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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Setzwerkzeug zum automatisierten Setzen von Montagebauteilen, wie insbesondere dem Setzen von Montagestopfen in Karosserieöffnungen eines Fahrzeugs, sowie einen Industrieroboter, der mit einem derartigen Setzwerkzeug ausgestattet ist.
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2. Hintergrund
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In vielen industriellen Montage- und Fertigungsvorgängen ist es notwendig eine große Anzahl von gleichartigen Montagebauteilen zu setzen, wie beispielsweise Stopfen zur Abdeckung bzw. zum Schließen von Öffnungen eines Bauteils. Insbesondere die selbsttragenden Karosserien von modernen PKW weisen herstellungsbedingt eine Vielzahl von Hohlräumen auf, die mit Montagestopfen verschlossen werden müssen. Das Anbringen der Montagestopfen erfolgte in der Vergangenheit in der Regel händisch. Dies ist für viele Anwendungen nicht wirtschaftlich.
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Die
DE 10 2007 036 666 A1 betrifft ein Verfahren zum Ausschäumen eines mindestens zwei Öffnungen aufweisenden Hohlkörpers einer Fahrzeugkarosserie, bei dem über eine erste Öffnung in den Hohlkörper ein aufschäumender Werkstoff eingebracht wird und wobei die zweite Öffnung zumindest temporär verschlossen werden muss. Gemäß dieser Druckschrift weisen insbesondere Fahrzeugkarosserien eine Vielzahl von Öffnungen auf, die beispielsweise für den beidseitigen Einsatz von Schweißzangen zum Verbinden der einzelnen Strukturbleche der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind. Diese Öffnungen werden üblicherweise über Folien oder Stopfen, nämlich sogenannte Lack- oder Montagestopfen, händisch verschlossen. Die Anbringung derartiger Elemente ist zeit- und arbeitsaufwändig und zudem beschwerlich. Als Lösung schlägt diese Druckschrift vor, anstelle einer Vielzahl von einzelnen Montagestopfen händisch aufzubringen, die zu verschließenden Öffnungen temporär mit einem weiträumigen Abdeckelement abzudecken, das von der Karosserie wieder entfernt wird, wenn es nicht länger benötigt wird. Anstelle der manuellen Anbringung einer Vielzahl von Montagestopfen, ist es mit dieser Lösung lediglich notwendig, ein einziges, großes Abdeckelement anzubringen. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass die Abdeckelemente speziell auf die jeweiligen Strukturteile bzw. Geometrien der Karosserie angepasst sein müssen, so dass für eine einzige Fahrzeugkarosserie eine Vielzahl von entsprechend geformten Abdeckelementen vorgehalten werden muss. Auch erscheint diese Lösung für weit verteilte Öffnungen oder für Öffnungen, die sich an schwer zugänglichen Stellen befinden, weniger geeignet.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Setzwerkzeug zum automatisierten Setzen von Montagebauteilen, wie insbesondere von Montagestopfen in Karosserieöffnungen eines Fahrzeugs, bereitzustellen, mit dem insbesondere das automatisierte Setzen mittels eines Industrieroboters möglich ist. Diese Aufgabe wird mit einem Setzwerkzeug gemäß Anspruch 1 und einem Industrieroboter gemäß Anspruch 14 gelöst.
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3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Setzwerkzeug zum automatisierten Setzen von Montagebauteilen ist insbesondere dafür gedacht, um mittels eines Roboters Montagestopfen in Karosserieöffnungen eines Fahrzeugs anzubringen. Es ist jedoch auch für eine Vielzahl von anderen industriellen Anwendungen geeignet, bei der eine Vielzahl von Bauteilen gesetzt werden muss. Das Setzwerkzeug weist einen Antriebsrahmen auf, eine Steuerhülse und ein Magazin zur Bereitstellung einer Mehrzahl von zu setzenden Bauteilen. Das Magazin ist dabei unbeweglich in Relation zur Steuerhülse eingerichtet und daran beispielsweise lösbar befestigt.
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Der Antriebsrahmen ist vorzugsweise linear beweglich an der Steuerhülse angeordnet und relativ zu der Steuerhülse zwischen einer Ausgangsposition und einer Setzposition bewegbar, in der ein Bauteil gesetzt wird. Bei der Anwendung des Setzwerkzeugs wird üblicherweise die Steuerhülse an die mit dem Bauteil zu versehene Einrichtung angesetzt, d. h. in Anlage gebracht. Anschließend wird der Antriebsrahmen in Relation zur Steuerhülse bewegt und insbesondere in einer linearen Richtung zu der mit einem Bauteil zu versehenen Einrichtung. Die Einrichtung, wie beispielsweise die Karosserie oder ein Karosserieteil eines Fahrzeugs, dient somit als Anschlag oder Wiederlager für die Steuerhülse und über die relative Bewegung des Antriebsrahmens zur Steuerhülse können die im Magazin befindlichen Bauteile Stück für Stück gesetzt werden. Zu diesem Zweck weist das Setzwerkzeug weiter Vereinzelungsmittel zur Entnahme der Bauteile aus dem Magazin auf, die derart eingerichtet sind, dass sie betätigt werden, wenn der Antriebsrahmen von der Ausgangsposition zu der Setzposition bewegt wird. Beispielsweise können die Vereinzelungsmittel selbst am Antriebsrahmen vorgesehen sein, z. B. in der Form von Federklammern, die bei der Bewegung des Antriebsrahmens von der Ausgangsposition zu der Setzposition ein einzelnes Bauteil an der Öffnung des Magazins greifen und zur Setzposition bewegen.
