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Die Erfindung betrifft eine Fügeeinheit und eine Fügeeinrichtung, insbesondere Schraubeinrichtung, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine solche Fügeeinheit und eine Fügeeinrichtung mit einem Fügewerkzeug und einer Zuführeinrichtung für Fügeelemente sind aus der Praxis bekannt. Sie lassen sich für längliche Fügeelemente, insbesondere Niete, Schrauben oder dgl., einsetzen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fügetechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Fügetechnik, d.h. die Fügeeinheit, die Fügeeinrichtung und das Fügeverfahren, haben verschiedene Vorteile.
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Sie ermöglichen ein vollautomatisches Fügen von unterschiedlichen Fügeelementen mit unterschiedlichen Fügeverfahren. Die beanspruchte Fügetechnik hat eine gesteigerte Leistungsfähigkeit mit einer erhöhten Prozessgeschwindigkeit. Hierbei können auch kritische, insbesondere kopflastige und verkantungsgefährdete, Fügeelemente eingesetzt werden. Diese konnten bisher nur manuell verarbeitet werden. Solche kritischen Fügeelemente, insbesondere Schrauben, können ohne zusätzliche mechanische Einwirkung fixiert und positioniert werden. Der Fügeprozess kann automatisiert, im Ablauf verkürzt und prozesssicher gemacht werden. Die Taktzeit kann kurz gehalten und von evtl. kritischen Formgebungen der Fügeelemente unabhängig gemacht werden.
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Die Fügeelemente können in der Art und im Format variieren. Die Fügetechnik ist hochflexibel und kann verschiedene Fügeelemente, insbesondere verschiedene Schraubenformate, gemeinsam verarbeiten.
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Die Fügeeinheit weist außer einem Fügewerkzeug und einer Zuführeinrichtung eine Lenkeinrichtung und eine Orientierungseinrichtung sowie eine Aufnahmeeinrichtung auf, die jeweils für die zugeführten Fügeelemente vorgesehen und ausgebildet sind. Diese Ausbildung und Funktion ermöglicht das automatische Fügen von sehr kleinen Fügeelementen, insbesondere Kleinstschrauben oder Kleinstnieten. Die Fügeelemente können einen Kopf aufweisen, der einen größeren Durchmesser als ein axial anschließender Schaft hat. Alternativ sind andere Ausbildungen von Fügeelementen ohne Kopf oder dgl. möglich.
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Die Fügeelemente können insbesondere als Kleinstschrauben mit einem Gewindemaß von ≤ M2 ausgebildet sein. Die Fügeelemente können alternativ oder zusätzlich als Kleinstelemente, insbesondere Kleinstschrauben oder Kleinstniete, mit einem Kopf(K)-Schaft(S)-Verhältnis ≥ 1:1,9 ausgebildet sein. Insbesondere können diese Fügeelemente ein K-S-Verhältnis von ca. 1:1 haben.
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Das K-S-Verhältnis bezieht sich auf den Kopfdurchmesser (K) und die Schaftlänge (S). Bei einem K-S-Verhältnis von 1:1 oder größer, z.B. 1:0,9, ist der Kopfdurchmesser gleich oder größer als die Schaftlänge. Bei einem K-S-Verhältnis von z.B. 1:1,2 ist die Schaftlänge nur wenig größer als der Kopfdurchmesser. Bei einem solchen K-S-Verhältnis von ca. 1:1 kann sich ein Fügeelement in der Zuführeinrichtung u.U. verdrehen und ist dann mit seiner Längsachse bzw. Schaftachse nicht mehr entlang der Zuführrichtung ausgerichtet. Zudem kann die Ausrichtung undefiniert sein. Die Drehlage kann z.B. quer oder schräg oder umgekehrt zur Zuführ- und Bewegungsrichtung sein.
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Die Orientierungseinrichtung ermöglicht eine Korrektur dieser für das Fügen ungünstigen bzw. unbekannten Ausrichtung und eine Orientierung des Fügeelements mit seiner Längsachse in Bewegungsrichtung des Fügeelements. Zudem kann in Bewegungsrichtung der Schaft vor dem Kopf angeordnet bzw. ausgerichtet werden. Dies ermöglicht auch eine großzügigere Dimensionierung von Zuführleitungen, wodurch die Gefahr einer Verkantung von Fügeelemente und einer Leitungsblockade gemindert werden kann.
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Durch die Orientierung kann eine fügegünstige Ausrichtung, insbesondere axiale Ausrichtung, der von der Zuführeinrichtung einzeln zugeführten Fügeelemente erreicht werden. Dank dieser definierten Ausrichtung kann das Fügeelement anschließend mit dem Fügewerkzeug, z.B. einem Schrauber, einem Nietwerkzeug oder dgl., sicher gekoppelt werden. Beim Koppeln kann z.B. eine Schrauberkling mit dem Schraubkopf in drehschlüssigen Eingriff gebracht werden.
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Diese Orientierung kann erfolgen, bevor die zugeführten bzw. von der Zuführeinrichtung abgegebenen Fügeelemente die Lenkeinrichtung erreichen, mit der sie aus ihrer Zuführbahn, vorzugsweise Flugbahn, umgelenkt werden. Die Orientierung kann alternativ oder zusätzlich an der Lenkeinrichtung erfolgen.
