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Die
Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 201 12 510
U1 und der
DE
10 2007 001 979 A1 ist ein Bearbeitungskopf zum Laserschweißen
von ein oder mehreren Werkstücken bekannt, der eine Andrückeinrichtung
mit ein oder zwei Zustellvorrichtungen aufweisen, welche jeweils eine
zustellbare Andrückrolle und einen Antrieb aufweisen. Die
Zustellvorrichtungen sind mittels Anschlägen weggesteuert
und positionieren die beidseits auf die Werkstücke bzw.
Bleche außenseitig einwirkenden Andrückrollen
auf einen voreingestellten Abstand. Dies dient einer gezielten Spaltbildung zwischen
den Blechen, um ein Ausgasen von Zinkbeschichtungen beim Laserstrahlschweißen
zu ermöglichen. Für andere Einsatzfälle
ist dieser Bearbeitungskopf weniger geeignet.
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Die
DE 199 02 691 C1 zeigt
eine Vorschubeinheit für eine Ultraschall-Schweißvorrichtung,
bei der das Schweißwerkzeug mit einem Schlitten und einem
Arbeitszylinder gegen das Werkstück angedrückt
wird und das Werkstück wiederum gegen einen Untergrund
presst. Der hierdurch gebildete Bearbeitungskopf hat keine Andrückeinrichtung
zusätzlich zum Bearbeitungswerkzeug.
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In
der
DE 600 00 762
T2 ist ebenfalls eine Ultraschall-Schweißmaschine
angesprochen, bei der die Schweißeinheit an das Werkstück
mittels eines vertikalen Antriebs und einer Drucksteuereinheit angepresst
wird. Der Druck kann anhand einer Druckkurve qesteuert werden. Auch
bei dieser Schrift gibt es nur das Ultraschall-Schweißwerkzeug
und keine separate Andrückeinrichtung.
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Die
DE 201 07 328 U1 ,
DE 20 2005 001 659 U1 und
DE 101 27 112 A1 befassen
sich mit Pressschweißzangen, bei denen Elektroden mit einem
Zylinder und mit einer steuerbaren Kraft beidseits gegen ein Werkstück
gepresst werden. Eine separate Andrückeinrichtung ist hier
nicht vorhanden.
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In
der
DE 10 2004
063 463 B3 ist ein Ausgleichszylinder für eine
Schweißzange angesprochen, der mit dem Werkstück
nicht in Eingriff tritt.
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Die
EP 0 734 304 B1 offenbart
eine Schweißvorrichtung mit einer Ausgleichsvorrichtung
zur Ermittlung und Korrektur von Winkelfehllagen zwischen einem
Werkstück und einem Niederhalter. Die Niederhalterstellung
und evtl. Fehllagen werden mittels Sensoren erfasst.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besseren Bearbeitungskopf
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Der
beanspruchte Bearbeitungskopf ist durch die Andrückeinrichtung
universeller verwendbar und kann andere Einsatzerfordernisse befriedigen.
Insbesondere ist es möglich, über eine kraftgeregelte
Zustellvorrichtung Werkstücke mit einem vorbestimmten Druck
oder einer Anpresskraft zu beaufschlagen und sie ggf. auch aneinander
zu pressen. Hierdurch können konstante Bearbeitungsbedingungen
geschaffen werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch
eine Positionsregelung von ein oder mehreren Andrückelementen
möglich. Hierdurch kann eine Prozess- und Werkstücküberwachung
erfolgen.
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Der
beanspruchte Bearbeitungskopf bietet außerdem Vorteile
für eine einstellbare und ggf. auch konstante Druck- oder
Kraftbeaufschlagung der Werkstücke unter Kompensation etwaiger
Toleranzen. Insbesondere können Toleranzen in einer programmierten
Bewegungsbahn des Bearbeitungskopfes und/oder des oder der Werkstücke
ausgeglichen werden. Auch Formabweichungen und sonstige Werkstücktoleranzen
lassen sich ausgleichen.
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Der
Bearbeitungskopf kann mehrere Andrückelemente beliebiger
Art aufweisen, zwischen denen ein oder mehrere Werkstücke
eingespannt und ggf. zusammengepresst werden. Über eine
Positionsregelung ist auch eine bewusste Spaltbildung zwischen den
Werkstücken möglich, wobei zugleich die Anpresskraft
gesteuert oder geregelt werden kann.
