EP4570399B1

EP4570399B1 - Bereitstellungsmodul, setzwerkzeug mit dem bereitstellungsmodul sowie dazugehöriges setzverfahren

Info

Publication number: EP4570399B1
Application number: EP23215929.3A
Authority: EP
Inventors: Kilian DOEDTMANN; Wilhelm Westermann; Bernd Haesler; Fabian Ahlemeyer; Oliver SCHIENSTOCK; Benjamin Röschert
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2023-12-12
Filing date: 2023-12-12
Publication date: 2025-07-23
Anticipated expiration: 2043-12-12
Also published as: EP4570399A1; WO2025124786A1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bereitstellungsmodul eines Materialbands mit Verbindungselementen für ein Setzwerkzeug, ein entsprechendes Setzwerkzeug zum Setzen von Verbindungselementen unter Verwendung des Bereitstellungsmoduls sowie ein Setzverfahren eines Verbindungselements unter Verwendung des Setzwerkzeugs.

2. Hintergrund der Erfindung

Setzwerkzeuge zum Setzen von Verbindungselementen sind im Stand der Technik in einer Vielzahl bekannt und werden beispielsweise im Bereich der Automobilherstellung verwendet. Solche Setzwerkzeuge bestehen üblicherweise aus einem Rahmen, an dem ein Setzkopf und ein Gegenwerkzeug befestigt sind.
Die Zufuhr der Verbindungselemente zu dem Setzkopf erfolgt beispielsweise mittels Gurt- oder Materialbändern, bei denen die Verbindungselemente entsprechend an dem Materialband oder Gurtband befestigt sind.
Ein entsprechendes System ist beispielsweise in US 6,296,166 B1 erläutert. Die hierin beschriebene Bandzuführvorrichtung zum Zuführen eines Bands eines Hefters umfasst eine Verkleidung, die innerhalb und außerhalb eines Gehäuses verschiebbar und bewegbar ist, sowie einen Führungskanal zur Aufnahme des Bands aufweist. Ein Drehelement ist mit einer Welle unidirektional an der Verkleidung befestigt und umfasst eine Reihe äußerer Vorsprünge zum Eingriff mit dem Band und zum schrittweisen Vorschub des Bands. Das Drehelement kann relativ zu der Verkleidung Schritt für Schritt gedreht werden, wenn sich die Verkleidung nach innen und außen aus dem Gehäuse bewegt. Ein Federelement kann mit dem Drehelement in Eingriff stehen, um das Drehelement an der Verkleidung zu positionieren.
Die US 3 222 008 A offenbart ein Bereitstellungsmodull eines Materialbands und bildet die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus WO 2019/165036 A1 ist bekannt, dass eine Aufnahmebaugruppe mit einer Spindel gekoppelt werden kann, um selbststanzende Nieten aufzunehmen, die von einem Band entlang eines Bandwegs unter einen Stempel getragen werden. Eine Rückwärtssperrklinke kann so konstruiert sein, dass sie eine Bewegung des Bandes relativ zur Rückwärtssperrklinke entlang des Bandwegs in Vorwärtsrichtung ermöglicht und in eine Positionierungsöffnung des Bands eingreift, um die Bewegung des Bands in Rückwärtsrichtung zu stoppen, wenn ein Niet mit dem Stempel ausgerichtet ist. Ein Verfahren kann das Vorwärtsbewegen des Bandes entlang des Bandwegs umfassen, bis sich ein Niet des Bands an einer Position entlang des Bandwegs befindet, die jenseits einer Ausrichtungsposition mit dem Stempel liegt, und das Zurückbewegen des Bands, um in die entsprechende Positionierungsöffnung einzugreifen.
Eine Befestigungsmaschine, die über einen Befestigungskopf verfügt, an dem die Befestigungselemente in einem Trägerband mit dem Stempel in Ausrichtung gebracht werden, ist in WO 93/09918 A1 beschrieben. Das Trägerband weist einen Steg mit Schlitzen oder Zähnen auf, in die ein Zahnrad eingreifen kann, das die Befestigungselemente nacheinander vorschiebt, bis der Schaft an einem einziehbaren Anschlag anliegt. Beim Vorschieben des Stempels werden die Befestigungselemente durch das Trägerband gedrückt und von einem mit dem Stempel ausgerichteten Gegenwerkzeug verformt. In modifizierten Ausführungsformen werden die Befestigungselemente quer von der Bahn des Trägerbands gedrückt, wobei das Trägerband durch ein Zahnrad vorgeschoben wird, das in Zähne an einem Seitenflansch des Trägerbands eingreift. Das Kettenrad kann ferngesteuert werden, zum Beispiel durch einen flexiblen Kabelantrieb, um die Bewegung auszugleichen, wenn der Befestigungskopf in Richtung des Gegenwerkzeugs vorgeschoben oder von diesem zurückgezogen wird.
Abschließend offenbart WO 2010/127755 A1 eine Vorrichtung zum Zuführen eines quasi endlosen Materialbandes. Bei dieser Vorrichtung zum Zuführen eines quasi endlosen Materialbandes zu einem das Materialband aufnehmenden Manipulationsgerät ist eine Zuführspanneinheit vorgesehen, durch die das Materialband S-artig durchgeführt ist. Die Zuführspanneinheit weist eine schwenkbare Zuführpendelrolle auf, deren Winkellagen mit einem Zuführwinkelsensor erfassbar und einer Steuereinheit zuführbar sind, mit der in Abhängigkeit eines Abweichens der jeweiligen Winkellage von einer Referenzwinkellage von einem Spenderrollenmotor gesteuert Materialband in Richtung des Manipulationsgeräts fördert oder rückführt. Dadurch ist eine auch bei extremen Arbeitsbedingungen im Wesentlichen gleichbleibende Zugspannung des Materialbandes sichergestellt.
