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Stand der Technik
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Vorrichtungen zum automatisierten Ausbilden einer Fügeverbindung zwischen einem Einpresselement und einem vorgelochten Bauteilabschnitt eines Bauteils sind bekannt. Dabei wird ein Einpresselement an einer Öffnung des Bauteils eingepresst bzw. verstemmt, so dass das Einpresselement mit dem Bauteil fest verbunden ist.
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Um hohe Taktraten auch bei vergleichsweise eingeschränktem Platzangebot zu ermöglichen, müssen ggf. darauf gezielt abgestimmte Arbeitsschritte und damit entsprechend ausgebildete Fügevorrichtungen konzipiert werden. Des Weiteren erfordern unterschiedliche Arten von Einpresselementen darauf angepasste Maßnahmen, womit insgesamt für die Ausbildung von Fügeverbindungen mit Einpresselementen bislang nicht unerhebliche Anstrengungen notwendig sind oder ggf. Abstriche von idealen Zielgrößen hingenommen werden müssen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügeverbindung mit einem Einpresselement, welches spezifische Arbeitsbedingungen nötig macht, die mit bisherigen Vorrichtungen nicht praxistauglich zu erfüllen sind, vorteilhaft zu erstellen. Insbesondere soll hierfür eine effektive Vorgehensweise bzw. eine zuverlässige und kompakte Fügevorrichtung für den Einsatz im automatisierten Serienbetrieb bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche thematisieren vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung geht zunächst aus von einer Vorrichtung zur automatisierten Ausbildung einer Fügeverbindung zwischen einem Einpresselement und einem vorgelochten Bauteilabschnitt eines Bauteils, umfassend eine Kontrolleinheit zum Betrieb der Vorrichtung, eine Abstützeinheit zur Abstützung des Bauteils und eine gegenüberliegende Setzeinheit mit einem entlang einer Fügeachse bewegbaren Setzelement, mit welchem für einen Fügevorgang das Einpresselement an eine Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts heranführbar ist. Die Vorrichtung ist insbesondere als Fügevorrichtung ausgebildet. Das Setzelement ist beispielsweise ein entlang der Fügeachse hin- und herbewegbarer Setzstift oder Stempel, welcher hydraulisch, pneumatisch, hydropneumatisch und/oder elektromotorisch antreibbar ist. Beispielsweise sind die Abstützeinheit und die Setzeinheit in einem C-bügelförmigen Vorrichtungsabschnitt der Fügevorrichtung vorhanden, mit gegenüberliegenden freien C-Bügelenden, durch welche sich die Fügeachse erstreckt, zwischen denen das Bauteil beim Verbindevorgang mit dem Einpresselement positioniert ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. deren Kontrolleinheit muss nicht nur selbst für ein automatisiertes Arbeiten abgestimmt sein, sondern muss ausgelegt sein, mit einer Anordnung zum Heranführen und Wegbewegen bzw. zum vollautomatisierten Bewegen des Bauteils relativ zum feststehenden Aufstellort der Vorrichtung zusammenzuwirken zum Beispiel gemäß eines übergeordneten Produktionsprozesses mit einer rechnergestützten Roboteranordnung. Die Arbeit der Fügevorrichtung stellt dabei in der Regel lediglich zumindest einen Einzelschritt in einer Bearbeitungskette des betreffenden Bauteils dar.
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Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Abstützeinheit ein entlang der Fügeachse versetzbares Positionierelement umfasst, wobei die Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, das Positionierelement mit einem Vorwärtshub in eine an der Abstützeinheit vorstehende Position zu versetzen, so dass das Bauteil vor dem eigentlichen Umformbzw. Fügevorgang positionsrichtig relativ zur Abstützeinheit bringbar ist, wobei das vorstehende Positionierelement in die Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts eingreift. Damit wird über das z. B. stiftartig an der Abstützeinheit in Richtung der Setzeinheit bzw. entlang der Fügeachse vorstehende Positionierelement vorgebbar und reproduzierbar eine hoch exakte Positionierung des Bauteils an der Vorrichtung im Zusammenwirken mit der Anordnung zum Heranführen des Bauteils erreicht. Die gegenüberliegend zur Setzeinheit vorhandenen an das Positionierelement angrenzenden Abschnitte der Abstützeinheit bilden z. B. eine flache ebene Abstützfläche für eine im Verarbeitungszustand heranbewegten abstützseitige flächige Seite des Bauteilabschnitts. Der zur Abstützfläche überstehende Teil des herausgefahrenen Positionierelements weist in seiner Außengestalt insbesondere eine Form bzw. Größe auf, welche auf die Durchgangsöffnung im Bauteilabschnitt abgestimmt ist. Zum Positionieren des Bauteils lässt sich damit das Bauteil auf das Positionierelement aufstecken bzw. daran aufschieben.
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Beispielsweise ist das Positionierelement außen zylindrisch für ein entsprechend kreisrundes Loch im Bauteil.
