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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum automatisierten umfänglichen Umwickeln von sich in
axialer Richtung erstreckenden Gegenständen, insbesondere
Kabel oder Kabelsträngen, wie sie z. B. in der Automobilindustrie
als Kabelbaum eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere
ein Wickelband sowie ein Befestigungselement, die zum automatisierten
umfänglichen Umwickeln eingesetzt werden.
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Kabelbäume
werden häufig im Automobilbau eingesetzt. Ein Kabelbaum
ist ein Strang von Kabeln, die Signale bzw. Informationen oder Arbeitsströme (Energie) übertragen.
Die Kabel werden z. B. durch Schellen, Kabelbinder oder Schläuche
zusammengefasst. Moderne Kraftfahrzeuge können über
elektrische Leitungen verfügen, die in ihrer Summe eine Entfernung
von mehreren Kilometern erreichen können.
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Die
Kabel des Strangs werden nach Konstruktionsvorgaben auf einer speziellen
Werkbank (Wickelplatz) oder auf einem Nagelbrett (Formbrett) zu
einem Kabelbaum kombiniert und miteinander verklammert, d. h. konfektioniert.
Ein derartiger Baum ist nur noch begrenzt flexibel und kann anschließend
eingebaut werden. Kabelbäume werden in der Regel nach geometrischen
und elektrischen Anforderungen konfektioniert. Trotz voranschreitender
Automatisierung werden Kabelbäume in der Fahrzeugindustrie
weiterhin größtenteils manuell gefertigt. Dies
liegt u. a. in den vielen verschiedenen beteiligten Bewegungsabläufen,
wie z. B.: dem Einfädeln von Leitungen in Schläuche;
dem Umwickeln mit Gewebeband, insbesondere auch an Abzweigungen von
Leitungssträngen; dem Anschlagen von Kontakten an die Leitung,
insbesondere bei sogenannten Doppelanschlägen (zwei Leitungen
an einem Kontakt); dem Ineinanderstecken von Schläuchen;
oder dem Fixieren von Strängen mit Bändern, Schellen oder
Kabelbindern.
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Diese
Bewegungsabläufe sind offensichtlich schlecht automatisierbar.
Automaten lassen sich bisher nur begrenzt einsetzen. Jedoch sind
entsprechende Tätigkeiten auch mit einer geringen beruflichen
Qualifikation schnell zu erlernen. Damit ist eine manuelle Fertigung
nach wie vor kostengünstiger als eine Automatisierung.
Deshalb findet die Herstellung von Kabelbäumen meist im
Ausland, insbesondere in Billiglohnländern statt.
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Bei
verschiedenen Fahrzeugen, wie z. B. LKWs, kommt eine große
Variantenvielfalt hinzu, die durch verschiedene Konfigurationen
und Fahrzeuglängen bedingt ist, so dass nur sehr geringe
Losgrößen (bis zu 1) erzielbar sind. Nichtsdestotrotz
werden verschiedene Varianten an denselben Formbrettern gefertigt.
Gerade hier ist der Mensch gegenüber der Maschine im Vorteil,
da er sich in kurzer Zeit, ohne ”Reprogrammierung”,
auf unterschiedliche Varianten umstellen kann.
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Eine
Vorfertigung kann aber teilweise automatisiert werden. Dies betrifft
u. a.: das Schneiden von Einzelleitungen (Schneidemaschinen); das
Anschlagen von Kontakten an einer oder beiden Seiten einer Leitung;
das teilweise Bestücken der Steckergehäuse mit
vorkontaktierten Leitungen; Verschweißen mehrerer Leitungsenden
(Schweißautomat); oder Verdrillen von Leitungen.
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Nachteilig
am manuellen Fertigungsprozess ist jedoch eine höhere,
zu erwartende Fehlerquote bzw. ein höherer Qualitätssicherungsaufwand.
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Herkömmliche,
manuell konfektionierte Kabelbäume werden an Automobilhersteller
geliefert und in deren Endmontage in Fahrzeuge eingebracht. Hier
stellt sich zusätzlich das Problem, wie man Kabelbäume
im Kraftfahrzeug befestigt. Es sind Kunststoffbefestigungselemente
aus den Dokumenten
DE 295 10
148 und
DE 103 49 046 bekannt.
Diese Befestigungselemente müssen jedoch manuell am Kabelbaum
angebracht werden. Dies erfordert eine manuelle axiale wie auch
umfänglich exakte Positionierung am Kabelbaum.
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Erste
Ansätze für teilautomatisierte Lösungen
zeigen die
US 4,265,687 ,
US 4,368,762 und
US 4,371,010 . Diese Gerate
weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie zu schwer und zu sperrig
sind. Im Zuge der Entwicklungen im Bereich der Mikroelektronik ist daher
das Bedürfnis nach kompakteren und zuverlässig
arbeitenden Bindeeinrichtungen gewachsen. Eine exemplarische Bindeeinrichtung
ist in der o. g.
US 4,265,687 beschrieben.
Bei diesem Werkzeug ist ein bewegliches Führungselement
vorgesehen, welches in einer ersten Stellung ein Kabelbündel
in den Wickelbereich aufnehmen kann und in einer zweiten Stellung
das Kabelbündel umgreift, so dass ein Wickelband um das
Kabelbündel herum geführt werden kann. Das Wickelband
wird mit dem Kabelbündel mittels Ultraschall verschweißt.
Dazu wird eine Sonotrode mit einem zangenartigen Amboss verwendet.
Die Zangen des Amboss sind jeweils L-förmig ausgebildet
und ragen während eines Schweißvorgangs in das
vom Wickelband umwickelte Kabelbündel hinein. Eine ähnliche
Problematik ist in dem Dokument
DE 34 13 099 C2 beschrieben. Während
des Schweißvorgangs kann es passieren, dass Leitungen des Strangs
unbeabsichtigt mitverschweißt werden. Ferner hinterlassen
die L-förmigen Gegenstücke nach dem Herausziehen
aus dem Kabelbündel nach einem erfolgten Schweißvorgang
einen Luftspalt, so dass die zuvor festgezogenen Leitungen unter
Umständen wieder lose sein können.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und
Verfahren bereitzustellen, mit dem Kabel, Kabelstränge
und Kabelbäume automatisiert gebunden und mit einem Befestigungselement
in einer gewünschten Umfangsposition angeordnet werden
können. Insbesondere sind unbeabsichtigte Verbindungen
zwischen dem Wickelband und dem zu umwickelnden Gegenstand zu vermeiden.
Weiterhin sind Luftspalte zwischen den zu umwickelnden Gegenständen
so klein wie möglich zu halten. Dabei wird ein besonderer
Wert auf die Prozesssicherheit und eine geringe Fehlerquote gelegt. Das
System sollte derart kostengünstig sein, dass es in Industrieländern
implementierbar ist. Die Befestigungselemente sollten bereits bei
der Herstellung des Kabelbaums am richtigen Ort, hinsichtlich des Kabelbaumumfangs,
fixiert werden
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Es
wird eine Vorrichtung zum automatisierten umfänglichen
Umwickeln eines sich in axialer Richtung erstreckenden Gegenstands,
insbesondere eines Kabels oder eines Kabelstrangs, mit einem Wickelband
in einer zur axialen Richtung des Gegenstands im Wesentlichen senkrecht
orientierten Wickelebene offenbart, wobei das Band mit einem Befestigungselement
verbindbar ist und wobei die Vorrichtung aufweist: eine Greifeinrichtung
mit zumindest einer ersten Backe und einer zweiten Backe, die derart
relativ zueinander beweglich gelagert sind, dass die Backen in einer
geschlossenen Stellung zur Umwicklung mit dem Band einen Wickelbereich
umgreifen, in welchen der zu umwickelnde Gegenstand verbracht wird,
während sich die Backen in einer geöffneten Stellung
befinden, wobei die Backen derart ausgebildet sind, dass das Befestigungselement
und das Wickelband umfänglich um den zu umwickelnden Gegenstand
herum geführt werden können; ein Fügewerkzeug
zum Verfügen von zumindest Teilen von sich überlappenden
Abschnitten des Bands, wenn das Band zumindest einmal vollständig
um den zu umwickelnden Gegenstand herum geführt wurde, wobei
das Werkzeug angepasst ist, das Band separat von dem zu umwickelnden
Gegenstand mit dem Befestigungselement zu verfügen; eine
erste Zuführeinrich tung, um der Greifeinrichtung das vorzugsweise
endlos vorgesehene Band während des Umwickelns mit einem
Vorschub zuzuführen und während eines Straffspannens
des Bands zurückzuziehen; eine zweite Zuführeinrichtung,
um der Greifeinrichtung das Befestigungselement zuzuführen;
und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, eine Arretierung
des Befestigungselements an einer vorgegebenen Umfangsposition relativ
zum Gegenstand zu veranlassen, und die weiter eingerichtet ist,
die erste Zuführeinrichtung dazu zu veranlassen, das Band
relativ zum Befestigungselement um eine vorgegebene Bandlänge
vorzuschieben.
