriebenen Oberflächen 466 der Kolben 460, 460', um die Kolben 460, 460' aus ihrer in der 23a gezeigten Stellung in ihre vorgeschriebene Stellung gemäß der 23b vorzuschieben. 23b zeigt weiterhin die Mutter 502 des Antriebsteils 496 des Werkstückträgers in ihrer untersten Stellung in Anlage an der Schulter 436 des Adaptermoduls 414. Die durch die Kraft-Aufbringvorrichtung 410 ausgeübte Kraft ist abhängig von der Größe der Oberfläche der angetriebenen Oberflächen 466 der Kolben 460, 460', und die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige und nicht naheliegende Anordnung zum Ausnutzen einer gemeinsamen Kraft einer Mehrzahl von Kolben, wobei die Kolben aneinander anliegend in Reihe geschaltet sind, sodass die gemeinsame Kraft auf ein Ausgabeteil 496 wirkt, und nicht nur auf einen gemeinsamen Träger, wie etwa eine Welle.
Wenn die Kolben 460, 460' durch den Fluiddruck betätigt werden, bewegen sie sich vor, sodass die unterschiedlichen antreibenden Oberflächen 468 der Kolben 460, 460' mit den angetriebenen Oberflächen 466 benachbarter Kolben 460 in Wirkverbindung treten oder an diesen anliegen. Dementsprechend wirkt der Fluiddruck individuell auf jeden Kolben sowie auf die Kolben 460, 460' gemeinsam aufgrund des Inanlagetretens der angetriebenen und antreibenden Oberflächen 466, 468. Auf diese Weise resultiert die individuelle und kollektive Kraft letztendlich in einer Kraft, die über die Rückhalteplatte 500 und die Mutter 502 des Antriebsteils des Werkstückträgers auf die Innensechskantschraube 498 des Antriebsteils 496 des Werkstückträgers übertragen wird. Die individuellen und kollektiven Kräfte sind in der Lage, die Kolben 460, 460' und das Antriebsteil 496 des Werkstückträgers zu verschieben, wie in der 23b gezeigt. Wenn das Antriebsteil 496 des Werkstückträgers in den Zylinder 48' des Werkstückträgers 42' hineingefahren ist, wird die resultierende Kraft auf den bewegbaren Kolben (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42' ausgeübt, sodass die innere Hülse (nicht gezeigt) des Werkstücksträgers 42' zusammendrückt und der Werkstückträger-Plunger 44' verriegelt wird. Wenn die Kraft-Aufbringvorrichtung 410 durch pneumatischen Druck aktiviert wird, kann die Kraft-Aufbringeinrichtung 410 beträchtlichen Kräften mechanisch widerstehen, die in Richtung ihrer Ausrichtachse ausgeübt werden. Auf diese Weise wird eine auf den Plunger 44' des Werkstückträgers ausgeübte äußere Kraft über den bewegbaren Kolben (nicht gezeigt) des Werkstückträgers 42' auf die Kraft-Aufbringeinrichtung 410 in Richtung deren Ausrichtachse übertragen.
