DE102007024777A1

DE102007024777A1 - Rollfalzvorrichtung, Rollfalzzelle, Steuerungseinrichtung und Rollfalzverfahren

Info

Publication number: DE102007024777A1
Application number: DE200710024777
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schaller; Frank Meier-Maletz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-05-26
Filing date: 2007-05-26
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rollfalzvorrichtung (34) zum Rollfalzen von Blechbauteilen (10), aufweisend: mindestens einen Industrieroboter (38) mit einem von einer Robotersteuerung gesteuert bewegbaren, an seinem Roboterarm (14) angeordneten Rollfalzkopf (11) mit mindestens einer Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) und einem Blechbauteilauflagebett (36) zur Aufnahme des Blechbauteils (10). Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechbauteilauflagebett (36) während des Rollfalzprozesses gesteuert bewegbar, insbesondere drehbar, ist, wobei der Rollfalzprozess Falzstufen aufweist, die von dem mindestens einen Industrieroboter (38) durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollfalzvorrichtung, eine Rollfalzzelle, eine Steuerungseinrichtung und ein Rollfalzverfahren zum Rollfalzen eines Blechbauteils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Vorrichtungen zum Rollfalzen von Bauteilen aus Blech werden in der Automobilindustrie bei der Fertigung von Fahrzeugbauteilen, insbesondere von Anbauteilen aus Blech, wie beispielsweise Türen, Motorhauben, Heckklappen und Radhäusern, eingesetzt.
Eine Rollfalzvorrichtung umfasst eine Werkzeugeinheit, die mittels eines Industrieroboters gesteuert bewegbar ist. Die Werkzeugeinheit umfasst mehrere rollenartige Werkzeuge und wird als Rollfalzkopf bezeichnet. Das Rollfalzen, das auch als Bördeln bezeichnet wird, ist ein mechanisches Fügeverfahren, bei dem eine Blechkante von dem vom Industrieroboter geführten Rollfalzkopf in mehreren Schritten umgebogen wird. Das Rollfalzen wird ebenfalls zum Verbinden von Blechteilen eingesetzt.
Die DE 100 11 854 A1 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein von einem Industrieroboter geführter Rollfalzkopf eine Blechfalzverbindung an einem Bauteil erzeugt. Der Rollfalzkopf ist hierbei an einem Roboterarm des Industrieroboters angeordnet. Der Rollfalzkopf weist eine Falzrolle auf, die in Radialrichtung mittels eines Trägers relativ zum Rollfalzkopf verschieblich angeordnet ist. Zum Verschieben des Trägers dient eine an dem Träger und dem Rollfalzkopf abgestützte Feder. Diese Feder ist mit einer festgelegten Vorspannung in einem Federkäfig gefesselt angeordnet, wobei der Federkäfig einerseits an dem Träger, andererseits an einer sich gegen den Rollfalzkopf abstützende Kraftmessdose abgestützt ist. Der mehrstufige Falzprozess weist einen Vorfalzprozessschritt auf, bei dem der Rollfalzkopf als starres System arbeitet. Bei höheren Kräften, im nächsten Falzprozessschritt, dem Fertigfalzschritt, kann sich die jeweilige Falzrolle gegen die Kraft der ihn vorspannenden Feder verschieben und auf diese Weise können Toleranzen ausgeglichen werden. Die DE 100 11 854 A1 offenbart ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer Blechfalzverbindung mittels eines von einem Industrieroboters geführten Rollfalzkopfes, bei dem der Rollfalzkopf entsprechend der Kontur des zu falzenden Bleches entlang einer programmierten Bahn geführt wird.
Die DE 10 2005 004 474 B3 offenbart eine Bördelvorrichtung zum Umlegen eines Bördelsteges eines Bauteils um eine Bördelkante. Die Bördelvorrichtung weist einen Werkzeugkopf, eine erste, als Bördelform bezeichnete Rolle und eine zweite, als Bördelform bezeichnete Rolle auf, wobei der Werkzeugkopf die eine Bördelform gleichzeitig in Arbeitsposition befindlich trägt und von denen einer der anderen in eine Arbeitsrichtung nachlaufend angeordnet ist. Hierbei ist die erste Bördelform quer zur zweiten Bördelform angeordnet. Das Bauteil ist auf einer als Bördelbett bezeichneten Bauteilaufnahme gelagert und der Werkzeugkopf ist im Raum in allen drei Koordinatenrichtungen gesteuert bewegbar, so dass er relativ zu dem Bauteil automatisch positionierbar und dem Verlauf der Bördelkante folgend führbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Rollfalzen zu schaffen, die flexibler ist und kürzere Bearbeitungszeiten aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Rollfalzvorrichtung zum Rollfalzen von Blechbauteilen, weist mindestens einen Industrieroboter mit einem gesteuert bewegbaren, an seinem Roboterarm angeordneten Rollfalzkopf mit mindestens einer Falzrolle und einem Blechbauteilauflagebett zur Aufnahme des Blechbauteils auf. Die Rollfalzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechbauteilauflagebett während des Rollfalzprozesses bewegbar, insbesondere drehbar, ist, wobei der Rollfalzprozess Falzstufen aufweist, die von dem mindestens einen Industrieroboter durchgeführt werden. Das Blechbauteilauflagebett ist vorzugsweise in einen Drehtisch integriert und eine Niederhalterfunktion kann der Bewegung des Drehtisches angepasst werden. Die relative Lage des Blechbauteilauflagebetts und des Niederhalters ist gesichert. Dadurch, dass das Blechbauteilauflagebett drehbar ist, kann das Blechbauteil immer in einem günstigen Anstellwinkel direkt vor den Industrieroboter verbracht werden. Der Roboterarm mit dem Rollfalzkopf muss nicht mehr wie im Stand der Technik einem fix gelagerten Blechbauteil folgen. Dadurch wird vorteilhafterweise ein „Durchstrecken", was zu Schwingungen und schlechten Hebelverhältnissen am Roboterarm führen kann, um beispielsweise auf eine gegenüberliegende Seite am Blechbauteil zu kommen, vermieden. Auch ein Niederhalter, der im Allgemeinen durch eine Hubvorrichtung von oben auf die zu fügenden Blechbauteile gesetzt wird, stellt keine störende Geometrie für den Verfahrweg mehr da.