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Mit
einer derartigen Vorrichtung lassen sich viele Vorgänge
automatisieren. Die Umwicklung eines Kabelbaums mit einem erfindungsgemäßen
Wickelband wird automatisiert. Das Anbringen eines Befestigungselements
an dem Wickelband wird automatisiert. Die Positionierung des Befestigungselements
relativ zum Umfang des zu umwickelnden Gegenstands wird automatisiert.
Eine derartige Vorrichtung lässt sich ohne Probleme an
einen modernen mehrachsigen Industrieroboter anbauen, so dass die Vorrichtung
sogar in einer voll automatisierten Automobilfertigungslinie eingesetzt
werden kann.
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Das
manuelle Herstellen von Kabelbäumen in Billiglohnländern
entfällt. Entsprechende Arbeiten können wieder
vor Ort durchgeführt werden, und zwar zu einem kostengünstigeren
Preis. Die Anstrengungen, die im Zusammenhang mit einer Qualitätssicherung
durchgeführt werden müssen, sind erheblich niedriger
als bei einer manuellen Konfektionierung. Es werden enorme Qualitätsverbesserungen
erreicht.
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Mittels
der vorgegebenen Bandlänge lässt sich die relative
Position des Befestigungselements am Umfang des zu umwickelnden
Gegenstands vorherbestimmen. Je mehr Vorlaufbandlänge vorgesehen
wird, desto weiter wird das Befestigungselement von einer Nahtstelle
entfernt sein, wo das sich überlappende Wickelband nach
einem erfolgten Straffspannen des Bands z. B. verschweißt
wird.
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Außerdem
kann die zweite Zuführeinrichtung eine Mitnehmereinheit
aufweisen, die das Befestigungselement aufnimmt, die entlang den
Backen in die vorgegebene Umfangsposition verfahren wird und die
in der Umfangsposition arretierbar ist.
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Bei
dieser Ausführungsform ist die zweite Zuführeinrichtung
bzw. deren Mitnehmereinheit dafür verantwortlich, dass
das Wickelband mit dem Befestigungselement an die richtige Umfangsposition
verbracht wird, bevor das Band zum Zwecke eines Straffspannes zurückgezogen
wird. In diesem Fall wäre es also vollkommen ausreichend,
dass das Wickelband der Greifeinrichtung z. B. mittels Schwerkraft
zugeführt wird. Ferner wäre es ausreichend, wenn
die Zuführeinrichtung lediglich über einen Rückzugantrieb,
nicht jedoch über einen Vorschubantrieb, für das
Band verfügen würde.
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Alternativ
kann eine Arretiereinrichtung für das Befestigungselement
vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung entlang den Backen verstellbar
ist.
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Bei
dieser alternativen Ausführungsform ist die erste Zuführeinrichtung
mit einem Vorschubantrieb versehen, um das Band bis zu einer endgültigen Umwicklung
des zu umwickelnden Gegenstands vorzuschieben. Das über
die zweite Zuführeinrichtung, z. B. ein Traktorrad, vorgesehene
Befestigungselement könnte z. B. vorab am Band befestigt
werden und dann mit dem Band gemeinsam entlang den Backen der Greifeinrichtung
in die Umfangsposition geführt werden. Die Arretiereinrichtung
für das Befestigungselement wird in diese gewünschte
Umfangsposition verfahren, um dort das Befestigungselement aufzunehmen
und zu arretieren, sobald das Band zum Zwecke eines Straffspannes
wieder zurückgezogen wird.
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Sollte
sich die Umfangsposition bei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten ändern,
so könnte die Arretiereinrichtung die gewünschte
Umfangsposition jeweils isoliert anfahren. Vorzugsweise weisen die Backen
entsprechende Führungen, wie z. B. Nuten, auf, entlang
denen die Arretiereinrichtung und das Wickelband geführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist das Werkzeug in Umfangsposition relativ
zur Greifeinrichtung schwenkbar gelagert.
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Diese
Maßnahme hat zwei voneinander unabhängige Vorteile.
Zum einen kann das Werkzeug als Abtrenneinrichtung für
das (endlos vorgesehene) Band verwendet werden. Sobald das Befestigungselement
mit dem Band und das Band wiederum mit sich selbst verbunden ist,
kann das Werkzeug in der Umfangsrichtung verschwenkt werden, um
als eine Art Schneide eingesetzt zu werden, damit das restliche
Band abgetrennt werden kann. In diesem Fall kommt es zu keinen Vorsprüngen
am Band, die, sollte der zu umwickelnde Gegenstand anschließend noch
in einen Schlauch eingeführt werden, ein Einführen
in den Schlauch verhindern würden. Zum anderen können
sich überlappende Bereiche des Bands ohne Probleme miteinander
verbunden werden, unabhängig davon, an welcher Umfangsposition sich
die überlappenden Bereiche relativ zum zu umwickelnden
Gegenstand befinden. Es ist z. B. möglich, dass die vorgegebene
Umfangsposition des Befestigungselements von Clip zu Clip variiert,
je nach dem wo der Clip in Bezug auf die Länge des Kabelbaums
zu befestigen ist (z. B. einmal bei 90° und ein anderes
Mal bei 270°). An diese Gegebenheiten muss sich das Fügewerkzeug
anpassen können.
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Deshalb
kann es auch von Vorteil sein, wenn das Werkzeug in einer Ebene
schwenkbar gelagert ist, die senkrecht zur Querschnittsebene des
Gegenstands orientiert ist.
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Die
eben genannte Verschwenkbarkeit ist jedoch insbesondere bei der
Verwendung eines Wickelbands von Vorteil, welches einen Kernbereich und
seitlich davon abstehende Laschenbereiche aufweist, wobei die Laschenbereiche
miteinander zu verbinden sind und der Kernbereich (lediglich) am
zu umwickelnden Gegenstand anliegt. Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass die Verbindungsrichtung der Laschen mit einem Winkel gegenüber
der Verbindungsrichtung zwischen Band und Gegenstand verläuft.
Somit verringert sich das Risiko, dass der Gegenstand unbeabsichtigt
mit dem Wickelband verschweißt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Werkzeug einen in
radialer Richtung beweglichen Schweißkopf, insbesondere
eine Sonotrode, und ein Schweißgegenelement auf.
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Sonotroden
sind Werkzeuge, die durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen
Schwingungen (Ultraschall) in Resonanzschwingungen versetzt werden.
Sie stellen die Verbindung eines Ultraschallgenerators zu einem
Werkstück her und passen die Ultraschallschwingung an eine
Bearbeitungsaufgabe an (Impedanzanpassung). Sonotroden werden beim
Ultraschallschweißen eingesetzt, um in Füge- bzw.
Kontaktzonen aufgrund verschiedener Prozesse eine dauerhafte Verbindung
der Bauteile herzustellen. Sonotroden werden gewöhnlich
aus Aluminium, Titan oder Stahl gefertigt. Ihre Geometrie ist abhängig
von der durch den eingesetzten Generator bereitgestellten Frequenz
und von der Bearbeitungsaufgabe. Beim Ultraschweißen wird
die Verbindung durch Kraft und Bewegung erzeugt. Die in einer Fügezone
auftretende Temperaturerhöhung dient lediglich zur Unterstützung
des Schweißvorgangs. Fügekräfte und Ultraschallschwingung
weisen die selben Wirkrichtungen auf. Eingeleitete Longitudinalwellen bewirken
eine Druckschwellbeanspruchung im Werkstoff und in der Fügezone,
die zu einer Plastifizierung des Werkstücks führt.
Es entsteht eine dauerhafte, mechanisch stabile Verbindung.