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Vorteilhaft
ist eine eigenständige Zustellmöglichkeit für
die ggf. mehrfach vorhandenen Andrückelemente. Insbesondere
können hierdurch das Ausgleichsverhalten zur Kompensation
von Toleranzen und die Einstellung der Pressung auf die Werkstücke voneinander
entkoppelt und eigenständig eingestellt und ggf. geregelt
werden. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind hierfür
verschiedene konstruktive und kinematische Varianten angegeben.
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Für
die Funktion des Bearbeitungskopfes und der Zustellvorrichtungen
ist es günstig, ein oder mehrere Federelemente im Zustell-Kraftfluss
anzuordnen. Dies erleichtert einerseits die Einstellung und Regelung
der Andrückkräfte. Andererseits kann die von dem
oder den Andrückelementen ausgeübte Andrückkraft über
den Weg und die Verformung eines Federelements mit einer entsprechenden
Sensorik, z. B. einem Wegsensor, erfasst und ausgewertet werden.
Ein Federelement oder generell auch jegliches andere elastische
Element kann außerdem etwaige lokale oder temperäre
Toleranzen schnell und eigenständig ausgleichen. Eine Nachstellung
oder Nachregelung der Zustellvorrichtung und ihres Antriebs ist
in vielen Fällen nicht erforderlich.
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Für
die Antriebskonfiguration ist es günstig, einen oder mehrere
Motoren mit einem oder mehreren Stellelementen einzusetzen. Insbesondere
eignen sich hierbei Elektromotoren mit Spindeltrieb. Hierbei kann
ein Riementrieb zwischen die Spindel und die Abtriebsachse des Elektromotors
oder eines ggf. nachgeordneten Getriebes geschaltet sein. Dies ist
z. B. für die Schwingungsentkopplung günstig.
Die bevorzugten Antriebsgestaltungen sind für die Stell- und
Regelgenauigkeit von Vorteil. Ein Spindeltrieb hat über
eine Selbsthemmung auch Vorteile hinsichtlich der Steifigkeit. Weitere
Vorteile ergeben sich für eine reibungsarme und schnelle
Antriebs- und Bewegungsumsetzung und für die zumindest
weitgehende Vermeidung von Stick-Slip-Effekten.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung mit
einem Manipulator und einem hiervon geführten Bearbeitungskopf
mit einem Bearbeitungswerkzeug und einer Andrückeinrichtung,
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2:
eine Schemadarstellung eines Bearbeitungskopfes mit zwei Andrückelementen
nebst Zustellvorrichtungen,
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3 bis 5:
Varianten in der Ausgestaltung und Kinematik des Bearbeitungskopfes
von 2 und
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6 bis 8:
verschiedene Ansichten einer konstruktiven Ausführung eines
Bearbeitungskopfes gemäß 2.
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Die
Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung (1) für
ein oder mehrere Werkstücke (2, 3) und
einen hierfür eingesetzten Bearbeitungskopf (4). Die
Erfindung befasst sich ferner mit einem Bearbeitungsverfahren für
ein oder mehrere Werkstücke (2, 3).
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Die
Werkstücke (2, 3) können von
beliebiger Art, Größe und Ausführung
sein. Es kann sich beispielsweise um metallische Bleche handeln.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Bleche (2, 3)
zusammengedrückt und miteinander bearbeitet. Die Zahl der
Werkstücklagen kann auch drei, vier oder größer
sein. Die gezeigten Bleche (2, 3) können z.
B. Flansche von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen von Fahrzeugrohkarosserien
sein. Die Werkstücke (2, 3) können
aus einem oder mehreren Werkstoffen bestehen und können
beispielsweise auch eine Beschichtung aufweisen. Hierbei kann es sich
insbesondere um verzinkte Metallbleche handeln.
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Der
Bearbeitungsprozess der ein oder mehreren Werkstücke (2, 3)
kann von beliebiger Art sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Wärmebehandlung bzw. um einen Fügeprozess.
Dies kann z. B. ein Schweiß-, Klebe- oder Lötprozess
sein. Die Wärmeenergie kann auf unterschiedliche Weise
eingebracht werden, z. B. durch einen in den Ausführungsbeispielen
schematisch angedeuteten Laserstrahl, einen Lichtbogen, eine Kombination
von beiden, Wärmestrahlung, ein elektromagnetisches Wechselfeld
mit induktiver Erwärmung oder dgl..