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Die Orientierungseinrichtung kann einen Felderzeuger, insbesondere einen Magnetfelderzeuger, und/oder einen mechanischen Schwingungserzeuger aufweisen. Die Orientierungseinrichtung, insbesondere ein Felderzeuger, kann am Auslass der Zuführeinrichtung ein Feld, insbesondere ein Magnetfeld erzeugen, das auf ein bewegtes Fügeelement z.B. in Bewegungsrichtung axial orientierend einwirkt. Ein eventuell verdrehtes Fügeelement, insbesondere eine Kleinstschraube oder ein Kleinstniet, kann dadurch orientiert und z.B. mit seiner Hauptachse in Bewegungsrichtung und Zuführrichtung mit dem Schaft vor dem Kopf ausgerichtet und orientiert werden. Alternativ ist eine andere Ausrichtung möglich.
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Die Orientierungseinrichtung kann einen oder mehrere Felderzeuger, insbesondere Magnetfelderzeuger, aufweisen. Bei einer Mehrfachanordnung von Zuführeinrichtungen können jeder Zuführeinrichtung ein oder mehrere Felderzeuger zugeordnet sein. Der besagte Felderzeuger kann ein einzelnes oder mehrere Felder, insbesondere Magnetfelder, erzeugen. Die mehreren Felder von einem oder mehreren Felderzeugern können hinsichtlich ihrer Art und/oder Anordnung gleich oder unterschiedlich sein.
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Vorzugsweise erzeugt der Felderzeuger das oder die Feld(er) intermittierend, insbesondere pulsweise. Dies ist insbesondere bei einem Magnetfeld von Vorteil und verhindert eine Magnetisierung des Fügeelements. Ein Felderzeuger ist bevorzugt am Auslass der Zuführeinrichtung, insbesondere an deren Schnabelhülse, angeordnet. Er kann ein Fügeelement innerhalb und ggf. kurz vor Verlassen der Zuführeinrichtung orientieren. Eine Orientierung kann auch nach Verlassen der Zuführeinrichtung erfolgen, z.B. im Flug.
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Die Orientierungseinrichtung, insbesondere ein mechanischer Schwingungserzeuger, kann an der Lenkeinrichtung mechanische Schwingungen erzeugen, die auf ein dort befindliches, bewegtes Fügeelement bevorzugt in Bewegungsrichtung axial orientierend einwirken. Ein am Ende der Flugbahn auf die Lenkeinrichtung auftreffendes Fügeelement kann dadurch bei und/oder nach seiner Umlenkung mit seiner Längsachse entlang der Umlenkrichtung orientiert werden. Der mechanische Schwingungserzeuger ist vorzugsweise an der Lenkeinrichtung angeordnet. Er kann z.B. als Rüttler ausgebildet sein.
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Die Lenkeinrichtung ist zwischen der Zuführeinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung angeordnet. Sie bewirkt eine Umlenkung der schräg zur Fügeachse des Fügewerkzeugs zugeführten Fügeelemente in Richtung dieser Fügeachse und leitet die Fügeelemente zur Aufnahmeeinrichtung hin. Die Fügeelemente können dort mit der korrekten Ausrichtung fluchtend mit der Fügeachse lösbar aufgenommen und anschließend gefügt werden. Die Lenkeinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung sind vorzugsweise fluchtend an der Wirkachse bzw. Fügeachse des Fügewerkzeugs angeordnet. Die Lenkeinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung können mehrstückig oder einstückig ausgebildet sein.
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Die Fügeeinheit kann mehrere verteilt angeordnete Zuführeinrichtungen und eine Schalteinrichtung zur selektiven Auswahl und Koppelung einer Zuführeinrichtungen mit der zentralen Lenkeinrichtung aufweisen.
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Die Lenkeinrichtung kann ein Umlenkmittel, insbesondere ein Prallfläche, im Flugbereich des zugeführten Fügeelements aufweisen. Die Lenkeinrichtung kann in einer Ausgestaltung ein als Trichter ausgebildetes Umlenkmittel aufweisen. Dies ist besonders günstig, wenn mehrere Zuführeinrichtungen in einem Bogen oder Kreis rund um die Wirk- oder Fügeachse und das Fügewerkzeug angeordnet sind. Besonders günstig ist dabei die Anordnung eines mechanischen Schwingungserzeugers am Trichter bzw. an dessen Lager.
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Die Aufnahmeeinrichtung kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Sie kann ein bewegliches Backenfutter mit einer Aufnahmeöffnung für ein Fügeelement aufweisen. Das Backenfutter kann mehrere, insbesondere zwei gegen eine Rückstellkraft ausweichfähige Backen besitzen. Die Aufnahmeeinrichtung hält das aufgenommene Fügeelement temporär und vorzugsweise klemmend fest, bis das Fügewerkzeug, insbesondere Schraubwerkzeug, am Fügeelement angesetzt bzw. angekoppelt ist. Bei der Weiterbewegung entlang der Wirk- oder Fügeachse kann das Schraubwerkzeug mit seinem Axialvorschub das Fügeelement zum Werkstück hin bewegen und dabei die Aufnahmeeinrichtung, insbesondere ein bewegliches Backenfutter, öffnen.
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Die dadurch erfolgte umfangsseitige Freigabe des Fügeelements ist vorteilhaft für ein bevorzugt taktiles Ansetzen des Fügeelements an einer Fügestelle, insbesondere einer Schraub- oder Nietöffnung, am Werkstück. Insbesondere bestehen Vorteile beim Einfädeln einer Schraube in einen Gewindegang an einer werkstückseitigen Schrauböffnung. Für ein sicheres Fügen von Kleinstschrauben ist dies von besonderem Vorteil.
