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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur tage- und winkelkompensierten
Befestigung eines Bauteils an einem Grundkörper, insbesondere an einem
Hohlblaskörper.
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An
extrusionsgeblasenen Hohlkörpern
wie beispielsweise Kraftstofftanks können Applikationsteile, wie
beispielsweise Befüllstützen, Be-
und Entlüftungsventile
oder Befestigungselemente durch unterschiedliche Verfahren befestigt
werden. Unter anderem kommen hier mechanische Befestigungsverfahren
zum Einsatz. Hierzu sind insbesondere Schraub- und Pressverbindungen
sowie Hinterschnittverbindungen zu zählen.
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Bei
der mechanischen Befestigung werden Applikationsteile in an den
Hohlkörpern
vorgesehene Öffnungen
eingebracht, deren Kontur an die Außenkontur des einzubringenden
Applikationsteils im Befestigungsbereich angepasst ist. Im Falle
einer Verschraubung weist die Kontur der Öffnung ein Innengewinde auf,
welches mit einem an dem Applikationsteil im Befestigungsbereich
vorgesehenen Außengewinde
korrespondiert.
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Bei
der Pressverbindung ist die Öffnung
des Hohlkörpers
derart ausgebildet, dass das Applikationsteil im Befestigungsbereich
unter Stauchung der beteiligten Materialien einpressbar ist. Dabei
ist die Presspassung der Öffnung
derart gewählt,
dass einerseits eine stabile Verbindung des Applikationsteils mit
dem Hohlkörper
erzielt ist, andererseits die Presskräfte jedoch nicht so groß werden,
dass die Gefahr einer Beschädigung
des Hohlkörpers
besteht.
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Bei
der Hinterschnittverbindung ist im Befestigungsbereich des Applikationsteils
ein Hinterschnitt eingebracht, dessen Außenkontur mit der Innenkontur
der Öffnung
korrespondiert. Vor dem Hinterschnitt ist die Kontur des Applikationsteils
vergrößert ausgeführt, so
dass beim Einbringen der Applikation in die Öffnung des Hohlkörpers zunächst eine
Stauchung der Beteiligten Materialien bewirkt ist, welche sich nach Überwinden
des vergrößert ausgeführten Bereichs
in den Hinterschnitt entspannt, sodass ein Rasteffekt erzielt ist.
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Als
problematisch bei den vorgenannten mechanischen Befestigungsverfahren
hat sich erwiesen, dass durch größere Winkelabweichungen
zwischen den Fügeflächen der
miteinander zu verbindenden Bauteile Beschädigungen an den Befestigungsbereichen
auftreten können.
(Unter dem Begriff „Fügeflächen” werden
nachfolgend die dem Hohlkörper
zugewandte Fläche
des zu fixierenden Bauteils sowie die durch die Öffnung des Hohlkörpers, in
die das Bauteil eingebracht werden soll, gebildete Fläche. Sind
die Fügeflächen von
Bauteil und Hohlkörper(öffnung)
vor dem Befestigungsvorgang parallel, so ist eine orthogonale Ausrichtung
des Applikationsteils zu der Befestigungsfläche be wirkt.) Solche Beschädigungen
sind beispielsweise Beschädigungen
des Innengewindes der Öffnung
des Hohlkörpers
bei Schraubverbindungen oder Beschädigungen durch ungleiches Einpressen
des Applikationsteils beim Einpressverfahren. Weiterhin besteht die
Gefahr, dass das die Position und Lage des Applikationsteils nach
der Verbindung mit dem Hohlkörper
von der definierten Soll-Position abweicht, sodass beispielsweise
an dem Applikationsteil nachfolgend zu befestigende Bauteile nicht
passen (beispielsweise ist beim lageverzerrten Einpressen eines Gewindestifts
in einen Kunststofftank die nachträgliche Befestigung eines Hitzeschildes
nicht mehr möglich).
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Hier
will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der vorliegenden Erfindung
liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur tage- und winkelkompensierten Befestigung
eines Bauteils bereit zu stellen, die auch bei großen Lage-
und Winkeltoleranzen der Fügeflächen der
zu verbindenden Teile zueinander eine gleichmäßige Befestigung eines Bauteils
an einem Hohlkörper
ermöglicht.
Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Mit
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur tage- und winkelkompensierten
Befestigung eines Bauteils geschaffen, die auch bei großen Lage-
und Winkeltoleranzen der Fügeflächen der
zu verbindenden Teile zueinander eine gleichmäßige Befestigung eines Bauteils
an einem Hohlkörper
ermöglicht.
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In
Weiterbildung der Erfindung wirken die Mittel zur Positionierung
des Grundkörpers
und die Mittel zur Positionierung des Bauteils gesteuert durch die
Steuereinheit derart zusammen, dass beim Zusammenfügen von
Grundkörper
und Bauteil auf Basis der Geometrie- und Lagedaten ein über die
Fügeflächen gleichmäßiger Anpressdruck
erzielbar ist. Hierdurch ist eine gleichmäßige, beschädigungsfreie Verbindung auch
bei dünnwandigen,
Hohlkörpern
mit federnden Wänden
gewährleistet.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Mittel zur Positionierung
des Bauteils ein Mehrachsenroboter. Hierdurch ist ein hoher Durchsatz
an Verbindungsvorgängen
verbunden mit einer hohen Prozessgenauigkeit ermöglicht.
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Vorteilhaft
ist das Mittel zur Erfassung von Geometrie- und Lagedaten ein lasergestützter 3-D-Scanner.
Hierdurch ist ein schnelles und verschleißfreies Erfassen der Geometrie-
und Lagedaten ermöglicht.
Alternativ sind auch andere 3D-Messsysteme einsetzbar.
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In
Ausgestaltung der Erfindung können
die Geometrie- und Lagedaten des gesamten Grundkörpers und seiner Fügeflächen vermessen
werden. Hierdurch ist auch bei mehreren erforderlichen Verbindungsvorgängen an
ein und demselben Grundkörper
nur eine Erfassung der Geometrie- und Lagedaten erforderlich. Darüber hinaus
können
die Messdaten im Rahmen der Qualitätssicherung der zu Grunde liegenden
Grundkörper
verwendet werden.
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Bevorzugt
ist zusätzlich
eine dreidimensionale Erfassung der Geometrie- und Lagedaten der Fügefläche des
Bauteils vorgesehen. Hierdurch ist eine optimale Zuführung der
Fügefläche des
Bauteils an die Fügefläche des
Grundkörpers
ermöglicht.
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Bevorzugt
sind zusätzlich
Mittel zur Bearbeitung des Grundkörpers vorgesehen, welche über die Steuereinheit
auf Basis der erfassten Geometrie- und Lagedaten ansteuerbar sind.
Hierdurch ist eine zeitnahe Bearbeitung des Grundkörpers einschließlich der
Bearbeitung der Fügeflächen ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung sind das Mittel zur Positionierung des Bauteils
und das Mittel zur Erfassung von Geometrie- und Lagedaten in einer
Handhabungseinheit kombiniert. Hierdurch ist ein zügiger Prozessablauf
ermöglicht.
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Andere
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 Die
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur lage- und winkelkompensierten
Befestigung eines Bauteils und
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2 die
schematische Darstellung einer kombinierten Handhabungseinheit.
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Die
als Ausführungsbeispiel
gewählte
Vorrichtung zur tage- und winkelkompensierten Befestigung eines
Bauteils umfasst im Wesentlichen zwei Roboter 1, 2,
einen Werkstückträger 3 sowie
eine Steuereinheit 4. Anstelle der Roboter 1, 2 sind
auch andere steuerbare Positioniersysteme einsetzbar. Der Roboter 1 ist
mit einem Werkzeugwechselsystem 11 zur Aufnahme einer Effektoreinheit 12 ausgestattet.
Die Effektoreinheit 12 ist mit einem Laserdistanzmesser 121 versehen.
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Der
Roboter 2 ist ebenfalls mit einem Werkzeugwechselsystem 21 ausgestattet,
dass eine Effektoreinheit 22 aufnimmt. Die Effektoreinheit 22 ist mit
einer Aufnahme für
ein zu fixierendes Bauteil 6 versehen.
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Die
Roboter 1, 2 sind mit einer gemeinsamen Steuereinheit 4 verbunden.
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Zum
Befestigung eines Bauteils 6 an einen Grundkörper 5 wird
der Grundkörper 5 zunächst auf einer
Werkstückaufnahme 3 fixiert.