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1 verdeutlicht
schematisch eine Bearbeitungseinrichtung (1), die mindestens
einen Bearbeitungskopf (4) aufweist, der relativ zu den
ein oder mehreren Werkstücken (2, 3)
bewegt wird. Für die Relativbewegung können ein
oder mehrere Manipulatoren (5) eingesetzt werden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel kommt ein mehrachsiger Manipulator (5)
zum Einsatz, der z. B. als Gelenkarmroboter ausgebildet ist und
an seinem Arm (6) endseitig eine ebenfalls mehrachsige
Hand (7) mit einem Abtriebselement, z. B. einem drehenden
Abtriebsflansch, aufweist. Der Gelenkarmroboter hat z. B. sechs
rotatorische Achsen und kann ein oder mehrere Zusatzachsen, z. B.
eine weitere Fahrachse, besitzen. Der Manipulator (2) kann
grundsätzlich eine beliebige Zahl und Konfiguration von
rotatorischen und/oder translatorischen Achsen haben. Beispielsweise
ist auch ein Linearachsenroboter möglich.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bearbeitungskopf
(4) über einen Anschluss (17) mit dem
Abtriebselement der Hand (7) verbunden und wird vom Manipulator
(5) entsprechend einer vorgegebenen Bahn relativ gegenüber
dem oder den stationären Werkstücken (2, 3)
bewegt, wobei der Bearbeitungsprozess durchgeführt wird.
Die Kinematik kann auch umgekehrt sein, wobei das oder die Werkstücke
(2, 3) relativ zum stationär gehaltenen
Bearbeitungskopf (4) bewegt werden. Auch eine Mischkinematik
mit beiderseitiger Bewegung über ggf. mehrere Manipulatoren
(5) ist möglich.
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Die
Manipulatorbewegung erfolgt nach einer vorgegebenen Bahn. Diese
kann in einer geeigneten Manipulatorsteuerung, z. B. einer Robotersteuerung, vorprogrammiert
sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Bahn über
eine im Ausführungsbeispiel von 6 bis 8 dargestellte
Zusatzeinrichtung (35), z. B. in Form von ein oder mehreren
Nahtsensoren, gesucht werden. Über eine Ist-Erfassung der
vorgesehenen Bearbeitungsbahn kann die vorprogrammierte Bahn bei
Bedarf korrigiert werden.
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Der
Bearbeitungskopf (4) weist ein Bearbeitungswerkzeug (8)
und eine Andrückeinrichtung (9) auf. Das Bearbeitungswerkzeug
(8) kann einfach oder mehrfach vorhanden sein und kann
eine beliebige und entsprechend den Prozesserfordernissen gewählte
konstruktive Ausgestaltung haben. In den Zeichnungen ist ein Schweißwerkzeug
schematisch dargestellt, welches z. B. ein Laserwerkzeug ist und einen
oder mehrere Laserstrahlen auf das oder die Werkstücke
(2, 3) emittiert. Der Laserstrahl kann von einer
ggf. externen Laserquelle über einen Lichtwellenleiter
zugeführt werden. In Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels
kann das Bearbeitungswerkzeug (8) ein Lichtbogenschweißbrenner oder
eine Hybrid-Schweißeinrichtung mit Lichtbogen und Laserstrahl
sein. In weiterer Abwandlung kann das Bearbeitungswerkzeug (8)
einen Induktor für die Einbringung eines elektromagnetischen
Feldes, insbesondere eines induktiven Wechselfeldes, einen Wärmestrahler,
einen Ultraschallkopf oder dgl. aufweisen.
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Die
Andrückeinrichtung (9) dient zum Andrücken
von ein oder mehreren Andrückelementen (12, 13)
an einer oder an mehreren Seiten an das oder die Werkstücke
(2, 3). Die Andrückstelle liegt bevorzugt in
der Nähe des Prozessortes, z. B. der Erwärmungs- oder
Schweißstelle, insbesondere des Laserstrahlauftreffpunktes.
Der Laserstrahl wird z. B. mit einer geeigneten optischen Einrichtung
fokussiert, wobei der Fokuspunkt auf der Werkstückoberfläche
oder im inneren Werkstückbereich, z. B. auch zwischen aufeinanderliegenden
Werkstücken (2, 3), liegen kann. Ggf.
ist eine Brennweitenänderung oder -nachführung
möglich.