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Die Zuführeinrichtung, die Lenkeinrichtung, die Orientierungseinrichtung sowie die Aufnahmeeinrichtung sind Komponenten der Fügeeinheit, die unterschiedlich ausgebildet sein können. Sie können jeweils eine eigene erfinderische Bedeutung haben und können mit Erfolg auch bei anderen Fügeeinrichtungen oder Fügeeinheiten eingesetzt werden.
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Die Zuführeinrichtung, das Fügewerkzeug, die Lenkeinrichtung, die Orientierungseinrichtung sowie die Aufnahmeeinrichtung können an einem Gestell der Fügeeinheit angeordnet sein. Sie können dort insbesondere an einer Zustelleinrichtung angeordnet sein. Diese kann eine bevorzugt lineare Zustellung in Richtung der Wirk- oder Fügeachse bewirken. Die genannten Komponenten können dadurch nach Orientierung und fügegerechter Aufnahme eines Fügeelements in der Aufnahmeeinrichtung an das Werkstück und die vorgesehene Fügestelle angenähert werden. Die Aufnahmeeinrichtung kann dabei das Werkstück kontaktieren oder mit geringem Abstand distanziert sein. Das Fügewerkzeug kann anschließend mit seinem Axialvorschub das Fügeelement aus der Aufnahmeeinrichtung lösen und in Eingriff mit der Fügestelle am Werkstück bringen sowie den Fügevorgang, insbesondere ein Einschrauben oder Vernieten, vornehmen.
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Die Fügeeinrichtung kann eine ein- oder mehrachsig bewegliche, programmierbare Handhabungseinrichtung zur Erzeugung von Relativbewegungen zwischen der Fügeeinheit und mehreren Fügestellen an einem Werkstück aufweisen. Vorteilhafterweise kann hierbei die Handhabungseinrichtung die Fügeeinheit relativ zu einem stationären oder instationären Werkstück bewegen. Alternativ kann die Handhabungseinrichtung das Werkstück relativ zur Fügeeinheit bewegen. In weiterer Abwandlung können mehreren Handhabungseinrichtungen die Fügeeinheit und das Werkstück relativ zueinander bewegen.
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Günstig ist eine Ausbildung der Handhabungseinrichtung als mehrachsiger programmierbarer Industrieroboter. Für den Fügeprozess ist es von Vorteil, wenn die Handhabungseinrichtung, insbesondere der Industrieroboter taktil ausgebildet sind und sensitive Fähigkeiten aufweisen. Hierfür kann die Handhabungseinrichtung bzw. der Industrieroboter eine zugeordnete Sensorik haben, die äußere Belastungen aufnimmt. Besonders günstig ist eine Ausführung mit einem taktilen Roboter mit sensitiven Fähigkeiten, der eine integrierte Sensorik aufweist.
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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 Fügeeinrichtung mit einer mehrachsig beweglichen Handhabungseinrichtung und einer dort montierten Fügeeinheit sowie mehreren Werkstücken in perspektivischer Vorderansicht,
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2: Eine perspektivische Detailansicht der Fügeeinheit und der Werkstücke aus anderer Blickrichtung
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3: Eine weitervergrößerte abgebrochene Detailansicht der Fügeeinheit,
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4: Eine Seitenansicht der Anordnung von 3 und
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5: Eine weiter vergrößerte und teilweise transparente sowie aufgebrochene perspektivische Detailansicht der Fügeeinheit.
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Die Erfindung betrifft eine Fügeeinheit (2) sowie ein Fügeverfahren. Die Erfindung betrifft ferner eine Fügeeinrichtung (1) mit einer Handhabungseinrichtung (4) und einer Fügeeinheit (2).
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1 zeigt eine solche Fügeeinrichtung (1). Sie kann z.B. als Schraubeinrichtung ausgebildet sein. Sie weist eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (4) mit einer angebauten Fügeeinheit (2) auf. Die Fügeeinheit (2) wird von der Handhabungseinrichtung (4) geführt und relativ zu ein oder mehreren Werkstücken (4) und den dortigen ein oder mehreren Fügestellen bewegt. Die Werkstücke (40) können stationär angeordnet sein oder mittels eines durch einen Pfeil angedeuteten Transportmittels (41) bewegt werden.
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In einer anderen kinematischen Variante kann die Handhabungseinrichtung (4) ein oder mehrere Werkstücke (40) führen und bewegen. Die Fügeeinheit (2) kann dabei stationär angeordnet sein, z.B. an einem Ständer. Alternativ können die Fügeeinheit (2) und die ein oder mehreren Werkstücke (40) jeweils von einer Handhabungseinrichtung (4) geführt und bewegt werden.
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Die Fügeeinheit (2) dient zum Fügen der Werkstücke (40) mittels ein oder mehreren Fügeelementen (3). Die Fügeelemente (3) können unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. als Schrauben, Niete, Bolzen, Klemmen oder dgl..
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Die Fügeelemente (3) können als Kleinstelemente, insbesondere als Kleinstschrauben oder als Kleinstniete, ausgebildet sein. Solche Kleinstelemente, die einen Kopf (K) und einen Schaft (S) aufweisen, können ein K-S-Verhältnis von vorzugsweise ≥ 1:1,9 haben. Insbesondere kann das K-S-Verhältnis im Bereich von circa 1:1 liegen. Die Hüllform solcher Kleinstelemente kann im Wesentlichen kugelartig sein. Alternativ oder zusätzlich können Kleinstschrauben ein Gewindemaß von ≤ M2 aufweisen. 3 zeigt beispielhaft solche Kleinstschrauben.