Gerade bei der Verwendung eines Setzwerkzeugs in Verbindung mit einem Roboter kann die Zufuhr der Verbindungselemente mittels Materialband dazu führen, dass sich Schlaufen im Materialband bilden. Wird beispielsweise der Setzkopf nach dem Setzvorgang in seine Anfangsposition zurückbewegt, dann kann das Materialband eine Schlaufe vor dem Setzkopf bilden. Diese Schlaufen können die Bewegung des robotergeführten Setzwerkzeugs behindern.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bereitstellungsmodul zu schaffen, das im Vergleich zu den bekannten Stand-der-Technik Lösungen vereinfacht ist und gleichzeitig eine Aufrechterhaltung der Spannung des Materialbandes sicherstellt, auch bei der Verwendung von robotergeführten Setzwerkzeugen. In gleicher Weise ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Setzwerkzeug sowie ein entsprechendes Setzverfahren bereitzustellen.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Bereitstellungsmodul eines Materialbands mit Verbindungselementen für einen Setzwerkzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, ein Setzwerkzeug zum Setzen von Verbindungselementen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7 sowie ein Setzverfahren eines Verbindungselements unter Verwendung des erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den anhängigen Patentansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Bereitstellungsmodul eines Materialbands mit Verbindungselementen für ein Setzwerkzeug umfasst: eine Abwickelspule mit einer zentralen Längsachse, um die die Abwickelspule drehbar ist, und zwei entlang der zentralen Längsachse einander gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden, einen ersten Arm, der benachbart zu einem ersten axialen Ende mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule verbunden ist und der benachbart zu einem zweiten axialen Ende eine drehbare erste Rolle aufweist, wobei der erste Arm drehbeweglich mit der zentralen Längsachse verbunden und das zweite axiale Ende des ersten Arms entlang eines Kreisbogens zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei der erste Arm in Richtung der ersten Position vorgespannt ist, oder der erste Arm weist eine Kulissenführung für eine Achse der ersten Rolle auf, wobei die erste Rolle in der Kulissenführung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar und die Achse der ersten Rolle in Richtung der ersten Position vorgespannt ist, wodurch das Materialband aufgrund der Bewegbarkeit der ersten Rolle zwischen der ersten und der zweiten Position durch die erste Rolle spannbar ist.
Zur besseren Nachvollziehbarkeit wird das erfindungsgemäße Bereitstellungsmodul anhand seiner Verwendung in einem Setzwerkzeug zum Setzen von Verbindungselementen erläutert. Das Setzwerkzeug umfasst dabei einen Rahmen, vorzugsweise einen C-förmigen Rahmen, einen an dem Rahmen angeordneten Setzkopf sowie ein Gegenwerkzeug, das an dem Rahmen gegenüber dem Setzkopf angeordnet ist.
Das Materialband verläuft von der Abwickelspule über die erste Rolle zum Setzkopf des Setzwerkzeugs, durchläuft diesen und tritt am anderen Ende aus dem Setzkopf aus. Wird der Setzkopf nun durch den Setzhub, d.h. die Zustellung des Setzkopfs zur Fügestelle, in Richtung des Gegenwerkzeugs bewegt, dann wird das Gurtband mit diesem ebenfalls in Richtung des Gegenwerkzeugs bewegt. Hierdurch wird die erste Rolle am ersten Arm mitbewegt, insbesondere von der ersten in Richtung der zweiten Position und vorzugsweise bis in die zweite Position.
Nach dem Setzen des Verbindungselements in das Bauteil oder den Bauteilstapel erfolgt ein Rückhub des Setzkopfs, d.h. eine Bewegung des Setzkopfs von der Fügestelle zurück in die Ausgangsposition. Bei diesem Rückhub wird das Gurtband ebenfalls von dem Gegenwerkzeug wegbewegt. Da aufgrund dieser Bewegung die Spannung des Materialbands gelockert wird, wird die erste Rolle aufgrund der Vorspannung in Richtung der ersten Position zurück in ihre Ausgangslage, d.h. in die erste Position, zurückbewegt. Diese Bewegung der ersten Rolle zurück in die erste Position sorgt dafür, dass eine Schlaufenbildung des Materialbands während des Rückhubs verhindert wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist daher, dass gerade auch bei robotergeführten Setzwerkzeugen Materialbänder mit Verbindungselementen verwendet werden können, ohne dass die Schlaufenbildung des Materialbands ein Problem bei der Verwendung darstellt. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Lösung unabhängig vom Füllstand der Abwickelspule ist. Daher hängt die erforderliche Vorspannkraft nicht vom Füllstand der Abwickelspule ab. Vielmehr bleibt diese konstant und muss nicht variiert werden.