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Vorzugsweise weist das Setzwerkzeug weiter ein Stempelelement auf, das derart eingerichtet ist, um eine Anpresskraft auf die zu setzenden Bauteile zu bringen, wenn der Antriebsrahmen in der Setzposition ist. Das Stempelelement kann beispielsweise ein Teil des Antriebsrahmens sein, das in der Setzposition in Eingriff mit dem zuvor vereinzelten Bauteil kommt, und dieses in die gewünschte Position presst. Im Falle von den eingangs erwähnten Montagestopfen presst der Stempel beispielsweise den Stopfen in die entsprechende Karosserieöffnung eines Fahrzeugs.
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In bevorzugten Ausführungsformen weist das Setzwerkzeug eine Kulissenführung zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse auf, die mindestens eine Steuerkulisse und einen zugehörigen Kulissenstein umfasst, der in der Steuerhülse geführt ist. Besonders bevorzugt ist in allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Steuerkulisse der Steuerhülse zugeordnet und der zugehörige Kulissenstein dem Antriebsrahmen. Bei einer Bewegung des Antriebsrahmens relativ zur Steuerhülse folgt der Kulissenstein der Steuerkulisse, so dass die – in der Regel lineare – Bewegung des Antriebsrahmens relativ zur Steuerhülse über die Steuerkulisse zur Betätigung oder Bewegung der verschiedenen Elemente des Setzwerkzeugs genutzt werden kann, wie insbesondere der Vereinzelungsmittel oder der oben erwähnten vorteilhaften Stempelelemente.
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Vorzugsweise bewegt sich der Antriebsrahmen linear in Bezug zu der Steuerhülse und die Steuerhülse und/oder der Antriebsrahmen weisen hierzu Führungsmittel auf, die den Antriebsrahmen linear führen. Besonders bevorzugte Führungsmittel können beispielsweise zylinderförmige Buchsen bzw. Ringe sein, die an der Steuerhülse bzw. dem Antriebsrahmen vorgesehen sind und in denen der Antriebsrahmen bzw. die Steuerhülse zumindest teilweise aufgenommen und geführt ist.
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Das erfindungsgemäße Setzwerkzeug hat u. a. den Vorteil, dass es möglich ist, dieses ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Energiequellen oder Aktuatoren zu verwenden, da das Setzwerkzeug ausschließlich über die Relativbewegung zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse arbeiten bzw. betrieben werden kann. Diese Relativbewegung wird insbesondere durch den Roboterarm eingeleitet, an dem der Antriebsrahmen vorzugsweise befestigt ist.
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Damit sich der Antriebsrahmen, nachdem er in die Setzposition bewegt wurde, um einen Montagestopfen zu setzen, wieder selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückbewegt, sind vorzugsweise zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse Federelemente eingerichtet. Diese spannen den Antriebsrahmen in die Ausgangsstellung vor, so dass die Bewegung des Antriebsrahmens von der Ausgangsposition zu der Setzposition gegen die Kraft der Federn erfolgt. Wenn nach einem erfolgten Setzvorgang das Setzwerkzeug von der Karosserie oder der Einrichtung, an dem das Bauteil gesetzt wurde, wieder wegbewegt wird, zwingen die Federn den Antriebsrahmen wieder von der Setzposition zu der Ausgangsposition zurück (bzw. bewegen die Steuerhülse in Relation zum Antriebsrahmen entsprechend), ohne dass eine weitere äußere Krafteinwirkung notwendig wäre.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Antriebsrahmen eine Greifvorrichtung zur Ergreifung der zu setzenden Bauteile von dem Magazin auf. Die Greifvorrichtung ist derart ausgebildet, dass Bauteile in der Ausgangsposition des Antriebsrahmens gegriffen werden, was beispielsweise über Federklammern erfolgen kann, die in Klemmeingriff mit dem ersten Bauteil am Ausgang des Magazins kommen, sobald sich der Antriebsrahmen in seiner Ausgangsposition befindet. Wenn der Antriebsrahmen dann in die Setzposition bewegt wird, entnimmt er das zu setzende Bauteil aus dem Magazin und führt dieses mit zur Setzposition. Grundsätzlich kann eine derartige Greifvorrichtung zusätzlich zu den Vereinzelungsmitteln des Setzwerkzeugs vorgesehen sein, die Greifvorrichtung kann jedoch auch selbst das Vereinzelungsmittel sein. Mit anderen Worten, durch die Entnahme des zu setzenden Bauteils mittels der Greifvorrichtung kann dieses auch vereinzelt werden. Alternativ kann das oder die Vereinzelungsmittel auch ein von der Greifvorrichtung unterschiedliches, separates Bauteil sein, wobei dann in einem ersten Schritt das zu setzende Bauteil aus dem Magazin vereinzelt wird und erst in einem zweiten Schritt von einer Greifvorrichtung aufgenommen und entsprechend positioniert wird. Dies wird unter Bezugnahme auf die Figuren unten näher erläutert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Industrieroboter, der zumindest einen Roboterarm umfasst und ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Antriebsrahmen des Setzwerkzeugs fest mit dem Roboterarm verbunden ist. Im Betrieb führt der Roboterarm das Setzwerkzeug beispielsweise zu einer Karosserieöffnung, bis die Steuerhülse des Setzwerkzeugs die Karosserie berührt. Die Karosserie bildet sozusagen einen Anschlag für das Setzwerkzeug bzw. die Steuerhülse. Wenn der Roboterarm dann den Antriebsrahmen weiter bewegt, kommt es zu der relativen Verschiebung des Antriebsrahmens zur Steuerhülse und diese Bewegung und die damit verbundene Antriebs- bzw. Bewegungsenergie des Roboterarms kann verwendet werden, um den gewünschten Setzvorgang zu automatisieren, und insbesondere ohne das zusätzliche fehleranfällige und teure Energiequellen oder elektrische Stellmittel o. ä. notwendig sind.
