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Die Erfindung betrifft ein Montagewerkzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus der Praxis ist es bekannt, flexible Ringelemente, insbesondere Dichtringe oder sogenannte O-Ringe, mit einer Spanneinrichtung aufzuweiten und dann auf einem Werkstück in eine Ringnut einzusetzen. Der Dichtring wird dabei von der Spanneinrichtung abgestreift und in der Ringnut aufgenommen. Das Werkstück kann von einem Roboter geführt und an der Spannvorrichtung positioniert werden. Diese bekannte Montagetechnik ist hinsichtlich der Betriebssicherheit noch nicht optimal. Außerdem kann der Dichtring beim Abstreifen um seine Zentralachse gedreht werden und in der Aufnahmestellung verbleibende Torsionsspannungen aufweisen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Montagetechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die beanspruchte Montagetechnik, d.h. das Montagewerkzeug, die Montageeinrichtung und das Montageverfahren, haben den Vorteil einer deutlich gesteigerten Prozess- und Betriebssicherheit sowie Leistungsfähigkeit. Das Ringelement kann schnell und schonend, insbesondere beschädigungsfrei und zumindest weitgehend verdrillungs- und torsionsspannungsfrei, am Werkstück montiert werden.
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Bei der beanspruchten Montagetechnik kommt ein taktiler Industrieroboter zum Einsatz, dessen besondere sensitive Fähigkeiten für die Durchführung des Aufzieh- und Montageprozesses in optimaler Weise genutzt werden können.
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Insbesondere können über die sensitiven Fähigkeiten der vorgesehene Prozessablauf und die dabei auftretenden Kräfte und Momente überwacht werden. Bei Auftreten von Abweichungen können schnell und zielgerichtet geeignete Gegen- und Regelmaßnahmen vom Industrieroboter eingeleitet werden. Insbesondere kann der taktile Industrieroboter das Einschnappen des flexiblen Ringelements am Werkstück detektieren und damit den Prozesserfolg feststellen.
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Der taktile Roboter kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise beinhaltet er eine integrierte Sensorik mit ein oder mehreren Sensoren an den Roboterachsen, mit denen von außen einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, und gegebenenfalls auch Wege und/oder Positionen aufgenommen werden können. Die Sensorik ist mit der Robotersteuerung verbunden und erlaubt eine entsprechende Steuerung und Regelung der Roboterachsen. Mit dieser Sensorik können die beim Montageprozess auftretenden Kräfte und/oder Momente detektiert werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob im programmierten Bewegungs- und Prozessablauf Abweichungen von den vorgebenen Kräften und/oder Momenten oder gegebenenfalls auch Positionsabweichungen, stattfinden, wobei von der Robotersteuerung entsprechende Gegenmaßnahmen, insbesondere Bahn- oder Prozesskorrekturen, eingeleitet werden können. Die von der Sensorik aufgenommenen Werte können außerdem gespeichert, protokolliert und zu Zwecken der Prozess- und Qualitätssicherung genutzt werden.
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Der taktile Roboter kann auch für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration eingesetzt werden. Er kann mit einem Werker zusammenarbeiten, ohne diesen zu verletzen. Im Rahmen einer Teilautomatisierung können Zuführtätigkeiten, z.B. das Zuführen und Positionieren sowie Fixieren eines Werkstücks und/oder eines Ringelements sowie der Abtransport des fertigen Wetrkstücks, von einem Werker ausgeführt werden.