Erfindungsgemäß weist das Bereitstellungsmodul einen starren zweiten Arm auf, der benachbart zu einem dritten axialen Ende mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule verbunden ist und der benachbart zu einem vierten axialen Ende eine stationär angeordnete drehbare zweite Rolle aufweist. In Ergänzung dazu ist vorzugsweise eine stationär angeordnete drehbare dritte Rolle vorhanden, die am starren zweiten Arm benachbart zur zweiten Rolle angeordnet ist. Die zweite Rolle ist dabei bezogen auf die Verlaufsrichtung des Materialbands von der Abwickelspule über die erste Rolle zum Setzkopf zwischen Abwickelspule und erster Rolle angeordnet. Die dritte Rolle ist entsprechend bezogen auf die Verlaufsrichtung des Materialbands nach der ersten Rolle und vor dem Setzkopf angeordnet. Die Verwendung der zweiten Rolle ist auch ohne die Verwendung der dritten Rolle möglich. Dies gilt auch umgekehrt.
Die zweite Rolle stellt einen Gegenhalter zur ersten Rolle dar, sodass das Materialband insbesondere S-förmig ausgelenkt wird. Dies verringert den Platzbedarf des Bereitstellungsmoduls weiter, was besonders vorteilhaft in Verbindung mit der dritten Rolle ist, die ebenfalls stationär am starren zweiten Arm angeordnet ist.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des Bereitstellungsmoduls weist die Abwickelspule eine Bremsvorrichtung auf, wobei eine Bremskraft der Bremsvorrichtung größer ist als eine auf die erste Rolle wirkende Vorspannkraft. Mit der Bremsvorrichtung wird eine Schwergängigkeit der Abwickelspule bereitgestellt, um ein unwillkürliches Abwickeln zu verhindern. Auf diese Weise wird bei dem Setzhub des Setzkopfs nicht die Abwickelspule, sondern der erste Arm bzw. die erste Rolle bewegt. Dazu muss die Vorspannkraft, die die erste Rolle in die erste Position vorspannt, vorzugsweise geringer als eine Bremskraft der Abwickelspule sein. Anders ausgedrückt muss, um die gewünschte Funktionsweise sicherzustellen, die durch die Bremsvorrichtung aufgebrachte Kraft daher auch größer sein als die Vorspannkraft der ersten Rolle.
Eine Vorspannung der ersten Rolle erfolgt vorzugsweise mittels einer Feder. Denn mit einer Feder kann die erste Rolle auf besonders einfache Weise vorgespannt werden. Beispielsweise und bezugnehmend auf die Ausgestaltung mit dem drehbeweglich ausgebildeten ersten Arm kann als Feder eine Spiralfeder verwendet werden, die beispielsweise in der Nabe der Abwickelspule angeordnet ist. Dies stellt einen besonders kompakten Aufbau der Vorrichtung bereit. Alternativ zu der Feder zur Erzeugung der Vorspannkraft ist jedoch jedes Mittel bevorzugt, mit dem der erste Arm und/oder die Achse der ersten Rolle in Richtung der ersten Position vorgespannt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bereitstellungsmoduls weist diese einen Anschlag in der zweiten Position auf. Der Anschlag stellt dabei eine definierte zweite Position dar, da er eine Bewegung der ersten Rolle oder des ersten Arms weg von der ersten Position begrenzt. Hierdurch kann das Materialband besonders effektiv nach eine Setzvorgang weiterbewegt werden, so dass das nächste Verbindungselement im Setzkopf für einen nachfolgenden Setzvorgang angeordnet ist. Denn sobald die erste Rolle vollständig ausgelenkt ist, d.h. sich in der zweiten Position befindet, bewirkt der Anschlag beim weiteren Ziehen am Materialband das Abwickeln der Abwickelspule. Somit erfolgt ein Umschalten von der Bewegung gegen die Vorspannkraft der ersten Rolle in die Abwickelbewegung der Abwickelspule.
Gleichermaßen ist es bevorzugt, dass die erste Rolle des Bereitstellungsmoduls frei verschiebbar auf der Achse gelagert ist. Die frei verschiebbare Lagerung der ersten Rolle in Achsrichtung auf der Achse verhindert ein Abspringen des Materialbandes von der ersten Rolle, gerade wenn die Abwickelspule eine Breite aufweist, die einem Vielfachen der Breite des Materialbands entspricht. Denn gerade in diesem Fall ist bei einem Abwickeln des Materialbands von der Abwickelspule die Position bezogen auf die Breite der Abwickelspule bei der das Materialband die Abwickelspule verlässt nicht fest, sondern variiert über die Breite der Abwickelspule.
Der erste Arm weist vorzugsweise eine Länge auf, die mindestens dem Radius der Abwickelspule entspricht. Hierdurch ist sichergestellt, dass die erste Rolle benachbart zu den Seitenwänden der Abwickelspule angeordnet ist, was gerade bei einer Bewegung entlang eines Kreisbogens für eine kompakte Bauweise sorgt, da weniger Bewegungsfreiraum benötigt wird.
Zudem ist, gerade wenn der erste Arm drehbeweglich an der zentralen Längsachse der Abwickelspule gelagert ist, die erste Rolle konzentrisch zur Abwickelspule angeordnet. Auch hierdurch wird eine kompakte Bauweise sichergestellt. Denn auf diese Weist ist vorzugsweise ein entsprechendes Lager in einer Nabe der Abwickelspule angeordnet. Dies gilt vorzugsweise auch für die vorteilhafterweise zur Erzeugung der Vorspannkraft verwendete Feder.
Ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug zum Setzen von Verbindungselementen umfasst: einen Rahmen, insbesondere einen C-förmigen Rahmen, einen an dem Rahmen angeordneten Setzkopf, ein Gegenwerkzeug, das an dem Rahmen gegenüber dem Setzkopf angeordnet ist, sowie ein erfindungsgemäßes Bereitstellungsmodul. Das erfindungsgemäße Setzwerkzeug verwendet somit das erfindungsgemäße Bereitstellungsmodul, so dass, um Wiederholungen zu vermeiden, im Hinblick auf die technischen Effekte und Vorteile auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Setzwerkzeugs ist das Bereitstellungsmodul an dem Setzwerkzeug, insbesondere am Rahmen des Setzwerkzeugs, befestigt. Die Befestigung des Bereitstellungsmoduls am Setzwerkzeug, insbesondere am Rahmen des Setzwerkzeugs, minimiert den Abstand zwischen Abwickelspule und Setzwerkzeug. Somit wird die Länge des abgewickelten Materialbands minimal gehalten und benötigt weniger Führungs- und/oder Haltepunkte. Dies sorgt für eine weitere Optimierung des Setzwerkzeugs.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des Setzwerkzeugs, in der der Setzkopf linear in Richtung des Gegenwerkzeugs bewegbar ist, wodurch ein Setzhub definiert wird, entspricht ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position der ersten Rolle bzw. der Achse der ersten Rolle, der Hälfte des Setzhubs. Der Setzhub eines Setzwerkzeugs ist immer konstant. Um das Materialband nun auf Spannung zu halten, muss der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position größer oder gleich dem halben Setzhub sein. Dies gilt ausgehend von einer S-förmigen Führung des Materialbands, wie sie beispielsweise mittels der zweiten und/oder dritten Rolle realisiert wird. Bei dem drehbeweglichen ersten Arm wird der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position insbesondere durch eine Sehne des Kreisbogens definiert. Bei der Kulissenführung wird der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position durch eine gerade Linie definiert.
Wenn der Abstand zwischen erster und zweiter Position ausgehend von einer S-förmigen Führung des Materialbands kleiner ist, wird mehr Materialband abgerollt als durch die Rückwärtsbewegung der ersten Rolle, d.h. die Bewegung von der zweiten Position zurück in die erste Position, ausgeglichen werden kann. Daher stellt diese Wahl des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Position insbesondere bei einer S-förmigen Führung des Materialbands sicher, dass das Materialband vollständig zurückgezogen wird.
Es ist zudem bevorzugt, dass das Setzwerkzeug weiterhin einen Motor, insbesondere einen Rollenmotor, zum Ziehen des Materialbands aufweist. Die Verwendung des Motors stellt sicher, dass das Gurtband Schritt für Schritt durch den Setzkopf gezogen werden kann.
Ebenso ist bevorzugt, dass das Setzwerkzeug eine Abschneidvorrichtung zum Abschneiden des Materialbands aufweist. Die vorzugsweise in Verlaufsrichtung des Materialbands von der Abwickelspule in Richtung des Setzkopfs nach dem Motor angeordnete Abschneidevorrichtung sorgt dafür, dass überschüssiges Materialband entfernt wird und bei der Verwendung des Setzwerkzeugs nicht stört.
Vorteilhafterweise weist das Setzwerkzeug eine Sperrvorrichtung, insbesondere eine Sperrklinke, zur Verhinderung eines Rückzugs des Materialbands in Verbindung mit einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit eines Verbindungselements im Setzkopf auf. Die Sperrvorrichtung ist so konstruiert, dass sie eine Bewegung des Materialbands relativ zur Sperrvorrichtung entlang des Bandwegs in Vorwärtsrichtung ermöglicht. In einer Rückwärtsrichtung hingegen blockiert sie eine Bewegung des Materialbands, insbesondere an dem benachbarten Verbindungselement.
Ein erfindungsgemäßes Setzverfahren eines Verbindungselements unter Verwendung des erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs weist die folgenden Schritte auf: Bewegen des Setzkopfs mit einem darin angeordneten Verbindungselement des Materialbands von einer Ausgangsposition in eine Setzposition, wodurch die erste Rolle entgegen der Vorspannkraft bewegt wird, Setzen des Verbindungselements, Vorwärtsbewegen des Materialbands, so dass ein nachfolgendes Verbindungselement im Setzkopf angeordnet ist, Zurückbewegen des Setzkopfs von der Setzposition in die Ausgangsposition, wobei das Materialband durch eine Bewegung der ersten Rolle von der zweiten Position in die erste Position in einem gespannten Zustand gehalten wird. Mit dem erfindungsgemäßen Setzverfahren wird ein Verbindungselement unter Verwendung des erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs mit dem erfindungsgemäßen Bereitstellungsmodul gesetzt. Daher wird auf die obigen Ausführungen verwiesen, um Wiederholungen bezüglich der Vorteile und technischen Effekte zu vermeiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Setzverfahrens erfolgt eine Vorwärtsbewegung des Materialbands erst, wenn sich die erste Rolle in der zweiten Position befindet. Gerade dieser Schritt stellt sicher, dass die erste Rolle zunächst vollständig ausgelenkt ist, sodass der Anschlag beim weiteren Ziehen am Band das Abwickeln der Spule effektiv verhindert.