Ein Rollfalzprozess mit einem Industrieroboter kann dann derart gestellt werden, dass der mindestens eine Industrieroboter eine erste Falzstufe durchführt und das Blechbauteil unter dem Rollfalzkopf weg gedreht wird, sodass an einem anderen Bereich des Blechbauteils eine weitere erste Falzstufe durchgeführt wird. Dies erfolgt solange bis an allen erforderlichen Bereichen eine erste Falzstufe ausgeführt ist. Das Blechbauteil kann dann durch Drehen des Blechbauteilauflagebetts mit dem Bereich, der die erste Falzstufe aufweist, vor den Rollfalzkopf des Industrieroboters verbracht werden. Eine zweite Falzstufe des Rollfalzprozesses kann ausgeführt werden, und zwar nacheinander an allen erforderlichen Bereichen des Blechbauteils. Der oben beschriebene Vorgang kann sooft wiederholt werden, bis das Blech fertig gefalzt ist. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Blechbauteil vor dem Industrieroboter bewegt wird, und der Industrieroboter immer in einem günstigen Anstellwinkel arbeitet und große Ausladungen vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Rollfalzvorrichtung ist das Blechbauteilauflagebett kontinuierlich oder getaktet drehbar. Bei einem getakteten Drehen ist ein Motor, der vorzugsweise in den Industrieroboter integriert ist und die Drehung realisiert, in diskreten Schritten ansteuerbar. Diese diskreten Schritte können vorteilhafterweise variabel sein, sodass die Geschwindigkeit des Blechbauteilauflagebetts während des Rollfalzprozesses geändert werden kann. Dies kann bei komplexen Geometrien des Blechbauteils von Vorteil sein. Bei einer kontinuierlichen Drehung wird der Motor eingeschaltet und dreht das Blechbauteilauflagebett kontinuierlich, vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit, wobei auch eine Änderung der Geschwindigkeit des Motors vorgesehen sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Rollfalzvorrichtung ist ein zweiter Industrieroboter mit einem an seinem Roboterarm angeordneten Rollfalzkopf vorgesehen, wobei der erste und der zweite Industrieroboter gleichzeitig an verschiedenen Bereichen der Blechbauteils jeweils eine Falzstufe ausführen.
Hierdurch können zwei Falzstufen des Rollfalzprozesses gleichzeitig ausgeführt werden und auf diese Weise der erforderliche Biegewinkel am Blechbauteil in wenigen Umläufen realisiert werden. Als Vorteil werden die Zeiten für den Falzprozess verkürzt und somit werden die Taktzeiten beim Rollfalzen von Blechbauteilen reduziert.
Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem der Rollfalzkopf die Falzung am Blechbauteil durchführt, indem dieser der zu falzenden Kante folgt, erlaubt die Verwendung von zwei Industrierobotern gleichzeitig eine größer Flexibilität bezüglich der Geometrie der zu falzenden Bauteile. Die Rollfalzköpfe können einstellbare, unterschiedliche geometrischen Beziehungen zueinander haben. Somit ist ein mehrstufiges Falzen mit reduzierten Taktzeiten für Bauteile mit geometrisch komplexer Form ermöglicht. Der Rollfalzkopf des ersten Industrieroboters kann verschieden von dem des zweiten Industrieroboters sein, da die verschiedenen Falzstufen auf die beiden Industrieroboter verteilt werden können. Das ermöglicht den Einsatz einfacherer und damit kostengünstigerer Rollfalzköpfe.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Rollfalzvorrichtung ist das Blechbauteilauflagebett von der Robotersteuerung des Industrieroboters gesteuert bewegbar, insbesondere drehbar. Bevorzugt ist das Blechbauteilauflagebett als siebte Achse des Industrieroboters ansteuerbar. Hierdurch kann die Robotersteuerung, die den Rollfalzkopf steuert, verwendet werden und es ist keine separate Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Blechbauteilauflagebetts erforderlich. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Steuerung des Rollfalzkopfes und des Blechbauteilauflagebetts synchronisiert werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Sensor zur Ermittelung einer Radialkraft der Falzrolle auf die Blechkante des Blechbauteils vorgesehen. Mit dem als Radialkraftsensor bezeichneten Sensor wird die radial auf eine Achse der Falzrolle wirkende Kraft gemessen. Dies ist vorteilhaft, da die Kraft, die auf die Blechkante des Blechbauteils wirkt und die entscheidende Größe des Rollfalzprozesses ist, direkt gemessen wird. Im Stand der Technik bekannte Verfahren hingegen bestimmen die Kraft indirekt durch Messung des Abstandes der Falzrolle von der Blechkante, da die Kraft proportional zum Abstand verläuft. Diese Art der Ermittelung der auf die Blechkante wirkenden Kraft ist aber anfällig, insbesondere für Störungen, beispielsweise durch Schwingungen des Roboterarms. Deshalb ist es vorteilhaft die Kraft direkt zu messen und zu analysieren, um eine als Verfahrbahn bezeichnete Bewegungsbahn für die Falzrolle, die durch den Industrierobotergeführt wird, an Hand der gemessenen Kraftdaten zu bestimmen und optimieren.
Bevorzugt ist der Radialsensor so ausgelegt, dass er sich durch seine Geometrie als Achse für die Falzrolle eignet. Da sich der die Falzrolle aufnehmende Teil des Roboterarms, der als Roboterhand bezeichnet wird, während des Rollfalzprozesses drehen kann, erfasst der Radialsensor vorzugsweise die Kräfte aus zwei 90° zueinander verdrehten radial angreifenden Kraftrichtungen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Rollfalzvorrichtung ist die Radialkraft der Falzrollen des Rollfalzkopfes auf die Blechkante des Blechbauteils derart gesteuert veränderbar ist, dass die Kraft, die auf die Blechkante wirkt, an jeder Stelle der Blechkante gleich ist oder einen gewünschten, vorzugsweise einstellbaren Wert aufweist. Dadurch können schwankende Abstände zwischen Falzrolle und Blechkante sowie schwankende Dicken des Bleches des Blechbauteils ebenfalls ausgeglichen werden. Falls Blechbauteile zu sehr von einem Sollwert abweichen, kann der Rollfalzkopf die Differenzen auffangen. Die Falzrollen des Rollfalzkopfes üben einen entsprechend der Radialkraft vorgegebenen Rollendruck auf das Bauteil aus, wobei der Rollendruck gesteuert veränderbar ist. Hierfür ist jeweils die Falzrolle des Rollfalzkopfes mittels geeigneter Mittel mit einem variablen Druck gegen das Bauteil gedrückt. Der Vorteil hiervon ist, dass der Rollfalzkopf nicht mehr starr ist, sondern vorzugsweise eine geeignete Federung aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rollfalzvorrichtung eine Federung und/oder eine Hydraulikeinrichtung und/oder eine Pneumatikeinrichtung auf, mittels der der Rollendruck gesteuert veränderbar ist. Somit ist die Position der Falzrollen am Rollfalzkopf nicht mehr starr, wie im Stand der Technik, sondern kann vorteilhafterweise der Geometrie des Blechbauteils angepasst werden.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Rollfalzzelle mit mindestens einer erfindungsgemäßen Rollfalzvorrichtung gelöst, wobei die Rollfalzzelle derart aufgebaut ist, dass unterschiedliche Bauteile in dieser ohne Umrüstzeiten bearbeitbar sind. Die Rollfalzzelle weist hierbei einen Industrieroboter zum Be- und Entladen der Zelle auf und die erfindungsgemäße Rollfalzvorrichtung mit dem Industrieroboter mit dem Rollfalzkopf. Hierdurch werden die Taktzeiten pro Bauteil reduziert, da keine Umrüstzeiten zwischen der Bearbeitung von Blechbauteilen mit unterschiedlicher Geometrie notwendig sind. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, die Rollfalzzelle mit zusätzlichen Industrierobotern, die Rollfalzköpfe aufweisen, auszustatten. Die kann auf Grund der geometrischen Beschaffenheit der zu bearbeitenden Bauteile erforderlich sein oder um die Taktzeiten zusätzlich zu verkürzen.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Rollfalzverfahren zum Erzeugen einer Falzverbindung an einem Blechbauteil mittels eines von einem Industrieroboters geführten Rollfalzkopfes mit mindestens einer Falzrolle gelöst, wobei das Verfahren den Schritt aufweist, dass das Blechbauteilauflagebett während eines Rollfalzprozesses kontinuierlich oder getaktet gedreht wird, wobei der Industrieroboter die Falzstufen während des Rollfalzprozesses durchführt. Somit können an mehreren Bereichen des Blechbauteils jeweils Falzstufen hintereinander ausgeführt werden, wobei der Industrieroboter durch die Drehung des Blechbauteils immer in einem günstigen Anstellwinkel direkt vor sich arbeiten kann.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine erste Falzstufe des Rollfalzprozesses von einem Rollfalzkopf, der an einem Roboterarm eines ersten Industrieroboters angebracht ist, durchgeführt und eine zweite Falzstufe des Rollfalzprozesses von einem Rollfalzkopf, der an einem Roboterarm eines zweiten Industrieroboter angeordnet ist, durchgeführt. Mit dem ersten Industrieroboter wird die erste Falzstufe am kompletten Blechbauteil ausgeführt, indem das Blechbauteil nach jeder Falzstufe, der an einem Bereich ausgeführt wurde, gedreht wird, sodass ein noch nicht gefalzter Bereich vor dem Industrieroboter angeordnet wird. Mit dem zweiten Industrieroboter kann dann an den Bereichen, an denen die erste Falzstufe ausgeführt wurde, die zweite Falzstufe ausgeführt werden. Dadurch können gleichzeitig zwei Falzstufen am Blechbauteil ausgeführt werden. Durch den Einsatz von zwei Industrierobotern gleichzeitig am Bauteil werden vorteilhafterweise die Prozesszeiten des Rollfalzprozesses an einem Bauteil verkürzt und die somit die Taktzeiten pro Bauteil reduziert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung führt der erste Industrieroboter eine nächste, insbesondere dritte, Falzstufe des Rollfalzprozesses aus und der zweite Industrieroboter führt eine übernächste, insbesondere vierte, Falzstufe aus. Dies ist ermöglicht, da das Bauteil nach einer Drehung des Blechbauteileauflagebetts wieder in seiner Ausgangsposition, mit dem Bereich, an dem die zweite Falzstufe ausgeführt wurde, vor dem ersten Industrieroboter angeordnet ist. Es werden ebenfalls zwei Falzstufen, die dritte und die vierte Falzstufe, gleichzeitig abgearbeitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden so viele Falzstufen nacheinander von dem ersten und zweiten Industrieroboter ausgeführt, bis der Falzprozess abgeschlossen ist und das Blechbauteil fertig gefalzt ist, wobei immer zwei Falzstufen an verschiedenen Bereichen des Blechbauteils gleichzeitig ausgeführt werden und Blechbauteil jeweils nach einer Falzstufe gedreht wird. Die einzelnen Falzstufen eilen sich also hinterher, wobei der Vorteil darin besteht, dass die zwei gleichzeitig ausgeführten Falzstufen von unterschiedlichen Industrierobotern ausgeführt werden. Dadurch können die Rollfalzköpfe einfacher ausgestaltet werden als diejenigen im Stand der Technik, bei denen mehrere Rollen zur Durchführung der einzelnen Falzstufen an einem Rollfalzkopf angeordnet sein müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Blechbauteilauflagebett von einer Robotersteuerung des Industrieroboters als dessen siebente Achse bewegt, insbesondere gedreht. Es ist keine separate Steuerung für die Drehung des Blechbauteilauflagebetts erforderlich. Ferner können die Drehung des Blechbauteilauflagebetts und des Rollfalzkopfes synchronisiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Radialkraft der Falzrolle ermittelt und analysiert und daraus eine Verfahrbahn für die Falzrolle während des Rollfalzprozesses so ausgelegt wird, dass die Kraft, die die Falzrolle auf die Blechkante des Blechbauteils ausübt an allen Stellen an der Blechkante gleich ist oder einen gewünschten, vorzugsweise einstellbaren Wert erhält. Die auf die Blechkante ausgeübte Kraft wird direkt ermittelt und die Verfahrbahn der Falzrolle vorzugsweise in einem Computerprogramm berechnet und dann die ermittelte Verfahrbahn an die Robotersteuerung übergeben, die die den Industrieroboter steuert und die Verfahrbahn für die Falzrolle durchführt.