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Prozessseitige
und werkstoffseitige Schweißeinflussgrößen
werden entsprechend eingestellt. Prozessseitige Parameter sind:
Schweißamplituden, Schweißkraft sowie die eingebrachte Schweißzeit
bzw. Schweißgeschwindigkeit, die die Höhe der
jeweils eingebrachten Schweißenergie pro Fläche
bestimmt. Die Schweißfrequenzen sind für die jeweiligen
Schweißanlagen fest vorgegeben. Übliche Arbeitsfrequenzen
liegen zwischen 20 und 40 KHz. Die Schwingungsamplitude kann im
Bereich von 5 bis 40 μm variieren. Die erforderliche Schweißzeit
liegt bei der Herstellung punktueller Verbindungen unter 3 Sekunden.
Schweißnähte können mit einer Geschwindigkeit
von bis zu 25 m pro Minute erzeugt werden.
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Eine
Abstimmung der Prozessgrößen muss stets unter
Berücksichtigung der werkstoffseitigen Einflussgrößen
erfolgen. So wirken sich insbesondere die physikalischen und technologischen
Eigenschaften des Fügeteils auf die Ultraschallschweißbarkeit
aus. Eine hohe Härte und ein hoher G-Modul unterstützen
beispielsweise die Übertragbarkeit der Ultraschallenergie.
Eine höhere Duktilität des Werkstoffs fördert
hingegen die optimale Schweißflächenausbildung.
Auch eine Oberflächenrauhigkeit ist beim Ultraschallschweißen
von großer Bedeutung. Mittenrauhigkeitswerte von über
20 μm führen zu punktuellen Energieübertragungen
an nur wenigen Rauhigkeitsspitzen. Dadurch kommt es an diesen Stellen
zu sogenannten ”Hot Spots” mit starken Temperaturgradienten
zum umgebenden Material.
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Vorzugsweise
weist das Gegenelement des Fügewerkzeugs zwei zangenartige
Gegenstücke auf, die sich in einer geschlossenen Stellung
nicht berühren.
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Indem
sich die Gegenstücke nicht berühren, umgreifen
sie das Band nicht vollständig. Somit ist es möglich,
dass das Band lediglich hintergriffen wird und dass Fügevorgänge
vorzugsweise nur seitlich, d. h. außerhalb des Kernbereichs
des Bands, stattfinden. Luftspalte durch ein Herausziehen von sich
in einer geschlossenen Stellung berührenden Gegenstücken,
wie es im Stand der Technik üblich ist, wird vermieden.
Die gewünschte, dichte Packung von Kabeln in einem Kabelbaum
kann beibehalten werden. Sie wird nachträglich nicht verändert.
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Insbesondere
sind die Gegenstücke so ausgebildet, dass allein die Laschen
des Bands miteinander verschweißt werden. Eine Verschweißung
des Kerns mit dem zu umwickelnden Gegenstand findet nicht statt.
Somit ist ausgeschlossen, dass zum Beispiel die Isolierung von Kabeln
des Kabelstrangs durchschmoren und es zu Kurzschlüssen
kommt.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn ferner eine Trenneinrichtung vorgesehen
ist, die nach erfolgter Befestigung des Befestigungselements am
Gegenstand mittels des Bands das restliche Band abtrennt.
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Dies
ist insbesondere bei Verwendung eines endlosen Wickelbands von Vorteil.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
ist ferner ein Sensor zur Ermittlung einer Kraft vorgesehen, mit
der das Band zurückgezogen wird. Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass das Band immer mit einer gewünschten Zugkraft um den
zu umwickelnden Gegenstand gespannt wird. Die Kabel des Kabelbaums werden
nicht verquetscht, sind jedoch aber auch nicht lose. Ferner ist
so gewährleistet, dass das Befestigungselement an seiner
vorgegebenen Umfangsposition verbleibt. Je nach eingestellter Zugspannung
lässt sich das Befestigungselement nachträglich
in Umfangsrichtung und/oder auch in radialer Richtung des zu umwickelnden
Gegenstands noch verstellen, um zum Beispiel die Montagetoleranzen auszugleichen.
Beim Montieren der Gegenstücke der Befestigungselemente
an der Karosserie tritt immer ein gewisses Spiel auf, so dass von
Vorteil ist, wenn man die vorgegebenen Positionen nachträglich
leicht verändern kann.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zum automatisierten umfänglichen Umwickeln
eines sich in radialer Richtung erstreckenden Gegenstands, insbesondere
eines Kabels oder Kabelstrangs, mit einem Wickelband vorgeschlagen,
und zwar in einer zur axialen Richtung im Wesentlichen senkrecht
orientierten Wickelebene, wobei das Band mit einem Befestigungselement
verbindbar ist, mit den folgenden Schritten: Zuführen des
Bands; Zuführen des Befestigungselements; Vorschieben des
Bands um eine vorgegebene Bandlänge relativ zum Befestigungselement,
und anschließendes Miteinanderverfügen des Bands
und des Befestigungselements; Verbringen des Gegenstands in einen
Wickelbereich; Bewegen des Befestigungselements in eine vorgegebene Umfangsposition
in Bezug auf den Gegenstand und Arretieren des Befestigungselements
in der Umfangsposition; Straffspannen des Bands um den Gegenstand
herum durch Zurückziehen des Bands, wenn das Band mittels
des Schritts des Miteinanderverfügens am Befestigungselement
fixiert ist und wenn das Befestigungselement in der Umfangsposition
arretiert ist; und Verfügen von sich überlappenden
Abschnitten des Bands.
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Mit
dem eben erläuterten Verfahren ist gewährleistet,
dass das Befestigungselement automatisiert in einer vorgegebenen
Umfangsposition am Kabelbaum befestigt wird.
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Der
Einsatz manueller Arbeit ist nicht mehr erforderlich. Die hohen
Qualitätsanforderungen werden erfüllt. Fertigung
bzw. Herstellung der Kabelbäume kann wieder in den Industrienationen
geschehen.
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Die
obigen Aufgaben werden mit einem Wickelband für eine automatisierte
umfängliche Umwicklung eines sich in axialer Richtung erstreckenden
Gegenstands, insbesondere eines Kabels oder eines Kabelstrangs,
gelöst, wobei das Band geeignet ist, um den Gegenstand
herumgewickelt zu werden und anschließend straff gespannt
und überlappend mit sich selbst verfügt zu werden
und wobei das Band aufweist: einen Kern, der eine Kontaktfläche
aufweist, die zur Anlage am Gegenstand bestimmt ist; und zumindest
eine seitlich vom Kern abstehende Lasche, wobei jede Lasche einen
derartigen Winkel mit der Kontaktfläche bildet, dass die
Lasche von einem Fügewerkzeug hintergreifbar ist, wenn
das Band um den Gegenstand gewickelt ist, ohne dass das Werkzeug
die Kontaktfläche hintergreift, während die Laschen
eines sich überlappenden Bandabschnitts miteinander verfügt
werden.
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Auf
diese Weise wird verhindert, dass das Band mit dem Gegenstand selbst
verschweißt wird. Luftspalte innerhalb der Kabel im Kabelbaum
werden vermieden, wie oben erläutert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist die Lasche einstückig
mit dem Kern ausgebildet.
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In
diesem Fall kann das Band extrudiert werden. Die Herstellung ist
prozesstechnisch einfach und günstig.
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Gemäß einer
weiteren besonderen Ausgestaltung ist auf einer der Kontaktfläche
gegenüber liegenden Seite des Kerns zwischen der Lasche
und dem Kern eine Einschnürung vorgesehen, wobei die Einschnürung
im Wesentlichen in Längsrichtung des Bandes verläuft.
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Die
Einschnürung erhöht die Flexiblität der Laschen
gegenüber dem Kern. Dies kann von Vorteil sein, wenn die
Laschen im Verhältnis zu den Gegenstücken der
Sonotrode relativ klein ausgebildet sind bzw. wenn die Gegenstücke
nicht spitz genug sind, um die Lasche sicher zu hintergreifen. In
diesem Falle ist es möglich, die flexiblen Laschen vom
zu umwickelnden Gegenstand wegzubiegen, insbesondere während
des Schweißvorgangs. Auf der anderen Seite ermöglichen
die Einschnürungen ein Anliegen der Laschen am zu umwickelnden
Gegenstand nach einem erfolgten Schweißvorgang.
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Insbesondere
ist das Band aus einem schweißfähigen, elastischen
Kunststoff, insbesondere mit einer vorgegebenen Zugfestigkeit in
Längsrichtung des Bands, gebildet.