4. Kurzzusammenfassung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen dabei gleiche Bauteile und/oder Elemente. Es zeigen:

Fig. 1: eine erste perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls,
Fig. 2: eine zweite perspektivische Ansicht der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 1,
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 1 von unten,
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 1 von unten ohne zweiten Arm,
Fig. 5: eine Seitenansicht der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 4,
Fig. 6a bis 6c: Seitenansichten der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 4, wobei die erste Rolle in der ersten Position, in einer Mittelposition und in einer zweiten Position angeordnet ist,
Fig. 7: eine erste perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs,
Fig. 8: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7,
Fig. 9: eine erste Schnittansicht eines Setzkopfs des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7,
Fig. 10: eine zweite Schnittansicht eines Setzkopfs des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7,
Fig. 11: eine erste perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7 zur Verdeutlichung eines vorhandenen Motors,
Fig. 12: eine erste perspektivische Ansicht des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 11 ohne Abdeckung des Motors,
Fig. 13: eine zweite perspektivische Ansicht des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 11 ohne Abdeckung des Motors,
Fig. 14: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7 zur Verdeutlichung einer vorhandenen Abschneidvorrichtung,
Fig. 15: eine Seitenansicht des Bereitstellungsmoduls gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Position der ersten Rolle
Fig. 16: eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls zur Verdeutlichung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Position der ersten Rolle,
Fig. 17: eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls zur Verdeutlichung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Position der ersten Rolle und
Fig. 18: ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Setzverfahrens unter Verwendung des Setzwerkzeugs gemäß Fig. 7.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zunächst bezugnehmend auf die Figuren 1-5 wird der Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls 10 erläutert. Das Bereitstellungsmodul 10 umfasst eine Abwickelspule 12 mit einer zentralen Längsachse, um die die Abwickelspule 12 drehbar ist. Zudem sind zwei entlang der zentralen Längsachse einander gegenüberliegend angeordnete Seitenwände 14 vorhanden. Auf der Abwickelspule 12 ist das Materialband 60 aufgewickelt, das Verbindungselemente 62 trägt.
Weiterhin verfügt das Bereitstellungsmodul 10 über einen ersten Arm 20. Der erste Arm 20 ist benachbart zu einem ersten axialen Ende 22 mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule 12 verbunden. Benachbart zum zweiten axialen Ende 24 des ersten Arms 20 ist eine drehbare erste Rolle 26 vorgesehen. Die erste Rolle 26 ist auf einer Achse 28 verschiebbar und drehbar gelagert, wobei die Achse 28 in der dargestellten Ausführungsform an einer Seite mit dem ersten Arm 20 fest verbunden ist. Weiterhin weist der erste Arm 20 am zweiten axialen Ende 24 eine Sicherung 30 auf, die in diesem Fall aus einem Bügel besteht, damit ein Herunterspringen des Materialbands 60 im Betrieb verhindert wird.
Gerade die oben aufgezeigte freie Verschiebbarkeit der ersten Rolle 26 auf der Achse 28 ist bevorzugt, da die Abwickelspule 12 üblicherweise eine Breite aufweist, die um ein Vielfaches breiter ist als die Breite des Materialbands 60. Hierdurch kann das Materialband 60 wie ein Schlauch auf der Abwickelspule 12 aufgewickelt sein, sodass die Position des Materialbands 60, das die Abwickelspule 12 verlässt, bezogen auf die Längsachse der Abwickelspule 12 variiert. Wäre die erste Rolle 26 nicht auf der Achse 28 verschiebbar angeordnet, könnte dies zu einem Herunterspringen des Materialbands 60 von der ersten Rolle 26 führen, was einen ordnungsgemäßen Betrieb des Bereitstellungsmoduls 10 verhindern würde.
Zudem ist in der dargestellten Ausführungsform der erste Arm 20 drehbeweglich mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule 12 verbunden. Somit ist das zweite axiale Ende 24 des ersten Arms 20 entlang eines Kreisbogens zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar. Der erste Arm 20 ist hierzu in Richtung der ersten Position vorgespannt, insbesondere mittels einer Feder wie beispielsweise einer Spiralfeder, die vorzugsweise an einer Nabe der Abwickelspule 12 angeordnet ist, insbesondere zusammen mit einem Lager für das erste axiale Ende 22 des ersten Arms 20.
Anstelle dieses Aufbaus des ersten Arms 20 kann der erste Arm 20 auch am zweiten axialen Ende 24 eine Kulissenführung für eine Achse 28 der ersten Rolle 26 aufweisen (nicht dargestellt). In diesem Fall ist das erste axiale Ende 22 des ersten Arms 20 mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule 10 stationär verbunden, so dass es sich nicht bewegen kann. Um eine effiziente Kulissenführung bereitzustellen, ist auf der anderen Seite der Abwickelspule 12, d. h. benachbart zur gegenüberliegenden Seitenwand 14, ein weiterer erster Arm 20 vorgesehen, der analog aufgebaut ist. Die erste Rolle 26 ist über die Achse 28 in der Kulissenführung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, wobei die Achse 28 der ersten Rolle 26 in Richtung der ersten Position vorgespannt ist.