Hierbei kann die Kraft, die dann einen bestimmten Rollendruck auf die Blechkante ausübt gesteuert werden. Falls Blechteile zu sehr von einem Sollwert abweichen, kann der Rollfalzkopf die Differenzen auffangen. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass ein unterschiedlicher Rollendruck eingestellt werden kann, um bei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Festigkeit und Elastizität, beispielsweise unterschiedliche Stähle oder Aluminiumlegierungen, dem Blechbauteil einen gleichen Biegewinkel aufzuprägen.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Steuerungseinrichtung für eine erfindungsgemäße Rollfalzvorrichtung gelöst, bei der ein Blechbauteilauflagebett als siebte Achse der Robotersteuerung des Industrieroboters gesteuert bewegbar, insbesondere drehbar, ist. Die Steuerung des Blechbauteileauflagebetts ist vorteilhafterweise in die Robotersteuerung integriert. Hierbei betreffen die Achsen eins bis sechs die Steuerung der Falzrollen am Rollfalzkopf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerungseinrichtung für eine Rollfalzvorrichtung ist die Verfahrbahn der Falzrolle mittels einer ermittelten und analysierten Radialkraft der Falzrolle steuerbar. Die Steuerungseinrichtung ist bevorzugt in der Robotersteuerung enthalten und die Verfahrbahn wird an die Robotersteuerung übergeben, wobei die Verfahrbahn von einem externen Computer mittels der ermittelten Kraftdaten der Falzrolle berechnet, vorzugsweise simuliert ist. Die Berechnung der Verfahrbahn kann allerdings auch im Computer der Robotersteuerung erfolgen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben, aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1: einen Prozessschritt einer Falzstufe beim Rollfalzen mit einem Rollfalzkopf;
2: eine erfindungsgemäße Rollfalzvorrichtung mit zwei Industrierobotern und einem drehbaren Blechbauteilauflagebett von schräg oben;
3: eine erfindungsgemäße Rollfalzvorrichtung in Draufsicht;
4: eine erfindungsgemäße Rollfalzvorrichtung von vorne;
5: eine Rollfalzvorrichtung während des Prozessschritts des Drehens des Blechbauteilauflagebetts;
6: einen Rollfalzkopf mit mehreren Falzrollen.
In 1 ist der Prozess des Rollfalzens schematisch dargestellt. Ein Blechbauteil 10 ist auf einer nicht gezeigten Bauteilauflage, die als Blechbauteilauflagebett oder Rollfalzbett bezeichnet wird, gelagert. Eine Falzrolle 12 eines nicht gezeigten Rollfalzkopf eines Industrieroboters, von dem in 1 nur ein Roboterarm 14 gezeigt ist, drückt mit einer Kraft F auf das Blechteil 10. Hierbei veranschaulicht der Pfeil 16 eine Kraftkomponente in Normalenrichtung, und der Pfeil 18 eine Umformkraftkomponente, die Kraft die die Falzrolle auf eine Blechkante 30 ausübt. Diese wird auch als Radialkraft bezeichnet und ist die radial auf eine Achse der Falzrolle wirkende Kraft.
Die Falzrolle 12 ist am Roboterarm 14 drehbar gelagert und dreht sich hierbei um eine Drehachse 20. Die zylindrische Falzrolle 12 ist unter Druckaufbringung und mit einer bestimmten Winkeleinstellung entlang und in Anlage an der Blechkante 30 des zu falzenden Blechbauteils 10 zu deren Umlegung rollbar. Diese Kante 30 wird auch als Bördelkante oder Blechkante bezeichnet. Es wird hierbei eine durch den Pfeil 22 dargstellte Vorschubkraft entlang des Blechteils 10 ausgeübt. Die Bahntangente ist mit dem Pfeil 24 bezeigt. Der Roboterarm 14 weist einen Anstellwinkel 26 mit einer durch den Pfeil 28 dargestellten Stellrichtung auf.
Bei einem Falzvorgang wird die Blechkante 30 des Blechbauteils 10 umgelegt, wobei die zylindrische Falzrolle 12 unter Druck mit dem Anstellwinkel dergestalt an der Bördelkante entlang geführt, dass diese in einer ersten Falzstufe um einen bestimmten Falzwinkel oder Bördelwinkel umgelegt wird. Dieser Falzwinkel beträgt in dem in Figur gezeigten Beispiel 90°, wobei der Falzwinkel auch einen anderen Wert aufweisen kann. In der Regel ist er kleiner als 90°. Am Ende der ersten Falzstufe ist die Kante 30 im Wesentlichen parallel zu einem auf dem Rollfalzbett (nicht gezeigt) liegenden Blechteil 32 des Blechbauteils 10 gebogen.
Der Rollfalzprozess wird in der Regel in mehreren Stufen durchgeführt, um einen gewünschten Falzwinkel, der größer als ein in einer Falzstufe umzubiegender Falzwinkel ist, zu realisieren. Insofern ist der in der 1 gezeigt Winkel nur aus Zwecken der Veranschaulichung der beim Falzen auftretenden Kräfte des Prozesses zu verstehen und entspricht nicht einem in einer Falzstufe tatsächlich realisierbarem Biegewinkel.
Sollen zwei Blechbauteile zusammengefügt werden, werden diese zumindest bereichsweise aneinandergelegt und gemeinsam durch den durch die Kraft der Falzrolle ausgeübten Druck und die Bewegung der Falzrolle 12 umgebogen.
2 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rollfalzvorrichtung 34 mit einem Blechbauteilauflagebett 36, auf dem das Blechbauteil 10 gelagert ist, einem ersten Industrieroboter 38 und einem zweiten Industrieroboter 40 und einem Niederhalter 41. Gleich Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen und es wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen. Das Blechbauteil 10 kann mittels des Blechbauteilauflagebetts 36 zwischen dem ersten und zweiten Industriebroboter 38 und 40 gedreht werden. Der erste und der zweite Industrieroboter 38, 40 weisen jeweils einen Roboterarm 14, 14' und einen Rollfalzkopf 11, 11' auf. Der Roboterarm 14, 14' ist vorzugsweise der eines Gelenkarmroboters. Der Rollfalzkopf 11, 11' ist gesteuert bewegbar und weist die drehbaren Falzrollen 12, 12' auf.
