DE10115598C1 - Fügevorrichtung zum Zusammensetzen von Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Zusammensetzen von Bauteilen. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fügevorrichtung zu schaffen, die insbesondere ein gefühlvolles Zusammensetzen von Bauteilen gestattet und das exakte Positionieren der Bauteile spürbar verbessert. DOLLAR A Gelöst wird das dadurch, indem wenigstens zwei Bauteile 13, 14 auf einer Plattform 5 angeordnet sind. Dabei ist die Plattform 5 auf einer Tragplatte 1 mit wenigstens einem Kraftaufnehmer 8 in Kontakt abgestützt und in Linearführungen 3 geführt. Der Kraftaufnehmer 8 ist schaltungstechnisch mit einer Steuerung 7 gekoppelt, welche mit einem eine Fügeplatte 4 bewegenden Antriebsmotor 6 in Funktionsverbindung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Zusammensetzen von Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Fügevorrichtung dieser Art ist aus DE 198 60 513 C1 bekannt. An einem Träger ist ein Linearstellgerät mit einem endseitig angeordneten elektrischen Antrieb, der mit einer Stromversorgungsleitung und einer Steuerleitung gekoppelt ist, befestigt. Der elektrische Antrieb ist mit einer Winkelcodiereinrichtung gekoppelt und ist zum Einstellen definierter Winkelstellungen ansteuerbar. Dieser Antrieb weist ferner eine Motorausgangswelle auf, welche mit einer zum Linearstellgerät führenden Gewindespindel gekoppelt ist. Dabei ist die Gewindespindel mit einer im Innenraum eines noch zu erläuternden Rohrkörpers angeordneten Kugelumlaufmutter in Eingriff. Das Linearstellgerät umfasst ferner ein Gehäuse sowie den bereits erwähnten, linear führbaren und eine Verdrehsicherung aufweisenden Rohrkörper, an dessen drehmomentfernen Ende ein Montagewerkzeug, beispielsweise eine Einstoßeinrichtung bzw. eine Schraubereinrichtung etc. angeordnet ist. Unterhalb des Montagewerkzeuges ist ein bewegbarer, positionierbarer Teileträger (Plattform) zur Aufnahme des zu montierenden Werkstückes angeordnet. Durch Ausfahren des Rohrkörpers aus dem Gehäuse in linearer Richtung und Ansteuern des Montagewerkzeuges ist ein Montagevorgang realisierbar. Nach Beendigung des Montagevorganges ist der Rohrkörper in das Gehäuse zurück bewegbar.

Weiterhin ist eine Montagevorrichtung mit einem Gestell, Montage- und Prüfeinrichtung sowie einem Steuermodul zum Zusammenbau von Komponenten aus DE 198 11 973 A1 bekannt. Das Gestell weist vier Längsprofile auf, die mittels Quer- und Längsstreben untereinander gekoppelt sind, so dass zwischen den Streben ein Freiraum, beispielsweise für ein Transportsystem, vorhanden ist. Das Gestell weist ferner an den oberen Streben angeordnete Schrauber sowie Tragarme auf, wobei an einem Tragarm unterhalb der Schrauber eine Langhubeinheit angeordnet ist.

Weiterhin ist aus DE 197 21 072 A1 eine tragbare Elektropressvorrichtung bekannt. In einem Vorrichtungskörper ist ein axial bewegbarer Presskolben angeordnet, um ein zu pressendes Werkstück mit einem definierten Druck zu beaufschlagen. Hierzu weist die Vorrichtung einen elektrischen Antriebsmotor auf, weiterhin eine mit dem Antriebsmotor gekoppelte Antriebsgewindewelle, ferner eine Übertragungseinrichtung, die mit der Antriebsgewindewelle und dem Presskolben verbunden ist zur Umwandlung der Rotationsbewegung der Antriebsgewindewelle in die Axialbewegung des Presskolbens, und eine Installationseinrichtung zum Fixieren der Vorrichtung auf einer Plattform. Am freien Ende des Presskolbens ist ein Druckelement zur Erfassung des Druckes angeordnet, welches bevorzugt eine Dehnungsmesseinrichtung aufweist.

