CN113825590B - 带压力测量的施加单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将密封型材(30)附接到用于封闭车身开口的车身部件(40)上的施加单元(10)，其具有滚压头(12)和保持在滚压头(12)上并且可围绕旋转轴D驱动的挤压辊(14)，以便通过该挤压辊(14)在挤压方向R_A上以挤压力F_A抵靠车身部件(40)施加密封型材(30)。

Description

带压力测量的施加单元

技术领域

本发明涉及一种用于将密封型材附接到封闭车身开口的车身部件上的施加单元，其具有滚压头和保持在滚压头上并且可围绕旋转轴D驱动的挤压辊，以便通过该挤压辊在挤压方向R_A上以挤压力F_A抵靠车身部件施加密封型材。

背景技术

这种密封型材例如用于在车身开口和***其中的车身部件之间产生密封连接。车身部件例如可以是车门、行李厢盖或滑动车顶元件。接下来示例性讨论车门，其在密封型材附接到其上的阶段中也可称为车门组件。

在现有技术中，已知一种称为“直接滚动”的方法来将密封型材施加到门组件上。此处，密封型材通过施加单元，也称为施加头从无头卷材施加到门组件上。施加单元具有用于连接到操作机器人的接口并且包含传送和缓冲装置，密封型材通过该传送和缓冲装置从无头卷材传送。在此，在该方法的一个可能的变体方案中，门组件本身被容纳在可移动的保持装置中，例如可通过工业机器人移动，并且引导经过固定的施加头，从而经过挤压辊，该挤压辊在此将密封型材施加到门组件上。这里的问题是，门组件必须从运输装置的吊架或部件供给处取出，转移至操作装置并经由该操作装置引导至施加单元。这需要高水平的设备和物流成本。

在该方法的另一个可能的变体方案中，将例如经操作装置引导的移动施加头沿着静止的门组件围绕引导。在这两种方法变体方案中，一旦密封型材围绕门组件施加，切割刀就会切穿密封型材，以便将其从无头卷材定长切割。

对于刚刚说明的两种方法变体方案而言，在密封型材周向附接之后，两个密封端，即在开始时施加的起始部分和通过刚刚的定长切割而产生的端部，以这样的方式彼此靠近，即，在接头区域中形成尽可能连续的密封型材，其中接头区域通过两个密封端面的相互接触而形成，并且根据所使用的方法，实际上可以无间隙地接触或以密封端之间的小间隙接触。

在密封型材的施加过程中，必须确保密封型材以恒定的挤压力F_A环绕挤压到门组件上。挤压力通常在30N到100N的范围内，以确保密封型材与门组件表面的正确粘合。到目前为止，尚未在施加期间或在滚压密封型材时测量或监测实际挤压力。因此，也不能调节挤压力的实际值，因为没有记录实际值。从操作者的角度来看，记录挤压力的实际值是有价值的，这样就可以无需额外的大量工作而保存数据，因为在以后在密封型材区域中发生损坏，例如粘合剥离的情况下，对其而言很重要的是知道在施加过程中的挤压力过低是否可能是造成这种情况的原因。

在移动式施加头的情况下，由于施加头在围绕车身部件旋转期间不断变化的重量，挤压力的测量是困难的。在整个旋转过程中，施加头的重力以正弦方式抵消或增加挤压力。为了实现对挤压力尽可能可靠的测量，测量的位置必须尽可能靠近挤压辊。通常，滚压头通过双向作用气缸以弹性方式、并可沿线性自由度移动的方式支承。在此，施加头的操作机器人的路径被编程为使得挤压力沿法线方向作用在车身部件的粘合凸缘上。如果需要避免车身部件和滚压头之间的碰撞，则挤压力可能会偏离法线方向。在这种情况下，合成的挤压力小于设定的额定值，但由于缺乏实际值记录，无法说明比设定的额定值低多少。

作为现有技术，可以参考EP 1 950 125B1和EP 1 953 073A1的说明。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种施加单元，利用该施加单元可以获取挤压力的实际值。

该目的通过一种用于将密封型材附接到用于封闭车身开口的车身部件的施加单元来实现，该施加单元具有滚压头和保持在滚压头上并且可以围绕旋转轴D旋转的挤压辊，以通过该挤压辊在挤压方向R_A上以挤压力F_A抵靠车身部件施加密封型材，其中在挤压辊与滚压头的附接区域中设置有传感器单元以检测附接区域中代表挤压力的应力。

附接区域中的应力是通过挤压辊施加到密封型材上的挤压力产生的反作用力。在此，挤压方向R_A与在施加密封型材期间挤压辊持续进行的旋转无关。然而，在移动的施加单元的情况下在施加单元围绕车身部件的完整围绕期间，或在固定的施加单元的情况下在车身部件围绕施加单元的完整围绕期间，挤压方向R_A围绕挤压辊的旋转轴D完整迁移360°。传感器单元可以设计为使其可以探测力或弯矩或其组合。利用根据本发明的施加单元，可以有利地测量在法线方向上作用的挤压力的实际值和可能存在的不在法线方向作用的合成挤压力的角度偏差。