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Vorzugsweise
weist der Kern einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.
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Eine
der langen Seiten dient als Anlagefläche am Gegenstand
bzw. am Befestigungselement. Das Band liegt üblicherweise
plan am Gegenstand.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn sich ein Querschnitt der Lasche nach außen,
in Bezug auf den Kern, verjüngt.
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Je
geringer die miteinander zu verfügenden Materialschichten
der Laschen sind, desto kürzer kann die Schweißzeit
sein bzw. desto sicherer ist eine dauerhafte und feste Verbindung
der sich überlappenden Bandabschnitte. Des Weiteren sind
Bereiche mit geringerer Materialstärke flexibler als Bereiche
mit größeren Materialstärken. Dies erleichtert
es den Gegenstücken der Sonotrode, das Wickelband beim
Verfahren in ihre Schließstellung zu hintergreifen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Oberfläche
der Lasche ausreichend groß gewählt, um eine dauerhafte
Verfügung von sich überlappenden Laschen zu gewährleisten.
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Die
Lasche darf natürlich auch nicht zu klein sein, da sie
anderenfalls den hohen Beanspruchungen, die durch das Straffspannen
des Wickelbands hervorgerufen werden, nicht standhalten kann.
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Insbesondere
ist die Kontaktfläche des Kerns kantenfrei ausgebildet.
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Mit
dieser Maßnahme wird gewährleistet, dass sich
das Wickelband möglichst plan an den zu umwickelnden Gegenstand
anlegt. Ein Einschnüren des zu umwickelnden Gegenstands
durch das Band wird verhindert.
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Alternativ
kann die Kontaktfläche mit einem Kleber beschichtet sein.
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In
diesem Falle wird ein dauerhaftes Beibehalten der vorgegebenen Umfangsposition
sichergestellt. Ein Verrutschen oder Verschieben des Wickelbands
in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung des Gegenstands kann
dann ausgeschlossen werden.
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Ferner
wird ein Befestigungselement zur Befestigung eines sich länglich
erstreckenden Gegenstands, insbesondere eines Kabels oder eines
Kabelstrangs, der mit einem Wickelband an einem Bauteil, insbesondere
einem Karosseriebauteil eines Fahrzeugs zu befestigen ist, mit einem
Körper beschrieben, der aufweist: ein erstes Wangenglied;
ein zweiten Wangenglied, und zumindest zwei Verbindungsstreben,
die die Wangenglieder in Längsrichtung des Körpers
miteinander verbinden und die eine Öffnung zur Aufnahme
des Bands definieren, wobei das Band im Wesentlichen quer, insbesondere
senkrecht zur Längsrichtung, in die Öffnung einführbar
ist, um den Gegenstand unabhängig mit dem Band zu umwickeln.
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Das
Befestigungselement ist so ausgebildet, dass es automatisiert zusammen
mit einem Wickelband um einen Kabelstrang gewickelt werden kann, um
einen Kabelbaum herzustellen. Keine manuellen Handgriffe sind erforderlich,
um das Befestigungselement an eine vorbestimmte Umfangsposition
relativ zum zu umwickelnden Gegenstand zu bringen.
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Das
Befestigungselement kann zum Beispiel auf einen Dorn in einer Karosserie
geklemmt werden, da es vorzugsweise ein erstes Klemmglied aufweist, das
mit einem zweiten Klemmglied eine Klemmeinheit bildet, wobei das
zweite Klemmglied mit dem Bauteil verbunden ist.
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Vorzugsweise
weist das Befestigungselement eine trichterförmige Öffnung
auf.
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Eine
trichterförmige Öffnung erleichtert die Einführung
des Bands in das Befestigungselement, insbesondere wenn eine Maschine
verwendet wird.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn das erste Klemmglied ein Loch ist.
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In
diesem Fall stellt das zweite Klemmglied eine Art Dorn oder einen
Bolzen dar, auf den das Befestigungselement gesteckt werden kann.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn eine Kontaktseite des Körpers an
eine zu kontaktierende Kontur des Gegenstands angepasst ist.
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Dadurch
ist gewährleistet, dass die möglichst enge Packung
der Kabelstränge während des automatisierten Umwickelvorgangs
erhalten bleibt.
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Insbesondere
wird die Kontaktseite von Teilen der Wangenglieder definiert. Dabei
kann jedes der Wangenglieder eine Kontaktfläche aufweisen,
die einen elastischen, in Richtung des Gegenstands vorstehenden
Bereich aufweist.
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Die
Wangenglieder tragen dazu bei, die Komponenten des zu umwickelnden
Gegenstands eng gegeneinander zu pressen. Eine möglichst
dichte Packung wird beibehalten. Toleranzen können so ausgeglichen
werden.
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Außerdem
kann die Kontaktseite durch eine der Verbindungsstreben definiert
sein. Dies erleichtert die Justage des Befestigungselements am zu umwickelnden
Gegenstand.
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Insbesondere
ist die Verbindungsstrebe balkenförmig ausgebildet, so
dass die Ausrichtung vorzugsweise in Längsrichtung des
zu umwickelnden Gegenstands erfolgt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine dritte Verbindungsstrebe
vorgesehen.
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Eine
dritte Verbindungsstrebe erhöht die Verbindungssteifigkeit
des Befestigungselements.
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Ferner
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine weitere Seite
des Körpers, die im eingebauten Zustand dem Bauteil zugewandt
ist, eine oder mehrere aus der Seite vorstehende Abstandsnasen aufweist.
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Im
eingebauten Zustand des Befestigungselements lässt sich
das Befestigungselement dann einfacher zum Beispiel von einer Karosserie
wieder lösen. Das Befestigungselement sitzt wegen den Abstandsnasen
nicht plan auf der Karosserie auf und kann so zum Beispiel mit einem
Schraubenzieher untergriffen werden, um das Befestigungselement
zu lösen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematisierte Seitenansicht einer Vorrichtung zum automatisierten
Umwickeln von Gegenständen, insbesondere Kabelbäumen,
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
vergrößerte Ansicht einer Greifeinrichtung, einer
ersten Zuführeinrichtung und einer zweiten Zuführeinrichtung
der 1, wobei sich die Greifeinrichtung in einer geschlossenen
Stellung befindet;
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3 die
Greifeinrichtung der 2 in einer geöffneten
Stellung, wobei ein Kabelstrang in die Greifeinrichtung eingeführt
wird;
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4 eine
isolierte Darstellung der Greifeinrichtung der 1 bis 3,
wobei zusätzlich ein Fügewerkzeug dargestellt
ist;
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5 die
Elemente der 4, wobei ein Befestigungselement
mit dem Fügewerkzeug am Wickelband fixiert wird;
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6 die
Elemente der 5 zu einem späteren
Zeitpunkt, wenn ein Kabelstrang mit dem Band umwickelt wird, wobei
das Befestigungselement in einer vorgegebenen Umfangsposition arretiert
ist;
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7 eine
Alternative zur 6, wobei das Befestigungselement
erst in der Umfangsposition am Band fixiert wird;
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8 den
Kabelstrang in einem umwickelten Zustand, wobei das Band straff
gespannt wird und die Spannkraft mittels eines Sensors bestimmt wird;
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9 den
Kabelstrang in einem umwickelten und fixierten Zustand, wobei das
restliche Band mittels des Fügewerkzeugs abgetrennt ist;
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10 ein
Flussdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11 eine
teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines Bands gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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12 einen
Querschnitt des Bands der 11;
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13 eine
alternative Ausführungsform des Bands gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei sich Abschnitte des Bands überlappen;
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14 ein
sich überlappendes Band, kurz bevor es mittels dem Fügewerkzeug
fixiert wird, wobei Gegenstücke des Fügewerkzeugs
Laschen des Bands hintergreifen;
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15 eine
schematisierte isometrische Ansicht eines Befestigungselements gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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16 eine
teilweise geschnittene Ansicht des Befestigungselements der 15.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung werden gleiche Merkmale
mit ähnlichen Bezugszeichen versehen werden. Wo identische
Bezugszeichen verwendet werden, sind die Merkmale unverändert.
Abweichungen und Abwandlungen werden explizit erwähnt werden.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die an einem mehrachsigen Roboter angebracht ist.