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Die Werkstücke (40) können von beliebiger Art sein. Sie können z.B. als elektronische Kommunikationsgeräte, insbesondere Mobiltelefone, Tablets oder Laptops, ausgestaltet sein. Sie können ein oder mehrere Fügestellen haben. Beispielsweise können mittels der Fügeelemente (3) Platinen oder andere Geräteteile an einem Gehäuse oder einem Träger gefügt bzw. montiert werden. Der Fügeprozess kann als Schraubprozess, Nietprozess oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.
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Die Fügeeinheit (2) weist eine Zuführeinrichtung (8) und ein Fügewerkzeug (7) auf, die jeweils für die besagten Fügeelemente vorgesehen und ausgebildet sind. Das Fügewerkzeug (7) hat eine Wirkachse oder Fügeachse (14). Die Fügeeinheit (2) weist ferner eine Lenkeinrichtung (9) und eine Orientierungseinrichtung (10) sowie eine Aufnahmeeinrichtung (11) auf, die jeweils für die zugeführten Fügeelemente (3) vorgesehen und ausgebildet sind.
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Die Zuführeinrichtung (8) gibt die Fügeelemente (3) bevorzugt einzeln durch einen Auslass (17) ab. Sie werden dabei schräg zur Wirkachse (14) emittiert, vorzugsweise im freien Flug abgeschossen. Die Lenkeinrichtung (9) dient zur Umlenkung des auftreffenden Fügeelements (3) in Richtung zur Wirkachse (14) und leitet es zur Aufnahmeeinrichtung (11). Diese hält das Fügeelement (3) temporär und in einer Ausrichtung längs, insbesondere koaxial, zur Wirkachse (14) fest. Das Fügewerkzeug (7) kann dann das Fügeelement (3) aufnehmen bzw. ankoppeln und zur Fügestelle am Werkstück (40) bewegen sowie dort den Fügeprozess durchführen. Die Orientierungseinrichtung (10) korrigiert eventuelle Fehl-Ausrichtungen des zugeführten Fügeelements (3).
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Das gezeigte Fügewerkzeug (7) ist z.B. als Schraubwerkzeug ausgebildet. Zur Durchführung des Schraubprozesses kann es einen in 5 gezeigten Fügekopf (13) und einen einzeln oder mehrfach vorhandenen Antrieb (12) aufweisen, mit dem der Fügekopf (13) einachsig oder mehrachsig bewegt werden kann. Das Fügewerkzeug (7) weist die Wirkachse (14) auf, die auch als Fügeachse oder Vorschubachse bezeichnet wird. In der gezeigten Ausbildung des Fügewerkzeugs (7) als Schraubwerkzeug ist der Fügekopf (13) als Schraubkopf ausgestaltet, der von dem Antrieb (12) einerseits um die Wirkachse (14) gedreht und andererseits entlang der Wirkachse (14) axial vorgeschoben und zugestellt werden kann.
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Der Schraubkopf (13) weist eine fest oder wechselbar angeordnete Schraubklinge auf, z.B. ein wechselbares Bit, die mit dem Kopf (K) der Schraube (3) drehschlüssig gekoppelt werden kann. Die Klingenform kann z.B. als Innen- oder Außensechskant, gerade Klinge, Kreuzklinge oder in anderer Weise ausgebildet sein. Für andere Fügeelemente (3), z.B. Niete oder Bolzen, kann das Fügewerkzeug (7) einen entsprechend andere angepasste Gestaltung aufweisen. Zum Nieten kann z.B. eine Nietzange vorhanden sein.
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Das Fügewerkzeug (7) kann ferner einen Halter für die Aufnahme eines Fügeelements (3) aufweisen. Der Halter ist vorzugsweise als steuerbarer Sauger ausgebildet, der das Fügeelement (3) an der Spitze des Fügekopfs (13) mit Unterdruck festhält. Über den Sauger bzw. den anliegenden Unterdruck kann auch die Existenz und Position eines Fügeelements (3) am Fügekopf (13) überwacht werden. Alternativ kann der Halter als Magnet, insbesondere Permanent- oder Elektro-Magnet, ausgebildet sein. Eine Existenz- und Positionsüberwachung ist alternativ auf andere Weise, z.B. mittels eines Sensors, möglich.
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Die Zuführeinrichtung (8) dient zum bevorzugten einzelnen Zuführen der Fügeelemente (3) zum Fügewerkzeug (7). Die Zuführeinrichtung (8) kann einzeln oder mehrfach vorhanden sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere, z.B. drei, Zuführeinrichtungen (8) vorhanden, die in einem endlichen oder geschlossenen Bogen oder Kreis rund um das Fügewerkzeug (7) und dessen Wirkachse (14) angeordnet sind.
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Die jeweilige Zuführeinrichtung (8) ist mit einer nicht dargestellten Versorgungseinrichtung für Fügeelemente (3), z.B. einem Magazin, einem Rüttler oder dgl., verbunden. Sie weist gemäß 1, 3 und 5 eine mit der Versorgungseinrichtung verbundene Zuführleitung (15), z.B. einen flexiblen Zuführschlauch, und eine Schnabelhülse (16) oder ein anderes Spenderteil auf. Die Schnabelhülse (16) ist endseitig mit der Zuführleitung (15) verbunden und weist einen hohlen Innenraum auf, der sich zum Auslass (17) hin konisch verjüngen kann. Die Zuführeinrichtung (8), insbesondere die Schnabelhülse (16), kann mittels einer Lagerung (18) beweglich, insbesondere schwenkbar, an der Fügeeinheit (2) angeordnet sein.