本发明的一个有利的设计方案规定，传感器单元周向地并且同心地围绕挤压辊的旋转轴D布置。这为在施加过程中记录整个环绕的挤压力创造了先决条件。

本发明的一个有利的设计方案规定，挤压辊保持在驱动轴壳体中并且驱动轴壳体在附接区域中保持在滚压头上。通过驱动轴壳体，挤压力可以基本上无偏地作为反作用力传递到附接区域上，而不会阻碍挤压辊的旋转。驱动轴壳体在其尺寸方面也可以设计得很紧凑，使得挤压力的力引入点可以位于靠近其中探测反作用力的附接区域。

本发明的一个有利的设计方案规定，附接区域形成为驱动轴壳体和滚压头之间的凸缘对。通过设计为凸缘或凸缘对，附接可以足够稳定，并且在必要时可拆卸。在具体的设计方案中，传感器单元布置在凸缘对内。由此提供了在凸缘对的分离点内探测在其中支撑和传递的反作用力的可能性。此外，这种布置为传感器单元提供了保护。

本发明的一个有利的设计方案规定，凸缘对形成为螺纹凸缘。如有必要，螺纹凸缘形成为可拆卸的。在具体的设计方案中，可以规定，螺纹凸缘包括多个围绕旋转轴D周向布置的螺纹连接。在此，螺纹连接有利地由螺栓螺母对组成。通过凸缘对的螺纹连接，可以根据在相应的螺纹连接中在装配过程中设定和在结构上预定的预应力对传感器单元进行计量校准，从而可以将反作用力记录为相应螺纹连接的预应力的增加或减少。此外，在具体的设计方案中可以规定，给螺纹凸缘的每个螺纹连接分配一个传感器单元的压力传感器。在螺纹凸缘的外周上设置四个螺栓螺母对形式的螺纹连接也是有利的。

附图说明

下面基于附图以进一步的特征、细节和优点来解释本发明。附图仅示出了本发明的示例性实施形式。图中

图1示出了施加装置的原理示意图；

图2示出了根据本发明的施加装置，其中标出了力和力矩；

图3示出了根据图2的施加装置的另一个图示；

图4示出了另一个设计方案中的施加装置的图示，并且

图5示出了相对于挤压力的角度α绘制的反作用力。

具体实施方式

图1示意性地且未按正确比例示出了用于施加密封型材30的施加装置或施加单元10。示出了装置10的侧视图。密封型材30施加到区段性示出的门组件形式的车身部件40，或借助于装置10施加到该门组件40上。密封型材30例如通过形成为自粘胶带的连接装置(这里未更详细地示出)附接到门组件40上。装置10包括滚压头12，其在当前情况下具有挤压辊14和输送装置15，该输送装置将密封型材30例如从无头卷材上解绕，并且将其在挤压辊14的方向上输送，以由该挤压辊施加到门组件40上。密封型材30的输送方向由箭头R_F表示。在第一种可能的施加变体方案中，滚压头12在很大程度上是固定的，而门组件40通过操作装置沿着由滚压头12供应的密封型材30引导，其中门组件40主要进行旋转，如弯曲箭头A所示。在该方法的第二个可能的变体方案中，设置了可移动的滚压头12，在这种情况下，其通过操作装置围绕门组件40移动，以便将密封型材施加到固定的门组件40上，如由弯曲箭头B所示。

在这两种方法变体方案中，门组件40和滚压头12被连续地沿彼此贴靠地引导并施加到彼此之上，从而在挤压辊14上施加定义的和可调节的力。反作用力因此是从挤压辊14经由密封型材30施加到门组件40上的挤压力F_A。挤压力F_A由箭头表示，其起点在挤压辊14和密封型材30之间的接触点处。挤压力F_A的方向由相同的箭头表示并且标识为挤压方向R_A。如上所述，挤压方向R_A理想地总是指向相对于门组件40的粘合凸缘的法线方向。然而，在施加过程中的实际条件下，可能会出现挤压方向R_A偏离法线方向的情况，使得法线方向与挤压方向R_A之间形成夹角α。例如，当密封型材30被施加到粘合凸缘的弯曲或拱形部分时，会出现角度α。此外，如果滚压头12必须遵循预定的运动路径以避免与门组件40发生碰撞，则也可能必须接受角度α。在法线方向和挤压方向R_A之间具有角度α的情况下，合成的挤压力F_A减小了角度α的余弦。