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Wenn das Bauteil von der z. B. Robotereinheit nicht exakt mit dem Loch fluchtend zum freien Ende des ausgefahrenen Positionierelements heranbewegt wird, was beispielsweise durch Toleranzen am Bauteil und/oder einer in der Praxis zu beachteten Positionierungenauigkeit der Roboterbewegung liegen kann, so dass ein Anstoßen des Bauteilabschnitts bzw. eines an die Öffnung heranreichenden Bauteilabschnitts an dem Positionierelement erfolgt, können Ausgleichmittel an einer zum Halten des Bauteils vorgesehenen Aufnahme der Robotereinheit ausgebildet sein, welche eine geringe laterale oder andere Ausweichbewegung des Bauteils relativ zur Aufnahme erlaubt, womit in aller Regel die Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts exakt auf das Positionierelement umschließend aufgeschoben werden kann, ohne dass ein blockieren oder eine Klemm- oder Biegewirkung auf das Positionierelement ausgeübt wird, was vorteilhaft ist. Die Ausgleichmittel können zum Beispiel in der Art einer schwimmenden Lagerung der Aufnahme der Robotereinheit, welche am Bauteil für dessen Bewegung angreift, ausgebildet sein.
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Zwar ist es mit einem Zusatzaufwand verbunden, das mittig um die Fügeachse herum angeordnete Positionierelement entlang der Fügeachse mittels der Kontrolleinheit angetrieben hin und her zu versetzen, gegenüber bislang bekannten Abstützeinheiten ohne ein z. B. mittiges jederzeit angetrieben gezielt vorgebbar versetzbares Element, die erfindungsgemäß erreichbaren Vorteile überwiegen jedoch.
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Insbesondere bei solchen Einpresselementen, welche zwingend vor dem Verformen bzw. eigentlichen Fügen exakt an der Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts angesetzt werden müssen und in dieser Position bis zum Ende des Fügens verharren müssen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft.
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Bislang sind solche Einpresselemente nicht befriedigend sicher verarbeitbar, da bei bekannten Fügevorrichtungen das an einem bewegbaren Stempel zum Verformen von Abschnitten des Einpresselements aufgenommene Einpresselement mit genau einem Hub an die Öffnung herangeführt und am Ende des Hubs bzw. nachdem das Einpresselement am Rand der Öffnung im Bauteilabschnitt aufgesetzt ist, vom Stempel auch verformt wird. Diese einhubige Vorgehensweise erlaubt keine exakte und fixierte Position des Einpresselements an der Öffnung vor der Verformung am Bauteilabschnitt.
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Dazu trägt auch der Umstand bei, dass mit einem robotergeführt heranbewegten Bauteil es nicht möglich ist, eine für das Fügen des Einpresselements notwendige vorherige exakte Positionierung des Bauteils praxistauglich vorzunehmen, mit einer Positionsabweichung von einer idealen Position im Bereich von maximal ein bis zwei Zehntel eines Millimeters.
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Das Positionierelement dient demgegenüber erfindungsgemäß zunächst als sichere kompakte Positionierhilfe, übernimmt aber im Weiteren auch Fügeaufgaben.
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Das überstehende Positionierelement kann für die Positionierung des Bauteils entweder in die Öffnung am Bauteil bzw. nur entsprechend der Dicke des Bauteilabschnitts eingreifen oder das Positionierelement reicht durch die Öffnung durch und steht etwas auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteilabschnitts über. In beiden Szenarien ist das Bauteil mit der Öffnung exakt vorpositioniert an der Vorrichtung bzw. zur Fügeachse, so dass sich die durch die Aufstellposition der Vorrichtung bestimmte Fügeachse exakt mit der zentrischen Öffnungsachse der Bauteilabschnittsöffnung deckt.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Positionierelements werden auf vorteilhafte Weise grundlegende Voraussetzungen für ein erfolgreiches Verstemmen beziehungsweise Einpressen von entsprechenden bezüglich der exakten und reproduzierbaren Positionierung sensiblen Einpresselementen am Bauteil geschaffen.
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Vorteilhafterweise ist eine Außenabmessung des in die Bauteilöffnung eingreifenden Teil des Positionierelements nur geringfügig kleiner als ein Öffnungsmaß der Öffnung im vorgelochten Bauteilabschnitt.
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Die Kontrolleinheit kann insbesondere als Regel- und/oder Steuereinheit ausgebildet sein, welche vorteilhaft eine z. B. kontinuierliche Steuerung des Betriebs und Prozessüberwachung bereitstellt.
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Vorteilhafterweise sind Spannmittel vorgesehen, um das positionsrichtig an der Abstützeinheit vorhandene Bauteil zwischen der Setzeinheit und der Abstützeinheit zu fixieren, wobei das Positionierelement bei mit den Spannmitteln fixiertem Bauteil in eine die Öffnung des Bauteils freigebende Position zurückversetzbar ist. Die Fixierung erfolgt insbesondere durch Einklemmen des Bauteils zwischen Abschnitten der Abstützeinheit und der Setzeinheit. Der Fixiervorgang des Bauteils kann eine vergleichsweise geringe Verschiebung des Bauteils in Richtung auf die Abstützeinheit zu umfassen, wobei das Bauteil beim Verschieben immer exakt positioniert am Positionierelement verbleibt. Dabei kann ein die Öffnung begrenzender Öffnungsrand im Bauteilabschnitt entlang der Außenseite des vorstehenden Positionierelements so weit verschoben werden, bis eine abstützseitige Seite des Bauteilabschnitts auf der Auflagefläche der Abstützeinheit zur Anlage kommt. Die Spannmittel können hierfür auf eine setzeinheitseitige Seite drückend einwirken.