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Der taktile Roboter kann mit seinen sensitiven Fähigkeiten außerdem ein Werkstück und/oder ein Ringelement suchen und seine Position detektieren. Er kann auch die Dehnbelastungen des Ringelements beim Aufziehen begrenzen und regeln.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines taktilen Industrieroboters,
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2: eine perspektivische Ansicht des Montagewerkzeuges mit einem Endglied des Industrieroboters in einer Anfangsstellung,
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3 und 4: verschiedene perspektivische Ansichten des Montagewerkzeuges von 2 in einer Zwischenstellung,
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5: eine perspektivische Ansicht des Montagewerkzeuges von 2 in einer Endstellung,
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6 und 7: einen Teil des Montagewerkzeugs in Seitenansicht und Draufsicht,
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8: ein Endglied des Industrieroboters mit einem anderen Teil des Montagewerkzeugs in einer Seitenansicht,
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9: einen Schnitt durch die Anordnung von 8 gemäß Schnittlinie IX-IX,
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10: ein Detail X des Montagewerkzeugs von 4 und
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11: einen Schnitt durch das Werkstück mit montiertem Ringelement.
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Die Erfindung betrifft ein Montagewerkzeug (3), eine Montageeinrichtung (1) und ein Montageverfahren für die Montage, insbesondere die Außenmontage, von flexiblen Ringelementen (5) an runden Werkstücken (4).
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Die flexiblen Ringelemente sind vorzugsweise als Dichtringe, insbesondere sogenannte O-Ringe ausgebildet. Sie bestehen aus einem biegeelastischen und gegebenenfalls auch geringfügig dehnfähigen sowie kompressiblen Material, z.B. natürlichem oder synthetischen Kautschuk, PU oder anderen Kunststoffen, insbesondere Polymeren. Die Ringelemente (5) haben eine geschlossene Ringform, die in unbelastetem Zustand kreisrund oder oval sein kann.
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Das Werkstück (4) kann eine beliebige geeignete Formgebung haben und weist eine runde Aufnahme (16) für das Ringelement (5) auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen hat das Werkstück (4) ebenfalls eine Ringform und ist z.B. als Schleifring bzw. als Dichtringträger ausgebildet. Derartige Schleifringe mit aufgezogenen Dichtringen werden z.B. zur Abdichtung von Drehlagern eingesetzt und eignen sich besonders für kritische Umgebungsbedingungen, insbesondere mit Nässe, Sand, Staub und anderen Verschmutzungen.
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11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des ringförmigen Werkstücks (4) in einem Querschnitt zusammen mit einem Ringelement (5). Das Werkstück (4) weist an den Stirnbereichen eine Oberseite (17) und eine Unterseite (18) auf. Der Durchmesser bzw. die Breite ist an der Oberseite (17) kleiner als an der Unterseite (18). Das Werkstück (4) hat einen umfangseitigen runden Werkstückmantel (15). Dieser besitzt vorzugsweise eine konische Form und erweitert sich von der Oberseite (17) zur Unterseite (18). Für die Montage liegt das Werkstück (4) mit der breiteren Unterseite (18) auf einer Grundplatte (6).
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Am Werkstückmantel (15) befindet sich eine ringförmige vertiefte bzw. hinterschnittene Aufnahme (16) für das Ringelement (5). Die Aufnahme (16) ist z.B. als Ringnut ausgebildet. Diese kann im Querschnitt einen ebenen Nutenboden aufweisen, der entsprechend der Mantelform einen konischen Verlauf hat. Alternativ kann der Nutenboden auch gerundet sein. Die Aufnahme (16) ist im Durchmesser bzw. der Breite etwas größer als das Ringelement (5) und spannt dieses in der Aufnahme- und Montagestellung. Das in der Aufnahme (16) montierte Ringelement (5) ragt axial über die Oberseite (17) und radial über die Ränder von Ober- und Unterseite (17, 18).
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Der Werkstückmantel (15) und die Aufnahme (16) sind in der gezeigten Ausführungsform kreisringförmig ausgebildet. Alternativ können der Werkstückmantel (15) und die Aufnahme (16) eine ovale Form oder eine andere gerundete Form aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Werkstück (4) eine andere Gestalt haben und eine komplexere Form aufweisen, wobei es lediglich bereichsweise einen Werkstückmantel (15) mit einer Aufnahme (16) der vorbeschriebenen Art aufweist. Der Werkstückmantel (15) und die Aufnahme (16) können auch mehrfach an einem Werkstück (4) vorhanden sein.
