Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Verbinden zweier Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Verbinden zweier Werkstücke mittels Verbindungselementen, wobei die Vorrichtung ein Magazin zur Aufnahme der Verbindungselemente aufweist.

Derartige Vorrichtungen werden bei der Fahrzeugproduktion beispielsweise im Bereich der „Hochzeit", dem Bereich, in dem die Karosserie mit dem Chassis durch Verschrauben verbunden wird, eingesetzt. Die Erfindung wird nachfolgend an diesem Anwendungsbeispiel erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Sie kann vielmehr Anwendung in allen Bereichen finden, in denen ein automatisches Verbinden zweier Werkstücke mittels Verbindungselementen erfolgt.

Es ist bekannt, Schrauben mittels Verlängerungsspindeln in einer Schraubstation einzuschrauben. Vorher werden die Schrauben in der Aurrüstung in die Verlängerungsspindeln durch Werker eingelegt. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch für jede Schraubstelle eine Verlängerungsspindel auf der Palette, was hohe Kosten für die Palette mit sich bringt. Die Gesamtmenge der Verlängerungsspindeln steigt mit der Anzahl der Paletten im Hochzeitsystem, was wiederum die Kosten des Gesamtsystems in die Höhe treibt. Bei einem Mischbetrieb, bei dem verschiedene Schrauben verwendet werden, erhöht sich die Komplexität der Paletten, wobei eine Steigerung der Komplexität der Paletten wiederum ein Palettenwechselsystem mit Fördertechnik und einem Palettenspeicher erforderlich machen kann. Auch eine Fahrzeugtyperweiterung erfordert neue Paletten, was mit Kosten und Zeitaufwand verbunden ist.

Gemäß einem anderen Stand der Technik werden die Schrauben in der Aufrüstung durch Werker in ein ortsfestes „Palettennest" mit Gewindelöchern eingedreht. In der Schraubstation werden die Schrauben dann nacheinander mittels eines Roboterwerkzeugs herausgedreht und in die Karosserie eingeschraubt. Auch hier muß ein Werker in der Aufrüstung die Schrauben in das Palettennest eindrehen, was eine repetitive Tätigkeit ist, die zudem mit relativ hohem Zeitaufwand verbunden ist. Außerdem muß das Roboterwerkzeug die Schrauben wieder aus dem Palettennest herausdrehen, was eine gewisse Taktzeit in Anspruch nimmt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Verbinden zweier Werkstücke dahingehend zu verbessern, daß das Zuführen der Verbindungselemente weniger personal- und zeitintensiv ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verbindungselementenest vorgesehen ist, dessen Unterseite mit der Oberseite des Magazins koppelbar ist, wobei das Verbindungselementenest Öffnungen zum Einlegen der Verbindungselemente aufweist und die Öffnungen zur Unterseite hin ver- und entriegelbar sind.

Diese Vorrichtung ermöglicht es, daß die Verbindungselemente lediglich in die Öffnungen des Verbindungselementenestes eingelegt werden müssen und dann durch Entriegeln der Öffnungen in das Magazin übertragen werden. Die Erfindung bringt gegenüber dem Stand der Technik eine Vielzahl von Vorteilen mit sich, insbesondere die folgenden:

• Die Taktzeit wird gegenüber dem Ein- und Ausschrauben der Verbindungselemente verkürzt, da alle Verbindungselemente in einem Ablauf übernommen werden können,

• Das Vereinzeln der Verbindungselemente erfolgt parallel zum Anfahren der jeweiligen Schraubposition, was ebenfalls eine Verkürzung der Taktzeit mit sich bringt,

• Die Komplexität der Paletten wird reduziert und die Verlängerungsspindeln auf den Paletten können entfallen, was sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht als auch bezüglich der Flexibilität von Vorteil ist,

• Das Verbindungselementenest kann auf der Palette oder an der Schraubstation angeordnet sein, was in Hinblick auf die Flexibilität und in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft ist, und