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Die
Vorrichtung 10 weist eine Greifeinrichtung 12 auf,
die wiederum eine erste Backe bzw. Zange 14 und eine zweite
Backe bzw. Zange 16 umfasst. Die erste Backe 14 und
die zweite Backe 16 sind in der 1 in einer
geschlossenen Stellung dargestellt. Die Backen 14, 16 sind
beweglich zueinander gelagert. Im konkreten Beispiel der 1 sind
die Backen 14, 16 schwenkbar zueinander gelagert,
wobei die erste Backe 14 schwenkbar ist und die zweite Backe 16 starr
ist. Es versteht sich, dass beide Backen 14, 16 beweglich
sein könnten und dass die Backen 14, 16 alternativ
auch verschieblich gegeneinander gelagert sein könnten,
um geöffnet und geschlossen zu werden. Eine entsprechende Öffnungsbewegung
und Schließbewegung ist in 1 mit einem
Doppelpfeil 18 angedeutet.
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Die
Backen 14, 16 umgeben einen Wickelbereich 20,
in welchem, wie später noch ausgeführt werden
wird, Gegenstände, wie zum Beispiel Kabel oder Kabelstränge
automatisiert zusammengefasst und umwickelt werden können,
um zum Beispiel Kabelbäume herzustellen. Die (geometrische)
Mitte des Wickelbereichs 20 ist in 2 mit einem
Punkt 21 verdeutlicht.
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Die
Greifeinrichtung 12 ist, wie in 1 gezeigt,
in ein Gehäuse 22 der Vorrichtung 10 integriert.
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Die
Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine erste Zuführeinrichtung 24 sowie
eine zweite Zuführeinrichtung 26 auf. Mit der
ersten Zuführeinrichtung 24 wird hier ein endloses
Wickelband bzw. Band 28 von einer ersten Spule 30 in
Richtung eines Pfeils 32 abgewickelt, um an die Vorrichtung 10 geliefert
zu werden. Mit der zweiten Zuführeinrichtung 26 werden hier
in endloser Form vorgesehene Befestigungselemente 34 von
einer zweiten Spule 36 in Richtung eines Pfeils 38 abgespult,
um der Vorrichtung 10 zugeführt zu werden. Es
versteht sich, dass sowohl das Band 28 als auch die Befestigungselemente 34,
die wiederum später mit entsprechenden Gegenstücken zum
Beispiel an der Karosserie eines Autos zu verklemmen sind, auch
individuell, d. h. nicht endlos, zugeführt werden können.
Die Befestigungselemente 34 können auch an ein
Gurtband lösbar angeklebt sein. Die konkrete Ausgestaltung
des Bands 28 wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben
werden. Die konkrete Ausgestaltung des Befestigungselements 34 wird
unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben
werden, wobei es sich versteht, dass die in den 11 bis 16 gezeigten
Ausgestaltungen lediglich exemplarischer Natur sind und einer Vielzahl
von Abwandlungen unterworfen werden können.
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Die
Vorrichtung 10 der 1 weist
des Weiteren ein Fügewerkzeug 40 auf, mit dem
das Band 28, falls erforderlich, am Befestigungselement 34, zum
Beispiel einem Clip 34, fixiert werden kann. Das in der 1 nicht
explizit dargestellte Fügewerkzeug 40 dient des
Weiteren zum Verfügen von sich überlappenden Abschnitten
des Bands 28, wie es exemplarisch in der 14 gezeigt
ist.
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Bei
dem Fügewerkzeug 40 kann es sich um eine Thermoschweißeinheit,
eine Ultraschallschweißeinheit oder ähnliches
handeln. Nachfolgend werden Fügevorgänge mittels
Ultraschallschweißens bewirkt. Es versteht sich, dass andere
Verfahren, und somit andere Fügewerkzeuge 40,
verwendet werden können, um das Band 28 mit dem
Befestigungselement 34 und/oder sich selbst zu fixieren
bzw. zu verbinden.
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In 1 ist
die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung exemplarisch an einer Montageplatte 42 eines
mehrachsig ausgebildeten Industrieroboters 44 befestigt.
Dazu weist das Gehäuse 22 einen entsprechend ausgebildeten
Montageflansch auf, der an die Abmessungen der Montageplatte 42 angepasst
ist. Es versteht sich, dass die Vorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung auch in Form eines pistolenartig ausgebildeten
Handwerkzeugs realisiert werden kann, wobei die Spulen 30, 36 entsprechend
dimensioniert werden. Auch mit einem Handwerkzeug lassen sich lose
Kabelstränge automatisiert zusammenfassen, eng umwickeln
und mit einem Befestigungselement 34 in einer vorbestimmten
Umfangsposition in Bezug auf den zu umwickelnden Gegenstand, wie
es nachfolgend noch ausführlicher erläutert werden
wird, herstellen. Der Industrieroboter 44 wird dann durch
die Hand eines Arbeiters ersetzt.
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Die
Vorrichtung 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 46 auf,
die zum Koordinieren der verschiedenen Verfahrensschritte zum automatisierten Umwickeln
von sich länglich erstreckenden Gegenständen dient.
Die Steuereinrichtung 46 kann mit einem übergeordneten
Steuerungsrechner 48 über eine Leitung 50 (z.
B. eine Busleitung) verbunden sein. Die Verbindung kann jedoch alternativ
auch über eine drahtlose Verbindung 52 erfolgen.
Im Fall des Einsatzes des Industrieroboters 44 kann die Steuerung 46 auch
mit einer in der 1 nicht dargestellten speicherprogrammierba ren
Steuerung (SPS) des Roboters 44 verbunden sein, um die
Bewegungsabläufe des Roboters 44 mit den Verfahrensschritten
der Vorrichtung 10 zu koordinieren.
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Bezugnehmend
auf 2 ist eine isolierte Ansicht eines Teils der Vorrichtung 10 der 1 gezeigt.
Der Roboter 44 der 1 ist in 2 nicht
gezeigt. Gleiches gilt für die Spulen 30 und 36 für
das Band 28 bzw. die Befestigungselemente 34.
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In 2 ist
ein Kabelstrang 54 exemplarisch als zu umwickelnder Gegenstand
gezeigt. Der Kabelstrang 54 besteht zum Beispiel aus einer
Vielzahl von einzelnen Leitungen 56, die mittels der Vorrichtung 10 zu
einem Kabelbaum zusammengefasst werden sollen.
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Wie
in 1 ist die Greifeinrichtung 12 der 2 in
einer geschlossenen Stellung gezeigt. Die Backen 14, 16 sind
in einem Schwenklager 60 schwenkbar gegeneinander gelagert,
wobei hier exemplarisch lediglich die erste Backe 14 schwenkbar gelagert
ist. Eine Öffnungsrichtung der ersten Backe 14 ist
mit einem Pfeil 58 angedeutet.
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3 zeigt
die Vorrichtung 10 der 2 zu einem
zeitlich späteren Zeitpunkt. Die Greifeinrichtung 12 ist
in einer geöffneten Stellung gezeigt. Der Kabelstrang 54 wurde
in Richtung eines Pfeils 62 in den Wickelbereich 20 der
Greifeinrichtung 12 hinein bewegt. Der Kabelstrang 54 überdeckt
den Mittelpunkt 21 des Wickelbereichs 20 (vgl. 2).
Es versteht sich, dass der Kabelstrang 54 an jede beliebige Position
innerhalb des Wickelbereichs 20 in die Greifeinrichtung 12 eingeführt
werden könnte.
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4 zeigt
Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 der 1 bis 3.
Insbesondere sind in den nachfolgenden 4 bis 9 jeweils die
Greifeinrichtung 12 und Teile des Fügewerkzeugs 40 dargestellt.
In 4 ist mit dem Bezugszeichen 64 eine Führungsbahn
angedeutet, die innerhalb oder entlang der Backen 14, 16 verläuft.
Die Führungsbahn 64 umschließt den Wickelbereich 20 vollständig,
d. h. mit 360°. Die Führungsbahn 64 kann zum
Beispiel in Form einer innenumfänglich verlaufenden Nut
in den Backen 14, 16 ausgebildet sein, die an
die Kontur des Befestigungselements 34 angepasst ist. Die
Backen 14 und 16 können innen hohl sein,
um dem Band 26 und dem Befestigungselement 34 ausreichend
Raum zur Verfügung zu stellen, um innerhalb oder entlang
der Backen 14, 16 um den Wickelbereich 20 an
jede beliebige Stelle des Umfangs bewegt werden zu können.