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In der Regel ist die Abstützeinheit der Vorrichtung bzw. ein C-Bügelbereich im Arbeitsbereich der Vorrichtung mit einem das Positionierelement umgebenden Teil der Abstützeinheit positionsfest, wobei nur das Positionierelement entlang der Fügeachse versetzbar ist. Die Setzeinheit ist im Arbeitsbereich der Vorrichtung demgegenüber regelmäßig komplett entlang der Fügeachse hin und her bewegbar.
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Sobald das Bauteil in der exakten Position fixiert ist, wobei das Positionierelement die Position radial zur Fügeachse definiert und in axialer Richtung zur Fügeachse der das Positionierelement umgebende Teil der Abstützeinheit, kann unter Beibehaltung des fixierten bzw. gespannten Zustands das Positionierelement aus der vorstehenden Position versetzt werden. Beispielsweise zieht sich das Positionierelement nach innen in die Abstützeinheit etwas zurück. Insbesondere wird das Positionierelement so weit zurückversetzt, bis das vordere Ende des Positionierelements komplett aus der Öffnung im Bauteilabschnitt herausgenommen ist bzw. bündig oder innerhalb der Auflagefläche der Abstützeinheit.
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Es ist aber alternativ nicht ausgeschlossen, dass im fixierten Zustand des Bauteilabschnitts das Positionierelement noch nicht ganz aus der Bauteilöffnung herausgezogen wird, sondern etwas bzw. über einen vergleichsweise geringen Teil der gesamten Tiefe der Öffnung im Bauteilabschnitt bzw. über einen geringen Teil der Materialdicke des Bauteilabschnitts in die Öffnung hineinragt.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass die Spannmittel einen Niederhalter an der Setzeinheit aufweisen, der mit dem an der Abstützeinheit positionsrichtig angeordneten Bauteil in Kontakt bringbar ist, so dass das Bauteil zwischen dem Niederhalter und der Abstützeinheit einklemmbar ist. Insbesondere ist das Bauteil zwischen einem das Positionierelement umgebenden positionsfesten Festanschlag und dem Niederhalter einklemmbar. Ein Niederhalter kann kompakt beispielsweise hülsenartig um einen innerhalb vorhanden Teil des Setzelements vorhanden sein. Im zwischen der Setzeinheit und der Abstützeinheit eingeklemmten Zustand des Bauteils umschließt der Niederhalter einen Arbeitsbereich der Fügevorrichtung von der Seite der Setzeinheit aus. Im umschlossenen Arbeitsbereich findet das Verformen des an der Öffnung im Bauteilabschnitt positionierten Einpresselements statt.
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Der Niederhalter ist bevorzugt über Federmittel gefedert entlang der Fügeachse vor und zurück relativ zum Setzelement bzw. bevorzugt an diesem über Führungsabschnitte geführt bewegbar. Ein vorderer der Abstützeinheit zugewandter stirnseitiger Rand des Niederhalters, welcher zum Fixieren auf das Bauteil einwirkt, ist im nicht an dem Bauteil anliegenden Zustand näher an der Abstützeinheit positioniert, unter der Wirkung der Federmittel, als ein freies Ende des Setzelements, an welchem das Einpresselement aufnehmbar ist. Dabei ist der axiale Abstand des stirnseitigen Rands zu einer Stirnseite am freien Ende des Setzelements größer als eine axiale Länge des zu verarbeitenden Einpresselements.
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Zudem ist der Niederhalter am Setzelement aufgenommen und gemeinsam mit diesem entlang der Fügeachse bewegbar.
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Damit kommt im Arbeitsmodus der Fügevorrichtung bei einer Bewegung des Setzelements mit dem daran aufgesetzten Einpresselement in Richtung der Abstützeinheit der stirnseitige Rand des Niederhalters zuerst in Kontakt mit der betreffenden Seite des Bauteilabschnitts. Das vorne am Setzelement aufgenommene Einpresselement bleibt zunächst von der Seite des Bauteilabschnitts beabstandet ist. Die Federmittel drücken den Bauteilabschnitt gegen die Auflagefläche der Abstützeinheit. Erst mit einem weiteren Bewegen des Setzelements in Richtung der Abstützeinheit unter einem Zusammendrücken der Federmittel wird das Einpresselement an die Öffnung positionsgenau angesetzt. Zwischenzeitlich ist die Öffnung im Bauteilabschnitt von der anderen Seite her vom Positionierelement freigegeben.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass die Kontrolleinheit ausgestaltet ist, das am Setzelement aufgenommene Einpresselement mit dem Setzelement an die Öffnung. bis zum Erreichen einer Fügeposition des Einpresselements am Bauteil zu bewegen, wobei das Setzelement in Anlage an dem Einpresselement verbleibt. Das Setzelement bleibt dabei stützend bzw. haltend mit dem Einpresselement in Kontakt. Demgemäß verharrt das Setzelement in der erreichten Stillstandstellung bzw. in der Fügeposition des Einpresselements. Das Einsetzen des Einpresselements erfolgt in die freie Bauteilöffnung, also insbesondere ohne darin eingreifendes Positionierelement.