• Die Vorrichtung kann für ein Verbinden zweier beliebig im Raum angeordneter Werkstücke verwendet werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Verbindungselemente Schrauben, Bolzen, Muttern oder Nieten sind. Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß zum Koppeln des Verbindungselementenestes mit dem Magazin ein Bolzen am Magazin vorgesehen ist, dem eine zentrale Öffnung des Verbindungselementenestes zugeordnet ist.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß zum Koppeln des Verbindungselementenestes mit dem Magazin ein Bolzen am Verbindungsselementenest vorgesehen ist, dem eine zentrale Öffnung des Magazins zugeordnet ist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß Mittel zum automatischen Bestücken des Verbindungselementenestes vorgesehen sind.

Das Bestücken kann nicht nur manuell, sondern auch automatisch erfolgen, was sowohl in Hinblick auf die Flexibilität als auch in Hinblick auf die Stückkosten von Vorteil sein kann.

hu Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum automatischen Verbinden zweier Werkstücke mittels Verbindungselementen mit folgenden Verfahrensschritten:

• Einlegen der Verbindungselemente in ein Verbindungselementenest, wobei das Verbindungselementenest Öffnungen zum Einlegen der Verbindungselemente aufweist und die Öffnungen zur Unterseite hin ver- und entriegelbar sind,

• Koppeln des Verbindungselementenestes mit einem Magazin zur Aufnahme der Verbindungselemente,

• Entriegeln der Öffnungen des Verbindungselementenestes, wodurch die Verbindungselemente in das Magazin übertragen werden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht in folgendem weiteren Verfahrensschritt:

• Spannen und Positionieren der Verbindungselemente in dem Magazin.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen Fig. Ia und Fig. Ib eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Gesamt- und in

Detailansicht,

Fig. 2a, Fig. 2b und

Fig. 2c das automatische Verschrauben mit einer erfmdungsgemäßen

Vorrichtung.

Wie aus Fig. Ia ersichtlich, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein drehbares Magazin 1 für Verbindungselemente auf, unterhalb dessen eine Schraubspindel 2 angeordnet ist, welche jeweils fluchtend mit einer Öffnung 3 des Magazins 1 angeordnet werden kann. Weiterhin sind eine Hubeinheit 4 und der Schrauber 5 dargestellt. Das Magazin 1 weist im vorliegenden Beispiel vier Öffnungen 3 auf, in welches Verbindungselemente 6 (hier: Schrauben) aufgenommen, gespannt und positioniert werden können.

Weiterhin ist ein Verbindungselementenest 7 zu erkennen, das mit dem Magazin 1 koppelbar ist. Die Kopplung des Verbindungselementenestes 7 mit dem Magazin 1 erfolgt im vorliegenden Beispiel über einen Bolzen 8 des Magazins 1, der in eine zentrale Öffnung 9 des Verbindungselementenestes 7 eingreift. Das Verbindungselementenest 7 weist vorzugsweise eine identische Zahl von Öffnungen 10 auf wie das Magazin 1.

In den Fig. 2a bis 2c sind die einzelnen Arbeitsschritte dargestellt. Wie aus den Fig. 2a und 2b ersichtlich, werden die Verbindungselemente 6, hier die Schrauben, manuell oder automatisch in die Öffnungen 10 des Verbindungselementenestes 7 eingelegt. Die Öffnungen 10 sind zunächst zur Unterseite des Verbindungselementenestes 7 hin verriegelt.

Gemäß Fig. 2c werden die Öffnungen des Verbindungselementenestes 7 dann zur Unterseite des Verbindungselementenestes 7 hin entriegelt, wobei die Verbindungselemente 6 in das Magazin 1 gleiten und dort gespannt und positioniert werden. Während der Anfahrt der jeweiligen Schraubposition werden die Verbindungselemente 7 vereinzelt und dem Schrauber 5 zugeführt, der die entsprechende Schraubverbindung dann durchfuhrt.