Zur Erzeugung der Vorspannung kann neben einer Feder jedes andere bekannte Mittel verwendet werden, mit dem eine Vorspannung der ersten Rolle 26 von der zweiten Position in die erste Position realisierbar ist, vorzugsweise über eine entsprechende Vorspannung des ersten Arms 20 oder der Achse 28 der ersten Rolle 26 von der zweiten Position weg und hin zur ersten Position.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Bereitstellungsmodul 10 weiterhin einen zweiten Arm 40 auf. Ein drittes axiales Ende 42 des zweiten Arms 40 ist mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule 12 verbunden während an einem gegenüberliegenden vierten axialen Ende 44 eine stationär angeordnete drehbare zweite Rolle 46 vorhanden ist. Benachbart zur zweiten Rolle 46 ist zudem eine dritte Rolle 48 an dem zweiten Arm 40 vorgesehen. Mittels der Kombination aus den zwei stationär angeordneten drehbaren Rollen 46,48 und der drehbaren ersten Rolle 26 kann eine S-förmige Führung des Materialbands 60 realisiert werden. Hierzu wird das Materialband von der Abwickelspule 12 über die zweite Rolle 46, die erste Rolle 26 und nachfolgend die dritte Rolle 48 geführt.
Zur besseren Nachvollziehbarkeit zeigen die Figuren 1 und 2 jeweilige perspektivische Seitenansichten, Figur 3 eine Ansicht von unten und die Figuren 4 und 5 Ansichten ohne den zweiten Arm 40.
Die Figuren 6a bis 6c zeigen das Verhalten des Bereitstellungsmoduls 10 bei einem Zug an dem Materialband 60. Um eine Bewegung der Abwickelspule 12 zunächst zu verhindern und zuerst eine Bewegung der ersten Rolle 26 von der ersten in Richtung der zweiten Position zu ermöglichen, weist die Abwickelspule 12 des hier dargestellten Bereitstellungsmoduls 10 eine Bremsvorrichtung auf. Die Bremskraft der Bremsvorrichtung ist dabei größer als eine auf die erste Rolle 26 wirkende Vorspannkraft. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich zuerst die erste Rolle 26 bei einem Zug am Materialband 60 bewegt, bevor ein weiteres Abwickeln des Materialbands 60 von der Abwickelspule 12 erfolgt.
In Figur 6a befindet sich die erste Rolle 26 in einem Ausgangszustand, d.h. in der ersten Position. Wird nun an dem Materialband 60 gezogen, dann wird die erste Rolle 26 von der ersten Position in Richtung der zweiten Position bewegt. Figur 6b zeigt hierzu eine entsprechende Mittelstellung zwischen der ersten und der zweiten Position. In Figur 6c hat die zweite Rolle die zweite Position sowie vorzugsweise einen entsprechenden Anschlag erreicht. Dieser bevorzugte Anschlag verhindert an einer definierten Stelle eine weitere Bewegung der ersten Rolle 26 weg von der ersten Position. Die Funktionsweise hierzu wird nachfolgend verdeutlicht.
Nun bezugnehmend auf die Figuren 7-15 wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs 1 diskutiert. Das Setzwerkzeug 1 umfasst einen Rahmen 3, der im vorliegenden Fall C-förmig ist. An dem Rahmen 3 ist ein Setzkopf 5 mit einem Stempel 50 angeordnet. Ein Gegenwerkzeug 7 ist an dem Rahmen 3 gegenüber dem Setzkopf 5 angeordnet. Weiterhin ist das Bereitstellungsmodul 10 vorgesehen.
Im vorliegenden Fall ist das Bereitstellungsmodul 10 an dem Setzwerkzeug 1, nämlich an dem Rahmen 3 des Setzwerkzeugs 1 befestigt. Wie bereits aus den Figuren 7 und 8 erkennbar ist, läuft das Materialband 60 nach der dritten Rolle 48 in eine Führung am Setzkopf 5, durch den Setzkopf 5 hindurch und verlässt diesen auf der anderen Seite. Um das Materialband 60 durch den Setzkopf 5 zu bewegen, so dass ein Verbindungselement 62 unter dem Stempel 50 positioniert ist, ist ein Motor 52 vorgesehen. Überschüssiges Materialband 60 wird mittels einer stromabwärts des Motors 52 angeordneten Abschneidvorrichtung 56 entfernt, was nachfolgend verdeutlicht wird.
Während eines Setzvorgangs, bei dem sich ein Verbindungselement 62 im Setzkopf 5 unterhalb des Stempels 50 des Setzkopfs 5 befindet, wird der Setzkopf 5 linear in Richtung des Gegenwerkzeugs 7 bewegt. Hierdurch wird ein sogenannter Setzhub S_h definiert. Sobald die Fügeposition erreicht ist, wird der Stempel 50 in Richtung des Gegenwerkzeugs 7 bewegt, sodass das Verbindungselement 62 in das oder die zu verbindenden Bauteile gesetzt wird.
Dieser Vorgang, insbesondere das lineare Verfahren des Setzkopfs 5 in Richtung des Gegenwerkzeugs 7 bis zur Fügeposition, d.h. der Setzhub, bedingt, dass das Materialband 60 dieser Bewegung folgt. Um bei der dazugehörigen Bewegung des Setzkopfs 5 von der Fügeposition zurück in die Ausgangsposition eine Schlaufenbildung im Materialband 60 zu verhindern, ist das Bereitstellungsmodul 10 vorhanden.
Aufgrund des verwendeten Bereitstellungsmoduls 10 wird während des Setzhubs die erste Rolle 26 von der ersten Position in Richtung der zweiten Position und vorzugsweise bis an einen Anschlag bewegt, der die zweite Position definiert. Bei der oben beschriebenen S-förmigen Anordnung des Materialbands 60 ist der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position so bemessen, dass er die Hälfte des Setzhubs beträgt, wie in Figur 15 verdeutlicht.
Bei dem dargestellten drehbeweglichen ersten Arm 20 wird der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position durch eine entsprechende Kreissehne bestimmt. Diese Kreissehne entspricht daher vorzugsweise der Hälfte des Setzhubs. Demgegenüber wird bei der Kulissenführung der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position vorzugsweise durch eine gerade Linie definiert, die die beiden Positionen miteinander verbindet.