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Dabei ist die Setzeinehit derart ausgebildet, dass das von einer Vorlageeinheit an die Setzeinheit zugeführte Einpresselement in einer exakt vorgebbaren Position und Ausrichtung am Setzelement verarbeitungsrichtig gehalten ist. Die entsprechende zentrische Körperachse des Einpresselements fällt dabei zusammen mit der Fügeachse. Die Fügevorrichtung ist ausgestaltet, dass die Fügeachse längs durch das Setzelement und das Positionierelement verläuft. Das Einpresselement erreicht durch das Hinbewegen des Setzelements in Richtung zur Abstützeinheit die exakte Position an der Öffnung im Bauteilabschnitt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontrolleinheit abgestimmt ist, das zurückgesetzte Positionierelement in Richtung der Öffnung derart zu versetzen, dass das Positionierelement in Kontakt mit dem an der Öffnung angesetzten Einpresselement gelangt und das vom Setzelement abgestützte Einpresselement verformt. Das Positionierelement weist demgemäß vorteilhaft eine Doppelfunktion auf, was das Vorpositionieren des Bauteilabschnitts und das Einpressen bzw. Verformen des Einpresselements betrifft.
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Zwischen der vorstehend versetzten Positionierstellung des Positionierelements und der Stellung zum Verformen von Abschnitten des Einpresselements muss das Positionierelement lediglich einen vergleichsweise kurzen Rückhub ausführen. Dies ist nicht zeitkritisch, da nach dem Vorpositionieren ohnehin das Setzelement mit dem Niederhalter bewegt werden muss, was ein Zeitfenster bereitstellt, das den Rückhub ohne zeitliche Verlängerung des Gesamtvorgangs ermöglicht. Mit dem Verformen des Einpresselements, allein durch das Einwirken des Positionierelements wird das Einpresselement in einen Verbindungszustand mit dem Bauteil gebracht. Insbesondere ist das Einpresselement axial fixiert am Bauteil und zudem drehsicher um eine durch die Öffnung bzw. das Einpresselement reichende Achse.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass die Setzeinheit ausgebildet ist, das an die freigegebene Öffnung heranbewegte Einpresselement während des Fügevorgangs, bei welchem das Positionierelement auf das Einpresselement einwirkt, abzustützen. Die Abstützung erfolgt auf der dem Positionierelement gegenüberliegenden Seite bzw. setzeinheitseitig. Damit wird eine Gegenkraft beim Verformen des Einpresselements durch das Positionierelement bereitgestellt. Das Einpresselement ist dabei selbst positionsfest gehalten abgestützt.
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Auch ist es vorteilhaft, dass das Setzelement Aufnahmemittel aufweist, mit denen ein einzelnes Einpresselement positionsrichtig am Setzelement aufnehmbar ist. Die Aufnahmemittel sind insbesondere derart gestaltet, dass das Einpresselement an der der Abstützeinheit zugewandten Stirnseite des Setzelements in einer für den Fügevorgang richtigen Verarbeitungsposition am Setzelement klemmend gehalten ist. Das Einpresselement sitzt dabei z. B. mit einer axialen Seite auf der Stirnseite auf. Eine zentrale Körperachse zum Beispiel die Längsachse des Einpresselements fällt dabei mit der Fügeachse zusammen.
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Die Aufnahmemittel umfassen beispielsweise zwei außen benachbart zum Setzelement vorhandene gegenüberliegende bzw. mehrere zur Fügeachse umfänglich versetzte Klemmteile, welche zur Fügeachse radial bzw. seitlich federnd ausgestaltet sind. Wird ein Einpresselement für einen Fügevorgang an die Setzeinheit zur vorderen Stirnseite des Setzelement herangefördert, können die Klemmteile so gestaltet sein, dass sie von dem Einpresselement etwas nach außen elastisch weggedrängt werden, gegen die Klemmkraft der Klemmteile. Wenn anschließend das Einpresselement die exakte Verarbeitungsposition am Setzelement erreicht hat, bleibt das Einpresselement zwischen den Klemmteilen klemmend fixiert gehalten. Die Klemmteile drücken dabei gegen dazugehörige Außenabschnitte des Einpresselements.
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Nach dem Fügevorgang können die Klemmteile außen am Einpresselement anliegend wegrutschen, so dass sich die Klemmteile bei dem von der Fügestelle wegbewegenden Setzelement ohne Weiteres vom eingepressten Einpresselement trennen.