Mit dem Industrieroboter 38 wird ein erster Falzschritt, auch als erste Falzstufe bezeichnet, ausgeführt. Mit dem zweiten Industrieroboter 40 wird ein zweiter Falzschritt, bezeichnet als zweite Falzstufe, ausgeführt, wenn das Blechbauteilauflagebett soweit gedreht ist, bis der schon mit der ersten Falzstufe befalzte Bereich des Blechbauteils in den zugänglichen Bereich vom Industrieroboter 40 gedreht ist. Die jeweiligen Rollfalzköpfe 11 und 11' der Industrieroboter 38 und 40 können hierbei in dem für die jeweilige Falzstufe günstigen Anstellwinkel 26 relativ zum Blechbauteil 10, bzw. zu dem Winkel den die umzubiegende Blechbauteilkante benötigt, arbeiten. Das Blechbauteil 10 verbleibt auf dem Blechbauteilauflagebett 36 und wird zwischen den Industrierobotern 38 und 40 gedreht. Die Drehung kann hierbei kontinuierlich oder getaktet, das heißt in kleinen, bevorzugt einstellbaren Schritten erfolgen. Je nach Größe des Blechbauteils 10 kann dieses auch zumindest bereichsweise unterhalb der Industrieroboter 38 und 40 gelagert sein.
3 zeigt eine Ausführungsform der Rollfalzvorrichtung 34 mit zwei Industrierobotern 38 und 40 von oben. Gleich Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 versehen und es wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen. Die Drehrichtung des Blechbauteilauflagebetts 36 ist mit dem Pfeil 42 bezeichnet. Die Industrieroboter 38 und 40 sind an gegenüberliegenden Seiten des Blechbauteils 10 angeordnet, wobei auch eine andere Anordnung denkbar ist. Die in 3 gezeigte Darstellung der Rollfalzvorrichtung zeigt aus Gründen der Übersichtlichkeit keinen Niederhalter.
Der Prozess des Rollfalzens läuft wie folgt ab: der linke Industrieroboter 38 fängt mit ersten Falzstufe, im folgenden als Falzstufe 1 bezeichnet, an, der Tisch mit dem Blechbauteilauflagebett 36 wird gedreht, bevorzugt als siebte Achse des Industrieroboters 38 oder des Industrieroboters 40. Dies geschieht solang, bis das Blechbauteil 10 mit einem Bereich an dem die Falzstufe 1 ausgeführt worden ist in den Wirkbereich des Industrieroboters 40 kommt. Sobald das so schon vorgekippte, umgebogene Blechbauteil 10 im Wirkbereich des zweiten Industrieroboters 40 angekommen ist, beginnt dieser mit der zweiten Falzstufe, bezeichnet als Falzstufe 2. Folglich werden die Falzstufe 1 und die Falzstufe 2 gleichzeitig bearbeitet.
Sind alle Bereiche des Blechbauteils mit der Falzstufe 1 und der Falzstufe 2 versehen, führt der Industrieroboter 38 Falzstufe 3 aus. Sobald Bereiche mit ausgeführter Falzstufe 3 in den Wirkbereich des Industrieroboters 40 kommen, beginnt dieser mit Falzstufe 4, usw. Der Prozess wird solange fortgesetzt, bis alle gewünschten Bereiche am Blechbauteil den gewünschten Falzgrad erfahren haben. Hierbei könnte der Falzgrad einen Falzwinkel von 180° erfahren, aber auch ein größerer Falzwinkel ist gegebenenfalls biegbar. Die einzelnen Falzstufen eilen während des gesamten Falzprozesses hintereinander her.
4 zeigt eine Anordnung mit zwei Industrierobotern 38 und 40 von vorne. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1, 2 und 3 versehen und es wird auf die Beschreibung zu diesen Figuren verwiesen. Die beiden Industrieroboter 38 und 40 sind an jeweils gegenüberliegenden Seiten des Blechbauteils 10 angeordnet. Die Drehrichtung des Blechbauteileauflagebetts 36 ist mit dem Drehpfeil 42 verdeutlicht. Das Blechbauteilauflagebett 36 ist zwischen den Industrierobotern 38 und 40 angeordnet.
In 5 ist eine Rollfalzvorrichtung 34 in einer Seitenansicht während des Prozessschrittes des Drehens des Blechbauteils 10 gezeigt. Im Vordergrund ist der erste Industrieroboter 38 zu erkennen und im Hintergrund der zweite Industrieroboter 40. Das Blechbauteileauflagebett 36 wird gedreht und damit das Blechbauteil 10. Die Drehung ist als siebte Achse der Robotersteuerung eines der Industrieroboters 38, 40 gesteuert bewegbar.