图2同样以示意图并且在俯视图中示出滚压头12。所示作为施加单元10的一部分的滚压头12是根据本发明的一个可能的设计方案，基于该实施例，下面示例性地解释实际有效的挤压力F_A的探测。首先，可以看到基体26，其用作滚压头12的各个组件的保持元件。挤压辊14通过驱动轴壳体18可绕旋转轴D旋转地保持在基体26上，其中驱动轴28可旋转地保持在驱动轴壳体18中，该驱动轴一方面与驱动马达32连接，另一方面与挤压辊14连接。驱动马达32相对于驱动轴壳体18支撑并且经由驱动轴28驱动挤压辊14。

驱动轴壳体18在附接区域16中引导穿过基体26并且固定在基体上。附接区域16有利地设计为驱动轴壳体18和滚压头12之间的凸缘对。在此有利地规定，传感器单元20布置在该凸缘对内。这意味着传感器单元20布置在形成凸缘对16的两个凸缘之间。

借助图2，还可以解释在施加过程中由于挤压辊14的挤压力F_A在附接区域16中产生的力关系，这些力关系由传感器单元记录为反作用力F_F1和F_F2，其在当前情况下代表挤压力F_A。径向作用在挤压辊14上的挤压力F_A通过杠杆臂h₀以在点M处的凸缘力矩M_F的形式作用在旋转轴D上。该凸缘力矩M_F继而通过彼此相反定向的杠杆臂h₁和h₂以凸缘力F_F1和F_F2的形式在凸缘对16中起效。在此重要的是，凸缘力矩M_F在凸缘对16中通过杠杆臂h₁作为凸缘对16的拉力F_F1并通过杠杆臂h₂作为压力F_F2以相应的反作用力的形式起作用。该凸缘对16因此通过拉力被彼此拉开并且该凸缘对因此通过压力被进一步挤压在一起。当挤压力F_A从相反的径向作用在挤压辊14上时，这种拉力和压力关系是相反的。在这种情况下，凸缘力矩M_F也反转其旋转方向并且凸缘对16在相反方向上被加载。应当注意，力关系的这种描述是基于图2的二维表示。在实际施加过程中，可能出现相对于挤压辊14的任何径向方向的挤压力F_A，因此凸缘力矩M_F相对于其有效轴改变。

基于此，现在有多种可能性来通过传感器单元20检测在凸缘对16中有效的反作用力F_Fn，以便能够由此确定密封型材30在门组件40的粘合凸缘上的挤压力F_A的大小和角度。为了能够区分拉力和压力，如果传感器单元20在其未加载的基本状态下以定义的预应力保持在凸缘对16中是有利的。这使得可以将由于拉应力导致的凸缘区域的卸载识别为预应力的降低，以及将压应力导致的凸缘区域的加载识别为预应力的增加。最终，由此记录力差或与凸缘对16的预应力的正偏差或负偏差。

检测凸缘对16中的反作用力F_Fn的一种相对简单的方法在图2中示出，其中传感器单元20包括两个单独的压力传感器22₁和22₂，其在凸缘对16中在平行于挤压力F_A的最主要方向的线上并且相对于旋转轴D位于相对侧。对此，图3示出了沿图2中A-A线的截面。图3中的视图示出了与传感器单元20的附接区域16，在当前情况下传感器单元实施为两个压力传感器22₁和22₂。此外可以看到挤压辊14和挤压力F_A，其沿与图2中相同的挤压方向R_A绘制。该挤压方向R_A可以具有0°的角α。如上所述，以0°的角度α作用的压力F_A在凸缘对中产生方向相反且大小相等的反作用力。因此，在当前情况下，压力传感器22₁探测到拉力F_F1并且压力传感器22₂探测到压力F_F2。如果挤压力F_A的挤压方向R_A现在偏离0°的角度α，则压力传感器22₁、22₂检测到的反作用力的量以相同的程度减少，直到压力传感器22₁、22₂最终不能再检测到任何反作用力，此时挤压力F_A以90°的角度作用在挤压辊14上。如果挤压力F_A以大于90°的角度作用在挤压辊14上，压力传感器22₁、22₂可以再次探测到反作用力，直到能够在180°的角度α下通过压力传感器22₁、22₂检测到反作用力的完整大小。虽然施加单元10的这种简化变体仅允许记录反作用力和挤压力F_A角度α的量，即不记录角度α的符号，但其可以有利地用于仅需要在凸缘对16中检测反作用力的情况，以便能够作出关于合成挤压力F_A的大小的结论。