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Bevorzugt ist ein Endanschlag derart an der Setzeinheit ausgebildet, dass das positionsrichtig heranbewegte Einpresselement am Setzelement in der Verarbeitungsposition an dem Endanschlag ansteht bzw. gegen ein Weiterbewegen zumindest in der Bewegungsrichtung beim Heranfördern des Einpresselements gesichert ist.
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Es ist überdies vorteilhaft, dass das Setzelement in seiner Position entlang der Fügeachse mit Arretiermitteln arretierbar ist. Die Arretierung erfolgt insbesondere in einer Stillstandsposition des Setzelements mit dem an der Öffnung im Bauteil angesetzten Einpresselement zumindest während des Verformens des Einpresselements. Damit kann das Einpresselement gegen das auf das Einpresselement verformend einwirkende Positionierelement fixiert werden.
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Die Arretiermittel umfassen bevorzugt mechanische und/oder hydraulische Mittel. So kann ein Gegendruck zur Arbeitskraft beim Fügen durch das Positionierelement bereitgestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Spannmittel eine an der Setzeinheit entlang der Fügeachse verschiebliche und außen das freie Ende des Setzelements zumindest im Wesentlichen umschließende Hülse mit einer Stirnseite zum Einwirken auf das Bauteil auf. Die Hülse ist insbesondere als Niederhalter ausgestaltet bzw. ggf. mit Federmitteln versetzbar an dem Setzelement aufgenommen. Damit kann das für einen Fügevorgang zwischen der Setzeinheit und der Abstützeinheit vorhandene Bauteil mit dem hülsenartigen Niederhalter gegen die Abstützeinheit in eine Arbeitsposition gebracht und dabei bzw. während der nachfolgenden Arbeitsschritten festgehalten werden. Die Hülse umschließt setzeinheitseitig den vorgelochten Bauteilabschnitt bzw. den Arbeitsraum. Innerhalb eines von der Hülse umschlossenen Freiraums ist ein vorderer Teil des Setzelements untergebracht.
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Vorteilhafterweise weist die Hülse eine flache oder profilierte Stirnseite auf, mit welcher die Hülse in Kontakt mit einer Seite des Bauteils gelangt und dieses gegen die Abstützeinheit drückt. Die profilierte Stirnseite kann z. B. spitz vorstehende Erhebungen aufweisen, mit welchen die Anpress- bzw. Andrückwirkung auf das Bauteil verbessert werden kann, beispielsweise indem die Erhebungen sich in die Oberfläche des Bauteils etwas eindrücken.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass die Hülse eine Freilassung aufweist, durch welche ein Einpresselement an das Setzelement insbesondere automatisiert zuführbar ist. Die Freilassung kann beispielsweise eine Öffnung mit einem Umriss sein, welcher etwas größer ist, als eine Umrisskontur eines bezüglich der Außenabmessungen maximal von der Vorrichtung verarbeitbaren Einpresselements.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum automatisierten Ausbilden einer Fügeverbindung zwischen einem Einpresselement und einem vorgelochten Bauteilabschnitt eines Bauteils, wobei das Bauteil an einer Abstützeinheit zur Abstützung des Bauteils abgestützt wird und mit einem entlang einer Fügeachse bewegbaren Setzelement einer zur Abstützeinheit gegenüberliegenden Setzeinheit das Einpresselement an eine Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts herangeführt wird. Dabei liegt der Kerngedanke darin, dass ein entlang der Fügeachse versetzbares Positionierelement der Abstützeinheit mit einem Vorwärtshub in eine an der Abstützeinheit vorstehende Position versetzt wird und das Bauteil automatisiert positionsrichtig relativ zur Abstützeinheit gebracht wird, indem das vorstehende Positionierelement in die Öffnung des vorgelochten Bauteilabschnitts eingreift.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, dass nach einem Fixieren des Bauteils zwischen der Abstützeinheit und der Setzeinheit, das Positionierelement zurückgefahren wird und das Einpresselement mit Hilfe des Setzelements an die freigegebene Öffnung angeordnet wird, wobei in einem weiteren Vorwärtshub des Positionierelements das Einpresselement von dem Positionierelement verformt und mit dem Bauteil fest verbunden wird.
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Damit wird eine Vorgehensweise bereitgestellt, mit der sich die oben beschriebenen Vorteile erzielen lassen. Diese Vorteile sind insbesondere bei Verwendung eines Einpresselements relevant, welches vor dem Fügevorgang exakt bzw. mit einer maximal tolerierbaren Abweichung im Bereich weniger Zehntelmillimeter in die freie Öffnung eingesetzt werden muss. Das Einpresselement muss also vor dem Fügen die Endlage an der freien Öffnung des Bauteilabschnitts definiert einnehmen.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand eines schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 eine teilweise geschnittene Ansicht durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung samt einem Einpresselement mit einem teilweise dargestellten Bauteil mit einer Vorlochung,
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1a ein vergrößertes Detail gemäß des umrandeten Bereichs A in 1,
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2 bis 7 weitere Betriebszustände der Anordnung gemäß 1 bis zum Zustand nach einem Einpressvorgang des Einpresselements in das vorgelochte Bauteil und
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7a ein vergrößertes Detail gemäß des umrandeten Bereichs B in 7.