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In 4 ist
die Greifeinrichtung 12 exemplarisch in der geschlossenen
Stellung gezeigt. Über die in der 4 nicht
dargestellte zweite Zuführeinrichtung 26 wird
ein Befestigungselement 34 bereitgestellt. Das Befestigungselement 34 kann Öffnungen zur
Aufnahme des Bands 28 aufweisen, wie es noch in Zusammenhang
mit den 15 und 16 ausführlicher
beschrieben werden wird. Die erste Zuführeinrichtung 28 führt
dann das Band 28 durch diese Öffnung im Befestigungselement 34 hindurch
und schiebt eine vorherbestimmbare Vorlauflänge 66 durch
das (bereits vereinzelte) Befestigungselement 34 hindurch.
Die Vorlauflänge 66 bestimmt, in welcher Position
das Befestigungselement 34 in Relation zum Umfang des zu
umwickelnden Gegenstands 54, der in den 4 und 5 nicht
gezeigt ist, angeordnet ist. Eine derartig vorbestimmte Umfangsposition
wird im Zusammenhang mit den 6 und 7 noch
ausführlicher erläutert werden.
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Nachdem
das Band 28 durch das Befestigungselement 34 mit
der vorbestimmten Vorlauflänge 66 hindurchgeführt
ist, kann ein Schweißkopf 70, insbesondere eine
Spitze eines Ultraschallschweißkopfs, in Richtung eines
Pfeils 68, d. h. in einer radialen Richtung im Bezugssystem
des zu umwickelnden Gegenstands, zum Befestigungselement 34 und dem
Band 28 hin bewegt werden, um diese aneinander zu fixieren.
Dies ist in 5 gezeigt. Der Schweißkopf 70 berührt
das Band 28 und heftet das Band 28 an das Befestigungselement 34.
Das Befestigungselement 34 weist dazu eine entsprechende Öffnung
auf, durch die der Schweißkopf 70 greifen kann.
Im vorliegenden Beispiel ist der Einsatz eines Gegenstücks,
wie zum Beispiel eines Ambosses, nicht erforderlich, da das Befestigungselement 34 in der
Führungsbahn 64 gehalten wird und somit selbst das
für den (Ultraschall-)Schweißvorgang benötigte Gegenstück
darstellt. Es versteht sich, dass das Band 28 und die Befestigungseinrichtung 34 auch
auf alternative Weisen miteinander verfügt werden könnten.
Die Elemente 28 und 34 könnten zum Beispiel miteinander
verklebt, vernietet, verpresst, oder ähnliches werden.
Das Befestigungselement 34 kann von hier nicht gezeigten
Ambosselementen während des Schweißens gehalten
werden. Die Ambosselemente sind dabei senkrecht zur Zeichnungsebene
beweglich gelagert. Die Schweißvorgang kann auch stattfinden,
wenn die Backen 14, 16 noch geöffnet
sind. Die Ambosselemente können später zur (Zu-)Führung des
Bands 28 eingesetzt werden.
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Nach
einem erfolgreichen Fixieren des Bands 28 am Befestigungselement 34 kann
der Schweißkopf 70 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt
werden. Diese Situation ist in 6 gezeigt.
Ferner ist der Kabelstrang 54 in der 6 bereits
in die Mitte 21 des Wickelbereichs 20 verbracht
worden. Dazu kann die erste Backe 14 in der Stellung der 5 geöffnet
werden, um den Kabelstrang 54, wie in 3 gezeigt,
in Richtung des Pfeils 62 in den Wickelbereich 20 zu
verbringen. Der Kabelstrang 54 kann jedoch alternativ auch
zuerst in den Wickelbereich 20 verbracht werden, und die
Fixierung des Bands 28 am Befestigungselement 34 erfolgt
erst nachfolgend. Der Kabelstrang 54 kann auch bei geschlossener
Stellung der Backen 14, 16 in den Wickelbereich 20 eingeführt
werden, indem er senkrecht zur Zeichnungsebene bewegt wird.
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In
der 6 ist das Band 28 bereits einmal vollständig,
d. h. um mindestens 360°, um den Kabelstrang 54 entlang
der Führungsbahn 64 geführt worden. Die
Vorlauflänge 66' der 6 unterscheidet sich
von der Vorlauflänge 66 der 4 und 5. Die
Vorlauflänge 66' ist größer
als die Vorlauflänge 66. Das Band 28 wird
in Richtung eines Pfeils 72 entsprechend vorgeschoben.
Dies kann entweder durch die erste Zuführeinrichtung 24 geschehen,
die dann mit einem entsprechenden Vorschubantrieb versehen ist.
Alternativ kann aber auch das Befestigungselement 34 mit
geeigneten Mitteln entlang der Führungsbahn 34 in
eine gewünschte Umfangsposition 73 verfahren bzw.
gezogen werden. Diese Mittel können Teil der zweiten Zuführeinrichtung 26 sein.
Alternativ können die Mittel auch separat zur zweiten Zuführeinrichtung 26 vorgesehen
sein. In 6 ist mit einer gestrichelten
Linie ein optionaler Mitnehmer 76 gezeigt, der zur Aufnahme
eines Befestigungselements 34 geeignet ist. Der Mitnehmer 76 kann
in der gewünschten Umfangsposition 71 arretiert
werden. Wenn das Band 28 an das Befestigungselement 34 geheftet
ist, kann der Mitnehmer 76 aus seiner Ausgangsposition
entsprechend der Stellung des Befestigungselements 34 in
den 4 und 5 auch das Band 28 mitziehen.
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Es
versteht sich, dass bei einer Ausgestaltung, bei der die erste Zufuhreinrichtung 24 das
Band 28 vorschiebt, das Anheften des Bands 28 an
dem Befestigungselement 34 auch erst am Ort der Umfangsposition 73 erfolgen
kann. Dazu, und aus anderen Gründen, kann das Fügewerkzeug 40 bzw.
der Schweißkopf 70 in der Umfangsrichtung schwenkbar relativ
zur Greifeinrichtung 12 bzw. zum Mitnehmer 76 gelagert
sein, wie es in 6 durch einen Pfeil 74 angedeutet
ist. Der Schweißkopf 70 lässt sich in
eine der Umfangspositionen 73 entsprechende Winkelstellung
um einen Winkel γ fahren, der in der 6 zwischen
270° und 360°, d. h. bei ca. 300° liegt.
Die Umfangsposition 73 wird unter anderem durch die Vorlauflänge 66 mitbestimmt.
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In 7 ist
die Variante gezeigt, bei der das Anheften des Bands 28 an
dem Befestigungselement 34 erst geschieht, wenn das Befestigungselement 34 in
die vorbestimmte Umfangsposition 73 verbracht ist. Es versteht
sich, dass der Mitnehmer 76' derart ausgebildet ist, dass
der Schweißkopf 70 das Band 28 an das
Befestigungselement 34 heften kann.
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Ferner
versteht es sich, dass die mit den Bezugsziffern 76 und 76' bezeichneten
Einheiten der 6 und 7 das Band
bzw. das Befestigungselement 34 nicht zwingend ”mitnehmen” müssen.
In diesem Fall sind die Einheiten 76 bzw. 76' entlang
der Führungsbahn 64 verfahrbar, dienen aber lediglich zum
Zwecke der Arretierung des Befestigungselements 34 in der
Umfangsposition 73. Die Fixierung des Befestigungselements 34 in
der Umfangsposition 73 ist deshalb wichtig, weil in einem
nächsten Verfahrensschritt das Band 28 zurückgezogen
wird, um eine Umhüllende um den Kabelstrangs 54 zu
legen und straff um den Kabelstrang 54 zu spannen, möglichst
ohne größere Abstände zwischen den einzelnen
Leitungen 56 des herzustellenden Kabelbaums. Dies ist in 8 gezeigt.
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Alternativ
kann anstatt der Einheiten 76, 76' im Bereich
des Backengelenks ein Gegenhalter vorgesehen sein. Der Gegenhalter
verklemmt die sich überlappenden Abschnitte des Bands 28 miteinander,
so das Befestigungselement 34 frei im Wickelbereich am
Kabelstrang 54 schwebt. Anschließend wird das
Band 28 zurückgezogen, wobei der Gegenhalter die
sich überlappenden Abschnitte weiterhin fixiert.