Die Kraft-Aufbringeinrichtung 410 der vorliegenden Erfindung übertrifft Kraft-Aufbringeinrichtungen bekannter Art. Zunächst ist die Kraft-Aufbringeinrichtung 410 in der Lage, den Werkstückträger 42' unter wesentlich größeren Lasten in dem verriegelten Zustand zu halten, als dies mit vorbekannten Pneumatikvorrichtungen vergleichbarer Größen möglich war. Zweitens sind die Kolbenmodule unabhängig, sodass ein größeres, separates Gehäuse oder ein entsprechender Zylinder nicht benötigt wird, um die Kolben aufzunehmen. Wie dies bei vorbekannten Vorrichtungen der Fall ist, würde ein separater Zylinder zum Aufnehmen der Kolben notwendigerweise ein relativ langes Bauteil darstellen, bei dem es entsprechend schwierig wäre, eine für die Kolben erforderliche Präzisionsbohrung auszubilden. Dementsprechend ist vorliegend jeder Kolben in seinem eigenen Gehäuse aufgenommen, das wesentlich leichter herzustellen ist. Drittens gewinnt die vorliegende Erfindung an Flexibilität und Modularität aufgrund der Unabhängigkeit der Kolbenmodule. Mit anderen Worten: Weitere Kolbenmodule können in einfacher Weise zu der gesamten Kraft-Aufbringvorrichtung 410 hinzugefügt werden, wenn für bestimmte Anwendungen größere Kräfte erforderlich sind. Wenn beispielsweise die vier Kolbenmodule der vorliegenden Erfindung im Rahmen einer bestimmten Anwendung nur eine unzureichende Kraft erzeugen, könnte ein Benutzer die Anordnung einfach auseinander schrauben, ein oder mehrere zusätzliche Module zwischen den identischen Kolbenmodulen einfügen, die Bolzen und die Welle mit entsprechend längeren Bauteilen ersetzen und die Anordnung wieder zusammenfügen. Tatsächlich ist es möglich, ein Austauschen der Welle zu vermeiden, indem einfach eine längere Innensechskantschraube 498 in dem Antriebsteil 496 des Werkstückträgers verwendet wird, um so die fehlende Länge der Welle auszugleichen. Als solche sind die Module im wesentlichen standardisierte Einheiten, die voneinander unabhängig betrieben werden können, sodass sich die Kolben in den Gehäusen vor- und zurückbewegen können, ohne das ein zusätzliches größeres Gehäuse oder ein entsprechender Zylinder erforderlich wäre, in dem alle Kolben untergebracht sind.
Obwohl hier die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wurde, ergibt sich für den Fachmann, dass hinsichtlich der beanspruchten Erfindung Veränderungen vorgenommen werden können und dass in manchen Fällen bestimmte Merkmale der Erfindung vorteilhafter Weise ohne die entsprechende Verwendung anderer Merkmale benutzt werden können. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die illustrativen und beschreibenden Ausführungen als Darstellung der Grundgedanken der Erfindung und nicht als Beschränkung des Schutzbereichs verstanden werden. Obwohl die hier offenbarte Ausgestaltung der Erfindung eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, sei betont, dass andere Ausführungsformen geschaffen werden können, die innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche liegen.

Claims

Eine programmierbare Vorrichtung (210) zum Umformen eines Körpers (WP) unter Ausbildung einer genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordneten Oberfläche, die weiterhin zum Befestigen eines Bauteils an der Oberfläche ausgebildet ist, wobei die programmierbare Vorrichtung (210) aufweist: – einen Amboss (36'); – programmierbare Mittel (11) zum selektiven Bewegen des Ambosses (36') in die vorbestimmte tatsächliche Referenzposition in Bezug auf den Körper (WP); – Mittel zum Erfassen des Körpers (WP); – Mittel zum Verriegeln und Halten der Erfassmittel in Wirkverbindung mit dem Körper (WP); – einen an dem Amboss (36') ausgerichteten Formstempel (132), wobei an dem Formstempel (132) ein Feld-Formwerkzeug (32) befestigt ist, wobei das Feld-Formwerkzeug (32) zum Anbringen des Bauteils daran ausgebildet ist; und – Antriebsmittel (134) zum Umwandeln von Drehbewegung in translatorische Bewegung, wobei die Antriebsmittel (134) mit dem Formstempel (132) verbunden sind, um eine Translationsbewegung desselben zu bewirken, wobei die Translationsbewegung des Formstempels (132) den Körper (WP) zwischen dem Feld-Formwerkzeug (32) und dem Amboss (36') umformt, um die genau an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnete Oberfläche auszubilden und um das Bauteil durch Clinchen mit der Oberfläche zu verbinden.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend Mittel zum programmgesteuerten Betätigen des Formstempels (132), wobei die programmierbaren Betätigungsmittel aufweisen: – einen umkehrbaren Servomotor (140), der zum Umwandeln von Drehbewegung in Translationsbewegung mit den Antriebsmitteln (134) zusammenwirkt; – Mittel zum Programmieren einer Hublänge der Antriebsmittel (134) zum Umwandeln von Drehbewegung in Translationsbewegung; und – Mittel zum Programmieren von Veränderungen der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Formstempels (132) über den Hubweg.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verriegeln und Halten aufweist: – einen Werkstückträger (42, 42') mit einem internen Verriegelungsmechanismus; und – Mittel zum pneumatischen Betätigen und Halten des internen Verriegelungsmechanismus des Werkstückträgers (42, 42').