Aufgrund dieser Konstruktion und der in Richtung der ersten Position vorgespannten ersten Rolle 26 wird bei einem Rückhub des Setzkopfs 5 das Materialband durch die Rückwärtsbewegung der ersten Rolle 26 von der zweiten Position in die erste Position straff gehalten bzw. gespannt.
Um im Rahmen des automatisierten Fügevorgangs nach dem Setzen des Verbindungselements 62 effektiv ein weiteres Verbindungselement 62 unter dem Stempel 50 zu positionieren, wird der Motor 52 verwendet. Dieser besteht insbesondere aus zwei Rollen 54, zwischen denen das Materialband 60 geführt wird. Dies ist in den Figuren 11-13 dargestellt. Der Motor 52 ist daher bezogen auf eine Bewegungsrichtung des Materialbands 60 hinter dem Stempel 50 und somit an einer Ausgangsseite des Setzkopfs 5 angeordnet.
Stromabwärts des Motors 52 ist die Abschneidvorrichtung 56 vorgesehen. Diese schneidet in vorgegebenen Abständen und/oder Zeitintervallen das nicht mehr benötigte Materialband 60 ab. In diesem Zusammenhang wird auf Figur 14 verwiesen.
Nun wieder bezugnehmend auf Figur 10 ist zudem eine Sensorvorrichtung 58 erkennbar, die die Anwesenheit eines Verbindungselements 62 unter dem Stempel 50 erfasst. Im dargestellten Beispiel besteht die Sensorvorrichtung 58 aus einem Hebel, der von dem Verbindungselement in Bewegungsrichtung des Materialbands 60 bis an einen Anschlag bewegt wird. Hierdurch wird eine weitere Bewegung des Materialbands 60 durch den Setzkopf 5 verhindert und die Anwesenheit eines Verbindungselements 62 unter dem Stempel 50 des Setzkopfs 5 signalisiert.
Vorteilhafterweise umfasst das Setzwerkzeug 1 in diesem Zusammenhang ebenfalls eine Sperrvorrichtung (nicht gezeigt), insbesondere eine Sperrklinke, um einen Rückzug des Materialbands 60 zu verhindern. Derartige Sperrvorrichtungen beispielsweise in Form einer Sperrklinke, die eine Bewegung des Materialbands 60 mit einem Verbindungselements 62 in den Setzkopf 5 zulässt und eine Bewegung rückwärts in Richtung der Abwickelspule 12 verhindert, sind im Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise aus der eingangs diskutierten WO 2019/165036 A1 .
Nun bezugnehmend auf Figur 16 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bereitstellungsmoduls 110 gezeigt. Dieses Bereitstellungsmodul 110 verfügt über einen ersten Arm 120 mit einer Kulissenführung für die erste Rolle 126. Im Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform ist der erste Arm 120 daher nicht drehbeweglich an der Abwickelspule 112 angeordnet, sondern starr.
Die erste Rolle 126 ist in der Kulissenführung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, wobei die Achse 28 der ersten Rolle 126 in Richtung der ersten Position vorgespannt ist. Die Vorspannung wird durch eine Feder erzeugt.
Wie in der vorherigen Ausführungsform läuft das Materialband 60 von der Abwickelspule 112 über die zweite Rolle 146, die erste Rolle 126 und die dritte Rolle 148 zum Setzkopf 5. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind die zweite 146 und die dritte Rolle 148 am ersten Arm 120 angeordnet. Daher entfällt die Notwendigkeit des zweiten Arms. Sofern die Rollen 146, 148 nicht am ersten Arm 120 befestigt werden sollen, kann jedoch wie in der ersten Ausführungsform ein zweiter Arm zur Befestigung der zweiten 146 und dritten Rolle 148 vorgesehen sein.
Figur 17 zeigt eine weitere Abwandlung eines Bereitstellungsmoduls 210. Diese Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäße Figur 16.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figur 16 entfällt die zweite Rolle 146 zwischen Abwickelspule 212 und erster Rolle 226. Daher läuft das Materialband 60 in dieser Ausgestaltung von der Abwickelspule 212 über die erste Rolle 226 und danach über die dritte Rolle 248 zum Setzkopf 5.
Abschließend unter Bezugnahme auf Figur 18 wird ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzverfahrens eines Verbindungselements 62 unter Verwendung des Setzwerkzeugs 1 erläutert.
In einem ersten Schritt A wird der Setzkopf 5 mit einem darin angeordneten Verbindungselement 62 des Materialbands 60 von einer Ausgangsposition in eine Setz- oder Fügeposition bewegt. Hierdurch wird die erste Rolle 26 entgegen der Vorspannkraft bewegt. Nun erfolgt in Schritt B ein Setzen des Verbindungselements 62 in das oder die zu verbindenden Bauteile.
Im Anschluss an den Setzvorgang wird das Materialband 60 vorwärtsbewegt (Schritt C), sodass ein nachfolgendes Verbindungselement 62 im Setzkopf 5 angeordnet ist. Diese Vorwärtsbewegung des Materialbands 60 erfolgt vorzugsweise erst, wenn sich die erste Rolle 26 in der zweiten Position befindet. In dieser Position liegt die erste Rolle 26 am Anschlag an, sodass ein Weiterbewegen der ersten Rolle 26 weg von der ersten Position nicht möglich ist. Daher bewirkt ein weiteres Ziehen beispielsweise aufgrund des Motors 52 an dem Materialband 60, dass ein nachfolgendes Verbindungselement 62 unter dem Stempel 50 des Setzkopfs 5 angeordnet wird.
Abschließend erfolgt in Schritt D ein Zurückbewegen des Setzkopfs 5 von der Setz- oder Fügeposition in die Ausgangsposition. Hierbei wird das Materialband 60 durch eine Bewegung der ersten Rolle 26 von der zweiten Position in die erste Position in einem gespannten Zustand gehalten. Somit wird eine Schlaufenbildung im Materialband 60 effektiv verhindert.