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Das für die Montage des Ringelements (5) benutzte Montagewerkzeug (3) ist mehrteilig ausgebildet. Es beinhaltet einerseits eine Basis (6) mit einer Positionier- und Fixiereinrichtung (29, 30) für das Werkstück (4) und andererseits ein Aufziehwerkzeug (20). Die Ausbildungsdetails sind in 6 bis 11 dargestellt.
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Die Basis (6) kann z.B. von der vorerwähnten Grundplatte gebildet werden und hat bevorzugt eine ebene Oberfläche. Die Grundplatte kann z.B. als Metallplatte, insbesondere Stahlplatte, ausgebildet sein. Sie kann an die Positionier- und Fixiereinrichtung (29, 30) adaptiert sein.
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Die Positioniereinrichtung (29) dient zur exakten Positionierung des Werkstücks (4). Für ein ringförmiges Werkstück (4) weist sie z.B. mehrere aufrechte Haltestifte auf, die an der Basis (6) entlang der Innenkontur des Werkstücks (4) verteilt angeordnet sind. Die Anordnung kann fest oder verstellbar sein, wobei die Basis (6) auch die in 2 und 7 gezeigte Rasteranordnung von Stiftaufnahmen zur Adaption an unterschiedliche Werkstückformate haben kann. Das ringförmige Werkstück (4) wird z.B. am Innenumfang durch drei im Dreieck verteilte Haltestifte formschlüssig geführt und in einer definierten Position gehalten. Ansonsten kann die Positioniervorrichtung (29) in beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet sein und an das jeweilige Werkstück (4) adaptiert sein.
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Die Fixiereinrichtung (30) hält das positionierte Werkstück (4) auf der Basis (6) beim Aufzieh- und Montageprozess fest und kann hierfür geöffnet und geschlossen werden. Dies kann automatisch mit einem entsprechend gesteuerten Antrieb oder manuell durch einen Werker geschehen. Die Fixiereinrichtung (30) ist z.B. als bügelartige Klemmeinrichtung ausgebildet, die einen an der Basis (6) abgestützten Halter mit einem beweglichen, z.B. schwenkbaren Fixierelement (31), z.B. einer Klemmplatte, aufweist, welches auf die Oberseite (17) des Werkstücks (4) drückt.
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In Arbeitsstellung übergreift das Fixierelement (31) das Werkstück (4) an dessen Rand und bildet einen Rückhalt (32) für das Aufziehen des Ringelements (5) auf dem Werkstück (4). Das Fixierelement (31) drückt lokal auf einen Randbereich (19) des Werkstücks (4), an dem sich sich das Ringelement (5) beim Aufziehen abstützt. Der Kontakt- und Andrückbereich und der Rückhalt (32) können sehr schmal sein, was für das Einfädeln des Ringelements (5) an der Aufnahme (16) günstig ist. Am Randbereich (19) kann sich auch ein Haltestift der Positioniereinrichtung (29) befinden.
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Für die Montage wird das Ringelement (5) lose auf das Werkstück (4) gelegt, wobei in seinem vorderen Bereich gemäß 2 eine teilweise Überlappung (33) mit dem Werkstück (4) besteht. Das Ringelement (5) ragt mit einem Überstand nach hinten in Richtung zur Fixiereinrichtung (30) und auch seitlich über die Außenseite des Werkstücks (4) hinaus, wobei hier ein Freiraum oder Zwickel (34) gebildet wird. An diesem Überstand wird das Ringelement (5) außerdem von der Fixiereinrichtung (30) übergriffen, sodass es bei der anschließenden Montage nicht vom Werkstück (4) wegrutschen und sich ablösen kann.