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Mit
dem oder den Andrückelementen (12, 13)
wird eine einstellbare Andrückkraft auf das oder die Werkstücke
(2, 3) ausgeübt, die ggf. auch geregelt
werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel einer Mehrfachanordnung
von Werkstücken (2, 3) drücken
zwei Andrückelemente (12, 13) von gegenüberliegenden
Seiten auf die Werkstücke (2, 3). In
einer abgewandelten Ausführungsform kann nur ein einzelnes
Andrückelement (12) vorhanden sein, wobei das
andere Andrückelement (13) entfällt oder
ggf. mittels einer Stelleinrichtung (34) deaktiviert werden kann.
Hierbei wird es zwischen einer Arbeits- und Andrückstellung
und einer zurückgezogenen, gestrichelt angedeuteten Ruhestellung
hin und her bewegt, z. B. geschwenkt. In weiterer Abwandlung der gezeigten
Ausführungsbeispiele können mehr als zwei Andrückelemente
(12, 13) vorhanden sein, wobei auch deren Anordnung
eine andere sein kann.
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Das
oder die Andrückelemente (12, 13) können
eine beliebige konstruktive Ausgestaltung haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind beide als drehbare Andrückrollen ausgebildet. Die
Andrückrollen (12, 13) können
frei drehbar sein. Sie können alternativ einzeln oder gemeinsam
mit einem Drehantrieb gekoppelt sein. Ein Andrückelement
(12, 13) kann alternativ als Druck- oder Gleitschuh,
als Druckfinger, Druckkissen oder dgl. ausgebildet sein.
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Die
Andrückeinrichtung (9) weist mindestens eine Zustellvorrichtung
(10, 11) mit jeweils mindestens einem zustellbaren
Andrückelement (12, 13) und mit einem
Antrieb (20, 21) auf. Hierfür gibt es
verschiedene konstruktive Ausgestaltungsmöglichkeiten.
In den bevorzugten Ausführungsformen können die
Andrückelemente (12, 13) eigenständig
zugestellt und angedrückt werden.
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In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen hat mindestens. eine
Zustellvorrichtung (10, 11) eine Kraftregelung
und eine hierfür geeignete Sensorik (30, 31)
zum Anpressen des oder der zugehörige Andrückelemente
(12, 13) mit einstellbarer und regelbarer Kraft
an dem oder den Werkstücken (2, 3). Zusätzlich
kann die Zustellvorrichtung (10, 11) eine Positionsregelung
und eine hierfür geeignete Sensorik (32, 33)
aufweisen. Hierüber wird die Position von einem oder mehreren
Andrückelementen (12, 13) relativ zu
dem oder den Werkstücken (2, 3) und ggf.
auch relativ zu einem anderen Andrückelement (13, 12) eingestellt
und ggf. geregelt.
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Für
die konstruktive Ausgestaltung und die Kinematik der Andrückeinrichtung
(9) gibt es verschiedene Möglichkeiten. 2 bis 5 zeigen hierfür
einige Varianten.
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In 2 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Bearbeitungskopf
(4) weist ein Gestell (14) auf, welches in der
gezeigten Ausführungsform mehrteilig ist und z. B. ein
erstes Gestellteil (15) und ein relativ dazu bewegliches
zweites Gestellteil (16) besitzt. Die Zahl der Gestellteile
(15, 16) kann auch größer sein.
Das erste Gestellteil (15) hat z. B. eine abgewinkelte
Form und trägt am einen und z. B. oberen Ende einen Flansch
mit einem Anschluss (17) zur Verbindung mit der Hand (7)
oder einer anderen und ggf. stationären Halterung. Über den
Anschluss (17) werden Betriebsmittel und Signale, z. B.
Leistungs- und Signalströme, Kühlmittel oder dgl.
andere Medien übertragen. Der Anschluss (17) kann
direkt oder über eine Wechselkupplung für eine automatische
Austauschmöglichkeit mit der Hand (7) oder Halterung
verbunden sein.
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Die
Andrückelemente (12, 13) weisen jeweils ein
eigenes Führungsmittel (18, 19) auf,
welches eine Zustellbewegung ermöglicht. Das Führungsmittel (18, 19)
kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Schlitten
mit einer Roll- oder Gleitführung.