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Die jeweilige Zuführeinrichtung (8) kann ein oder mehrere Formate von Fügeelementen (3), insbesondere Schraubenformate, verarbeiten und zuführen. Die Schnabelhülse (16) ist z.B. für drei verschiedene Schraubengrößen mit einem gemeinsamen Mundstück ausgelegt. Die Formatunterschiede können dabei begrenzt sein. Für eine größere Bandbreite von Formaten können mehrere und auf unterschiedliche Formate ausgelegte Zuführeinrichtungen (8) vorhanden sein. Die Fügeeinheit (2) ist dadurch hochflexibel und kann eine Vielzahl unterschiedlicher Formate ohne Werkzeugwechsel fügen.
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Die Zuführeinrichtung (8) gibt die Fügeelemente (3) einzeln ab. Sie kann hierfür mit einem steuerbaren Ausstoßmechanismus versehen sein. Die Fügeelemente (3) können gemäß der transparenten Darstellung von 5 zunächst in einer Reihe über die Leitung (15) zugeführt und dann vereinzelt und abgegeben werden. Sie können dabei aus dem Spender bzw. der Schnabelhülse (16) herausgeschleudert werden.
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Die Zuführeinrichtung (8) ist jeweils schräg zur Wirkachse (14) des Fügewerkzeugs (7) angeordnet und ausgerichtet. Mittels einer Schalteinrichtung (19) können die ein oder mehreren Zuführeinrichtungen (8) zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung bzw. Sicherheitsstellung mittels der Lagerung (18) bewegt, insbesondere verschwenkt, werden. Die Schalteinrichtung (19) weist z.B. eine um die Wirkachse (14) drehbare Schaltnocke (20) und einen steuerbaren Stellantrieb (21) zur selektiven Beaufschlagung einer Zuführeinrichtung (8) auf. Je nach Schaltnockenstellung wird die jeweilige Zuführeinrichtung (8) in Betriebs- und Abgabestellung gebracht, wobei die anderen Zuführeinrichtungen (8) in eine Ruhe- oder Sicherheitsstellung bewegt werden, in der sie selbst bei einer Fehlfunktion ihres Ausstoßmechanismus kein Fügeelement (3) in den Wirkbereich des Fügewerkzeugs (7) bewegen können.
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Alternativ oder zusätzlich sind andere Sperr- oder Verschlussmittel möglich, die verhindern, dass bei einer Fehlfunktion Fügeelemente (3) in den Wirkbereich des Fügewerkzeugs (7) gelangen. Dies können z.B. elektrisch betriebene Schleusen, Schieber, Riegel, Abweiser oder dgl. sein.
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Die Lenkeinrichtung (9) befindet sich im Bereich der Wirkachse (14). Sie ist im Bewegungsbereich, insbesondere der Flugbahn, des Fügeelements (3) und mit Abstand vom Auslass (17) angeordnet. Die in freier Flugbahn abgeschossenen Fügeelemente (3) treffen auf die Lenkeinrichtung (9) und werden hier aus ihrer schrägen Zuführrichtung in eine fügegünstige Lage gebracht. Sie werden dabei zur Wirkachse (14) hin bewegt und allmählich parallel zur Wirkachse (14) ausgerichtet.
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Die Lenkeinrichtung (9) weist ein geeignetes Umlenkmittel (23) auf, das einzeln oder mehrfach vorhanden sein kann. Das Umlenkmittel (23) ist z.B. als schräge Prallfläche ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform mit mehreren Zuführeinrichtungen (8) kann das Umlenkmittel (23) z.B. als Trichter (24) ausgebildet sein. Der Trichter (24) ist mit seiner Längsachse fluchtend und konzentrisch zur Wirkachse (14) angeordnet. Seine größere Trichteröffnung weist nach oben zu der oder den Zuführeinrichtung(en) (8). Seine kleinere Abgabeöffnung ist nach unten zu der nachgeordneten Aufnahmeeinrichtung (11) gerichtet. Sie weist eine für den axialen Durchlass des Fügekopfs (13) geeignete Größe auf.
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Die Aufnahmeeinrichtung (11) ist der Lenkeinrichtung (9) in Richtung der Wirkachse (14) nachgeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung (11) nimmt die von der Lenkeinrichtung (9) umgelenkten und zugeführten Fügeelemente (3) jeweils bevorzugt einzeln auf. Sie weist hierfür eine Aufnahmeöffnung (29) für ein Fügeelement (3) auf, die an die Außenkontur des Fügeelements (3) angepasst ist und dessen formschlüssige Aufnahme und Positionierung sowie Ausrichtung fluchtend zur Wirkachse (14) ermöglicht. Die Aufnahmeöffnung (29) ist z.B. an einem beweglichen Backenfutter (28) angeordnet. Die Fügeelemente (3) rutschen an dem schräg zur Wirkachse (14) ausgerichteten Umlenkmittel (23) entlang zur Aufnahmeeinrichtung (11) und in die Aufnahmeöffnung (29).
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Die Lenkeinrichtung (9) ist zwischen der Zuführeinrichtung (8) und der Aufnahmeeinrichtung (11) angeordnet. Die Lenkeinrichtung (9) und die Aufnahmeeinrichtung (11) sind dabei vorzugsweise fluchtend an der Wirkachse (14) des Fügewerkzeugs (7) angeordnet und ausgerichtet.