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Der besagte andere Teil des Montagewerkzeugs (3) wird von dem Aufziehwerkzeug (20) gebildet, welches einen Roboteranschluss (22) zur Verbindung mit dem Abtriebselement (11) eines taktilen Industrieroboters (2) aufweist. Der taktile Industrieroboter (2) ist in 1 in Streckstellung und ohne Aufziehwerkzeug (20) dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. In 2 bis 5 sowie in 8 und 9 ist ein Endglied (10) Abtriebselement (11) und der Abtriebsachse (12) des taktilen Industrieroboters (2) dargestellt.
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Das Aufziehwerkzeug (20) weist ein stiftartiges Spannmittel (23) auf, welches zum lokalen Spannen des Ringelements (5) an einer umlaufend bewegten Spannstelle (35) vorgesehen und ausgebildet ist. Mit dem robotergeführten Aufziehwerkzeug (20) und dem Spannmittel (23) wird das lose aufgelegte Ringelement (5) auf dem Werkstück (4) in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgezogen.
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Das stiftartige Spannmittel (23) ist in der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform als drehbare und bevorzugt längliche Spannrolle (24) ausgebildet. Die Spannrolle (24) ist vorzugsweise frei drehbar mittels einer in 9 dargestellten Lagerung (26) an einem Gestell (21) des Aufziehwerkzeugs (20) gelagert. Alternativ kann die Spannrolle (24) von einem Rollenantrieb gedreht werden.
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An dem Gestell (21) befindet sich auch der Roboteranschluss (22). Das Gestell (21) ist bevorzugt als Trägerbügel ausgebildet und hat z.B. eine liegende U-Form. Der Roboteranschluss (22) und die Lagerung (26) befinden sich an den gegenüberliegenden freien Schenkel des U-förmigen Gestells (21).
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Zur Montage wird die Spannrolle (24) vom Industrieroboter (2) mit ihrer Drehachse im Wesentlichen senkrecht zur Basis (6) gehalten und nimmt dabei überlicherweise eine vertikale Stellung ein. Vorzugsweise fluchtet die Rollenachse oder Stiftachse mit der Abtriebsachse (12) des Industrieroboters (2) und seines endseitigen Abtriebselements (11). Sie fluchtet dabei auch mit dem Zentrum des Roboteranschlusses (22).
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Die Spannrolle (24) weist im mittleren Mantelbereich eine gerundete Taillierung (25) auf. Hier ist der bevorzugt kreisrunde Rollenquerschnitt bzw. der Rollendurchmesser lokal verkleinert. In Seitenansicht hat die Spannrolle (24) mit der in Umfangs- und Axialrichtung gerundeten Taillierung (25) eine Stundenglasform. 8 und 9 verdeutlichen diese Ausbildung. Mit der Taillierung (25) greift das Spannmittel (23) für die Montage am Innenumfang des Ringelements (5) an.
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Die Taillierung (25) ist zwischen einem verbreiterten Rollenfuß (27) und einem demgegenüber schmaleren Rollenkopf (28) am freien Rollenende angeordnet. Der Rollenfuß (27) ist mit der Lagerung (26) in beliebiger Weise, z.B. mittels einer durch einen Schraubstift spannbaren Lagerhülse verbunden. Die Lagerung (26) ist bevorzugt als Wälzlagerung ausgebildet.
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In einer anderen und nicht dargestellten Ausführungsform kann das stiftartige Spannmittel (23) in beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. als starr am Gestell (21) montierter runder Spannstift. In dieser oder einer anderen Variante kann das Spannmittel (23) ebenfalls die vorbeschriebene Anordnung und Ausrichtung sowie Taillierung (25) aufweisen.
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Der mehrachsige taktile und programmierbare Industrieroboter (2) hat sensitive Fähigkeiten und ist mit einer Robotersteuerung (14) verbunden. Die Robotersteuerung (14) weist eine Recheneinheit, einen oder mehrere Speicher für Daten oder Programme sowie Eingabe- und Ausgabeeinheiten auf. Die Robotersteuerung kann prozessrelevante Daten, z.B. Sensordaten, speichern und für eine Prozesskontrolle und -sicherung und/oder eine Qualitätskontrolle und -sicherung protokollieren.
