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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten von Bauteilen nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es
beispielsweise aus der DE-OS
2908172 als bekannt hervorgeht; außerdem betrifft die Erfindung eine entsprechende
Vorrichtung.
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Die bekannte Vorrichtung, die - wie die vorliegende Erfindung in
erster Linie auch - zum Richten von Karosserieteilen, beispielsweise einer Türrahmenöffnung
vorgesehen ist, ist im wesentlichen als stabförmiges Gebilde ausgestaltet, welches
diagonal in die Öffnung eines Türrahmens eingestellt und hydraulisch mit einer Kraft
beaufschlagt werden kann. Der bekannte Richtstab besteht im wesentlichen aus zwei
Teilen, die jeweils einen hydraulischen Arbeitszylinder aufweisen. Der eine Teil
des Richtstabes dient zur Aufbringung einer definierten Vorspannkraft, mit dem die
zu richtenden Türrahmen mit einer von Karosserie zu Karosserie gleichbleibend hohen,
empirisch ermittelten Vorspannkraft belastet werden können, die in der Nähe der
Elastizitätsgrenze der den Türrahmen ausmachenden Karosserieeinzelteile liegt. Nach
Aufbringen der Vorspannkraft wird der Vorspannzylinder in der dann vorliegenden
Endposition hydraulisch blockiert. Der zweite Teil des Richtstabes enthält ebenfalls
einen hydraulischen Arbeitszylinder; an ihm kann mittels eines Schraubgewindes ein
bauteil-individueller Kolbenhub als Richtmaß -eingestellt werden, welches in der
Regel etwas größer als das Bauteil-Untermaß oder die Sollmaßabweichung in entspanntem
Zustand des Bauteiles ist. Nach dem Aufbringen der Vorspannkraft und dem Blockieren
des Vorspannzylinders wird dann lediglich noch der Richtkolben hydraulisch freigegeben,
so daß er bis auf den ~eingestellten Anschlag ausfährt und dabei den Türrahmen bleibend
verformt. Trotz einer Annäherung der Vorspannkraft an die Elastizitätsgrenze kann
ein Türrahmen damit in den seltensten Fällen mittels eines einzigen Richtvorganges
maßgenau gerichtet werden, weil die Elastizitätsgrenze des Bauteils mit dem bekannten
Richtstab in den seltensten Fällen genau erreicht wird; diese streut nämlich von
Bauteil zu Bauteil um einen gewissen Mittelwert. In der Regel wird also ein Teil
des Richthubes immer noch im elastischen Bereich liegen. Darüber hinaus ist das
-Fließen des Bauteiles mit einem von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich hohen Kraftanstieg
verbunden oder - anders ausgedrückt - enthält die plastische Verformung eine unterschiedlich
hohe elastische Komponente. Dies bedingt bei gleicher Sollmaßabweichung und genau
gleicher Elastizitätsgrenze ein unterschiedliches Richtmaß. Wegen der streuenden
Elastizitätsgrenze baugleicher insbesondere mehrteiliger Bauteile und der streuenden
elastischen Komponente beim Fließen gestaltet sich daher das Richten mit dem bekannten
Richtstab als ein Probier- oder Wiederholverfahren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrundegelegte Richtverfahren
dahingehend auszugestalten, daß jedes einzelne Werkstück zielgerichtet in einem
einzigen Zug maßgenau gerichtet werden kann, ohne daß, oder daß nur in den seltensten
Fällen ein Nachrichtvorgang notwendig werden müßte.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf zweierlei Arten, und zwar
bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 oder
durch die von Anspruch 2 und bezüglich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden
Merkmale von Anspruch 3 oder durch die von Anspruch 4 gelöst. Der Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, daß nicht nur die Elastizität baugleicher, insbesondere
mehrteilig zusammengesetzter Teile von Bauteil zu Bauteil gewissen
Schwankungen unterliegt,
sondern daß im Fließbereich eine mehr oder weniger große elastische Komponente bei
der Bauteilverformung auftritt, wobei keinesfalls die Schwankungsbreite in den jeweiligen
Fällen für sich, geschweige denn in ihrer Gesamtwirkung vernachlässigbar für einen
Richtvorgang ist Demgemäß wird bei jedem zu richtenden Werkstück erfindungsgemäß
individuell die Elastizität ermittelt und innerhalb der eigentlichen Richtphase
- plastischer Bereich - die Belastung so lange fortgesetzt bzw. gesteigert, bis
-unter Berücksichtigung des elastischen Rückfederungsverhaltens des Bauteils nach
Entlastung - der rein plastische Anteil an der Verformung der Sollformabweichung
des Bauteils in entspanntem Zustand entspricht Die Bewegung des Richtstempels während
des eigentlichen Richtvorganges kann sich unterbrechungsfrei an die ~Bewegung des
Richtstempels innerhalb der Vorspannphase anschließen, so daß der Richtstempel in
einem Zug von der ersten Anlage an dem Bauteil bis zur Beendigung des Richtvorganges
fortbewegt werden kann. Die Vorteile der Erfindung liegen zum einen in einem geringeren
Zeitaufwand beim Richten, weil ein Nachrichtenvorgang entfällt und darin, daß die
Richtvorrichtung einfacher als bekannte Vorrichtungen der zugrundegelegten Art ausgestaltet
werden können, weil sowohl das Aufbringen der Vo#rspannkraft als auch das Richten
selber mit ein und demselben Antriebsorgan vorgenommen werden können.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels noch kurz erläutert; dabei zeigt F i g. 1 den wesentlichen
Aufbau und das Steuerschema eines Ausführungsbeispiels einer stabförmigen Richtvorrichtung
und F i g. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm für einen Richtvorgang unter Verwendung einer
Richtvorrichtung nach Fig. 1.