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Das
eine Andrückelement (12) kann mit dem Bearbeitungswerkzeug
(8) über das z. B. gestellartig abgewinkelte Führungsmittel
(18) gekoppelt sein. Das Bearbeitungswerkzeug (8)
folgt dadurch den Zustellbewegungen des Andrückelements
(12).
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In
der Ausführungsform von 2 sind beide Führungsmittel
(18, 19) und beide Andrückelemente (12, 13)
gemeinsam am einen Gestellteil (15) verschieblich gelagert
und können ggf. fluchtend miteinander an einer gemeinsamen
Führungsschiene mit ihrem Schlitten geführt sein.
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Das
andere Gestellteil (16) ist als Koppelelement ausgebildet
und verbindet die Andrückelemente (12, 13)
bzw. deren Führungsmittel (18, 19) bügelartig
miteinander unter Zwischenschaltung einer Zustellvorrichtung (11)
für das Andrückelement (13).
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In
der Ausführung von 2 sind getrennt steuerbare
und ggf. auch regelbare Zustellvorrichtungen (10, 11)
vorhanden. Sie bestehen jeweils aus einem Antrieb (20, 21),
der direkt oder indirekt auf das zugehörige Antriebselement
(12, 13), ggf. über das zugehörige
Führungsmittel (18, 19), einwirkt. In
den gezeigten Ausführungsbeispielen sind ein oder mehrere
Federelemente (26, 27, 28) in den Zustell-Kraftfluss
eingebunden. Alternativ können die Antriebe (20, 21)
die Andrückelemente (12, 13) bzw. deren Führungsmittel
(18, 19) direkt und ohne Federelement beaufschlagen.
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In 2 stützt
sich der eine Antrieb (20) der Zustellvorrichtung (10)
am Gestell (14) bzw. dem Gestellteil (15) ab und
wirkt über ein fluchtend zwischengeschaltetes Federelement
(26) auf das eine Führungsmittel (18)
ein. Hierbei kann außerdem ein Dämpfer (29)
angeordnet sein, der z. B. parallel zum Federelement (26)
geschaltet ist.
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Die
zweite Zustellvorrichtung (11) wirkt zwischen dem Gestellteil
(16) und dem anderen Andrückelement bzw. Führungsmittel
(19). Der Antrieb (21) stützt sich einerseits
am ersten Andrückelement (12) oder an dessen Führungsteil
(18) ab und wirkt auf das bügelartige Gestellteil
(16) ein. Dieses ist am anderen Ende überein in
Andrückrichtung bzw. Kraftfluss-Richtung angeordnetes Federelement
(27) mit dem weiteren Andrückelement (13)
bzw. dessen Führungsmittel (19), verbunden. Wenn
der Antrieb (21) aktiviert ist und sich spreizt bzw. seine
Länge vergrößert, hebt er bei der in 2 gezeigten
vertikalen Anordnung das Gestellteil (16) an, wodurch das Federelement
(27) komprimiert wird und das Andrückelement (13)
gegen das untere Werkstück (3) presst. Zwischen
dem Antrieb (21) und dem ersten und oberen Andrückelement
(12) kann ein weiteres Federelement (28) mit geeigneter
Federsteifigkeit eingebaut sein.
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Die
Federelemente (26, 27, 28) können
eine beliebige Form und Anordnung haben und ggf. mehrteilig sein.
Sie sind z. B. als Druckfedern, insbesondere als metallische Schraubenfedern
ausgebildet. Sie können auch eine beliebige andere federelastische
Ausbildung haben und aus komprimierbaren Gummielementen oder dgl.
bestehen. Die Federelemente (26, 27, 28)
sind schematisch als Einzelfedern dargestellt. Es kann sich alternativ
um Mehrfachfedern, insbesondere Doppelfedern, in einem umgebenden
Käfig handeln, die beidseits an einem Mitnehmer anliegen
und bei Antriebsbewegungen jeweils abwechselnd komprimiert und entspannt
werden.
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Die
Federelemente (26, 27, 28) haben eine vorzugsweise
gerade Kennlinie und eine vorgegebene Federsteifigkeit. Die Federsteifigkeiten
können untereinander in geeigneter Weise abgestimmt sein. Alternative
Ausführungen mit Zugfedern oder anderen Arten von Federelementen
oder grundsätzlich elastischen. Elementen sind möglich.