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Die Figuren zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ein Einpresswerkzeug 1 zur automatisierten Ausbildung einer Fügeverbindung zwischen einem Einpresselement und einem mit einem Rundloch 7 versehenen bzw. vorgelochten Bauteilabschnitt 6 eines als Blech ausgebildeten Bauteils 2.
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Das Einpresswerkzeug 1 ist mit einer nicht gezeigten vollautomatischen Zuführung und orientierungsrichtigen Vereinzelung von Einpresselementen ausgebildet. Als Einpresselement wird eine Einpressmutter 3 verwendet, welche ein Innengewinde 4 und eine Durchgangsöffnung 5 aufweist, deren Öffnungsachse im gemäß 7 verbundene Zustand der Einpressmutter 3 mit dem Bauteil 2 mit der Öffnungsachse des Rundlochs 7 übereinstimmt. Das Bauteil 2, von dem lediglich der Bauteilabschnitt 6 dargestellt ist, wird über eine nicht dargestellte Roboteranordnung zum Einpresswerkzeug 1 hin- und nach dem Verpressen der Einpressmutter 3 wieder von dem Einpresswerkzeug 1 wegbewegt.
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1 zeigt den Ausgangszustand mit geöffnetem Einpresswerkzeug 1 bzw. auseinander gefahrenen Werkzeugteilen und dem von der Roboteranordnung herangeführten Bauteil 2, dessen Rundloch 7 mit einer Fügeachse F des Einpresswerkzeugs 1 fluchtet.
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Das Einpresswerkzeug 1 umfasst eine in den Figuren oben dargestellte Abstützeinheit mit einem feststehenden Festanschlag 9 und einem als außen zylindrischer Positionierstift 8 ausgebildeten Zentrier- und Einpressdorn, welcher gemäß des Doppelpfeils P1 relativ zum Festanschlag 9 am Einpresswerkzeug 1 versetzbar ist. Der Positionierstift 8 kann hydraulisch, pneumatisch, hydropneumatisch und/oder elektromotorisch bewegt werden.
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Der in den Figuren unten ersichtliche Teil des Einpresswerkzeugs 1 bildet eine Setzeinheit 10 mit einem Setzstift 17, welcher drei über Absätze getrennte unterschiedliche Außendurchmesserabschnitte aufweist, umfassend einen durchmessergrößten Bereich 11, an welchen ein durchmessergeringerer Bereich 12 oberhalb anschließt, an dem wiederum oberhalb ein Endbereich 13 mit zum Bereich 12 verringertem Durchmesser anschließt.
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Der Setzstift 17 ist an dem Einpresswerkzeugs 1 relativ zum Festanschlag 9 gemäß dem Doppelpfeils P2 entlang der Fügeachse F versetzbar, ebenfalls beispielsweise hydraulisch, pneumatisch, hydropneumatisch und/oder elektromotorisch.
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Auf einer freien stirnseitigen Fläche des Endbereichs 13 stützt sich die Einpressmutter 3 in einer exakten vorgegebenen Verarbeitungsposition aufliegend ab. Dabei fällt die zentrische Achse durch die Durchgangsöffnung 5 zusammen mit der Fügeachse F.
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Für das Halten der Einpressmutter 3 ist eine Klammeranordnung mit einer Klammer 14 vorgesehen, welche die Einpressmutter 3 in der dargestellten Verarbeitungsposition an dem Setzstift 17 fixiert. Die Klammer 14 weist gegenüberliegende, seitlich bzw. senkrecht zur Zeichenebene elastisch ausweichende Backen 15 auf, von denen in den 1 bis 6 durch die Schnittdarstellung bzw. durch das den Setzstift 17 lediglich ein oberer Teil mit einer größtenteils durch die Einpressmutter 3 verdeckte (1 bis 6) hintere Backe sichtbar ist. Die mit der Einpressmutter 3 in Kontakt kommende Oberfläche der jeweiligen Backe 15 kann zur Erhöhung der Haftwirkung geriffelt oder anderweitig haftverstärkend ausgebildet sein.
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Die Klammer 14 weist außerdem zwischen den diametral zur Fügeachse F gegenüberliegenden Backen 15 einen positionsfesten Anschlag 16 auf. In der gemäß der 1 bis 6 am Setzstift 17 gezeigten Position der Einpressmutter 3 steht diese an dem in den Figuren links ausgebildeten Anschlag 16 an. Der Anschlag 16 reicht etwas über das flache stirnseitige Ende des Endbereichs 13 über, so dass die Einpressmutter 3 durch das Heranführen von einer Seite gemäß des Pfeils P3 an dem Setzstift 17 bzw. der Stirnseite des Endbereichs 13 wie gezeigt positionierbar ist und dabei am Anschlag 16 anstößt. Die betreffende Anschlagfläche 16a des Anschlags 16 ist ggf. einstellbar radial so weit von der Außenseite des Setzstiftes 17 beabstandet, dass die Einpressmutter 3 mit ihrer zentralen Achse durch die Durchgangsöffnung 5 mit der Fügeachse F zusammenfällt.