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Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Richtvorrichtung
ist als Richtstab 3 zum Richten eines Türrahmens 2 in einer Fahrzeugkarosserie 1
vorgesehen. Der Richtstab weist an seinen Enden Schuhe 4 auf, die den Ecken des
Türrahmens angepaßt sind und die leicht austauschbar sind, um andere Türrahmen,
beispielsweise von rechten oder hinteren Türen oder von Türen anderer Fahrzeugtypen
richten zu können.
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An-der Unterseite des Richtstabes ragt der eigentliche Richtstempel
5 hervor, der die Kolbenstange eines hydraulisch beaufschlagbaren Arbeitskolbens
6 darstellt. Der übrige stabförmige Teil des Richtstabes stützt sich in der diagonal
gegenüberliegenden Ecke des Türrahmens ab. Selbstverständlich sind auch andere Bauformen
ohne weiteres denkbar, bei dem sich das Gehäuse des kraftangetriebenen Richtstempels
an einem festen Punkt unabhängig von dem zu richtenden Bauteil abstützt. Desgleichen
sind ohne weiteres auch Vorrichtungen zum Richten denkbar, bei denen ein elektromotorischer
Stempelantrieb über Gewinde vor.
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gesehen ist; zweckmäßigerweise kann hier nach Beendigung des Richtvorganges
ein automatischer Stempelrücklauf vorgesehen werden, der den Richtste#mpel bis zu
einer voreinstellbaren Ausgangsposition zurückführt Bei dem Richtstab könnte ein
solcher Antrieb im Innern des Tragrohres des Richtstabes angeordnet sein.
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Im Innern des hohl ausgebildeten Richtstabes ist ein Weggeber 8 angeordnet,
der über einen Taststift 9 mit dem Kolben 6 des Richtstempels verbunden ist und
der über den gesamten Bewegungsbereich des Kolbens 6
hinweg dessen
Verschiebeweg laufend auf Bruchteile eines Millimeters genau erfassen kann. Im Kraftfluß
des Richtstempels, und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des
dem Richtstempel abgewandten stabförmigen Teiles des Richtstabes, ist ein Kraftmesser
in den Richtstab eingebaut, der eine in Relation zu den aufzubringenden Richtmaßen
vernachlässigbar kleine Zusammendrückbarkeit aufweist und der im übrigen genügend
knick- und biegesteif ist, um die Festigkeit des Richtstabes nicht zu beeinträchtigen.
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Auch muß er dem harten Werkstattbetrieb gewachsen sein. Andererseits
soll er empfindlich genug sein, um bauteil-individuell die Kraft-Weg-Kurve bei einem
etwaigen wiederholten Belasten innerhalb enger Grenzen reproduzierbar aufzeichnen
zu können, so daß von Bauteil zu Bauteil die Unterschiede der Steilheit und der
Reichweite der Elastizitätsgeraden feststellbar und voneinander unterscheidbar sind.
Auch soll der Übergang vom elastischen Bereich in den plastischen Bereich bei jedem
einzelnen Bauteil individuell feststellbar sein.