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Die Lenkeinrichtung (9) kann vollständig oder teilweise zwischen der Zuführeinrichtung (8) und der Aufnahmeeinrichtung (11) angeordnet sein. Ferner kann die Zuführeinrichtung (8) in die Lenkeinrichtung (9) hineinragen, oder die Lenkeinrichtung (9) teilweise in die Aufnahmeeinrichtung (9) bzw. die Aufnahmeeinrichtung (11) teilweise in die Lenkeinrichtung (9), sodass bevorzugt ein wesentlicher Teil der Lenkeinrichtung (9) zwischen der Zuführeinrichtung (8) und der Aufnahmeeinrichtung (11) angeordnet ist. Wesentlich soll bedeuten, dass wenigstens 75%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt wenigstes 90% der Lenkeinrichtung (9) zwischenliegend angeordnet ist.
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In der gezeigten Ausführungsform weist das Backenfutter (28) gemäß 3, 4 und 5 mehrere, z.B. zwei oder drei, gegen eine Rückstellkraft, z.B. eine Feder, ausweichfähige Backen (30, 31) auf. Sie weisen jeweils am einen inneren Ende eine nutenartige Kontur zur gemeinsamen Bildung des Mantels der Aufnahmeöffnung (29) auf. Die Aufnahmeöffnung (29) bzw. die besagte Kontur können am oberen Ende eine konisch erweiterte Form und einen unten anschließenden zylindrischen Bereich aufweisen. Am Konus können Senkköpfe der Fügeelemente (3) zentrierend aufgenommen werden. Dabei kann eine Aufnahme unterschiedlicher Kopf- und Elementformate ermöglicht werden.
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Die Backen (30, 31) besitzen anderen, äußeren Ende eine Lagerung (32). Diese kann z.B. translatorisch in Wirkachsrichtung und/oder rotatorisch beweglich sein. Die Aufnahmeeinrichtung (11), insbesondere das Backenfutter (28), kann ein Fügeelement (3) temporär halten, z.B. durch Klemmschluss. In dieser Lage und Ausrichtung ist ein Ankoppeln an den vorgeschobenen Fügekopf (13) möglich. Dies kann ein drehschlüssiges Eintauchen einer Schrauberklinge in eine Gegenöffnung am Kopf (K) sein. Alternativ kann ein Niet gefasst und aufgenommen werden.
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Beim weiteren Axialvorschub des Fügekopfs (13) wird das angekoppelte Fügeelemente (3) mitgenommen und zu der Fügestelle am Werkstück (40) hin bewegt. Hier kann dann beim Fügevorgang ein Einfädeln des Schraubschafts an einer Schrauböffnung des Werkstücks (40) oder ein Ansetzen eines Nietes an einer Nietöffnung oder eine andere Fügemaßnahme erfolgen.
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Das Öffnen der Aufnahmeeinrichtung (11) bzw. des Backenfutters (28) durch den Kopfvorschub erfolgt gegen die Rückstellkraft einer Feder oder dgl.. Nach Beendigung des Fügevorgangs und Rückzug des Fügekopfs (13) wird die Aufnahmeeinrichtung (11) bzw. das Backenfutter (28) automatisch wieder geschlossen und steht zur Aufnahme des nächsten Fügelements (3) bereit.
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Die Aufnahmeeinrichtung (11) kann zur Aufnahme verschiedener Fügeelemente (3), insbesondere unterschiedlicher Schrauben- oder Nietformate ausgebildet sein. Durch die Mehrfachanordnung von Zuführeinrichtungen können verschiedene Arten und ggf. Formate von Fügeelementen (3) mit der Fügeeinheit (2) zugeführt und gefügt werden. Die Aufnahmeeinrichtung (11) kann in einer Abwandlung mehrere Fügeelemente (3) zugleich aufnehmen. Die Lenkeinrichtung (9) kann hieran ggf. angepasst sein.
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Die Orientierungseinrichtung (10) dient in der eingangs beschriebenen Weise zur Orientierung eines von der Zuführeinrichtung (8) vorzugsweise im freien Flug abgegebenen Fügeelements (3). Die Orientierungseinrichtung (10) kann einen Felderzeuger (25) und/oder einen mechanischen Schwingungserzeuger (27) aufweisen. Ein Felderzeuger (25) und/oder ein mechanischer Schwingungserzeuger (27) können mehrfach vorhanden sein. Insbesondere können jeder Zuführeinrichtung (8) ein oder mehrere Felderzeuger (25) zugeordnet sein.
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Ein Felderzeuger (25) kann ein Feld erzeugen, z.B. ein Magnetfeld oder eine anderes elektrisches, elektromagnetisches oder sonstiges Feld. Ein Felderzeuger (25) kann auch mehrere Felder, insbesondere Magnetfelder, erzeugen. Diese Felder können gleich oder unterschiedlich sein. Sie können in Bewegungsrichtung des Fügeelements (3) durch die oder in der Zuführeinrichtung (8) hintereinander oder/oder nebeneinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein besagtes Feld außerhalb der Zuführeinrichtung (8), z.B. zwischen der Zuführeinrichtung (8) und der Lenkeinrichtung (9), erzeugt werden.