Von Nachteil ist bei diesen Vorrichtungen, dass keinerlei Mittel für eine gefühlvolle Montage von wenigstens zwei Bauteilen offenbart sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fügevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet, die insbesondere ein sensibles Zusammensetzen von Bauteilen unter Krafteinwirkung gestattet und das exakte Positionieren der Bauteile spürbar verbessert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildungsmerkmale des Hauptanspruches gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erster Vorteil der Fügevorrichtung ist darin begründet, dass ein sensibles Positionieren von wenigstens zwei Bauteilen unter Kontrolle der beim Zusammensetzen auf die Bauteile wirkenden Fügekraft realisierbar ist. Mit dieser Fügevorrichtung ist insbesondere ein feinfühliges Zusammensetzen leicht zerbrechlicher bzw. leicht deformierbarer Bauteile mittels einer definierten Kraft durchführbar.

Die Fügevorrichtung ist bevorzugt für das Zusammensetzen von wenigstens zwei Bauteilen aus leicht deformierbaren, metallischen Werkstoffen und/oder leicht zerbrechlichen Kunststoffen einsetzbar. Dabei erfolgt der jeweilige Fügevorgang produktionsstabil bei gleichbleibend hoher Qualität.

Ebenso von Vorteil ist, dass beim Fügevorgang die Kraft und die Position mit hoher Genauigkeit bestimmbar sind, indem beide Parameter gemessen und mittels einer Steuerung erfassbar und verarbeitbar sind.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die präzise Erfassung der Kraft und der Position eine gegenseitige Fügeposition der jeweils zusammenzusetzenden Bauteile bei einem definierten Wert der Fügekraft erzielbar ist. Die Messung und Einhaltung der Werte von Kraft und Position in einem definierten Toleranzfeld gewährleistet die erforderliche Qualität der zu fügenden Bauteile.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigt schematisch:

Fig. 1 eine Fügevorrichtung in Seitenansicht.

Eine Fügevorrichtung zum Zusammensetzen von zwei Bauteilen 13, 14 besteht bevorzugt aus einer ersten Tragplatte 1 auf der im rechten Winkel wenigstens zwei zueinander parallele Linearführungen 3, vorzugsweise als zylindrische Präzisionswellen ausgebildet, endseitig fest angeordnet sind. Alternativ sind auch drei oder vier parallele Linearführungen 3 auf der ersten Tragplatte 1 anordenbar.

In der vorliegenden Ausbildung der Fügevorrichtung ist die erste Tragplatte 1 unten angeordnet und ist beispielsweise auf einem Boden bzw. einem Tisch lagefixiert aufgestellt.

Zwischen den Linearführungen 3 ist somit ein Freiraum geschaffen, in dem ein erstes und ein zweites zu fügendes Bauteil 13, 14 aufnehmbar ist. Am anderen Ende der Linearführungen 3 ist eine zweite Tragplatte 2 angeordnet, mit welcher die Linearführungen 3 endseitig rechtwinklig fixiert sind. Die beiden Tragplatten 1, 2 sind somit parallel zueinander angeordnet.

An der von den Linearführungen 3 abgewandten Seite der oberen Tragplatte 2 ist ein Antriebsmotor 6 angeordnet, welcher bevorzugt elektrisch antreibbar ist. Dem Antriebsmotor 6 ist eine Steuerung 7 benachbart zugeordnet, welche alternativ in den Antriebsmotor 6 integrierbar ist. Der Antriebsmotor 6 ist weiterhin mit einer die Tragplatte 2 durchdringenden Kupplung 12 verbunden, welche mit einer nachge­ ordneten Gewindespindel 11 gekoppelt ist. Die Gewindespindel 11 ist mit einer in einer Aufnahme 9 fixierten Mutter 10 als Schraubgelenk in Funktionsverbindung und bildet getriebetechnisch ein Schraubengetriebe 9-11. Die Relativbewegung im Schraubgelenk ist durch eine Dreh­ bewegung um die Achse der Gewindespindel 11, kombiniert mit einer Schubbewegung in Achsrichtung einer Fügeachse 22 definiert. Dabei ist die Gewindespindel 11 drehbar, jedoch nicht schiebbar und die Mutter 10 ist schiebbar (entlang der Fügeachse 22 bzw. Gewindespindel 11), jedoch nicht drehbar ausgelegt.