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Die erfindungsgemäße Setzwerkzeug ist vorzugsweise rein mechanisch. Das erfindungsgemäße Setzwerkzeug weist vorzugsweise keine elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren auf.
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4. Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren genauer erläutert. Hierbei zeigt:
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1 ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug in einer dreidimensionalen schematischen Ansicht;
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2a/b das Setzwerkzeug von 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
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3 ein Detail des Setzwerkzeugs von 1 in einer dreidimensionalen, schematischen und teilgeschnittenen Ansicht;
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4 die Detailansicht von 3 aus einer anderen Perspektive;
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5 den Arbeitsablauf der Setzvorrichtung von 1;
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6 ein auswechselbares Magazin für zu setzende Bauteile;
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7a eine dreidimensionale, schematische, teilgeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs;
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7b eine geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform von
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7a;
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8a–8d geschnittene Seitenansichten, die Details der Vorrichtung der 7a darstellen;
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9 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs in einer schematischen, dreidimensionalen, teilgeschnittenen Ansicht;
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10a/b zwei Seitenansichten des Setzwerkzeugs von 9;
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11a/b geschnittene Seitenansichten der Vereinzelungs- bzw. Greifvorrichtungen der Ausführungsform von 9;
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12 eine schematische, dreidimensionale, teilgeschnittene Ansicht eines auswechselbaren Magazins für die dritte Ausführungsform; und
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13 eine dreidimensionale, schematische, teilgeschnittene Detailansicht der dritten Ausführungsform.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug 200 in einer dreidimensionalen schematischen Ansicht, wobei einige der Konturen durchsichtig dargestellt (teilgeschnitten) sind, um die Erläuterung der Funktionsweise des Setzwerkzeugs zu erleichtern. Das Setzwerkzeug 200 dient zum automatisierten Setzen von Montagebauteilen und kann über einen Befestigungsflansch 204 an einem Arm eines Industrieroboters o.ä. befestigt werden, der das Setzwerkzeug bedient. Die Kernbestandteile sind ein Antriebsrahmen 210, der mit dem Befestigungsflansch 204 versehen ist, und eine Steuerhülse 240. Der Antriebsrahmen 210 ist linear beweglich an der Steuerhülse 240 angeordnet. Zu diesem Zweck weist der Antriebsrahmen 210 eine zylinderförmige Führungsbuchse 211 auf, in der die Steuerhülse 240 aufgenommen ist. In 1 ist der Antriebsrahmen in seiner Ausgangsposition dargestellt. Zwischen dem Antriebsrahmen 210 und der Steuerhülse 240 sind vier Federelemente 202 vorgesehen, die bei einer Bewegung des Antriebsrahmens 210 in die Setzposition komprimiert werden. Der Antriebsrahmen ist also in der gezeigten Ausgangsstellung der 1 gegen die Steuerhülse 240 vorgespannt. Die Federelemente 202 sind ausreichend stark dimensioniert, so dass sie den Antriebsrahmen 210 ohne äußere Krafteinwirkung wieder von der Setzposition zu der Ausgangsposition zurückbewegen können, bzw. die Steuerhülse 240 in Relation zum Antriebsrahmen 210 bewegen können, so dass sich der Antriebsrahmen 210 (in Relation zu der Steuerhülse) wieder in der Ausgangsposition befindet. Im Inneren der Steuerhülse 240 ist ein wechselbares Magazin 270 eingerichtet, das zur Bereitstellung einer Mehrzahl von zu setzenden Bauteilen dient. Das Magazin 270 ist wechselbar gestaltet und über einen Bajonettverschluss 275 unbeweglich in Relation zur Steuerhülse eingerichtet.
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Der Antriebsrahmen 210 weist weiter einen Betätigungsbügel 244 auf, mit dem Vereinzelungsmittel 242 betätigt werden können, wenn sich der Antriebsrahmen 210 von der gezeigten Ausgangsposition in die Setzposition bewegt. Am Setz- oder Einsatzende der Steuerhülse 240 sind zudem zwei Steuerkulissen 250 vorgesehen, die mit einem zugehörigen Kulissenstein zusammenwirkt, der dem Antriebsrahmen zugeordnet ist. Diese Teile werden unten anhand der 3 und 4 näher erläutert.