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Der Kraftmesser 10 und der Weggeber 8 sind elektrisch an eine Auswerteeinheit
11 angeschlossen, zu der auch eine Bedienungseinheit 12 gehört. Über die Bedienungseinheit
kann der Auswerteeinheit eine bauteil-individuelle Sollmaßabweichung mittels der
Eingabevorrichtung 13 eingegeben werden. Über Bedienungsknöpfe 14 und 15 können
der Richtvorrichtung die Befehle »Anlegen des Richtstempels« bzw.
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»Ausführen des Richtvorganges« eingegeben werden.
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Die Auswerteeinheit 11 selber ist ein elektronischer Rechner, der
aus der Datenfolge von Wertepaaren der Richtstempelkraft Fund des Richtstempelweges
W die Lage und Steilheit der Elastizitätsgeraden in einem Kraft-Weg-Diagramm ermittelt.
Und zwar wird durch die ansteigende Reihe von Meßpunkten rechnerisch eine Gerade
so hindurchgelegt, daß z. B. die Summe der Abstandsquadrate der Meßpunkte von dieser
Geraden minimal ist. Die solcherart rechnerisch gefundene und gemäß ihrer Funktionsgleichung
ermittelbare Elastizitätsgerade wird aufgrund des Ermittlungsverfahrens auch als
Regressionsgerade bezeichnet. Die Steilheit dieser Geraden mit dem Differentialquotienten
dF/d W soll als Elastizität e des zu richtenden Bauteils gewertet werden. Die Funktionsgleichung
der Elastizitätsgeraden in einem Kraft/Weg-Diagramm lautet dann allgemein F= e -.
W+F.1 mit F, als dem auf der Abzissenachse abgeteilten Abschnitt. Die Auswerteeinheit
muß im Hinblick auf ihre Programmierung so ausgelegt sein, daß sie den elastischen
Verformungsbereich von der plastischen Verformung unterscheiden kann; bei einem
dauernden Verlassen der Meßpunkte oberhalb einer bestimmten emperisch zu ermittelnden
Kraft aus einem Toleranzfeld um die Elastizitätsgerade herum ist der Auswerteeinheit
ein entsprechender Hinweis gegeben, daß nunmehr die plastische Verformung des Bauteils
beginnt. Innerhalb des plastischen Bereiches der Bauteilverformung arbeitet die
Auswerteeinheit nach einem anderen, nämlich einfacheren Rechenprogramm.
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Sie rechnet in diesem Bereich entweder lediglich noch die lotrechten
Abstände a der Meßpunkte von der zuvor errechneten Regressionsgeraden aus. Außerdem
muß die Auswerteeinheit bei dieser Vorgehensweise, nachdem der elastische Bereich
vollständig durchfahren ist, einen Festwert nach der Formel
ermitteln, worin A der Endwert des Abstandes der
Meßpunkte von der Regressionsgeraden
bei Beendigung des Richtvorganges, worin S die Sollmaßabweichung des Bauteils in
entspanntem Zustand und worin e die Bauteilelastizität bzw, die Steigung der Regressionsgeraden
in einem Kraft/Weg-Diagramm bedeuten.
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Darüber hinaus muß die Auswerteeinheit innerhalb des plastischen Verformungsbereiches
laufend den ermittelten Abstand a der# Meßpunkte mit dem errechneten Festwert A
vergleichen und sobald a=A ist, ein Abschaltsignal an die Antriebseinheit des Richtstempels
geben.
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Nach einem anderen Rechenverfahren werden innerhalb der Arbeitsphase
III unter Verwendung der Funktionsgleichung der Elastizitätsgeraden und von Richtkraftwerten
aufeinanderfolgender Meßpunkte die der Elastizitätsgeraden entsprechenden virtuellen
Wege und daraus die Wegdifferenzen A Wzu den tatsächlich zurückgelegten Wegen ermittelt.
Bei dieser Rechenweise kann ein direkter Vergleich der Wegdifferenzen mit der Sollmaßabweichung
des Bauteils in entspanntem Zustand durchgeführt werden. Und zwar erfolgt hier das
Abschalten sobald die ermittelte Wegdifferenz die Sollmaßabweichung erreicht hat.
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Als Kraftantrieb für den Richtstempel ist beim ausgeführten Ausführungsbeispiel
eine hydraulische Beaufschlagung des Kolbens 6 vorgesehen, der in seine eingezogene
Rücklaufstellung durch eine Rücklauffeder 7 selbsttätig nach hydraulischer Entlastung
zurückbewegt werden kann; die Feder fördert außerdem das im Arbeitsraum befindliche
-Hydrauliköl rückwärts in den Pumpensumpf zurück.