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Der taktile Industrieroboter (2) führt das Montagewerkzeug (3) und bildet mit diesem zusammen eine Montageeinrichtung (1). Die Montageeinrichtung (1) kann weitere Komponenten beinhalten, z.B. eine in den Zeichnungen durch einen Pfeil angedeutete Bereitstellung (36) für Werkstücke (4) und/oder Ringelemente (5). Für die Zuführung der Werkstücke (4) und/oder Ringelemente (5) kann die Montageeinrichtung (1) einen weiteren Industrieroboter (nicht dargestellt) aufweisen. Er kann ebenfalls taktil ausgebildet sein und sensitive Eigenschaften haben. Alternativ ist eine manuelle Zuführung der Werkstücke (4) und/oder Ringelemente (5) durch einen Werker möglich. Der taktile Industrieroboter (2) kann ebenfalls Zuführfunktionen wahrnehmen, wobei das Montagewerkzeug (3) hierfür zusätzliche Komponenten und Funktionen hat. Alternativ kann der taktile Industrieroboter (2) einen Werkzeugwechsel durchführen und ein Zuführwerkzeug aufnehmen.
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Herstellerseitig kann die komplette Montageeinrichtung (1) hergestellt und geliefert werden. Alternativ können der oder die besagte(n) Industrieroboter (2) sowie die Bereitstellung (36) betreiberseitig vorhanden sein und zur Bildung der Montageeinrichtung (1) beigestellt werden.
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Die gezeigte Montageeinrichtung (1) kann eine freistehende Einrichtung sein. Sie kann alternativ in eine Arbeitsstation und im weiteren auch in eine Anlage mit mehreren Arbeitsstation integriert sein.
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Bei der Montagetechnik werden die sensitiven Fähigkeiten des taktilen Industrieroboters (2) genutzt. Der taktile Industrieroboter (2) weist hierfür eine zugeordnete, vorzugsweise integrierte Sensorik (13) zur Erfassung von außen einwirkender mechanischer Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, auf. Die Sensorik (13) ist mit der Robotersteuerung (14) signaltechnisch verbunden. Sie ist vorzugsweise in den Industrieroboter (2), insbesondere in dessen Roboterglieder (7–10) integriert. Sie kann alternativ an anderer Stelle, z.B. an seinem Abtriebselement (11) oder am Montagewerkzeug (3) angeordnet sein. Die Sensorik (13) kann einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Kraftsensoren und/oder Momentensensoren und ggf. Weg- oder Positionssensoren aufweisen.
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Der taktile Industrieroboter (2) weist gemäß 1 mehrere, z.B. drei, vier oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Roboterglieder (7–10) auf. Er hat ferner mehrere, z.B. fünf, sechs, sieben oder mehr, angetriebene Roboterachsen (I–VII). Diese können rotatorisch und/oder translatorisch sein und in beliebiger Zahl und Kofiguration vorliegen. Die Roboterglieder (7–10) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen (I–VII) miteinander und mit einem Sockel verbunden. Der Sockel kann einen Anschluss für Betriebsmittel haben und kann ggf. die Robotersteuerung (14) aufnehmen. Es ist ferner möglich, dass einzelne Roboterglieder (8, 9) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse verdrehbar, ausgebildet sind.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter (2) als Gelenkarm- oder Knickarmroboter ausgebildet und weist sieben angetriebene Roboterachsen bzw. Bewegungsachsen (I–VII) auf. Die Roboterachsen (I–VII) sind mit der Robotersteuerung (14) verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Der Industrieroboter (2) hat vorzugsweise eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen (I–VII).