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Das Feld, insbesondere Magnetfeld, kann intermittierend, insbesondere pulsweise, erzeugt werden. Das Feld wird am Auslass (17) erzeugt und bewirkt eine axiale Ausrichtung des bevorzugt einzelnen Fügeelements (3) entlang der Bewegungsrichtung bzw. Zuführrichtung. Die Orientierung kann bei einem Fügeelement (3) innerhalb der Zuführeinrichtung (8) und/oder bei dessen Austritt aus der Zuführeinrichtung (8) erfolgen.
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Der Felderzeuger (25) kann z.B. gemäß 3 und 4 ein oder mehrere Magnete (26), vorzugsweise steuerbare Elektromagnete, aufweisen. Der oder die Magnete (26) können am Mantel der Schnabelhülse (16) bzw. des Spenders angeordnet sein. Sie können eine längliche Form haben und können ggf. entlang der Hülsen-Längsachse ausgerichtet sein. Bei einer Mehrfachanordnung können mehrere Magnete (26) in geeigneter Anordnung positioniert sein. Sie können z.B. an verschiedenen Hülsenseiten, z.B. diametral zur Hülsen-Längsachse gegenüber liegend oder in einem endlichen Bogen oder einem geschlossenen Ring um die Hülsen-Längsachse erteilt sein.
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Bei einem Fügeelement (3) mit einem Schaft (S) und einem Kopf (K) kann der Schaft (S) in der besagten Bewegungsrichtung vor dem Kopf ausgerichtet werden. Das emittierte Fügeelement (3) trifft mit dieser definierten Ausrichtung auf das im Bereich seiner Bewegungsbahn bzw. Flugbahn befindliche Umlenkmittel (23) und wird durch dessen schräge Ausrichtung aus der schrägen Zuführrichtung umgelenkt und rutscht zur Aufnahmeöffnung (29) in der es dann fluchtend zur Wirkachse (14) aufgenommen und ausgerichtet wird. Ein evtl. vorhandener Kopf (K), insbesondere ein Senkkopf, wird dabei am Eingangskonus der Aufnahmeöffnung (29) zentriert.
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In der anderen alternativen oder zusätzlichen Variante der Orientierungseinrichtung (10) ist der mechanische Schwingungserzeuger (27) der Lenkeinrichtung (9) zugeordnet und erzeugt dort mechanische Schwingungen, die auf ein am Umlenkmittel (23) anliegendes Fügeelement (3) in dessen Bewegungsrichtung entlang des Umlenkmittels (23) axial orientierend einwirkt. Hierbei können ein oder mehrere mechanische Schwingungen erzeugt werden, z.B. in Form eines Rüttelns. Der Schwingungserzeuger (27) kann hierfür in geeigneter Weise der Lenkeinrichtung (9) zugeordnet sein. Er kann insbesondere an der Lenkeinrichtung (9) angeordnet sein und die Schwingungen im Kontakt und mechanisch übertragen. Alternativ ist eine andere, berührungslose Schwingungsanregung möglich. Ferner ist es möglich, das Umlenkmittel (23), insbesondere den Trichter (24), in einer kompressiblen und schwingungstoleranten Fassung, z.B. einem Gummipuffer, aufzunehmen.
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Die Fügeeinheit (2) weist ein Gestell (5) auf. An diesem können einerseits das Fügewerkzeug (7), die Zuführeinrichtung (8), die Lenkeinrichtung (9), die Orientierungseinrichtung (10) und die Aufnahmeeinrichtung (11) angeordnet sein. Andererseits kann das Gestell (5) einen Anschluss (33) zur festen oder lösbaren Montage der Fügeeinheit (2) an einem Ständer, einer Handhabungseinrichtung (4) oder dgl. aufweisen. Der Anschluss (33) kann insbesondere als Roboteranschluss ausgebildet sein.
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Die Fügeeinheit (2) weist z.B. gemäß 1 und 2 eine Zustelleinrichtung (6) auf, mit der das Fügewerkzeug (7) und ggf. die Zuführeinrichtung (8), die Lenkeinrichtung (9), die Orientierungseinrichtung (10) sowie die Aufnahmeeinrichtung (11) bewegt und dabei z.B. an ein in einer Fügeposition befindliches Werkstück (40) zugestellt werden können. Mit der Zustelleinrichtung (6) kann z.B. die Aufnahmeeinrichtung (11) mit einem aufgenommenen Fügeelement (3) kontaktierend oder mit einem geringfügigen Abstand an der vorgesehenen Fügestelle am Werkstück (40) positioniert werden. Aus dieser Stellung heraus kann durch das Fügewerkzeug (7) der Fügevorgang durchgeführt werden. Durch eine von der Handhabungseinrichtung (4) ausgeführte Relativbewegung zwischen Fügeeinheit (2) und Werkstück (40) kann danach eine andere Fügestelle angefahren werden. In einer anderen Ausführung kann die Zustellung an das Werkstück (40) über die Handhabungseinrichtung (4) erfolgen und die Zustelleinrichtung (6) erzeugt lediglich eine Bewegung des Fügewerkzeugs (7).
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Die Zustelleinrichtung (6) weist z.B. eine am Gestell (5) angeordnete Führung (35) für ein Abtriebsteil (36), z.B. einen Schlitten, auf. Am Abtriebsteil (36) sind das Fügewerkzeug (7) und ggf. die Zuführeinrichtung (8), die Lenkeinrichtung (9), die Orientierungseinrichtung (10) sowie die Aufnahmeeinrichtung (11) angeordnet. Der Zustellantrieb (34) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Seine Zustellrichtung ist vorzugsweise parallel zur Wirkachse (14) des Fügewerkzeugs (7) ausgerichtet. In einer anderen Ausführung ist nur das Fügewerkzeug (7) am Abtriebsteil (36) angeordnet, wobei die besagten weiteren Komponenten (8, 9, 10, 11) direkt oder indirekt fest mit dem Gestell (5) verbunden sind.