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Zur hydraulischen Beaufschlagung ist zunächst eine symbolisch dargestellte
Druckquelle 16 vorgesehen.
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Über ein elektromagnetisch betätigbares und von der Auswerteeinheit
11 ansteuerbares Umschaltventil kann das Hydrauliköl auf den Arbeitskolben 6 geschaltet
bzw.
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- in der Ruhestellung des Ventiles - von ihm zurück in den Pumpensumpf
geschaltet werden. Parallel zum Arbeitsraum des Arbeitskolbens 6 ist in der Hydraulikanlage
ein Windkessel 21 vorgesehen, der im Zusammenwirken mit der justierbaren Drossel
19 einen definierten allmählichen# Druckanstieg-des Arbeitsdrukkes und dementsprechend
einen allmählichen Anstieg der Stempelkraft bewirkt. Das Rückschlagventil 18 ist
vorgesehen, um den Kraftaufbau der Stempelkraft zeitlich auch unterbrechen zu können,
indem das Umschaltventil 17 wieder in seine Ruhelage zurückgebracht wird. Ein solches
Unterbrechen bei geringer Anlagekraft Fo des Richtstempels ist - - zumindest beim
dargestellten Ausführungsbeispiel - nötig, um den Richtstab zwar einerseits mit
einer definierten Kraft an die vorgesehenen Anlågestellen anlegen zu können und
ihn setzungsfrei ausrichten und positionieren zu können; andererseits soll diese
Anlagekraft aus Sicherheitsgründen nur gering sein, um eingequetschte Finger oder
Kleidungsstücke gefahrlos unter den Schuhen 4 wieder herausziehen zu können. Die
Drossel 19 und das Rückschlagventil 18 sind mittels eines in Ruhestellung geschlossenen
Rücklaufventils 20 überbrückbar, welches ebenfalls elektromagnetisch betätigbar
und von der Auswerteeinheit 11 aus ansteuerbar ist. Durch Öffnen des Rücklaufventiles
kann der im Windkessel 21 und im Arbeitsraum des Kolbens 6 nach einem Richtvorgang
gespeicherte Druck sich rasch an der Drossel und dem Rückschlagventil vorbei in
den Pumpensumpf entspannen, wobei die Rücklauffeder 7 den Arbeitskolben 6 in die
zurückgezogene Rücklaufstellung bewegt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun kurz folgende (Fig2): Der
Richtstab 3 wird zunächst mit den Schuhen 4 auf die Anlagestellen am Türrahmen ausgerichtet
und dann der Bedienungsknopf 14 für das Anlegen der Schuhe betätigt. Das Umschaltventil
17 wird dadurch in seine Arbeitsstellung angezogen, und der Druckaufbau im Windkessel
21 und im Arbeitsraum des Kolbens 6 beginnt. Zwar durchfährt der Arbeitskolben 6
zunächst eine gewisse Leerstrecke, bei der die Schuhe 4 noch nicht satt am Türrahmen
anliegen und dementsprechend ein Gegendruck sich im System noch nicht aufbauen kann.
Sobald jedoch die Schuhe 4 zur Anlage kommen, baut sich ein - wenn zunächst auch
nur kleiner - Gegendruck und auch ein entsprechender Axialdruck in dem Richtstab
auf. Diese Axialkraft wird von dem Kraftmesser 10 festgestellt und an die Auswerteeinheit
11 weitervermittelt, die beispielsweise bei Erreichen von 100 N das Umschaltventil
17 in die Ruhestellung zurückkehren läßt und dementsprechend einen weiteren Druckaufbau
zunächst unterbricht.
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Diese Arbeitsphase ist in Fig. 2 mit I bezeichnet und entspricht dem
»Anlegen«. Zwar ist bei dieser Anlagekraft Fo der Türrahmen bereits ein klein wenig
elastisch deformiert, jedoch ist diese Verformung belanglos, weil sie von der Elastizitätsgrenze
noch weit entfernt ist und zur Ermittlung des Verlaufes der Regressionsgeraden R
noch ein genügender Weg zur Verfügung bleibt. Die Belastung des Richtstempels 5
wird deshalb bei diesem niedrigen Wert der Anlagekraft unterbrochen, um den Richtstab
selbsttätig oder durch leichte Erschütterungen in seine genaue Sollposition hineinrutschen
zu lassen und um etwa eingeklemmte Finger oder Fremdkörper verletzungs- und gefahrlos
aus dem Anlagespalt herausziehen zu können. Andererseits soll die Anlagekraft #groß
genug sein, damit der Richtstab sich selber ohne fremde Unterstützung sicher in
der Richtposition festhalten kann.