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Bezug nehmend auf 2a und 2b ist das Setzwerkzeug 200 der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Anhand der 2a und 2b soll die Vereinzelung der zu setzenden Bauteile sowie das Ergreifen derselben näher erläutert werden. In der Schnittansicht der 2 ist gut zu erkennen, wie die Steuerhülse 240 beweglich in Relation zum Antriebsrahmen 210 eingerichtet und in der hierfür vorgesehenen Führungsbuchse 211 des Antriebsrahmens 210 geführt ist (dem Fachmann ist klar, dass es für die Relativbewegung zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse nicht darauf ankommt, welches Teil tatsächlich bewegt wird). Die Steuerhülse 240 ist auf eine Karosserie 100 aufgesetzt, so dass die beiden Steuerkulissen 250 links und rechts an der Karosserieöffnung 110 im Anschlag mit der Karosserie 100 sind. Der Fachmann erkennt, dass wenn in dieser Position beispielsweise der Roboterarm über den Befestigungsflansch 204 den Antriebsrahmen 210 nach unten in Richtung der Karosserie 100 bewegt, es zu einer Relativbewegung zwischen Antriebsrahmen 210 und Steuerhülse 240 kommt, ohne dass hierzu kraftbetriebene Stellmittel oder externe Antriebseinflüsse notwendig sind.
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Die Steuerhülse 240 nimmt in ihrem Inneren das Magazin 270 auf. Das Magazin 270 enthält eine Mehrzahl von Montagestopfen 271, die über eine Magazinfeder 273 in Richtung des Ausgangs des Magazins gepresst werden. Damit die Montagestopfen 271 nicht unbeabsichtigt aus dem Magazin 270 gedrückt werden, ist ein Vereinzelungsmittel 242 in Form zweier drehbar gelagerter Klammern vorgesehen. Die beiden Klammern sind identisch, so dass im Folgenden die Funktionsweise derselben nur anhand einer der Klammern erläutert wird. In 2b ist zu erkennen, dass eine Nase 247 des Vereinzelungsmittels 242 den Montagestopfen 271 am Ausgang des Magazins hält. Um den Montagestopfen 271 entnehmen zu können, d. h. ihn aus dem Magazinvorrat zu vereinzeln, muss das Vereinzelungsmittel 242 in die in 2a gezeigte Position gedreht werden. Diese Drehbewegung wird über Drehgelenk 248 des Vereinzelungsmittels und einen Vorsprung 245 des Vereinzelungsmittels bewirkt. Mittels des Drehgelenks 248 ist das Vereinzelungsmittel 242 an der Steuerhülse 240 drehbar gelagert. Wenn der Antriebsrahmen 210 in der in 2a gezeigten Ausgangsposition ist, wirkt der Betätigungsbügel 244 auf den Vorsprung 245, so dass das Vereinzelungsmittel 242 in die in 2a gezeigte offene Stellung gedreht ist bzw. wird. Gleichzeitig presst ein Stempelelement 220 des Antriebsrahmens 210 gegen den ersten am Ausgang des Magazins befindlichen Montagestopfen 271 und eine Greifvorrichtung 222 in Form von vier Federklammern (s. 4) ergreift den umlaufenden Rand des Montagestopfens 271. In der in 2a gezeigten Position ist der erste Montagestopfen 271 am Ausgang des Magazins also durch die am Antriebsrahmen 210 vorgesehene Greifvorrichtung ergriffen und gleichzeitig ist in der gezeigten Ausgangsposition des Antriebsrahmens das Vereinzelungsmittel 242 derart durch den Antriebsrahmen 210 betätigt, dass der erste Montagestopfen 271 frei ist, d. h. vereinzelt ist.
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In 2b ist der Antriebsrahmen 210 auf halbem Wege zwischen seiner Ausgangsposition und seiner Setzposition dargestellt. Die Vereinzelungsmittel 242 sind über ihre Federn 246 wieder in ihrer Halteposition geführt, in der sie verhindern, dass die Magazinfeder 273 die Montagestopfen 271 aus dem Magazin herausdrückt. Der vereinzelte Montagestopfen 271 ist über die Federklammern 222 von dem Antriebsrahmen 210 aufgenommen und mittels des Trägers 224 um 90 Grad gedreht. Wie diese Drehbewegung bewirkt wird, wird im Folgenden anhand der 3 und 4 erläutert.
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Die 3 zeigt eine dreidimensionale schematische Ansicht, insbesondere der Steuerkulissen 250 und ihrer Wirkungsweise. Der Antriebsrahmen 210 weist einen Träger 224 auf, der den Stempel 220 sowie die Greifvorrichtung 222 in Form der vier Federklammern trägt. Der Träger 224 ist über eine Drehachse 225 drehbar am Antriebsrahmen 210 gehalten. Die Drehachse ist in der Steuerkulisse 250 geführt und kann daher auch als Kulissenstein angesehen werden. Fest mit dem Träger 224 verbunden, bzw. integral ausgebildet, sind zwei T-förmige Steuerelemente 226 an jeder Seite des Trägers. Diese T-förmigen Elemente 226 wirken mit einer Steuereinheit 251 der Steuerkulisse 250 zusammen. Wie der Fachmann anhand der Betrachtung der 3 und 4 feststellen kann, kommt ein Element des T-förmigen Steuerelements 226 mit der Steuereinheit 251 in Eingriff, wenn der Antriebsrahmen 210 in 3 nach unten bewegt wird. Wird die Bewegung des Antriebsrahmens 210 nach unten fortgesetzt, bewirkt dieser Kontakt eine Drehung des Trägers 224 entgegen dem Uhrzeigersinns in der in 3 gezeigten Orientierung. Am Ende der Bewegung, d. h. wenn der Antriebsrahmen in seiner Setzposition ist, ist der Träger 224 um 180 Grad gedreht und der ergriffene Montagestopfen 271 in die Karosserieöffnung 110 gepresst.