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Am Gestell (5), insbesondere am Abtriebsteil (36), kann ein in 3 gezeigtes Gehäuse (22) angeordnet sein, welches die Lenkeinrichtung (9) und ggf. die Orientierungseinrichtung (10) schützend umgibt und ein Entweichen von Fügeelementen (3) verhindert. Am unteren Ende des Gehäuses (22) kann die Aufnahmeeinrichtung (11), insbesondere die Lagerung (32) der Backen (30, 31) angeordnet sein. Das Gehäuse (22) ist rohrförmig ausgebildet und koaxial zur Wirkachse (14) angeordnet und ausgerichtet. Am oberen Bereich kann der Gehäusemantel seitliche Einlassöffnungen für die Zuführeinrichtungen (8) aufweisen. Hier können auch Stützarme für die Lagerung (18) angeordnet sein. Am oberen Gehäuseende kann sich die Schalteinrichtung (19) befinden.
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Die ein- oder mehrachsig beweglich und programmierbare Handhabungseinrichtung (4) ist z.B. als mehrachsiger programmierbarer Industrieroboter gemäß 1 und 2 ausgebildet. Dieser kann mehrere translatorische und/oder rotatorische Roboterachsen sowie mehrere Roboterglieder aufweisen. In 1 und 2 ist ein Endglied (37) der Handhabungseinrichtung (3) bzw. des Industrieroboters mit einem bevorzugt drehenden Abtriebselement (38) in Montageverbindung mit dem Anschluss (33) dargestellt. Dies kann eine feste oder lösbare Verbindung sein, z.B. mittels einer Wechselkupplung. Letztere kann eine Medienkupplung für die Übertragung von Betriebsmitteln, z.B. Fluiden, elektrischen Signal- und/oder Leistungsströmen oder dgl. aufweisen.
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Die Handhabungseinrichtung (4) weist eine zugeordnete Sensorik (39) auf, die äußere Belastungen aufnimmt und auswertet sowie einer Steuerung, insbesondere einer Robotersteuerung, übermittelt. Die Sensorik kann einteilig oder mehrteilig sein und kann ein oder mehrere belastungsaufnehmende Sensoren, z.B. Kraft- und/oder Momentensensoren, aufweisen. Sie kann ferner ein oder mehrere andere Sensoren, z.B. für die Wegmessung, Winkelmessung oder dgl. aufweisen. An die besagte Steuerung, insbesondere Robotersteuerung, kann auch die Fügeeinheit (2) mit ihren angetrieben bzw. steuerbaren Komponenten angeschlossen sein.
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Die Sensorik (39) kann in unterschiedlicher Weise der Handhabungseinrichtung (4) zugeordnet sein. Sie kann z.B. zwischen dem Anschluss (33) und dem Abtriebselement (38) der Handhabungseinrichtung (4) angeordnet sein. Sie kann auch in die Fügeeinheit (2) integriert sein. In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorik (39) in den Industrieroboter (3) integriert. Hierbei können an ein oder mehreren Roboterachsen, insbesondere an deren Lagerungen, jeweils ein belastungsaufnehmender Sensor und ggf. ein weiterer Sensor in geeigneter Zahl und Anordnung vorhanden sein.
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Die Handhabungseinrichtung (4) ist vorzugsweise als taktiler Industrieroboter mit sensitiven Fähigkeiten und mit der besagten integrierten Sensorik (39) ausgebildet. Die sensitiven Fähigkeiten können zum Ansetzen der Fügeeinheit (2) am Werkstück (40) und ggf. beim Suchen der Fügestelle und beim besagten Einfädeln genutzt werden.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und der genannten Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fügeeinrichtung, Schraubeinrichtung
- 2
- Fügeeinheit
- 3
- Fügeelement, Schraube
- 4
- Handhabungseinrichtung, Industrieroboter
- 5
- Gestell
- 6
- Zustelleinrichtung
- 7
- Fügewerkzeug, Schraubwerkzeug
- 8
- Zuführeinrichtung
- 9
- Lenkeinrichtung
- 10
- Orientierungseinrichtung
- 11
- Aufnahmeeinrichtung
- 12
- Antrieb
- 13
- Fügekopf, Schraubkopf
- 14
- Wirkachse, Fügeachse, Vorschubachse
- 15
- Zuführleitung
- 16
- Schnabelhülse
- 17
- Auslass
- 18
- Lagerung
- 19
- Schalteinrichtung
- 20
- Schaltnocke
- 21
- Stellantrieb
- 22
- Gehäuse
- 23
- Umlenkmittel, Prallfläche
- 24
- Trichter
- 25
- Felderzeuger
- 26
- Magnet, Elektromagnet
- 27
- Schwingungserzeuger
- 28
- Backenfutter
- 29
- Aufnahmeöffnung
- 30
- Backe
- 31
- Backe
- 32
- Lagerung
- 33
- Anschluss, Roboteranschluss
- 34
- Zustellantrieb
- 35
- Führung
- 36
- Abtriebsteil, Schlitten
- 37
- Endglied
- 38
- Abtriebselement
- 39
- Sensorik
- 40
- Werkstück
- 41
- Transportmittel