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Nachdem der Richtstab solcherart sicher in einer Richtposition angelegt
-ist, wird der weitere Bedienungsknopf 15 für das Richten betätigt. Dadurch wird
das Umschaltventil 17 erneut in die Arbeitsstellung angezogen und der zuvor begonnene
Druckaufbau zunächst in der Arbeitsphase II »Vorspannen« fortgesetzt. Die in dieser
Phase der Auswerteeinheit übermittelten Wertepaare der Richtstempelkraft Fund des
Richtstempelweges W stellen sich in einem Kraft/Weg-Diagramm als ansteigende Punktreihe
dar.
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Die Auswerteeinheit 11 ermittelt aus den Wertepaaren nach den Regeln
des geringsten Abstandsquadrates die optimal durch diese Punktreihe hindurchverlaufende
Gerade, die sogenannte Regressionsgerade R, deren Steigung dF/d W der individuellen
Bauteilelastizität e entspricht Sobald im Bereich der Elastizitätsgrenze des Bauteiles
die Wertepaare bzw. die Punktreihe kontinu-
s ierlich und bleibend sich von der errechneten
Regres--sionsgeraden entfernen bzw. einen gewissen S-treubereich um die Regressionsgerade
herum verlassen, ist der Auswerteeinheit das Signal gegeben, daß die Elastizitätsgrenze
erreicht ist. Damit ist die Arbeitsphase III »Richten« erreicht. In dieser Phase
rechnet die Auswerteeinheit laufend die Abstände a der Meßpunkte von der Regressionsgeraden
R aus und vergleicht sie mit dem oben erwähnten Festwert A eines Endabstandes. Dieser
Abstand A entspricht dem Abstand der Parallelgeraden P zur Regressionsgeraden R,
die -zumindest theoretisch - der Entspannungsgeraden des Bauteils nach dem Richten
des Bauteils in die richtige Lage entspricht. Parallel zur Weg-Achse in dem K-raft/Weg-Diagramm
gemessen, entspricht der Abstand der Parallelgeraden von der Regressionsgeraden
gerade der Sollmaßabweichung S, die durch das Richten gerade herausgerichtet werden
soll. Sobald der laufend ermittelte Abstand a gerade den Endabstand A erreicht,
-oder - anders ausgedrückt - sobald die Meßpunktkurve auf die Parallelgerade P stößt,
wird -von der Auswerteeinheit 11 ein Signal sowohl an das Umschaltventil 17 als
auch an das Rücklaufventil 20 gegeben, wodurch nicht nur ein weiterer Druckaufbau
abgebrochen, sondern eine Entspannung des Druckes im Arbeitsraum des Kolbens 6 und
im Windkessel 21 eingeleitet wird.#Dieser etwas umständlich erscheinende Weg eines
Vergleiches der laufenden Abstände a von einer zuvor ermittelten Regressionsgeraden
mit einem ebenfalls errechneten Festwert A eines Abstandes ist deswegen erforderlich,
weil von vornherein zunächst unbekannt ist, ein wie großer elastischer Anteil bei
der Bauteilverformung in der Arbeitsphase III »Richten« an dem jeweiligen Bauteil
anzutreffen ist; die Meßpunkte kurve kann von Bauteil zu Bauteil weiter unten oder
viel weiter oben im Vergleich zu den in F i g. 2 dargestellten Linienzug auf die
Parallelgerade P auftreffen und der Arbeitsbereich III und dementsprechend der Verschiebeweg
des Richtstempels innerhalb dieser Arbeitsphase ist von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich
lang, was -wie gesagt - zunächst noch unbekannt ist.
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Dank der laufenden Ermittlung von -Richtstempelkraft F und Richtstempelweg
W und einer laufenden rechnerischen Ermittlung des Verlaufes der Belastungskurve
kann jedoch mit einem #durchgehenden -Belastungszyklus die Parallelgerade zielsicher
angesteuert werden. Dadurch gestaltet sich das Richten sehr einfach und rasch; es
wird dadurch nicht nur Zeit gespart, sondern das Richten kann auch von ungeübten
Personen ohne weiteres durchgeführt werden. Außerdem ist der mechanische Aufbau
der Richtvorrichtung im Vergleich zu bekannten Anordnungen relativ einfach.