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum pneumatischen Betätigen und Halten aufweist: – eine Mehrzahl an unabhängigen, hintereinander angeordneten Kolbenmodulen (412), wobei wenigstens ein Kolbenmodul der Mehrzahl von Kolbenmodulen (412) aufweist: – ein Gehäuse (444) mit einem darin enthaltenen Hohlraum; und – einen innerhalb des Hohlraums in dem Gehäuse (444) angeordneten Kolben (460), wobei der Kolben (460) eine angetriebene Oberfläche (466) und eine antreibende Oberfläche (468) aufweist, wobei der Kolben (460) für eine Beaufschlagung mit Fluiddruck auf der angetriebenen Oberfläche (466) ausgebildet ist, um den Kolben (460) in eine vorgeschobene Richtung zu treiben, sodass die antreibende Oberfläche (468) des Kolbens (460) an einem anderen Kolben (460) der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) anliegt.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend ein Adaptermodul (414) mit einer ersten Oberfläche (428), die zum Befestigen an einer Werkstückträger-Einrichtung ausgebildet ist, und mit einer zweiten Oberfläche (430), die zum Anbringen der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) daran ausgebildet ist.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin aufweisend ein Rückhaltemodul (416), das derart gegenüber dem Adaptermodul (414) angeordnet ist, das die Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) zwischen dem Rückhaltemodul (416) und dem Adaptermodul (414) angeordnet sind, wobei das Rückhaltemodul (416) einen Durchgang zum Leiten von Fluid zu der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) aufweist.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend eine sich zentral durch den Kolben (460) hindurch erstreckende Welle (486) zum Leiten von Fluid zu der angetriebenen Oberfläche (466) des Kolbens (460).
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (486) eine durchgängige Bohrung (492) und wenigstens ein mit der durchgängigen Bohrung (492) kommunizierendes Radialloch (494) zum Leiten von Fluid durch die Welle (486) hindurch und dieser hinaus zu der angetriebenen Oberfläche (466) des Kolbens (460) aufweist.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (486) weiterhin einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser (488) aufweist.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend eine über ein Gewinde mit dem Abschnitt reduzierten Durchmessers (488) der Welle (486) verbundene Mutter (487).
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) wenigstens ein Gehäuse (444) beinhaltet, wobei das wenigstens eine Gehäuse (444) aufweist: – eine erste Oberfläche (446); – eine der ersten Oberfläche (446) gegenüberliegende zweite Oberfläche (448); – den zwischen den ersten und zweiten Oberflächen (446, 448) angeordneten Hohlraum (456); – einen sich axial von der ersten Oberfläche (446) aus erstreckenden ringförmigen Vorsprung (450); – eine Ringnut (451) in der zweiten Oberfläche (448) zum Aufnehmen eines anderen ringförmigen Vorsprungs (450) von einem anderen Gehäuse der Mehrzahl (444) von unabhängigen Kolbenmodulen (412); – eine zweite Ringnut (452) zum Aufnehmen einer Dichtung (454) in wenigstens einer der ersten und zweiten Oberflächen (446, 448).
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (460) in einer longitudinalen Richtung gleitend in dem Gehäuse (444) angeordnet ist, sodass longitudinal zwischen dem Kolben (460) und dem Gehäuse (444) eine Auslasskammer (484) definiert ist.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (444) eine erste Oberfläche (446) und eine dieser gegenüberliegende zweite Oberfläche (448) aufweist, wobei die angetriebene Oberfläche (446) des Kolbens (460) und die erste Oberfläche (446) eines benachbart angeordneten Gehäuses (444) zwischen sich eine Fluidkammer (482) definieren.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich Fluiddruck in der Fluidkammer (482) aufbaut, um so den Kolben (460) gleitend in dem Gehäuse (444) von einer Ausgangsstellung in eine vorgeschobene Stellung zu verschieben.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (36') einen hohlen Abschnitt (38') und eine Feld-Kontaktoberfläche (40') aufweist, wobei das Feld-Formwerkzeug (32) weiterhin eine durchgängige Bohrung (33) besitzt.
Programmierbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Erfassen des Körpers (WP) aufweist: – eine Frontplatte (26') mit einem Durchgang (28') und einer Halteoberfläche (30'), wobei die Halteoberfläche (30') zum Erfassen des Körpers (WP) ausgebildet ist; und – Mittel zum rückbewegbaren Vorspannen der Frontplatte (26') in einer vollständig ausgefahrenen Stellung bezüglich des Ambosses (36'), wobei ein Zusammenwirken mit der ersten Körper-Frontplatte angepasst ist, um die vollständig ausgefahrene Stellung zu überwinden und die Halteoberfläche (30') der Frontplatte (26') um ein notwendiges Maß zurück zu bewegen, um die Feld-Kontaktoberfläche (40') mit der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition auszurichten.
Vorrichtung für das Umformen eines Körpers (WP) zum Erzeugen einer genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordneten Oberfläche, die weiterhin zum Befestigen eines Bauteils an der Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung aufweist: – einen stationären Amboss (36') mit einem hohlen Abschnitt (38') und einer Feld-Kontaktoberfläche (40'); – Mittel zum programmgesteuerten Bewegen des stationären Ambosses (36'), wobei die programmierbaren Bewegungsmittel zum Positionieren des stationären Ambosses (36') in der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition ausgebildet sind; – eine Frontplatte (26') mit einer zum Erfassen des Körpers (WP) ausgebildeten Halteoberfläche (30'), wobei die Frontplatte (23') weiterhin einen Durchbruch (28') aufweist, durch den hindurch der stationäre Amboss (36') angeordnet ist; – Mittel zum rückbewegbaren Vorspannen der Frontplatte (26') in einer vollständig ausgefahrenen Stellung bezüglich des stationären Ambosses (36'), wobei ein Zusammenwirken mit der ersten Körper-Frontplatte dazu ausgebildet ist, die vollständig ausgefahrene Stellung zu überwinden und die Halteoberfläche (30') der Frontplatte (23') um ein Maß in eine zurückbewegte Stellung zurück zu bewegen, das erforderlich ist, um die Feld-Kontaktoberfläche (40') an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition zu positionieren; – Mittel zum pneumatischen Verriegeln und Halten der Frontplatte (26') in der zurückgenommenen Stellung, sodass die Halteoberfläche (30') mit der Oberfläche des Körpers (WP) in Kontakt bleibt; – einen an dem Amboss (36') ausgerichteten Formstempel (132), wobei der Formstempel (132) ein an ihm befestigtes Formwerkzeug (32) aufweist, wobei das Formwerkzeug (32) eine durchgängige Bohrung (33) besitzt, wobei das Formwerkzeug (32) zum Anbringen des Bauteils daran ausgebildet ist; – Mittel zum programmgesteuerten translatorischen Bewegen des Formstempels (132) zum Vorschieben des Formwerkzeugs (32) in Richtung des stationären Ambosses (36') zum entsprechendem Umformen des Körpers (WP) zwischen dem Formwerkzeug (32) und dem stationären Amboss (36'), sodass die äußere Oberfläche des umgeformten Abschnitts des ersten Teils genau in der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum pneumatischen Verriegeln und Halten der Frontplatte (26') aufweist: – einen Werkstückträger (42, 42') mit einem internen Verriegelungsmechanismus; und – eine Kraft-Aufbringeinrichtung (410), die zum Zusammenwirken mit und zum Halten des internen Verrieglungsmechanismus des Werkstückträgers (42, 42') ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Aufbringeinrichtung (410) aufweist: – eine Mehrzahl von unabhängigen, in direkter Anlage miteinander stehenden Kolbenmodulen (412), wobei wenigstens ein Kolbenmodul der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) aufweist: – ein Gehäuse (444) mit: – einer ersten Oberfläche (446); – einer der ersten Oberfläche (446) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (448); – einem zwischen den ersten und zweiten Oberflächen (446, 448) befindlichen Hohlraum (456); – einem sich axial von der ersten Oberfläche (446) aus erstreckenden ringförmigen Vorsprung (450); – einer Ringnut (451) in der zweiten Oberfläche (448) zum Aufnehmen eines anderen ringförmigen Vorsprungs (450) von einem anderen Gehäuse (444) der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412); – einer zweiten Ringnut (452) in wenigstens einer der ersten und zweiten Oberflächen (446, 448) zum Aufnehmen einer Dichtung (454); – einen in dem Hohlraum (456) des Gehäuses (444) angeordneten Kolben (460), wobei der Kolben (460) aufweist: – eine angetriebene Oberfläche (466); – eine im wesentlichen gegenüber der angetriebenen Oberfläche (466) angeordnete antreibende Oberfläche (468); – wobei sich die antreibende Oberfläche (468) in direkter Anlage an einem anderen Kolben (460) der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend ein Adaptermodul (414) mit einer ersten Oberfläche (428), die zum Befestigen an einer Werkstückträger-Einrichtung (42, 42') ausgebildet ist, und mit einer zweiten Oberfläche (430), die zum Anbringen der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) daran ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, weiterhin aufweisend ein Rückhaltemodul (416), das dem Adaptermodul (414) gegenüberliegend angeordnet ist, sodass die Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) zwischen den Rückhalte- (416) und Adaptermodulen (414) angeordnet ist, wobei das Rückhaltemodul (416) einen Durchgang zum Leiten von Fluid zu der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend eine zentral durch den Kolben (460) hindurch angeordnete Welle (486) zum Leiten von Fluid zu der angetriebenen Oberfläche (466) des Kolbens (460).
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (486) eine durchgängige Bohrung (492) und wenigstens ein mit der durchgängigen Bohrung (492) kommunizierendes Radialloch (494) aufweist, um Fluid durch die Welle (486) hindurch und aus der Welle (486) heraus zu der angetriebenen Oberfläche (466) des Kolbens (460) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (486) weiterhin einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser (488) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, weiterhin aufweisend eine über ein Gewinde mit dem Abschnitt reduzierten Durchmessers (488) der Welle (486) verbundene Mutter (487).
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (460) in einer longitudinalen Richtung gleitend in dem Gehäuse (444) angeordnet ist, sodass longitudinal zwischen dem Kolben (460) und dem Gehäuse (444) eine Auslasskammer (484) definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die antreibende Oberfläche (468) des Kolbens (460) und die erste Oberfläche (446) eines benachbart angeordneten Gehäuses (444) zwischen sich eine Fluidkammer (482) definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich Fluiddruck in der Fluidkammer (482) aufbaut, um so den Kolben (460) gleitend in dem Gehäuse (444) von einer Ausgangsstellung in eine vorgeschobene Stellung zu verschieben.
Verfahren zum Umformen eines Plattenteils (WP) zum Ausbilden einer genau an einer vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordneten Oberfläche und zum Befestigen eines Bauteils an der Oberfläche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Anordnungsvorrichtung (210) mit einem stationären Amboss (36'); – Bewegen der Anordnungsvorrichtung (210) bis zu einem Zusammenwirken mit dem Plattenteil (WP), sodass der stationäre Amboss (36') in der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition ausgerichtet ist; – Anordnen des Plattenteils (WP) relativ zu der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition unter Verwendung eines Anordnungsmittels; – mechanisches Verriegeln des Anordnungsmittels in Stellung; – Bereitstellen eines an dem Amboss (36') ausgerichteten Formstempels (132), wobei an dem Formstempel (132) ein Formwerkzeug (32) befestigt ist, wobei das Formwerkzeug (32) zum Anbringen des Bauteils daran ausgebildet ist; und – programmgesteuertes translatorisches Bewegen des Formstempels (132) zum Vorschieben des Formwerkzeugs (32) in Richtung des stationären Ambosses (36') und entsprechendes Umformen des Plattenteils (WP) zwischen dem Formwerkzeug (32) und dem stationären Amboss (36'), sodass die Oberfläche des Plattenteils (WP) genau an der vorbestimmten tatsächlichen Referenzposition angeordnet und das Bauteil an die Oberfläche geclincht wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des mechanischen Verriegelns die folgenden Schritte umfasst: – Anbringen einer Hintereinanderanordnung einer Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) an wenigstens einem Abschnitt des Anordnungsmittels; und – Anlegen von Fluiddruck an die Hintereinanderanordnung der Mehrzahl von unabhängigen Kolbenmodulen (412) zum Betätigen des Anordnungsmittels.