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In 8 ist
der Rückzug mit einem Pfeil 78 angedeutet. Der
Rückzug kann durch einen Antrieb der ersten Zuführeinrichtung 24 realisiert
werden. Dieser Antrieb kann drehmomentsabhängig abgeschaltet
werden. Das Drehmoment kann mittels eines Kraftsensors 79 bestimmt
und an die Steuereinrichtung 46 signalisiert werden. Ist
eine vordefinierte Zugkraft erreicht, wird der Rückzug
abgeschaltet.
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Man
erkennt in 8, dass sich Teile des Bands 28 nunmehr überlappen.
Diese sich überlappenden Abschnitte des Bands 28 können
wiederum miteinander verfügt werden, um eine dauerhafte
Fixierung des Bands 28 um den Gegenstand 24 herum zu
gewährleisten.
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Ferner
ist zu erkennen, dass das Befestigungselement 34 während
des Wickelvorgangs in der vorbestimmten Umfangsposition 73 verblieben ist.
Dies ist insbesondere bei besonders langen Kabelbäumen
wichtig, da die Befestigungselemente 34 in Bezug auf den
Kabelbaum immer wieder an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet
werden müssen, um später im Falle eines Einbaus
in zum Beispiel ein Auto mit den entsprechenden Gegenstücken
an der Karosserie des Autos Wechselwirken, d. h. befestigt werden,
zu können.
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Sobald
das Band 28 ausreichend straff um den Kabelstrang 54 gespannt
ist, können die sich überlappenden Abschnitte
des Bands 28 zum Beispiel miteinander verheftet werden.
Eine detaillierte Erläuterung dieses Vorgangs wird im Zusammenhang
mit den 11 bis 14 gegeben
werden. Der Schweißkopf 70 wird dazu entweder
in der Umfangsrichtung derart verschwenkt, dass er durch eine anschließende
radiale Bewegung zu den sich überlappenden Abschnitten
des Bands 28 verbracht werden kann. Alternativ kann das
Befestigungselement 34 mit den in den 6 und 7 dargestellten
Einheiten 76 bzw. 76' zum Beispiel in eine Winkelstellung
von 270° verfahren werden, so dass der Schweißkopf 70 lediglich
in Richtung des Pfeils 68 (vgl. 4) radial
verstellt werden muss, um die sich überlappenden Abschnitte
des Bands 28 miteinander zu verheften.
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Anschließend
kann der Schweißkopf 70 nochmals in Umfangsrichtung
verstellt werden, um einen Teil des Bands 28, der sich
nicht überlappt, vom umwickelten und verhefteten Kabelstrang 54 zu trennen.
Die Trennung kann alternativ mittels einer hier nicht dargestellten
Schneideinrichtung oder ähnlichem erfolgen. Das abgetrennte
Band 28 ist in 9 gezeigt.
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Bezugnehmend
auf 10 wird ein Verfahren zum automatisierten Umwickeln
von sich länglich erstreckenden Gegenständen mit
einem Band und einem Befestigungselement erläutert werden.
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In
einem ersten Schritt S1 werden das Band 28 und das Befestigungselement 34 der
Vorrichtung 10 zugeführt. In einem weiteren Schritt
S2 wird das Band 28 um eine vorgegebene Bandlänge 66 bzw. 66' relativ
zum Befestigungselement 34 vorgeschoben, wobei das Band 28 am
Befestigungselement 34 fixiert wird, wenn die Vorlauflänge 66 bzw. 66' erreicht ist
(Schritt S3). In einem Schritt S4 wird der Gegenstand 54 in
den Wickelbereich 20 verbracht. Das Befestigungselement 34 wird
in einem Schritt S5 in die vorgegebene Umfangsposition 73,
relativ zum Gegenstand 54, bewegt und dort arretiert. In
einem Schritt S6 wird das Band 28 straff um den Gegenstand 54 gespannt,
indem das Band 28 zurückgezogen wird. Abschließend
werden in einem Schritt S7 die überlappenden Abschnitte
des Bands 28 miteinander verfügt. Details des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits oben
beschrieben worden.
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In 12 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Bands 28 gemäß der
vorliegenden Erfindung gezeigt, wie es im Zusammenhang mit den vorhergehenden
Figuren verwendet wird.
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Das
Band 28 weist einen Kernbereich 90 sowie zumindest
einen seitlichen dazu abstehenden Laschenbereich bzw. entsprechende
Laschen 94, 96 auf. Der Kern 90 weist
eine Kontaktfläche 92 auf, die dazu bestimmt ist,
an dem zu umwickelnden Gegenstand 54 anzuliegen, wie es
exemplarisch in 14 gezeigt ist. Der Kontaktfläche 92 liegt
eine Seite 98 gegenüber. Die Seite 98 ist
im Wesentlichen parallel zur Seite 92 orientiert und dient
zur Anlage von sich überlappenden Abschnitten des Bands 28,
wenn das Band 28 vollständig um den Gegenstand 54 herumgewickelt
ist. Die Kontaktfläche 92 ist vorzugsweise kantenfrei,
um den Gegenstand 54 nicht einzuschnüren.
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Das
Band 28 weist ferner Einschnürungen 100 auf,
die sich jeweils zwischen dem Kern 90 und einer der Laschen 94 bzw. 96 in
Längsrichtung 102 des Bands 28 erstrecken.
In der 11 sind die Einschnürungen
mit einem halbkreisförmigen Querschnitt gezeigt. Es versteht
sich, dass die Form der Einschnürungen 100 beliebig
gewählt werden kann. Die Einschnürungen 100 dienen
zur Erhöhung einer Flexibilität der Laschen 94 und 96,
insbesondere wenn überlappende Laschenabschnitte miteinander verbunden
werden sollen, wie es im Zusammenhang mit der 14 noch
näher erläutert werden wird. Die Laschen 94 und 96 bilden
einen Winkel α mit der Kontaktfläche 92,
um von Gegenstücken des Fügewerkzeugs 40 leichter
hintergriffen werden zu können. Das Band 28 wird
mittels Extrusion vorzugsweise aus einem schweißbaren Kunststoff
hergestellt, der insbesondere die eingangs erwähnten Eigenschaften
aufweist.
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In 12 ist
das Band 28 der 11 im Querschnitt
dargestellt, wobei der im Wesentlichen rechteckige Kern 90 (vergleiche
strichpunktierte Linie 104) im Bereich der Kontaktfläche 92 eine
andere Stoffzusammensetzung in Form einer inneren Beschichtung 106 aufweisen
kann. Während der Extrusion des Kunststoffs kann im Bereich 106 der
Kontaktfläche 102 eine leicht veränderte
Stoffzusammensetzung verwendet werden, so dass die Haftreibung zwischen
der Kontaktfläche 92 und einem zu umwickelnden
Gegenstand 54 verringert wird. Diese Maßnahme
erleichtert ein nachträgliches Verschieben des straff gespannten
Bands 28 sowohl in umfänglicher Richtung als auch
in axialer Richtung des Gegenstands 54, um beim Einbauvorgang
Toleranzen ausgleichen zu können.
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Die
Laschen 94 und 96 verjüngen sich vorzugsweise
nach außen. Diese Maßnahme erleichtert ein Verschweißen
von sich überlappenden Laschen, da die Materialstärke
nach außen hin abnimmt. Die Oberflächen 94', 94'' bzw. 96', 96'' der
Laschen 94, 96 sind ausreichend groß gewählt,
um sich überlappende Laschen sicher miteinander verfügen
zu können.
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In 13 ist
eine weitere Ausgestaltung eines Bands 28 gemäß der
vorliegenden Erfindung in einem sich überlappenden Zustand
gezeigt. Das Band 28 unterscheidet sich von den Bändern 28 der 11 und 12 dadurch,
dass es eine zusätzliche Beschichtung 108 bzw. 108' aufweist,
die auf die Kontaktfläche 92 aufgetragen ist.
Bei der zusätzlichen, externen Beschichtung 108, 108' kann
es sich zum Beispiel um eine Klebeschicht handeln, um ein unabsichtliches
Verstellen der relativen Lage des Befestigungselements 34 gegenüber
dem Gegenstand 54 zu verhindern. Außerdem unterstützt
die externe Schicht 108 die Verbindung zwischen den sich überlappenden
Abschnitten des ein und desselben Bands 28. In 13 sind
die Bänder nur deshalb mit dem Bezugszeichen 28 und 28' versehen,
um zu verdeutlichen, dass zuerst das Band 28 um einen hier
nicht dargestellten Gegenstand 54 herumgeführt
wird, und anschließend vom gleichen Band, das hier mit 28' bezeichnet
ist, überlappt zu werden.