In 6 ist ein Beispiel für einen Rollfalzkopf 44 dargestellt. Dieser Rollfalzkopf 44 weist fünf unterschiedlich ausgestaltete Rollen 46, 48, 50 und 52 auf. Die Rollen 46, 48, 50 und 52 kommen an den verschiedenen Falzstufen zum Einsatz, da für die verschiedenen Falzstufen unterschiedliche ausgeformte Rollen eingesetzt werden müssen. An der Anschlussstelle 54 wird der Rollfalzkopf 44 an dem Roboterarm angeflanscht.
Im Gegensatz zu dem im Stand der Technik verwendeten Rollfalzkopf ist der Rollpfalzkopf 11, 11' oder 44 der für die Rollfalzvorrichtung 34 eingesetzt wird, einfacher aufgebaut, das heißt mit weniger Falzrollen ausgestattet, da durch das Verteilen der Falzstufen auf zwei Industrieroboter nicht mehr alle Rollentypen an einem Rollfalzkopf platziert werden müssen. Der Rollfalzkopf kann insbesondere bei zwei Industrierobotern nur noch die Hälfte der Funktionalitäten haben. Der Rollfalzkopf 11, 11' 44 kann auch mit zwei oder drei Rollen 12, 12' auskommen und ist somit einfacher aufgebaut. Seine Programmierung ist ebenfalls einfacher, da weniger Geometrien beim Drehen des Rollfalzkopfes stören.
Die Rollfalzvorrichtung weist ferner mindestens einen in den Figuren nicht dargestellten Radialsensor zur Messung der Radialkraft der mindestens einen Falzrolle 11, 11', 46, 48, 50, 52 auf, wobei die Kraft, die radial auf die Achse der Falzrolle wirkt ermittelt wird. Diese ermittelte Kraft wird mittels eines Computerprogramms analysiert und die Verfahrbahn der Falzrolle so ausgelegt, dass die Kraft auf die Blechkante 30 überall gleich ist oder einen gewünschten, vorzugsweise einstellbaren Wert erhält. Der Radialkraftsensor eignet sich auf Grund seiner Geometrie als Achse für die Falzrollen 11, 11', 46, 48, 50, 52. Hierbei misst und erfasst der Radialsensor die Kräfte aus zwei um 90° zueinander verdrehten radial angreifenden Kraftrichtungen.
Das erfindungsgemäße Rollfalzverfahren beinhaltet, dass das Blechbauteilauflagebett 36 während des Rollfalzprozesses gedreht wird, wobei die Falzstufen von mindestens einem Industrieroboter durchgeführt werden. Hierbei kann die Rollfalzvorrichtung 34 einen Industrieroboter 38 aufweisen, weist aber bevorzugt zwei Industrieroboter 38 und 40 auf. Weist die Vorrichtung nur einen Industrieroboter auf, läuft das Rollfalzverfahren wie folgt ab: Das Blechbauteil 10 wird kontinuierlich oder getaktet während des Falzprozesses gedreht, wobei der Industrieroboter 38 kann an benachbarten Bereichen des Blechbauteils 10 nacheinander die Falzstufe 1 ausführen. Hat das Bauteil eine komplette Drehung um 360° erfahren, liegt es wieder in seiner Ursprungsposition vor dem Industrieroboter 38. Dieser kann mit der Falzstufe 2 fortfahren. Nach einer weiteren Komplettdrehung des Bauteils 10 wird die nächste Falzstufe ausgeführt, und so weiter, bis das Blech fertig gefalzt ist.
Weist die Rollfalzvorrichtung 34 zwei Industrieroboter auf, kann mit dem ersten Industrieroboter 38 am kompletten Blechbauteil die Falzstufe 1 durchgeführt werden, der zweite Industrieroboter 40 führt Falzstufe 2 durch. Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass in Bereichen die erste Falzstufe vom ersten Industrieroboter 38 durchgeführt wird, und gleichzeitig in anderen Bereichen des Blechbauteils die zweite Falzstufe abgearbeitet wird. Beim weiteren Drehen des Blechbauteils führt der erste Industrieroboter 38 dann die Falzstufe 3 und der zweite Industrieroboter 40 eilt mit der Falzstufe 4 hinterher. Diese Falzstufen werden solange durchgeführt, bis der Falzprozess abgeschlossen ist, wenn das Blech fertig gefalzt ist.