Die Federelemente (26, 27, 28) sind in
der gezeigten Ausführungsform parallel zueinander ausgerichtet,
wobei die Federelemente (26, 27, 28)
mit ihrer Wirklinie ggf. fluchten können.
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Für
die Steuerung oder Regelung der Anpresskraft kann die Sensorik (31, 32)
zur Kraft- oder Druckerfassung in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. Dies können z. B. druck- und kraftaufnehmende Sensoren
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel von 2 besteht
die Sensorik (30, 31) aus Wegmessern oder Wegsensoren,
die jeweils einem Federelement (26, 27) zugeordnet
sind und die dessen Längenänderung bzw. Komprimierung
aufnehmen. Dies können z. B. induktive Wegaufnehmer sein. Über
die vorgegebene Federkennlinie kann aus dem Federweg die einwirkende
Kraft errechnet werden.
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Die
Antriebe (20, 21) können jeweils eine
eigene oder ggf. auch eine gemeinsame Steuerung (24, 25)
aufweisen, die mit der Sensorik (30, 31) zur Krafterfassung
und ggf. auch mit der Sensorik (32, 33) zur Positionsmessung
verbunden sind. Die Steuerungen (24, 25) können
eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikroprozessor nebst Datenspeichern aufweisen
und werten die Sensorsignale aus. Die Steuerungen (24, 25)
können eine Regelfunktion bzw. einen Regler beinhalten,
mit dem die Kraft bzw. Position eingestellt und auf einen Vorgabewert
geregelt werden kann. Die Vorgabewerte können prozessabhängig
sein und ggf. aus einer Technologiedatenbank entnommen bzw. eingelesen
werden.
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Die
Sensorik (32, 33) für die Positionserfassung
der Andrückelemente (12, 13) bzw. deren
Führungsmittel (18, 19) kann ein oder
mehrere wegmessende Sensoren aufweisen, die z. B. an den Führungsmitteln
bzw. Schlitten (18, 19) angeordnet sind. Hierbei
kann z. B. ein Magnetband-Positionssensor an beiden Schlitten (18, 19)
angeordnet sein, wobei die Sensoren über ein gemeinsames
Magnetband die absolute Position der Schlitten (18, 19)
erfassen und an die Steuerung (24, 25) und/oder
ggf. an die Manipulatorsteuerung melden. Alternativ sind andere Sensorausbildungen
möglich.
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Die
Antriebe (20, 21) können eine beliebig geeignete
konstruktive Gestaltung haben. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel
weisen sie jeweils mindestens einen Motor (22) auf, der
z. B. als bürstenloser Gleichstrommotor mit integriertem
parametrierbaren Motion-Controller ausgebildet ist. Die Motoren
(22) wirken ggf. unter Zwischenschaltung von Untersetzungsgetrieben
auf Stellelemente (23) ein. Diese sind z. B. als Spindeltrieb
ausgebildet, wobei die Spindeln vom Motor (22) gedreht
werden und eine Spindelmutter entsprechend verschieben, die ihrerseits
direkt oder ggf. unter Zwischenschaltung eines Federelements (26, 28)
mit dem angetriebenen Teil, z. B. dem Andrückelement (12)
oder dessen Führungsmittel (18) verbunden sind.
Alternativ können Zahnstangentriebe, Schneckentriebe oder
dgl. eingesetzt werden. Statt Elektromotoren (22) können andere
motorische Antriebselemente oder Aktoren und ggf. auch Zylinder,
Linearantriebe oder dgl. eingesetzt werden.
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Die
konstruktive und kinematische Variante des Bearbeitungskopf (4)
von 3 unterscheidet sich vom vorgenannten Ausführungsbeispiel
von 2 durch eine ortsfeste Anordnung des Andrückelements
(12) am Gestellteil oder Koppelteil (16), welches
seinerseits über ein Führungsmittel (18)
in Form einer Gleit- oder Rollenlagerung in Andrückrichtung
verschieblich am Gestellteil (15) gelagert ist und mit
diesem außerdem über ein in Andrückrichtung
liegendes Federelement (26) verbunden ist. Der Antrieb
für die Zustellvorrichtung (10) und das erste Andrückelement
(12) wird in diesem Fall durch die Zustellbewegung des
Manipulators (5) realisiert. Die andere Zustellvorrichtung
(11) für das andere Andrückelement (13)
weist einen am anderen Ende des Gestellteils (16) angeordneten
Antrieb (21) mit einem im Kraftfluss liegenden Federelement
(27) auf, welches auf die verschieblich mittels eines Schlittens (19)
gelagerte Gegenrolle (13) einwirkt.