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In 4 ist deutlich zu erkennen, dass das Stempelelement 220 am Montagestopfen 271 anliegt und wie die Federklammern 222 den Montagestopfen 271 an seinem Umfangsrand ergriffen haben. Das Vereinzelungsmittel 242 ist mittels des Bügels 244 in die offene Position gedreht, so dass es möglich ist, den ersten Montagestopfen 271 am Ausgang des Magazins mittels der Greifvorrichtung zu entnehmen. Die 3 und 4 zeigen somit dieselbe Position (Ausgangsposition) des Antriebsrahmens 210 wie die 2a.
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In 5 ist der Setzvorgang schematisch illustriert. Bei I wird das Setzwerkzeug 200 mittels beispielsweise eines Roboters zur Karosserieöffnung 110 eines Karosserieblechs einer Karosserie 100 geführt. Der Antriebsrahmen 210 ist in seiner Ausgangsposition relativ zur Steuerhülse 240. Bei II ist das Ende der Steuerhülse 240 gegen die Karosserie gepresst und eine weitere Bewegung des Setzwerkzeugs in Richtung der Karosserieöffnung 110 bewirkt nun eine relative Bewegung von Antriebsrahmen 210 zur Steuerhülse 240. In III ist der Antriebsrahmen 210 auf halbem Wege zwischen seiner Ausgangsposition und der Setzposition gezeigt. Die in III gezeigte Anordnung entspricht der von 2b. Bei IV ist der Bewegungsablauf abgeschlossen, d. h. der Antriebsrahmen ist in die Setzposition geführt und der entnommene Montagestopfen 271 ist in die Öffnung 110 eingesetzt. Das Stempelelement 220 bewirkt ein festes Andrücken bzw. Einpressen des Montagestopfens in die Öffnung. Bei V wird das Setzwerkzeug 200 wieder von der Karosserieöffnung 110 entfernt. Da das Setzwerkzeug am Befestigungsflansch 204 des Antriebsrahmens 210 geführt bzw. bewegt wird, verbleibt die Steuerhülse 240 vorerst in Kontakt mit der Karosserie, da die Federelemente 202 derart eingerichtet sind, dass das Setzwerkzeug 200 immer das Bestreben hat, in die in 1 gezeigte Konfiguration zu springen. Bei VI ist die Ausgangsposition noch nicht erreicht, was daran erkannt werden kann, dass der Betätigungsbügel 244 noch nicht in Kontakt mit dem Vorsprung 245 des Vereinzelungsmittels 242 ist. In der in VII und VIII gezeigten Position ist der Antriebsrahmen 210 wieder in seiner Ausgangsposition und der Betätigungsbügel 244 hat das Vereinzelungsmittel 242 wieder in die 2a gezeigte geöffnete Position gedreht. Der Träger 224 ist wieder in der in 1 bzw. 2a gezeigten Position und hat den nächsten, jetzt vereinzelten Montagestopfen 271 ergriffen. Das Werkzeug ist nun bereit für den nächsten Einsatz und der Prozess beginnt erneut bei I an der nächsten zu verschließenden Karosserieöffnung. Das gezeigte Setzwerkzeug arbeitet daher vorteilhaft rein mechanisch und benötigt daher keine elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren o.ä.
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6 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht eines auswechselbaren Magazins 270, das mit dem Setzwerkzeug der Ausführungsform der 1 zusammenwirken kann.
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In der 7a ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Setzwerkzeugs 300 dargestellt. Die prinzipielle Funktionsweise des Setzwerkzeugs 300 entspricht dabei derjenigen der ersten Ausführungsform. Es sind jedoch einige konstruktive Änderungen vorgesehen, wobei insbesondere das Setzwerkzeug 300 keinen drehbaren Träger aufweist, mit dem die Montagestopfen um 180° gedreht werden könnte. Das Drehen der Montagestopfen ist bei bestimmten Arten von zu setzenden Bauteilen vorteilhaft, nämlich bei Bauteilen die sich nur in einer bestimmten Richtung gut ins Magazin einführen lassen bzw. aus dem Magazin entnehmen lassen können. Das Setzwerkzeug 300 weist einen Antriebsrahmen 310 auf, der über einen Befestigungsflansch 304 verfügt. Der Antriebsrahmen 310 kann so mit einem Roboterarm verbunden werden, der den Antriebsrahmen 310 und somit das ganze Setzwerkzeug 300 bewegt. Weiter weist das Setzwerkzeug 300 eine Steuerhülse 340 auf, die mit einer Führungsbuchse 311 versehen ist, in der der Antriebsrahmen 310 aufgenommen und linear beweglich gelagert ist. Die Steuerhülse 340 weist weiter an gegenüberliegenden Seiten zwei Steuerkulissen 350 auf, die mit zugehörigen Kulissensteinen 351 des Antriebselements 310 zusammenwirken.