An der Aufnahme 9 ist eine Fügeplatte 4 parallel zu den Tragplatten 1, 2 fest angeordnet. Die Fügeplatte 4 weist beispielsweise Bohrungen auf, und ist von den Linearführungen 3 durchdrungen (Paarungsstellen). Die Fügeplatte 4 bildet mit den Linearführungen 3 getriebetechnisch eine Schiebeführung, auch Geradführung genannt. Im Bereich der Paarungsstellen von Bohrungen und Linearführungen 3 ist die Fügeplatte 4 mit einem eng tolerierten Spiel ausgebildet. In einer weiteren Ausbildung weist die Fügeplatte 4 im Bereich der Paarungsstellen (z. B. Bohrung/­ Linearführung 3) angeordnete Lager, bevorzugt Gleit- oder Wälzlager, auf.

Zwischen der Fügeplatte 4 und der unteren, ersten Tragplatte 1 ist parallel zu den Platten 1, 4 eine Plattform 5 angeordnet. Die Plattform 5 weist beispielsweise Bohrungen auf und ist in den Linearführungen 3 aufgenommen (Paarungsstellen). Im Bereich der Paarungsstellen von Bohrungen und Linearführungen 3 ist die Plattform 5 bevorzugt mit einem eng tolerierten Spiel ausgebildet. In einer weiteren Ausbildung weist die Plattform 5 im Bereich der Paarungsstellen (z. B. Bohrung/Linearführung 3) angeordnete Lager, bevorzugt Gleit- oder Wälzlager, auf.

Auf der zur Fügeplatte 4 zeigenden Seite ist das zweite Bauteil 14 (unteres Bauteil 14) lagefixiert angeordnet und das erste Bauteil 13 (oberes Bauteil 13) ist zum Zusammensetzen beider Bauteile 13, 14 dem zweiten Bauteil 14 bevorzugt auf der Fügeachse 22 (zwischen Bauteil 14 und der Fügeplatte 4) vorgeordnet.

Die erste Tragplatte 1 weist wenigstens einen Kraftaufnehmer 8 auf, welcher auf der Tragplatte 1 angeordnet oder alternativ in diese Tragplatte 1 integriert angeordnet ist. Dabei ist jeder Kraftaufnehmer 8 derart angeordnet, dass dieser mit der zur unteren Tragplatte 1 benachbarten Seite der Plattform 5 in Kontakt ist. Die Plattform 5 liegt somit auf wenigstens einem Kraftaufnehmer 8 abgestützt auf. Weiterhin weist jeder Kraftaufnehmer 8 eine schaltungstechnische Verbindung 23 mit der Steuerung 7 auf.

Unter Berücksichtigung wenigstens eines Kraftaufnehmers 8 sowie der Linearführungen 3 ist die Plattform 5 somit "schwimmend" in der Füge­ vorrichtung gelagert.

Bei Anordnung von nur einem Kraftaufnehmer 8 ist dieser bevorzugt in der Fügeachse 22 der Bauteile 13, 14 angeordnet. Hierdurch ist das Ent­ stehen möglicher Drehmomente vermeidbar, die sich auf die Reibungs­ verhältnisse an den Paarungsstellen von Plattform 5, beispielsweise Bohrungen, und den Linearführungen 3 nachteilig auswirken und die Messgenauigkeit beeinträchtigen.

Um Klemmungen und/oder ungenaue Messergebnisse durch die Bewegungsabläufe an den Paarungsstellen von Fügeplatte 4 und/oder Plattform 5 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Linearführungen 3 mit ausreichend genauer Parallelität auszubilden und bei Verwendung von Bohrungen (Fügeplatte 4, Plattform 5) die Achsabstände ausreichend genau übereinstimmend auszubilden.

In einer bevorzugten Ausbildung sind die Linearführungen 3 in senk­ rechter Richtung angeordnet, das Gewicht der Plattform 5, die Achsen der Bauteile 13, 14, die Achsen des Schraubengetriebes 9-11 und der Fügeplatte 4 sind in der Fügeachse 22 angeordnet und eine von der Fügeplatte 4 aufgebrachte Kraft liegt ebenso auf der Fügeachse 22.

In einer Weiterbildung weist die Fügevorrichtung eine Schutzvorrichtung auf, welche bevorzugt zwischen der zweiten Tragplatte 2 und der Fügeplatte 4 bewegbar angeordnet ist und den Freiraum zur Aufnahme der zu fügenden Bauteile 13, 14 vor unberechtigtem Zugriff schützt. Die Schutzvorrichtung weist hierbei ein an der Oberseite der Fügeplatte 4 gelagertes Drehgelenk 17 auf, welches mit einem schwenkbaren Hebel 16 getriebetechnisch gekoppelt ist. Endseitig trägt der Hebel 16 eine Verschutzung 15, welche den Freiraum verschließt oder frei gibt.