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1a zeigt vergrößert die verarbeitungsrichtig positionierte Einpressmutter 3 am Setzstift 17 stirnseitig oben am Endbereich 13, in welchem die Einpressmutter 3 von den gegenüberliegenden Backen 15 geklemmt gehalten ist und am Anschlag 16 bzw. der Anschlagfläche 16a ansteht.
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Zur Setzeinheit 10 gehört eine gefederte Hülse, welche als gefederter hohler Niederhalter 18 ausgebildet ist. Der Niederhalter 18 ist entlang der Fügeachse F verschiedlich geführt außen am Bereich 12 und über eine Spiralfeder 19 gemäß des Doppelpfeils P4 relativ zum Setzstift 17 versetzbar. Die den Bereich 12 umschlingende Spiralfeder 19 ist einerseits an einem Absatz zwischen den Bereichen 11 und 12 und andererseits an einer stirnseitigen Rückseite des Niederhalters 18 eingespannt.
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Die in den Figuren dargestellten Betriebsschritte und sämtliche dazwischen liegende Vorgänge werden über eine nicht ersichtliche übergeordnete Kontrolleinheit des Einpresswerkzeugs 1 kraft- und wegüberwacht. Damit ist vorteilhafterweise eine hundertprozentige Qualitätskontrolle möglich.
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Die gezeigte Einpressmutter 3 macht es erforderlich, diese an das Bauteil 2 im freien Loch 7 zuzustellen. Zuvor muss das Bauteil 2 exakt positioniert zum Einpresswerkzeug 1 gespannt bzw. fixiert werden.
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Nicht gezeigt ist der Teil eines Roboters, der das Bauteil 2 hält und gemäß 2 an das Einpresswerkzeug 1 bzw. die Abstützeinheit so heranführt, dass das Loch 7 exakt von dem vorderen Endabschnitt des Positionierstifts 8 durchgriffen wird, wobei der Positionierstift 8 etwas überstehend durch das Loch 7 greift. Dabei ist eine räumlich feststehende durchgehend dargestellte Ebene E, welche in der Ebene einer stirnseitig vorne liegenden ebenen Auflageseite 9a des Festanschlags 9 ausgebildet ist, parallel zu einer abstützseitigen Seite des Bauteilabschnitts 6.
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Da die Positioniergenauigkeit eines bekannten beispielsweise Industrieroboters grundsätzlich nicht ausreichend ist, um das Bauteil 2 für den Fügeprozess exakt zum Einpresswerkzeug 1 zu positionieren, ist es unerlässlich, einen mechanischen Anschlag beziehungsweise eine Positionierung mechanischer Art zur exakten Positionierung des Bauteils 2 zum Einpresswerkzeug 1 bereitzustellen. Eine derartige Positionierhilfe wird durch den überstehenden Positionierstift 8 gebildet, der eine Kombination eines Zentrierstiftes und eines Verstemmwerkzeugs darstellt, was weiter unten noch erläutert ist. Dabei geht es um eine Genauigkeit von wenigen Zehntelmillimetern, wobei gegenüber dem positionsfest vorstehenden Positionierstift 8 das Bauteil mit dem Loch 7 an das freie Ende des Positionierstifts 8 heranbewegt wird. Bei nicht exakter Ausrichtung zwischen dem Loch 7 und dem Positionierstift 8 kann durch Ausgleichmittel, z. B. eine schwimmende Lagerung des Bauteils 2 an der Robotereinheit, das Bauteil 2 mit einem selbsttätigen Versetzmechanismus die exakte Position zum Positionierstift 8 einnehmen. Damit ist der Bauteilabschnitt 6 mit seinen Flächenseiten exakt parallel ausgerichtet zur Ebene E, wie es der nachfolgende Prozess erfordert. Den erreichten Zustand zeigt 2, wobei eine Seite des Bauteilabschnitts 6 zum Festanschlag 9 gemäß 2 noch zur Auflageseite 9a beabstandet ist.
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Nun muss der Bauteilabschnitt 6 in die exakte Anlageposition am Festanschlag 9 gebracht und fixiert werden. Hierfür fährt der Setzstift 17 samt dem durch die Spiralfeder 19 ausgefahrenen Niederhalter 18 in Richtung P (s. 3) auf die Abstützeinheit 8, 9 zu, bis das vordere freie Ende des Niederhalter 18 stirnseitig gegen den Bauteilabschnitt 6 drückt. Dabei wird die Niederhalterkraft erhöht, indem mit einer weiteren Bewegung des Setzstiftes 17 in Richtung P die Spiralfeder 19 zusammengedrückt wird, wobei der Bauteilabschnitt 6 bis zur Anlage an der Auflageseite 9a versetzt wird. In dieser Situation gemäß 3 ist der Bauteilabschnitt 6 beziehungsweise das Bauteil 2 fest verspannt zwischen dem Niederhalter 18 und dem Festanschlag 9. Die Einpressmutter 3 ist geringfügig beabstandet zur freien Stirnseite des weiterhin vorstehenden Positionierstifts 8. Das Bauteil 2 ist exakt ausgerichtet positioniert und fixiert am Einpresswerkzeug 1 vorhanden. Dieser Zustand bleibt auch bis zum Abschluss des Einpressvorgangs erhalten.