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Wie bei der ersten Ausführungsform sind auch hier Antriebsrahmen und Steuerhülse über ein Federelement 302 gegeneinander vorgespannt. Dieses Federelement 302 ist derart eingerichtet, dass es den Antriebsrahmen 310 immer in die in 7a gezeigte Ausgangsposition zurückbewegt, wenn beispielsweise die Führungsbuchse 311 festgehalten wird und ansonsten keine externen Kräfte wirken. Der Fachmann erkennt, dass diese Rückführung in die Ausgangsposition des Antriebsrahmens in der Praxis in der Regel dadurch erfolgt, dass das Federelement 302 die Steuerhülse 340 bewegt, bis die relative Anordnung von Antriebsrahmen und Steuerhülse der 7a erreicht ist. Dem Antriebsrahmen 310 ist ein drehbar gelagertes Stempelelement 320 zugeordnet, mittels dem die zu setzenden Bauteile in die Setzposition gezwungen werden. Dies wird unten anhand der 8 erläutert.
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In 7b ist das Setzwerkzeug 300 der 7a in einer Schnittansicht gezeigt. Man erkennt, wie der Antriebsrahmen 310 in der Führungsbuchse 311 der Steuerhülse 340 geführt ist. Der Antriebsrahmen 310 ist ebenfalls hülsenförmig, sodass er in seinem Inneren das Magazin 370 aufnehmen kann. Das Magazin 370 ist dabei jedoch unbeweglich in Relation zur Steuerhülse eingerichtet, sodass sich der Antriebsrahmen 310 relativ zu Steuerhülse sowie zum Magazin bewegen kann. Das Magazin 370 kann über eine Bajonett-Befestigung unbeweglich in Relation zur Steuerhülse lösbar befestigt sein, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Die Funktionsweise des Stempelelements 320 wird nun unter Bezugnahme auf 8 näher erläutert.
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Bezugnehmend auf 8a sind Vereinzelungsmittel 342 in Form von Federklammern dargestellt, die am Antriebsrahmen 310 befestigt sind. Die Federklammern tauchen durch entsprechende Öffnungen am Ausgangsende der Hülle des Magazins 370 und verklemmen den Umfangsrand des ersten am Ausgang des Magazins befindlichen Montagestopfens 371. Hierdurch wird der Montagestopfen gegriffen. Wenn der Antriebsrahmen 310 in der in 8a gezeigten Orientierung weiter nach unten bewegt wird, entnimmt er den Montagestopfen 371 und führt ihn zur Setzposition. Das Magazin weist an seinem Ausgang ebenfalls Klammern oder eine Einschnürung auf, die verhindert, dass die Magazinfeder die Montagestopfen aus dem Magazin drückt. Die Federklammern des Vereinzelungsmittels 342 sind jedoch stärker als die Rückhaltewirkung des Magazins, so dass sie den Montagestopfen dennoch entnehmen können.
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In der Setzposition in 8b presst das Stempelelement 320 den Montagestopfen in die zu verschließende Öffnung. Zu diesem Zweck weist das Stempelelement 320 zwei drehbar am Antriebsrahmen 310 eingerichtete Hebel 322 auf. Jeder Hebel 322 ist über ein Drehgelenk 323 am Antriebsrahmen drehbar gelagert und mittels einer Feder 324 in die in 8c und 7b gezeigte Ausrichtung vorgespannt. Der Hebel 322 bzw. das Stempelelement 320 weist weiter einen Betätigungsfuß 321 auf, der in Kontakt mit einer Steuerkante 325 der Steuerhülse tritt, wenn der Antriebsrahmen 310 in die Setzposition bewegt wird. Dies ist in 8d zu erkennen. Bei einer Bewegung des Antriebsrahmen in die in 8d gezeigte Position bewirkt die Steuerkante 325 eine Drehung des Hebels 322 um ca. 90°, sodass der Hebel den Montagestopfen fest in die Setzposition zwingt, wenn der Antriebsrahmen in der Setzposition ist.
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Die Feder 324 spannt den Hebel 322 gegen diese gezeigte Setzposition vor, d. h. ohne die Einwirkung der Steuerkante 325 auf den Betätigungsfuß 321 zwingt die Feder 324 den Hebel 322 wieder zurück in die Ausgangsposition der 8c. Der Fachmann erkennt, dass bei der zweiten Ausführungsform das Vereinzelungsmittel 342 in Form der Federklammern gleichzeitig eine Greifvorrichtung zur Ergreifung der zu setzenden Bauteile aus dem Magazin darstellt. Die Federklammern des Vereinzelungsmittels 342 vereinzeln nicht nur den ersten am Ausgang des Magazins befindlichen Montagestopfens, sondern sie sind es auch, die den Montagestopfen ergreifen und von der Ausgangsposition in die Setzposition mitnehmen.