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Das abtriebsseitige Endglied (10) des Roboters (3) ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist das um eine Abtriebsachse (12) drehbare Abtriebselement (11), z.B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Abtriebsachse (12) bildet die letzte Roboterachse (VII). Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (11) und ggf. andere Roboterglieder (7–10) können eine oder mehrere Leitungen für Betriebsmittel, z.B. Leistungs- und Signalströme, Fluide etc. geführt sein und am Flansch (11) nach außen treten sowie zum Montagewerkzeug (3) geführt sein.
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Der Industrieroboter (2) weist ein mit dem Untergrund über einen Sockel verbundenes Basisglied (7) und das vorerwähnte Endglied (10) sowie zwei Zwischenglieder (8, 9) auf. Die Zwischenglieder (8, 9) sind mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen (III) und (V) ausgebildet. Die Zahl der Zwischenglieder (8, 8) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (8, 8) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Roboterglieder (7–10) können eine gerade oder gemäß 1 abgewinkelte Form haben. Der Industrieroboter (1) kann gemäß 1 stehend oder alternativ hängend angeordnet sein.
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Die Roboterachsen (I–VII) weisen jeweils ein Achslager, z.B. ein Drehlager bzw. ein Gelenk, und einen hier zugeordneten und integrierten steuerbaren, ggf. regelbaren Achsantrieb, z.B. Drehantrieb, auf. Außerdem können die Roboterachsen (I–VII) eine steuer- oder schaltbare Bremse und eine zugeordnete ggf. redundante Sensorik (13) zur Detektion von extern einwirkenden mechanischen Belastungen haben. Die in 1 schematisch angedeutete integrierte Sensorik (13) kann einen oder mehrere Sensoren an jeweils einer oder mehreren Roboterachsen (I–VII) aufweisen. Diese Sensoren können gleiche oder unterschiedliche Funktionen haben. Sie können insbesondere zum Erfassen von einwirkenden Belastungen, insbesondere von Momenten, ausgebildet sein. Sie können ferner Drehbewegungen und ggf. Drehpositionen detektieren.
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Der Industrieroboter (2) kann eine oder mehrere nachgiebige Roboterachsen (I–VII) bzw. nachgiebige Achsantriebe mit einer Nachgiebigkeitsregelung haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann eine reine Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positions- und einer Kraftregelung sein. Eine solche nachgiebige Roboterachse (I–VII) ist für die Detektion der im Montageprozess auftretenden Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente in Verbindung mit der jeweils aktuellen Roboter- oder Achsposition einsetzbar und erlaubt eine prozessgerechte Reaktion auf evtl. Abweichungen der detektierten Werte von einer Vorgabe.
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Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I–VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (11) des Endglieds (10) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.
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Der taktile Industrieroboter (2) kann verschiedene Betriebsmodi mit unterschiedlichen Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten seiner Roboterachsen (I–VII) haben. Dies kann z.B. ein Handführmodus, ein Positionier- oder Suchmodus und ein Steifigkeitsmodus sein. Zwischen den Betriebsmodi kann bedarfsweise umgeschaltet werden.
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Eine nachgiebige Roboterachse (I–VII) vermeidet ferner Unfälle mit Personen und Crashs mit Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall unverhergesehener Kollisionen. Der taktile Industrieroboter (2) kann dadurch auch für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK), z.B. bei einer Teilautomatisierung, eingesetzt werden. Der MRK-taugliche Industrieroboter (2) kann einen Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper oder anderen Hindernissen detektieren und hierauf reagieren. Er kann dabei z.B. stehen bleiben oder sich ggf. auch von der Kontaktstelle entfernen, insbesondere zurückbewegen. Für die Reaktion auf einen Berührungskontakt kann es unterschiedlich hohe Belastungs- und Reaktionsschwellen geben. Der taktile Industrieroboter (2) kann mit einem Werker in einem offenen Arbeitsbereich ohne Zaun oder andere Maschinengrenze zusammenarbeiten ohne diesen zu verletzen. Es kann dabei auch zu schmerzfreien Kontakten kommen.