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In
der weiteren Abwandlung von 4 sind wiederum
die Gestellteile (15, 16) aneinander verschieblich
gelagert, wobei in diesem Fall die Gegenrolle (13) ortsfest
am Gestellteil (16) angeordnet ist. Die Andrückrolle
(12) ist mittels eines Schlittens (19) oder dgl.
verschieblich am Gestellteil (16) gelagert und wird von
einem Antrieb (21) beaufschlagt, der sich am anschlussseitigen
Ende des Gestellteils oder Koppelteils (16) abstützt
und mittels eines Federelements (26) auf das Andrückelement
(12) einwirkt. Dieser Antrieb (21) ist Bestandteil
der Zustellvorrichtung (11) für die Gegenrolle
(13) und sorgt bei einem Expandieren für deren
Anpressen am Werkstück (3). Das Federelement (26)
ist härter als das Federelement (27) zwischen
den Gestellteilen (15, 16). Die Zustellvorrichtung
(10) wird auch in diesem Fall über die Manipulatorzustellung
bewirkt, die bei versteiftem Antrieb (21) über
die Federelemente (27, 26) auf das Andrückelement
(12) einwirkt und dieses am Werkstück (2)
anpresst.
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In
der Ausführungsvariante von 5 kann das
Gestell (14) einteilig sein, wobei beide Andrückelemente
(12, 13) über Führungsmittel
(18, 19) verschieblich am Gestellteil (15)
gelagert sind. Ein anschlussseitig am Gestellteil (15)
abgestützter Antrieb (20) wirkt über
ein Federelement (26) auf das Andrückelement (12)
ein. Das andere Andrückelement bzw. die Gegenrolle (13)
ist über ein Federelement (27) mit dem gegenüberliegenden
Ende des Gestellteils (15) verbunden und wird über
die Zustellbewegung des Manipulators unter Spannung des Federelements
(27) am Werkstück (3) angedrückt.
Der Manipulator führt in diesem Fall eine Zugbewegung aus und
presst zuerst die Gegenrolle (13) an das Werkstück
(3). Anschließend wird der Antrieb (20)
der Zustellvorrichtung (10) aktiviert und drückt
die Andrückrolle (12) mit feststellbarer und regelbarer
Kraft gegen das andere Werkstück (2). 3 bis 5 zeigen
außerdem eine andere und z. B. liegende bzw. horizontale
Ausrichtung des Bearbeitungskopfes (4).
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6 bis 8 zeigen
eine konstruktive Ausführung eines Bearbeitungskopfes (4)
entsprechend der Schemadarstellung von 2 aus verschiedenen
Blickwinkeln und Perspektiven.
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Das
Führungsmittel (18) für die Andrückrolle (12)
ist gestell- oder rahmenartig ausgebildet und nimmt auch das Bearbeitungswerkzeug
(8), hier ein Laserwerkzeug, und ein oder mehrere Zusatzeinrichtungen
(35, 36) auf. Dies können z. B. die vorerwähnten
Sensoren (35) zur Kanten- oder Nahtabtastung sein, die
z. B. als Doppelanordnung von Liniengeneratoren zur Schweißnahtverfolgung
ausgebildet sind.
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Die
andere Zusatzeinrichtung (36) kann z. B. eine Schutzgaszuführung
sein. Alternativ oder zusätzlich können andere
Zusatzstoffe, z. B. Schweißdraht, Pulver etc. zugeführt
werden.
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Eine
andere (nicht dargestellte) Zusatzeinrichtung kann andere Erfassungs-
oder Zuführaufgaben haben und z. B. den Energieeintrag
am Werkstück (2, 3) erfassen, die Qualität
der Bearbeitung, z. B. der Fügeverbindung, prüfen
oder dgl..
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Die
Andrückrollen (12, 13) können
unterschiedliche Größenausrichtungen bzw. Neigungen haben.