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In 14 ist
das Band 28 ebenfalls in einem sich überlappenden
Zustand gezeigt. Zusätzlich sind Gegenstücke 110, 112,
wie zum Beispiel Ambosse gezeigt, wie sie zur Durchführung
eines Ultraschall-Schweißvorgangs benötigt werden.
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Man
erkennt, dass die Kontaktfläche 92 an einer Kontur
bzw. Oberfläche 55 des Gegenstands 54 anliegt,
der in der 14 mit der strichpunktierten Linie
dargestellt ist. Die Hilfslinie 68 verdeutlicht die radiale
Bewegungsrichtung des Schweißkopfes 70 (vergleiche 4,
wenn der Kern 90 mit dem Befestigungselement 34 verbunden wird,
was in 14 jedoch nicht gezeigt ist).
Die 14 dient zur Veranschaulichung des Schweißvorgangs
der sich überlappenden Laschenabschnitte des Bands 28.
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Die
Ambosse 110 und 112 hintergreifen die Laschen
des Bands 28, um als Gegenlager für den Schweißkopf 70 zu
dienen. In der 14 sind zwei verschiedene Stellungen 70' bzw. 70'' des
Schweißkopfes 70 gezeigt. Um diese Stellungen
erreichen zu können, wird der Schweißkopf 70 entlang
eines Pfeils 114 schwenkbar in der Querschnittsebene der 14 gelagert.
Man erkennt deutlich, dass die Schweißrichtung 68' bzw. 68'',
wenn die Laschen miteinander verschweißt werden, eine andere
als die Richtung 68 ist, die die Punktierung des Bands 28 am Befestigungselement 34 verdeutlicht.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Kabelstrang 54 nicht mit
der Kontaktfläche 92 verschweißt wird.
Ein Verschweißen der Kontaktfläche 92 mit
dem Kabelstrang 54 ist nachteilig, da nach einem erfolgten
Verschweißen relative Positionen des Bands 28 gegenüber
dem Kabelstrang 54, zum Bespiel zum Ausgleich von Toleranzen,
nicht mehr gegeben ist, und zum anderen in der 14 nicht
dargestellte Leitungen 56 bzw. deren Isolierung derart
verschmort werden kann, dass es zu Kurzschlüssen kommt.
Kurzschlüsse sind somit ausgeschlossen.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die 14 die
Ambosse 110, 112 in ihrer geschlossenen Stellung
zeigt. Die Ambosse 110, 112 berühren
sich in der geschlossenen Stellung nicht. Der Abstand der Gegenstücke 110 und 112 ist vorzugsweise
derart gewählt, dass er im Wesentlichen mit der Länge
der Kontaktfläche 92 in Umfangsrichtung übereinstimmt.
In diesem Fall greifen die Gegenstücke 110, 112 nicht
zwischen das sich überlappende Band 28 und den
Kabelstrang 54, so dass sich nach einem Herausziehen bzw. Öffnen
der Ambosse 110, 112 kein Spalt zwischen dem Band 28 und
dem Kabelstrang 54 ergibt. Die gewünschte Vorspannung
des Bands 28 um den Kabelstrang 54 wird somit
beibehalten.
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In 15 ist
eine exemplarische Ausführungsform eines Befestigungselements 34 gemäß der
vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht gezeigt.
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Das
Befestigungselement 34 weist einen Körper 116 auf.
Der Körper weist ein erstes, linkes Wangenglied 118 und
ein zweites rechtes Wangenglied 120 auf. Die Wangenglieder 118, 120 sind
mittels Verbindungsstreben 122, 124, 126 miteinander verbunden.
Die Verbindungsstreben 122 bis 126 erstrecken
sich in Längsrichtung 128 des Befestigungselements 34.
Die Längsrichtung 128 entspricht im an den Gegenstand 54 gehefteten
Zustand der axialen Richtung des Gegenstands 54.
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Die
Verbindungsstreben 122 bis 126 definieren eine Öffnung 130,
die zur Aufnahme des Bands 28 geeignet ist. Die Öffnung 130 ist
vorzugsweise trichterförmig ausgebildet, wie es im Zusammenhang mit
der 16 noch ausführlich erläutert
werden wird.
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Die Öffnung 130 erstreckt
sich quer zur Längsrichtung 128, wie es durch
einen Pfeil 132 angedeutet ist.
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Das
erste Wangenglied 118 und/oder das zweite Wangenglied 120 können
ein Klemmglied 134 aufweisen, das in der 15 in
Form eines verzahnten Lochs 136 ausgebildet ist. Dieses
verzahnte Loch 136 kann mit einem hier nicht dargestellten
zweiten Klemmglied zusammenwirken, wie zum Beispiel mit einem Dorn,
der an einem Karosserieteil, zum Beispiel eines Autos, befestigt
sein kann. Mit Hilfe des Befestigungselements 34 kann ein
Kabelbaum dann an der Karosserie des Autos befestigt werden, indem das
verzahnte Loch 136 auf den Dorn gesteckt wird. Das Befestigungselement 34 liegt
dann mit einer Kontaktseite 138 am Kabelstrang an.
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Das
Befestigungselement 34 der 15 ist in 16 in
einer teilweise geschnittenen Ansicht gezeigt. Die Schnittlinie
ist in 15 durch eine Verbindungslinie
XVI-XVI angedeutet. Man blickt also von rechts auf das linke Wangenglied 118.
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In 16 sind
die drei Verbindungsstreben 122, 124 und 126 gut
zu erkennen. Es versteht sich, dass zur Definition der Öffnung 130,
insbesondere einer trichterförmigen Öffnung, lediglich
zwei Verbindungsstreben erforderlich sind. Um den Verlauf des Bands 28 im
Befestigungselement 34 deutlicher zu machen, ist ein Teil
des Bands 28 mit einer strichpunktierten Linie 28 angedeutet.
Gleiches gilt für den Kabelstrang 54, der ebenfalls
mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Im Beispiel der 16 weist
der Kabelstrang 54 eine nahezu kreisförmige Kontur
auf. Die Kontaktseite 138 des Befestigungselements 34 ist
vorzugsweise an die Kontur 140 des Kabelstrangs 54 bzw.
eines beliebig ausgebildeten zu umwickelnden Gegenstands 54 angepasst.
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Um
sicherzustellen, dass das Befestigungselement 34 auch nach
langer Zeit noch ausreichend eng am Gegenstand 54 anliegt,
können die Wangenglieder 118, 120 jeweils
eine flexible Kontaktzunge 142 aufweisen. Die Zunge 142 steht
in dem Bereich des Gegenstands 54 vor und ist vorzugsweise
flexibel ausgebildet. Lässt die Spannung des Bands 28 nach
langer Zeit nach, können sich die vorgespannten Zungen 142 entspannen
und somit eine dauerhafte straffe Spannung des Systems bestehend
aus Band 28 und Befestigungselement 34 um den
Gegenstand 54 sicherstellen.
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Die
dem Gegenstand 54 abgewandte Seite 146 des Befestigungselements 34 dient üblicherweise
zur Anlage an Karosserieteilen. Deshalb können eine oder
mehrere Abstandsnasen 148 vorgesehen sein, so dass ein
Luftspalt zwischen dem Befestigungselement 34 und einem
Karosserieteil verbleibt.
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Außerdem
ist zu beachten, dass die Anordnung der Querstreben 122 bis 126 derart
gewählt ist, dass das Fügewerkzeug 40 das
Band 28 insbesondere mit der Querstrebe 122 verbinden
kann. Das Fügewerkzeug 40 kann zum Beispiel durch
eine weitere Öffnung, die zwischen den Streben 124 und 126 definiert
ist, in den Zwischenraum eindringen, um das Band 28 an
der dem Gegenstand 54 abgewandten Seite an der Strebe 122 zu
fixieren.
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Es
versteht sich, dass das erfindungsgemäße Band 28 auch
ohne Befestigungselement 34 um eine Kabelstrang 54 gewickelt
werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29510148 [0008]
- - DE 10349046 [0008]
- - US 4265687 [0009, 0009]
- - US 4368762 [0009]
- - US 4371010 [0009]
- - DE 3413099 C2 [0009]