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Der dargestellte taktile Industrieroboter (2) kann als Leichtbauroboter ausgebildet sein und aus leichtgewichtigen Materialien, z.B. Leichtmetallen und Kunststoff bestehen. Er hat auch eine kleine Baugröße. Zudem kann er eine niedrige Tragkraft von z.B. 5 bis ca. 20 kg haben. Das in seiner Konstruktion und Funktion vereinfachte Montagewerkzeug (3) hat ebenfalls ein geringes Gewicht. Der Industrieroboter (2) mit seinem Montagewerkzeug (3) ist dadurch insgesamt leichtgewichtig und kann ohne größeren Aufwand transportiert und von einem Einsatzort zum anderen verlegt werden. Das Gewicht von Industrieroboter (2) und Montagewerkzeug (3) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen. Durch die Möglichkeit des manuellen Teachens kann die Montageeinrichtung (1) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Prozesse angepasst werden.
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Nachfolgend werdend die Funktion des Montagewerkzeugs (3) und der Montageeinrichtung (1) sowie das Verfahren bei der Montage des Ringelements (5) am Werkstück (4) beschrieben.
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2 zeigt die Ausgangsstellung, in der ein Ringelement (5) lose und mit der besagten Überlappung (33) auf einem zuvor positionierten Werkstück (4) aufgelegt wurde und anschließend die Fixiereinrichtung (30) betätigt bzw. geschlossen wurde. Hierbei wurde auch der Rückhalt (32) für das Ringelement (5) gebildet.
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In der gezeigten Anfangsstellung taucht der taktile Industrieroboter (2) mit dem Aufziehwerkzeug (20) und dem zur Basis (6) gerichteten stiftartigen Spannmittel (23) in den neben der Fixiereinrichtung (30) befindlichen Freiraum oder Zwickel (34) ein. Die Abtriebsachse (12) bzw. die letzte Roboterachse (VII) und die Stift- oder Rollenachse sind dabei im Wesentlichen senkrecht zur Hauptebene oder Oberfläche der Basis (6) ausgerichtet. Der taktile Industrieroboter (2) kennt dabei die Position des Werkstücks (4) und des Freiraums (34). Er kann sie und ggf. auch das Ringelement (5) alternativ mit seinen sensitiven Fähigkeiten suchen.
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Aus der Ausgangsstellung von 2 heraus bewegt der Industrieroboter (2) anschließend das Aufziehwerkzeug (20) mit dem stiftartigen Spannmittel (23) in einem Bogen und mit seitlicher bzw. radialer Distanz am außenseitigen Werkstückmantel (15) entlang.
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3 und 4 zeigen hierzu eine Zwischenstellung und die Bewegungsrichtung mit einem gebogenen Pfeil. Das Aufziehwerkzeug (20), insbesondere das stiftartige Spannmittel (23), wird bei dieser aufziehenden Bogenbewegung vorzugsweise parallel zum Werkstückmantel (15) bewegt. Das stiftartige Spannmittel (23), insbesondere die Spannrolle (24), wird dabei mit der Taillierung (25) in Höhe der Aufnahme (16) am Werkstück (4) und am Werkstückmantel (15) entlang bewegt. Zur Ausführung dieser Bewegungen wird der programmierbare Industrieroboter (2) entsprechend von der Robotersteuerung (14) gesteuert.
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Bei der Anfangsbewegung aus der in 2 gezeigten Ausgangsstellung wird zunächst das stiftartige Spannmittel (23) gegen den Innenumfang des Ringelements (5) gedrückt, wobei der Kontakt vorzugsweise im Bereich der Taillierung (25) stattfindet. Bei dieser Bewegung wird das Ringelement (5) mitgenommen, bis es am Randbereich (19) des Werkstücks (4) zur Anlage kommt und in die selbstzentrierende Aufnahme (16) eintaucht. Der Rückhalt (32) verhindert dabei ein Abspringen des Ringelements (5) vom Werkstück (4).