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In den 9–13 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs 400 gezeigt. Die prinzipielle Wirkungsweise ist dieselbe wie bei den beiden übrigen Ausführungsformen. Bezugnehmen auf 9, umfasst das Setzwerkzeug 400 dementsprechend einen Antriebsrahmen 410 der über einen Befestigungsflansch 404 mit beispielsweise einem Roboterarm fest verbunden sein kann. Der Roboterarm bewegt somit den Antriebsrahmen 410 und da dieser wiederum mit den übrigen Bauteilen des Setzwerkzeugs 400 verbunden ist, das gesamte Werkzeug 400. Der Antriebsrahmen 410 ist relativ beweglich zu einer Steuerhülse 440 eingerichtet. Die Steuerhülse 440 weist eine zylinderförmige Führungsbuchse 411 auf, in der der Antriebsrahmen 410 linear geführt ist. Zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse befindet sich eine Feder bzw. ein Federelement 402, das derart eingerichtet ist, dass es Antriebsrahmen und Steuerhülse in die in 10a gezeigte Ausgangsposition zwingt.
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In 9 ist der Antriebsrahmen 410 in der Setzposition gezeigt. In 9 ist auch gut zu erkennen, wie ein Montagestopfen 471 mittels des Antriebsrahmens 410 in eine Setzposition gepresst ist. Der Stopfen 471 wird mittels einer Greifvorrichtung 422 des Antriebsrahmen 410 ergriffen. Die Greifvorrichtung 422 besteht im Wesentlichen aus vier Federklammern, die am Umfang des runden Montagestopfens angreifen.
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An der Steuerhülse 440 ist zudem ein Magazin 470 unbeweglich angeordnet. Das Magazin 470 ist lösbar an der Steuerhülse 440 befestigt, sodass es, wenn die darin enthaltenen zu setzenden Bauteile aufgebraucht sind, ausgetauscht werden kann. Ähnlich wie die Magazine der ersten und zweiten Ausführungsform weist auch das Magazin 470 eine Magazinfeder 473 auf, welche die zu setzenden Montagestopfen 471 in Richtung des Magazinausgangs zwingt.
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Nun bezugnehmend auf die 10a und 10b, ist die Setzvorrichtung 400 in einer Seitenansicht gezeigt. In 10a ist der Antriebsrahmen in seiner Ausgangsposition gezeigt und in 10b in der Setzposition. Der Antriebsrahmen ist linear beweglich an der Steuerhülse angeordnet und verfügt über ein Stempelelement 420, um den Montagestopfen mit einer Anpresskraft zu versehen, wenn der Antriebsrahmen in der Setzposition der 10b ist. Zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse ist eine besondere Kulissenführung vorgesehen. Dabei ist der Steuerhülse eine Steuerkulisse 450 zugeordnet und dem Antriebselement ein Kulissenstein 451, der in der Steuerkulisse geführt ist. Die Steuerkulisse 450 ist an einem Steuerstab 455 vorgesehen, der drehbar in der Steuerhülse 440 eingerichtet ist. Die Steuerkulisse 450 ist eine Nut und schraubenartig um den Steuerstab 455 herumgewunden. Der Fachmann erkennt, dass bei einer wie in 10 gezeigten linearen Abwärtsbewegung des Antriebsrahmens 410 der Kulissenstein 451 mit der Steuerkulisse 450 – aufgrund der schraubenförmigen Windung – derart zusammenwirkt, dass sich der Steuerstab 455 dreht. Die Steuerkulisse 450 ist wiederum derart ausgebildet, dass sich der Steuerstab 455 um 180° dreht, wenn sich der Antriebsrahmen von der Ausgangsposition in die Setzposition bewegt. Der Zweck dieser Konstruktion ist es, Montagestopfen aus dem Magazin 470 zu vereinzeln und zu ergreifen und diese von dem Ausgang des Magazins 470 zu der Position zu bewegen, in der sie gesetzt werden sollen. Zu diesem Zweck ist an dem Steuerstab weiter eine Greifvorrichtung zur Ergreifung der zu setzenden Bauteile bzw. Montagestopfen aus dem Magazin eingerichtet, die sich mit dem Steuerstab mitdreht. Dies wird anhand der 11 unten näher erläutert.
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Die 11a und 11b zeigen geschnittene schematische Ansichten eines Details des Magazins und der dort vorgesehenen Vereinzelungsmittel. Ähnlich zu der ersten Ausführungsform weist auch die dritte Ausführungsform Vereinzelungsmittel 442 in Form von zwei drehbar gelagerten Klammern auf. Das Vereinzelungsmittel 442 ist jeweils über ein Drehgelenk 448 am Magazin bzw. der Steuerhülse drehbar gelagert. Es weist einen Vorsprung 445 auf, der in Ausgangsrichtung des Magazins weist, sowie eine hervorstehende Nase 447, welche den ersten Montagestopfen am Ausgang des Magazins festhält, sodass dieser und die weiteren Montagestopfen im Magazin nicht durch die Magazinfeder herausgedrückt werden. Damit der erste Montagestopfen am Ausgang des Magazins vereinzelt wird und ergriffen werden kann, werden die Vorsprünge 445 betätigt und die Vereinzelungsmittel 442 um das Drehgelenk 448 entsprechend gedreht. Hierdurch geben die Nasen 447 den Montagestopfen frei. Dies ist in 11b gezeigt.