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Die Kontaktierung des Niederhalters 18 mit dem Bauteil 2 erfolgt mit einer ringförmigen Stirnseite 20 am freien Ende des Niederhalters 18. Mit dem Hochfahren des Setzstiftes 17 gemäß P wird die Spiralfeder 19 derart komprimiert, dass eine vergleichsweise hohe Kraft von dieser über den Niederhalter 18 auf das Bauteil 2 übertragen wird, so dass dieses an die Auflageseite 9a mit einer entsprechenden hohen Kraft sicher angepresst wird.
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Im nächsten Arbeitsschritt fährt der Positionierstift 8 gemäß 4 nach oben in Richtung P5, so dass das Loch 7 im Bauteilabschnitt 6 komplett frei ist vom Positionierstift 8.
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Da die Einpressmutter 3 vor dem Verstemmen beziehungsweise Einpressen exakt in eine Endlage im Bauteilabschnitt 6 im Bereich des Lochs 7 positioniert sein muss, wird die Einpressmutter 3 an das Loch 7 heranbewegt und dort zugestellt, was mit einer Bewegung des Setzstiftes 17 nach oben in Richtung P6 erfolgt. Erst wenn dies sicher gestellt ist, kann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Einpressmutter 3 und dem Bauteilabschnitt 6 realisiert werden.
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Die am Rundloch 7 positionierte Einpressmutter 3 gemäß 5 ragt mit einem überstehenden Rundsteg 3a in das Rundloch 7 hinein (s. 5). Der überstehenden Rundsteg 3a ist um die Durchgangsöffnung 5 herum ausgebildet, wobei ein anschließender durchmessergrößerer Bereich der Einpressmutter 3 unterseitig am Bauteilabschnitt 6 flächig anliegt.
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Nun fährt der Positionierstift 8 in einem weitern Hub nach unten gemäß Pfeil P7, so dass die Einpressmutter 3 verpresst beziehungsweise der Rundsteg 3a so verformt wird (6), dass die fertige Einpressverbindung zwischen der Einpressmutter 3 und dem Bauteilabschnitt 6 im Bereich des Lochs 7 ausgebildet ist.
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Nach erstellter Fügeverbindung fährt der Setzstift 17 samt Niederhalter 18 gemäß Pfeil P8 nach unten, so dass das Bauteil 2 freigegeben ist und daraufhin die Roboteranordnung das Bauteil 2 vom Festanschlag 9 wegbewegt (s. 7).
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Schließlich nimmt der Positionierstift 8 wieder seine am Festanschlag 9 überstehende Position ein, in dem dieser gemäß Pfeil P9 etwas nach unten versetzt wird, wobei sich wieder die Ausgangstellung des Einpresswerkzeugs 1 gemäß 1, jedoch noch ohne vorgelegter neuer Einpressmutter 3 darstellt.
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In diesem Zustand erfolgt ein Zuführen einer nächsten an einem anderen Bauteilabschnitt einzupressenden Einpressmutter, wofür ein Fenster 21 in einer Seitenwand des Niederhalters 18 vorgesehen ist, so dass über das Fenster 21 die Einpressmutter zuführbar ist. Das Fenster 21 liegt auf einer Seite, welche gegenüberliegend des Anschlags 16 vorhanden ist.
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Zur Erhöhung einer Anpresswirkung der Stirnseite 20 des Niederhalters 18 auf die entsprechende flächige Seite des Bauteilabschnitts 6 kann auf der Stirnseite 20 eine Profilierung beispielsweise mit nach oben spitz vorstehenden Zähnen 22 vorhanden sein, welches sich durch Andrücken geringfügig in die flächige Seite des Bauteilabschnitts 6 eindrücken beziehungsweise eingraben können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einpresswerkzeug
- 2
- Bauteil
- 3
- Einpressmutter
- 3a
- Rundsteg
- 4
- Innengewinde
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- Bauteilabschnitt
- 7
- Rundloch
- 8
- Positionierstift
- 9
- Festanschlag
- 9a
- Auflageseite
- 10
- Setzeinheit
- 11
- Bereich
- 12
- Bereich
- 13
- Endbereich
- 14
- Klammer
- 15
- Backe
- 16
- Anschlag
- 16a
- Anschlagfläche
- 17
- Setzstift
- 18
- Niederhalter
- 19
- Spiralfeder
- 20
- Stirnseite
- 21
- Fenster
- 22
- Zahn