在图4所示的施加装置10的设计方案中，也可以检测挤压力F_A的角度α的符号。施加装置10在其凸缘对16中包括具有四个压力传感器22₁至22₄的传感器单元20。压力传感器22₁至22₄以均匀间隔围绕旋转轴D周向布置。通过这种布置，首先保留了结合图3和具有两个压力传感器22₁、22₂的传感器单元20描述的可能测量方案。除此之外，为此还通过另外的两个压力传感器22₃和22₄进行了扩展，其相对于前两个压力传感器22₁、22₂旋转90°。如已经结合图3所解释的那样，在以0°的角度α作用的挤压力F_A在凸缘对中产生方向相反且大小相等的反作用力。因此，在当前情况下，压力传感器22₁探测到拉力F_F1并且压力传感器22₂探测到压力F_F2。第三和第四压力传感器22₃和22₄在以0°的角度α作用的挤压力F_A情况下没有探测到任何反作用力。然而，一旦挤压力F_A的角度α偏离0°，这种情况就会改变。在这种情况下，第三和第四压力传感器22₃、22₄探测到大小相同但符号相反的反作用力。已经说明，反作用力体现为将传感器单元20及其压力传感器22保持在凸缘对16中的预应力的增加或减少。

图5示例性示出了由四个压力传感器22₁至22₄探测到的反作用力的走向，其相对于角度α绘制，以该角度将挤压力F_A从挤压辊14施加到车身部件40的粘合凸缘上。图中的角度α被限制为+/-45°，因为在实际操作中不会超出该范围。在0°的角度α下，只有压力传感器22₁和22₂探测到反作用力，一个作为传感器单元20的预应力的正差，并且一个作为该预应力的负差。只要挤压力F_A以不同于0°的角度α作用于挤压辊14上，第三和第四压力传感器22₃和22₄分别探测到大小相同但方向相反的反作用力，即在压力传感器22₃和22₄的区域中也存在预应力被相应地探测到的增加和减少。从第三和第四压力传感器22₃和22₄所探测到的反作用力的符号可以清楚地得出角度α现在是从0°开始在正旋转方向上还是负旋转方向上改变的结论。

为了在凸缘对中产生预应力，可以有利地设置螺纹连接，其例如具有多个周向布置的螺栓螺母对。图中省略了单独的展示。在包括四个压力传感器22₃和22₄的施加单元10的设计方案中，例如，可以设定，四个螺栓螺母对与四个压力传感器22₃和22₄在周向上交替设置。使用这种螺纹连接的优点是，其以定义的和待在结构上设计的螺栓预应力得以应用，由此可以轻松地使用合适的压力传感器，其测量范围与待设置的预应力很好地匹配。当然，其他类型的固定也是可能的，以便在附接区域16中产生预应力。例如，也可以提供卡口连接。也可以设置一个中心螺母，其在驱动轴壳体的一个螺纹区段上从下方将基体抵靠在驱动轴壳体的凸缘上，参见图2。

附图标记说明

10 施加单元

12 滚压头

14 挤压辊

15 输送装置

16 附接区域

18 驱动轴壳体

20 传感器单元

22 压力传感器

24 螺纹连接

26 基体

28 驱动轴

30 密封型材

32 驱动电机

40 车身部件

R_A 挤压方向

F_A 挤压力

α 挤压方向与法线方向之间的角度

D 旋转轴

Claims (8)

1.用于将密封型材(30)附接到用于封闭车身开口的车身部件(40)上的施加单元(10)，其具有

滚压头(12)，

和保持在滚压头(12)上并且能够围绕旋转轴D驱动的挤压辊(14)，以便通过所述挤压辊(14)在挤压方向R_A上以挤压力F_A抵靠车身部件(40)施加密封型材(30)，

其中在挤压辊(14)与滚压头(12)的附接区域(16)中围绕所述挤压辊(14)的旋转轴D周向地且同心地设置有传感器单元(20)，以检测所述附接区域(16)中代表挤压力F_A的应力。

2.根据权利要求1所述的施加单元(10)，其特征在于，所述传感器单元(20)包括多个压力传感器(22)。

3.根据权利要求1或2所述的施加单元(10)，其特征在于，挤压辊(14)保持在驱动轴壳体(18)中并且所述驱动轴壳体(18)在附接区域(16)中保持在滚压头上。

4.根据权利要求3所述的施加单元(10)，其特征在于，所述附接区域(16)形成为驱动轴壳体(18)和滚压头(12)之间的凸缘对。

5.根据权利要求4所述的施加单元(10)，其特征在于，传感器单元(20)布置在所述凸缘对(16)内。

6.根据权利要求4或5所述的施加单元(10)，其特征在于，所述凸缘对(16)形成为螺纹凸缘。

7.根据权利要求6所述的施加单元(10)，其特征在于，所述螺纹凸缘(16)包括多个围绕旋转轴D周向布置的螺纹连接(24)。

8.根据权利要求7所述的施加单元(10)，其特征在于，螺纹凸缘(16)的每个螺纹连接(24)分配有一个传感器单元(20)的压力传感器(22)。