Der Hebel 16 ist weiterhin mit einem Federelement 20, vorzugsweise einer Zugfeder, gekoppelt, wobei das Federelement 20 an der Oberseite der Fügeplatte 4 gelagert ist. Am Hebel 16 ist ein Keil 18 fixiert, der mit einer an der Unterseite der zweiten Tragplatte 2 gelagerten, drehbaren Rolle 19 in Funktionsverbindung ist.

Die Schutzvorrichtung ist bevorzugt in den Positionen der Verschutzung 15 schaltungstechnisch abgesichert und mit der Steuerung 7 gekoppelt.

Die Erfindung ist nicht auf das Zusammensetzen zweier Bauteile be­ schränkt. Vielmehr sind auch mehrere Bauteile mittels der Füge­ vorrichtung zusammensetzbar.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:
In Ausgangsstellung ist die Fügeplatte 4 im vorliegenden Beispiel etwa in einer mittleren Lage (obere Position). Das zweite Bauteil 14 ist der Plattform 5 zugeführt und dort positioniert. Anschließend wird das erste Bauteil 13 dem zweiten Bauteil 14 in einer definierten Lage zugeordnet und es wird ein Signal generiert, welches der Steuerung 7 zugeführt wird. Die Steuerung 7 aktiviert den Antriebsmotor 6 mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit, so dass das Schraubgelenk (Mutter 10, Gewindespindel 11) in eine Relativbewegung versetzbar ist. Durch die Verbindung von Mutter 10, Aufnahme 9 und Fügeplatte 4 ist die Fügeplatte 4 entlang der Linearführungen 3 in Richtung des ersten Bauteils 13 entlang der Fügeachse 22 bewegbar.

Die Steuerung 7 erfasst dabei die Anzahl der Umdrehungen bzw. den Drehwinkel des Antriebsmotors 6 und berechnet zum Positionieren der Fügeplatte 4 den Verschiebungsweg. Vor dem Erreichen des Kontaktes der Fügeplatte 4 mit dem ersten Bauteil 13 wird die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 6 reduziert, so dass bei Kontakt der Fügeplatte 4 mit dem ersten Bauteil 13 das erste Bauteil 13 mit dem zweiten Bauteil 14 zusammengesetzt wird (untere Position).

Dabei wird die von der Plattform 5 auf wenigstens einen Kraftaufnehmer 8 wirkende Kraft erfasst, um das bekannte Gewicht der Plattform 5 und ggf. der Bauteile 13, 14 sowie ggf. der Reibungskräfte an den Paarungsstellen der Linearführungen 3 korrigiert und als das der Fügekraft 21 ent­ sprechende elektrische Signal der Steuerung 7 mittels der schaltungs­ technischen Verbindung 23 zugeführt, so dass ein feinfühliges Zu­ sammensetzen der Bauteile 13, 14 gewährleistet ist.

Mittels der Fügevorrichtung sind die beiden Bauteile 13, 14 insbesondere durch Klebeverbindung oder Formschluss zusammensetzbar.

Zusätzlich ist eine Erfassung geringfügiger Verschiebungen der unter der Einwirkung der Kraft 21 stehenden Bauteile 13, 14 sowie ggf. der Platt­ form 5 mittels Kraftaufnehmer 8 möglich und eine entsprechende Über­ tragung von Signalen zwecks Verarbeitung an die Steuerung 7 ist durchführbar.

Weist die Fügevorrichtung eine Schutzvorrichtung auf, so ist in der oberen Position der Fügeplatte 4 der durch die Linearführungen 3 gebildete Frei­ raum offen. Die Rolle 19 und der Keil 18 halten den Hebel 16 (mit Ver­ schutzung 15) in der geöffneten Stellung (gemäß Fig. 1). Wird die Fügeplatte 4 in Richtung Plattform 5 in die untere Position bewegt, so erfolgt zwischen Keil 18 und Rolle 19 eine Relativbewegung und das als Zugfeder ausgebildete Federelement 20 bewegt den um die Achse des Drehgelenkes 17 schwenkenden Hebel 16 in Richtung Plattform 5, so dass die Verschutzung 15 den durch die Linearführungen 3 gebildeten Freiraum gegen unberechtigten Zugriff sichert. Von Vorteil ist hierbei, dass der o. g. Freiraum bereits nach einigen Umdrehungen der Gewindespindel 11 zum überwiegenden Teil abgesichert ist und die Gesamthöhe der Fügevorrichtung ist auf ein minimales Maß reduzierbar. Die im Beispiel genannten Ankopplung des Antrieb der Verschutzung 15 mit dem Antrieb der Fügeplatte 4 ist sicherer und mit geringem Aufwand realisierbar.