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In 11a ist das Vereinzelungsmittel 442 in derjenigen Position gezeigt, die es einnimmt wenn der Antriebsrahmen nicht in der Ausgangsposition ist. In 11b ist der Antriebsrahmen in der Ausgangsposition und ein Förderrahmen 460, der an dem Steuerstab 455 angeordnet ist, befindet sich unterhalb der Öffnung des Magazins und drückt über entsprechende Zinnen 461 die Vorsprünge 445 nach Außen, sodass das Vereinzelungsmittel 442 den ersten im Ausgang des Magazins befindlichen Montagestopfen freigibt. Dieser fällt sodann der Schwerkraft folgend nach unten auf bzw. in den Förderrahmen 460, wo er von Klemmfedern 462 gehalten wird. Dieser Zustand ist in 11b gezeigt. Es sollte angemerkt werden, dass in der Darstellung der 11b derselbe Montagestopfen 471‘ zweimal gezeigt ist, und zwar einmal in der Position, nachdem er in den Förderrahmen 460 gefallen ist und zum anderen in der Position wo er zwar von dem Vereinzelungsmittel gelöst wurde, jedoch noch nicht aufgrund der Schwerkraft in den Förderrahmen 460 gefallen ist. Dies dient nur den Zwecken der Veranschaulichung und in der Praxis wird sich der Montagestopfen 471‘ entweder in der unten gezeigten Position zwischen den Klemmfedern 462 befinden oder auf dem Weg dorthin sein.
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Bezugnehmend auf 11, ist außerdem zu erkennen, dass die Vereinzelungsmittel 442 in Form von Halteklammern ausgebildet sind, die im gezeigten Fall am Magazin 470 drehbar gelagert sind. Es ist auch denkbar, die Vereinzelungsmittelt 442 an der Steuerhülse drehbar zu lagern.
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In 12 ist das auswechselbare Magazin 470 in einer schematischen, teilgeschnittenen Ansicht gezeigt. Das Magazin ist über Befestigungsmittel 475 in Form von vier Haken an der Steuerhülse lösbar befestigbar, sodass es gegenüber der Steuerhülse unbeweglich eingerichtet ist. Man erkennt außerdem das Vereinzelungsmittel 442, wobei das gegenüberliegende Vereinzelungsmittel 442 aufgrund der teilgeschnittenen Ansicht in 12 nicht zu sehen ist.
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In 13 ist eine detaillierte Sicht in teilgeschnittenem Zustand gezeigt, wenn der Antriebsrahmen 410 in seiner Setzposition ist. Man erkennt, dass auch der Antriebsrahmen 410 über Greifvorrichtungen 422 in Form von vier Federklammern verfügt, um den Montagestopfen 471 zu halten, wenn dieser aus dem Förderrahmen 460 durch die Einwirkung des Antriebsrahmen nach unten in 13 geführt wird. Die Klemmfedern 462 des Förderrahmens 460 sind so ausgebildet, dass sie den Montagestopfen nur leicht halten, sodass dieser ohne weiteres von dem Antriebsrahmen bzw. dem Stempel des Antriebsrahmens gelöst und nach unten in die zu verschließende Öffnung bewegt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 200, 300, 400
- Setzwerkzeug
- 202, 302, 402
- Federelemente zwischen Antriebsrahmen und Steuerhülse
- 210, 310, 410
- Antriebsrahmen
- 211, 311, 411
- Führungsbuchse des Antriebsrahmens bzw. der Steuerhülse
- 100
- Karosserie
- 110
- Karosserieöffnung
- 204, 304, 404
- Befestigungsflansch zur Befestigung des Antriebsrahmens
- 220, 320, 420
- Stempelelement
- 222
- Greifvorrichtung (Federklammern)
- 224
- Träger
- 225
- Drehachse des Trägers
- 226
- T-förmiges Steuerelement
- 240, 340, 440
- Steuerhülse
- 242, 342, 442
- Vereinzelungsmittel
- 244
- Betätigungsbügel des Antriebsrahmens
- 245
- Vorsprung des Vereinzelungsmittels
- 246
- Feder des Vereinzelungsmittels
- 247
- Nase des Vereinzelungsmittels
- 248
- Drehgelenk des Vereinzelungsmittels
- 250, 350, 450
- Steuerkulisse
- 251
- Steuereinheit
- 270, 370, 470
- Magazin
- 275
- Bajonettbefestigung
- 271, 371, 471
- Montagestopfen
- 273, 373, 473
- Magazinfeder
- 321
- Betätigungsfuß
- 322
- Hebel
- 323
- Drehgelenk
- 324
- Feder
- 325
- Steuerkante der Steuerhülsen
- 351, 451
- Kulissenstein
- 422
- Greifvorrichtung mit Federklammern
- 455
- Steuerstab
- 445
- Vorsprung des Vereinzelungsmittels
- 446
- Feder des Vereinzelungsmittels
- 447
- Nase des Vereinzelungsmittels
- 448
- Drehgelenk des Vereinzelungsmittels
- 460
- Förderrahmen
- 461
- Zinnen des Förderrahmens
- 462
- Klemmfedern des Förderrahmens
- 475
- Befestigungsmittel des Magazins
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036666 A1 [0003]