6. Bezugszeichenliste

1: Setzwerkzeug
3: Rahmen
5: Setzkopf
7: Gegenwerkzeug

10: Bereitstellungsmodul
12: Abwickelspule
14: Seitenwand

20: erster Arm
22: erstes axiales Ende
24: zweites axiales Ende
26: erste Rolle
28: Achse der ersten Rolle
30: Sicherung

40: zweiter Arm
42: drittes axiales Ende
44: viertes axiales Ende
46: zweite Rolle
48: dritte Rolle

50: Stempel
52: Motor
54: Rollen
56: Abschneidvorrichtung
58: Sensorvorrichtung

60: Materialband
62: Verbindungselement

110: Bereitstellungsmodul
112: Abwickelspule
120: erster Arm
126: erste Rolle
146: zweite Rolle
148: dritte Rolle

210: Bereitstellungsmodul
212: Abwickelspule
220: erster Arm
226: erste Rolle
248: dritte Rolle

Sh: Setzhub

Claims

Ein Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) eines Materialbands (60) mit Verbindungselementen (62) für ein Setzwerkzeug (1), umfassend:
a. eine Abwickelspule (12; 112; 212) mit einer zentralen Längsachse, um die die Abwickelspule (12; 112; 212) drehbar ist, und zwei entlang der zentralen Längsachse einander gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden (14),

b. ein erster Arm (20; 120; 220), der benachbart zu einem ersten axialen Ende (22) mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule (12) verbunden ist und der benachbart zu einem zweiten axialen Ende (24) eine drehbare erste Rolle (26; 126; 226) aufweist, wobei

c1. der erste Arm (20) drehbeweglich mit der zentralen Längsachse verbunden und das zweite axiale Ende (24) des ersten Arms (20) entlang eines Kreisbogens zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei der erste Arm (20) in Richtung der ersten Position vorgespannt ist, oder

c2. der erste Arm (120; 220) weist eine Kulissenführung für eine Achse (28) der ersten Rolle (126; 226) auf, wobei die erste Rolle (126; 226) in der Kulissenführung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar und die Achse (28) der ersten Rolle (126; 226) in Richtung der ersten Position vorgespannt ist, wodurch

d. das Materialband (60) aufgrund der Bewegbarkeit der ersten Rolle (26; 126; 226) zwischen der ersten und der zweiten Position durch die erste Rolle (26; 126; 226) spannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellungsmodul (10) weiterhin aufweist:

e. einen starren zweiten Arm (40), der benachbart zu einem dritten axialen Ende (42) mit der zentralen Längsachse der Abwickelspule (12) verbunden ist und der benachbart zu einem vierten axialen Ende (44) eine stationär angeordnete drehbare zweite Rolle (46) aufweist.
Das Bereitstellungsmodul (10) gemäß Patentanspruch 1, das weiterhin eine stationär angeordnete drehbare dritte Rolle (48) aufweist, die am starren zweiten Arm (40) benachbart zur zweiten Rolle (46) angeordnet ist.
Das Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die Abwickelspule (12; 112; 212) eine Bremsvorrichtung aufweist, wobei eine Bremskraft der Bremsvorrichtung größer ist als eine auf die erste Rolle (26; 126; 226) wirkende Vorspannkraft.
Das Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem eine Vorspannung der ersten Rolle (26; 126; 226) mittels einer Feder erfolgt.
Das Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, das weiterhin einen Anschlag in der zweiten Position aufweist.
Das Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die erste Rolle (26; 126; 226) frei verschiebbar auf der Achse (28) gelagert ist.
Ein Setzwerkzeug (1) zum Setzen von Verbindungselementen (62), umfassend:
a. einen Rahmen (3), insbesondere einen C-förmigen Rahmen,

b. einen an dem Rahmen (3) angeordneten Setzkopf (5),

c. ein Gegenwerkzeug (7), das an dem Rahmen (3) gegenüber dem Setzkopf (5) angeordnet ist, sowie

d. ein Bereitstellungsmodul (10; 110; 210) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche.
Das Setzwerkzeug (1) gemäß Patentanspruch 7, bei dem das Bereitstellungsmodul (10) an dem Setzwerkzeug (1), insbesondere am Rahmen (3) des Setzwerkzeugs (1), befestigt ist.
Das Setzwerkzeug (1) gemäß Patentanspruch 7 oder 8, bei dem der Setzkopf (5) linear in Richtung des Gegenwerkzeugs (7) bewegbar ist, wodurch ein Setzhub definiert wird, und ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position der ersten Rolle (26; 126; 226) entspricht der Hälfte des Setzhubs.
Das Setzwerkzeug (1) gemäß einem der Patentansprüche 7 bis 9, das weiterhin einen Motor (52), insbesondere einen Rollenmotor, zum Ziehen des Materialbands (60) aufweist.
Das Setzwerkzeug (1) gemäß einem der Patentansprüche 7 bis 10, das eine Abschneidvorrichtung (56) zum Abschneiden des Materialbands (60) aufweist.
Das Setzwerkzeug (1) gemäß einem der Patentansprüche 7 bis 11, das eine Sperrvorrichtung, insbesondere eine Sperrklinke, zur Verhinderung eines Rückzugs des Materialbands (60) in Verbindung mit einer Sensorvorrichtung (58) zur Erfassung der Anwesenheit eines Verbindungselements (62) im Setzkopf (5) aufweist.
Ein Setzverfahren eines Verbindungselements (62) unter Verwendung des Setzwerkzeugs (1) gemäß einem der Patentansprüche 7 bis 12, wobei das Setzverfahren die folgenden Schritte aufweist:
a. Bewegen (A) des Setzkopfs (5) mit einem darin angeordneten Verbindungselement (62) des Materialbands (60) von einer Ausgangsposition in eine Setzposition, wodurch die erste Rolle (26; 126; 226) entgegen der Vorspannkraft bewegt wird,

b. Setzen (B) des Verbindungselements (62),

c. Vorwärtsbewegen (C) des Materialbands (60), so dass ein nachfolgendes Verbindungselement (62) im Setzkopf (5) angeordnet ist,

d. Zurückbewegen (D) des Setzkopfs (5) von der Setzposition in die Ausgangsposition, wobei das Materialband (60) durch eine Bewegung der ersten Rolle (26) von der zweiten Position in die erste Position in einem gespannten Zustand gehalten wird.
Das Setzverfahren gemäß Patentanspruch 13, bei dem das Vorwärtsbewegen des Materialbands (60) erst erfolgt, wenn sich die erste Rolle (26) in der zweiten Position befindet.