Alternativ sind die Antriebe von Verschutzung 15 und Fügeplatte 4 auch getrennt realisierbar.

Bei Auftreten eines Hindernisses, beispielsweise der Hand eines Bedieners, während der Bewegung der Verschutzung 15 wird die Position der Fügeplatte 4 gegen die Wirkung des Federelements 20 geändert, so dass der Antriebsmotor 6 durch eine schaltungstechnische Kopplung mit der Steuerung 7 sofort abschaltbar ist.

Bezugszeichenliste

1

erste Tragplatte

2

zweite Tragplatte

3

Linearführung

4

Fügeplatte

5

Plattform

6

Antriebsmotor

7

Steuerung

8

Kraftaufnehmer

9

Aufnahme

10

Mutter

11

Gewindespindel

12

Kupplung

13

erstes Bauteil

14

zweites Bauteil

15

Verschutzung

16

Hebel

17

Drehgelenk

18

Keil

19

Rolle

20

Federelement

21

Kraft

22

Fügeachse

23

schaltungstechnische Verbindung

Claims (7)

1. Fügevorrichtung zum Zusammensetzen von Bauteilen mit einem fest angeordneten, steuerbaren Antriebsmotor, welcher mit einem Schraubengetriebe gekoppelt ist, sowie mit einer Linearführung und einer Plattform zur Aufnahme der zu fügenden Bauteile an einer Seite, dadurch gekennzeichnet,
dass die Linearführung durch wenigstens zwei parallel angeordnete, endseitig mit je einer ersten Tragplatte (1) und einer zweiten Tragplatte (2) verbundene Linearführungen (3) gebildet ist, wobei an der zweiten Tragplatte (2) der Antriebsmotor (6) diese durchdringend mit dem Schraubengetriebe (9, 10, 11) angeordnet ist und die erste Tragplatte (1) wenigstens einen mit einer Steuerung (7) gekoppelten Kraftaufnehmer (8) aufweist, dass mit dem Schraubengetriebe (9, 10, 11) eine mit den Linearführungen (3) an Paarungsstellen eine Schiebeführung bildende Fügeplatte (4) verbunden ist,
dass zwischen der Fügeplatte (4) und der ersten Tragplatte (1) die Plattform (5) in den Linearführungen (3) an Paarungsstellen aufgenommen und mit den Kraftaufnehmern (8) an einer Seite in Kontakt stehend angeordnet ist, und
dass zumindest die von den Kraftaufnehmern (8) beim Fügen der Bauteile (13, 14) messbaren Kräfte an die Steuerung (7) übertragbar sind.

2. Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer des ein Kraftaufnehmer (8) auf einer Fügeachse (22) der Bauteile (13, 14) angeordnet ist.

3. Fügevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Linearführungen (3) in vertikaler Richtung angeordnet sind und dass die Achsen des Schraubengetriebes (9-11), der Fügeplatte (4), der Bauteile (13, 14) und der Plattform (5) auf der Fügeachse (22) angeordnet sind.

4. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (5) an den Paarungsstellen zu den Linearführungen (3) angeordnete Gleit- oder Wälzlager aufweist.

5. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeplatte (4) an den Paarungsstellen zu den Linearführungen (3) angeordnete Gleit- oder Wälzlager aufweist.

6. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzvorrichtung angeordnet ist, welche aus
einem an der Fügeplatte (4) fixierten Drehgelenk (17),
einem mit dem Drehgelenk (17) schwenkbar gekoppelten Hebel (16),
einer mit dem Hebel (16) endseitig verbundenen Verschutzung (15),
einem mit dem Hebel (16) und der Fügeplatte (4) verbundenen Federelement (20), und
einem am Hebel (16) fixierten Keil (18), der mit einer fest angeordneten, drehbaren Rolle (19) gekoppelt ist, besteht.

7. Fügevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung schaltungstechnisch abgesichert und mit der Steuerung (7) gekoppelt ist.