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Bei der besagten Bogenbewegung führt der taktile Industrieroboter (2) das stiftartige Spannmittel (23) in einer Ebene parallel zur Hauptebene oder Oberfläche der Basis (6). Er spannt dabei das am Randbereich (19) abgestützte Ringelement (5) unter Bildung der in 3, 4 und 10 gezeigten Spannstelle (35). Hierbei wird am Ringelement (5) eine lokale Spannschlaufe mit Distanz zum benachbarten Werkstückbereich ausgebildet. Bei der Bogenbewegung um das Werkstück (4) wandert die Spannstelle (35) bzw. Spannschlaufe mit. Der zwischen der Spannstelle (35) und dem Randbereich (19) bzw. dem Rückhalt (32) befindliche Bereich des Ringelements (5) gleitet dabei in die selbstzentrierende Aufnahme (16). Die sensitiven Eigenschaften des taktilen Industrieroboters (2) und die kraftgeregelten Roboterachsen (I–VII) werden dabei zur Regelung der vom Spannmittel (23) ausgeübten Spannkraft und zu der dadurch hervorgerufenen Dehnbelastung des Ringelements (5) genutzt. Die Dehnung des Ringelements (59 kann dabei auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden.
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Am Ende der Bogenbewegung nehmen der taktile Industrieroboter (2) und sein Aufziehwerkzeug (20) die in 5 gezeigte Endstellung ein. In dieser Endstellung ist das Ringelement (5) vom Randbereich (19) ausgehend rundum bis auf die Spannstelle (35) in der Aufnahme (16) eingesetzt. An dieser Endstellung bzw. am Ende der Bodenbewegung zieht der taktile Industrieroboter (2) das Aufziehwerkzeug (20) aus dem gespannten Ringelement (5) und aus der Spannschlaufe heraus. Dies erfolgt vorzugsweise mit der in 5 angedeuteten Kippbewegung. Diese ist aus der anfänglich aufrechten Stellung des Aufziehwerkzeugs (20) gegenüber dem aufgezogenen Ringelement (5) radial nach außen gerichtet. Das Ringelement (5) kann an der Spannstelle (35) vom kleinen gerundeten Rollenkopf (28) abgleiten und vollständig an der Aufnahme (16) einschnappen.
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Nach Lösen und Entfernen der Fixiereinrichtung (30) kann das Werkstück (4) mit dem aufgezogenen Ringelement (5) abtransportiert und ein neues Werkstück (4) auf der Basis (6) bereit gestellt und positioniert werden. Der zyklische Aufziehprozess kann dann erneut starten.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele und der vorgenannten Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montageeinrichtung
- 2
- Industrieroboter
- 3
- Montagewerkzeug
- 4
- Werkstück, Schleifring
- 5
- Ringelement, Dichtring, O-Ring
- 6
- Basis, Grundplatte
- 7
- Roboterglied, Basisglied
- 8
- Roboterglied, Zwischenglied
- 9
- Roboterglied, Zwischenglied
- 10
- Roboterglied, Endglied
- 11
- Abtriebselement
- 12
- Abtriebsachse
- 13
- Sensorik
- 14
- Robotersteuerung
- 15
- Werkstückmantel außen
- 16
- Aufnahme, Ringnut
- 17
- Oberseite
- 18
- Unterseite
- 19
- Randbereich
- 20
- Aufziehwerkzeug
- 21
- Gestell, Tragbügel
- 22
- Roboteranschluss
- 23
- Spannmittel
- 24
- Spannrolle
- 25
- Taillierung
- 26
- Lager
- 27
- Rollenfuß
- 28
- Rollenkopf
- 29
- Positioniereinrichtung
- 30
- Fixiereinrichtung
- 31
- Fixierelement, Klemmplatte
- 32
- Rückhalt
- 33
- Überlappung
- 34
- Freiraum, Zwickel
- 35
- Spannstelle
- 36
- Bereitstellung
- I–VII
- Roboterachse