Die untere Gegenrolle (13) ist schwenkbar an ihrem Schlitten
(19) mittels der Stelleinrichtung (34) angeordnet
und kann bei Bedarf abgeklappt und deaktiviert werden. Aus der perspektivischen
Unteransicht von 7 ist die gemeinsame Führungsschiene
am Gestellteil (15) für die beiden Schlitten (18, 19)
ersichtlich. Man kann hier und auch in 6 weiter
Details der Anordnung und Ausbildung der Antriebe (20, 21)
erkennen. Der Motor (22) und das Stellglied (23),
insbesondere der Spindeltrieb, können nebeneinander angeordnet
und durch einen Zwischentrieb (37) gekoppelt sein, der
z. B. als Riementrieb mit Zahnriemen ausgebildet ist. Diese Anordnung
spart Platz und ermöglicht eine Schwingungsentkopplung
von Motor (22) und Stellelement (23).
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Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind
in verschiedener Weise möglich. Die Werkstücke
(2, 3) können z. B. aus Kunststoff und
insbesondere aus faserverstärkten Kunststoffen, z. B. CFK-
Werkstoffen, Verbundwerkstoffen oder dgl. bestehen, die durch induktive oder
anderweitige Wärmezufuhr beim Aneinanderpressen miteinander
verklebt werden. Die Andrückrolle (12, 13)
kann eine beliebig geeignete Drehlagerung aufweisen. Dies kann z.
B. ein Zapfen mit Wälzlager sein. Eine Druckrollenlagerung
ist auch durch eine innenseitige Anordnung von drei im Dreieck verteilten
und frei drehbaren Stützrollen möglich, die einen
Ring an der Druckrolle (12, 13) von der radialen Innenseite
her erfassen und abstützen und ihrerseits an einem mit
dem Schlitten verbundenen Rollenträger montiert sind. In
Abwandlung der Einsatzbedingungen kann z. B. das Andrückelement
(12) ein oder mehrere Werkstücke (2, 3)
gegen eine stationäre Unterlage, z. B. ein Stützbett,
drücken, wodurch das andere Andrückelement (13)
entfallen oder deaktiviert werden kann. Der Bearbeitungsprozess
kann variieren und z. B. ein Umformen, Beschichten, Erodieren, spanabhebendes
Bearbeiten oder dgl. beinhalten. Das Bearbeitungswerkzeug (8)
kann eine Leiterschleife als Induktor zum Aufbringen eines induktiven Mittelfrequenz-Wechselfeldes
aufweisen, welches metallische Werkstücke (2, 3)
erwärmt. Nichtmetallische Werkstücke (2, 3)
können eingebettete Metalleinlagen zur Energieumwandlung
und Wärmeerzeugung haben.
-
- 1
- Bearbeitungseinrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Werkstück
- 4
- Bearbeitungskopf
- 5
- Manipulator,
Roboter
- 6
- Arm
- 7
- Hand
- 8
- Bearbeitungswerkzeug,
Schweißwerkzeug
- 9
- Andrückeinrichtung
- 10
- Zustellvorrichtung
- 11
- Zustellvorrichtung
- 12
- Andrückelement,
Druckrolle
- 13
- Andrückelement,
Druckrolle, Gegenrolle
- 14
- Gestell
- 15
- Gestellteil,
Grundkörper
- 16
- Gestellteil,
Koppelteil
- 17
- Anschluss
- 18
- Führungsmittel,
Schlitten
- 19
- Führungsmittel,
Schlitten
- 20
- Antrieb,
Ausgleichsantrieb
- 21
- Antrieb,
Gegenrollenantrieb
- 22
- Motor,
Elektromotor
- 23
- Spindel
- 24
- Steuerung,
Regler
- 25
- Steuerung,
Regler
- 26
- Federelement
für Druckrollenantrieb
- 27
- Federelement
für Gegenrollenantrieb
- 28
- Federelement
- 29
- Dämpfer
- 30
- Sensorik,
Wegsensor
- 31
- Sensorik,
Wegsensor
- 32
- Sensorik,
Positionssensor
- 33
- Sensorik,
Positionssensor
- 34
- Stelleinrichtung
- 35
- Zusatzeinrichtung,
Nahtsensor
- 36
- Zusatzeinrichtung,
Schutzgaszuführung
- 37
- Zwischentrieb,
Riementrieb
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 20112510
U1 [0002]
- - DE 102007001979 A1 [0002]
- - DE 19902691 C1 [0003]
- - DE 60000762 T2 [0004]
- - DE 20107328 U1 [0005]
- - DE 202005001659 U1 [0005]
- - DE 10127112 A1 [0005]
- - DE 102004063463 B3 [0006]
- - EP 0734304 B1 [0007]