10: Blechbauteil
11: Falzrolle
11': Falzrolle
12: Rollfalzkopf
12': Rollfalzkopf
14: Roboterarm
14': Roboterarm
16: Pfeil der Kraft in Normalenrichtung
18: Pfeil der Umformkraft
20: Drehachse des Rollfalzkopfes
22: Vorschubkraft
24: Pfeil, der die Stellrichtung zeigt
26: Anstellwinkel
28: Pfeil, der die Bahntangente anzeigt
30: Kante des Blechbauteils, Blechkante
32: Seite des Blechbauteils
34: Rollfalzvorrichtung
36: Blechbauteilauflagebett oder Rollfalzbett
38: erster Industrieroboter
40: zweiter Industrieroboter
41: Niederhalter
42: Drehrichtung des Bauteileauflagebetts
44: Rollfalzkopf
46: erste Falzrolle
48: zweite Falzrolle
50: dritte Falzrolle
52: vierte Falzrolle
54: Anschlussstelle an den Roboterarm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10011854 A1 [0004, 0004]
- DE 102005004474 B3 [0005]

Claims

Rollfalzvorrichtung zum Rollfalzen von Blechbauteilen (10), aufweisend: mindestens einen Industrieroboter (38) mit einem von einer Robotersteuerung gesteuert bewegbaren, an seinem Roboterarm (14) angeordneten Rollfalzkopf (11) mit mindestens einer Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) und einem Blechbauteilauflagebett (36) zur Aufnahme des Blechbauteils (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilauflagebett (36) während des Rollfalzprozesses bewegbar, insbesondere drehbar, ist, wobei der Rollfalzprozess Falzstufen aufweist, die von dem mindestens einen Industrieroboter (38) durchgeführt werden.
Rollfalzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilauflagebett (36) kontinuierlich oder getaktet drehbar ist.
Rollfalzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Industrieroboter (40) mit einem an seinem Roboterarm (14') angeordneten Rollfalzkopf (11') vorgesehen ist, wobei der erste und der zweite Industrieroboter (38, 40) gleichzeitig an verschiedenen Bereichen der Blechbauteils (10) jeweils eine Falzstufe ausführen.
Rollfalzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilauflagebett (36) von der Robotersteuerung des Industrieroboters (38, 40) gesteuert bewegbar, insbesondere drehbar, ist.
Rollfalzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilaufnahmebett (36) als siebte Achse des Industrieroboters (38, 40) von der Robotersteuerung ansteuerbar ist.
Rollfalzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Ermittelung einer Radialkraft der Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) auf die Blechkante (30) des Blechbauteils (10) vorgesehen ist.
Rollfalzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkraft der Falzrollen (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) des Rollfalzkopfes (11, 11', 44) auf die Blechkante (30) des Blechbauteils (10) derart gesteuert veränderbar ist, dass die Kraft, die auf die Blechkante (30) wirkt, an jeder Stelle der Blechkante (30) gleich ist oder einen gewünschten, vorzugsweise einstellbaren Wert aufweist.
Rollfalzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollfalzkopf (11, 11', 44) eine Federung und/oder eine Hydraulikeinrichtung und/oder eine Pneumatikeinrichtung aufweist, mittels der die Kraft gesteuert veränderbar ist.
Rollfalzzelle mit mindestens einer Rollfalzvorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rollfalzzelle derart aufgebaut ist, dass unterschiedliche Blechbauteile in dieser ohne Umrüstzeiten bearbeitbar sind.
Rollfalzverfahren zum Erzeugen einer Falzverbindung an einem Blechbauteil (10) mittels eines von einem Industrieroboters (38) geführten Rollfalzkopfes (11) mit mindestens einer Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilauflagebett (36) während eines Rollfalzprozesses kontinuierlich oder getaktet gedreht wird, wobei der Industrieroboter (38) die Falzstufen durchführt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Falzstufe des Rollfalzprozesses von einem Rollfalzkopf (11, 44), der an einem Roboterarm (14) eines ersten Industrieroboters (38) angebracht ist, durchgeführt wird und eine zweite Falzstufe des Rollfalzprozesses von einem Rollfalzkopf (11', 44), der an einem Roboterarm (14') eines zweiten Industrieroboter (40) angeordnet ist, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Industrieroboter (38) eine nächste, insbesondere dritte, Falzstufe des Rollfalzprozesses ausführt und der zweite Industrieroboter (40) eine übernächste, insbesondere vierte, Falzstufe ausführt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass so viele Falzstufen nacheinander von dem ersten und dem zweiten Industrieroboter (38, 40) ausgeführt werden, wobei immer zwei Falzstufen an verschiedenen Bereichen des Blechbauteils (10) gleichzeitig ausgeführt werden und das Blechbauteil (10) gedreht wird, bis der Falzprozess abgeschlossen ist und das Blechbauteil (10) fertig gefalzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteilauflagebett (36) von einer Robotersteuerung des Industrieroboters (38, 40) als dessen siebte Achse gesteuert bewegt, insbesondere gedreht, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Radialkraft der Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) ermittelt und analysiert wird und daraus eine Verfahrbahn für die Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) während des Rollfalzprozesses so ausgelegt wird, dass die Kraft, die die Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) auf die Blechkante (30) des Blechbauteils (10) ausübt an allen Stellen an der Blechkante (30) gleich ist oder einen gewünschten, vorzugsweise einstellbaren Wert erhält.
Steuerungseinrichtung für eine Rollfalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Blechbauteilauflagebett (36) der Rollfalzvorrichtung (34) als siebte Achse einer Robotersteuerung gesteuert bewegbar, insbesondere drehbar, ist.
Steuerungseinrichtung für eine Rollfalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verfahrbahn der Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) mittels einer ermittelten und analysierten Radialkraft der Falzrolle (12, 12', 46, 48, 50, 52, 54, 56) steuerbar ist.