Anschließend
erfolgt eine dreidimensionale Erfassung der Geometrie- und Lagedaten
der Fügefläche 51 des
Grundkörpers 5 durch
den Laserdistanzmesser 121. Hierbei wird der Effektor 12 mittels
des Roboters 1, gesteuert durch Steuereinheit 4 über den
Grundkörper 5 geführt. Die
erfassten Geometrie- und Lagedaten werden an die Steuereinheit 4 übertragen.
(Der Datenfluss ist in 1 durch gestrichelte Pfeile
dargestellt.)
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Optional
kann zusätzlich
die Erfassung eines definierten Punktes außerhalb des Körpers zur
Erzeugung von Relativkoordinaten erfolgen. Basierend auf den Geometrie-
und Lagedaten der Fügefläche 51 des
Grundkörpers 5 – welche
im Ausführungsbeispiel
bereits mit einer Öffnung
für das
zu befestigende Bauteil versehen ist – wird der Roboter 2 von
der Steuereinheit 4 derart angesteuert, dass die Effektoreinheit 22 in
einem definierten Abstand vor die Fügefläche 51 des Grundkörpers 5 positioniert
wird. Die Positionierung des Bauteils 6 erfolgt auf Basis
der erfassten Geometrie- und Lagedaten. Anschließend wird das Bauteil 6 nach
einem Werkzeugwechsel mittels der Effektoreinheit 22 derart
auf dem Grundkörper 5 positioniert,
dass die Öffnung
(Fügefläche 51) vom
Grundkörper 5 und
die Fügefläche 61 des
Bauteils 6 exakt übereinander
positioniert sind und das Bauteil 6 über die gesamte Fügefläche 61 mit
einem gleichmäßigen Anpressdruck
beaufschlagt werden. Über
einen – nicht
dargestellten – Wegesensor
wird die Einpresstiefe des Bauteils gesteuert. In analoger Art und
Weise ist ein eine Rastverbindung erzielbar, wobei an Stelle des
Wegsensors ein Kraft-Weg-Sensor einsetzbar ist, wodurch der Zeitpunkt
der Einrastung ermittelt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt wird die
Beaufschlagung mit Anpressdruck über
die Steuereinheit 4 gestoppt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Öffnung 51 mit
einem Innengewinde versehen und das Bauteil ist an seiner der Öffnung bzw.
Fügefläche 51 zugewandten
Seite mit einem hierzu korrespondierenden Außengewinde versehen. Die Aufnahme für das Bauteil 6 ist
drehbar ausgeführt
und mit einem Rotationsantrieb gekoppelt, sodass ein Einschrauben
des Bauteils 6 in die Öffnung 51 ermöglicht ist. Zur
gezielten Einschraubfestigkeit ist der Rotationsantrieb mit einem
Drehmomentmodul versehen, worüber
das gewünschte
Drehmoment einstellbar ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
gemäß 2 wird
eine kombinierte Effektoreinheit 22* eingesetzt. Die kombinierte
Effektoreinheit 22* ist über ein drehbares Zwischenstück 220 mit
dem Werkzeugwechselsystem 21 des Ro boters 2 verbunden.
Die Effektoreinheit 22* ist sowohl mit einem 3D-Messsystem 222,
als auch mit einer Bauteilaufnahme ausgestattet, so dass zwischen
den Prozessschritten der Erfassung der Geometrie- und Lagedaten
der Fügefläche des
Grundkörpers
und der Befestigung des Bauteils kein Werkzeugwechsel erfolgen muss.
Im Ausführungsbeispiel
kommt innerhalb des 3D-Messsystems ein Laserdistanzmesser zum Einsatz.
Alternativ ist auch der Einsatz eines anderen berührungslosen
Systems (beispielsweise Ultraschallmessung) oder auch eines taktilen
Messsystems möglich.
Durch die Effektoreinheit 22* sind die zuvor genannten
Prozessschritte mit nur einem Roboter 2 durchführbar.
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Weiterhin
kann ein Effektor mit einem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise
einem Kreisschneider, vorgesehen sein, um auf Basis der erfassten
Geometrie- und Lagedaten
vorbereiteten Bearbeitungen des Grundkörpers 5 vorzunehmen.
Eine solche Bearbeitung kann beispielsweise in der Einbringung einer
(kreisrunden) Ausnehmung in einen als Hohlblaskörper ausgeführten Kraftstofftank vor dem
Einpressen eines Einfüllstutzens
bestehen. Es ist auch denkbar, das Bearbeitungswerkzeug ebenfalls
in der kombinierten Effektoreinheit gemäß 2 vorzusehen.