Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kalottenvorrichtung und einem Verfahren zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement für eine Positioniervorrichtung sowie von einer Positioniervorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Die DE 101 12 024 A1 beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer zueinander definiert ausgerichteter optischer Achsen, bei der die Richtungen der optischen Achsen durch die Reflexionswinkel eines Lichtbündels an unterschiedlich angeordneten ebenen Spiegelflächen definiert sind.

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Kalottenvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement für eine Positioniervorrichtung sowie eine verbesserte Positioniervorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Durch den hier vorgestellten Ansatz wird eine Möglichkeit geschaffen, um Bauteile präzise gegeneinander auszurichten. Vorteilhafterweise kann dadurch zum einen eine Prozesssicherheit gewährleistet und sichergestellt werden, zum anderen kann durch den vorgestellten Ansatz eine unabhängige personenbezogene Prozessgestaltung beispielsweise bei einer Herstellung oder einer Montage unterschiedlicher Bauteile erreicht werden.

Es wird eine Kalottenvorrichtung zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement für eine Positioniervorrichtung vorgestellt, wobei die Kalottenvorrichtung einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden der Kalottenvorrichtung mit einem Hubarm der Positioniervorrichtung aufweist. Weiterhin weist die Kalottenvorrichtung ein äußeres Kalottenelement auf, das mit dem Verbindungsabschnitt verbunden ist. Das äußere Kalottenelement weist dabei auf einer dem Verbindungsabschnitt abgewandten Seite eine konkave Kontaktfläche auf. Ein mittleres Kalottenelement der Kalottenvorrichtung weist eine konvexe Außenfläche und eine konkave Innenfläche auf, wobei das mittlere Kalottenelement beweglich zu dem äußeren Kalottenelement angeordnet ist. Die konvexe Außenfläche ist dabei gegenüberliegend zu der konkaven Kontaktfläche des äußeren Kalottenelements angeordnet. Ferner weist die Kalottenvorrichtung ein Stempelelement zum Andrücken des mittleren Kalottenelements an das äußere Kalottenelement auf. Das Stempelelement ist beweglich mit dem Verbindungsabschnitt verbunden. Außerdem weist die Kalottenvorrichtung ein Aufnahmeelement zum Aufnehmen des Oberelements, wobei das Aufnahmeelement mit dem mittleren Kalottenelement verbunden ist, und mindestens ein Magnetelement auf, das an dem äußeren Kalottenelement angeordnet ist und ausgebildet ist, um eine Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement bereitzustellen.

Die Kalottenvorrichtung kann beispielsweise als ein Kalottenlager ausgeformt sein. Das Oberelement und das Unterelement können allgemein auch als Bauteile bezeichnet werden, die einander exakt auszurichten sind. Dabei können die beiden Elemente beispielsweise Teil einer Optikvorrichtung darstellen. Die Positioniervorrichtung kann ein Herstellungswerkzeug darstellen. Folglich kann die Kalottenvorrichtung als Komponente eines Herstellungswerkzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann das durch die Kalottenvorrichtung ausgeformte Kalottenlager in einer Klebevorrichtung von SiC-Teilen im Integrationsprozess von Sensorelementen eingesetzt werden.

Das äußere Kalottenelement kann mit dem Verbindungsabschnitt fest verbunden sein und somit von dem Verbindungsabschnitt gehalten werden. Vorteilhafterweise kann die Kalottenvorrichtung mittels des Verbindungsabschnitts an der Positioniervorrichtung montierbar, beziehungsweise entnehmbar ausgeformt sein. Die Kalottenelemente können zwiebelschalenartig aneinander angeordnet sein. Das mittlere Kalottenelement kann vorteilhafterweise ein magnetisches Material aufweisen. Das mindestens eine Magnetelement kann schaltbar ausgeführt sein. Das Stempelelement kann eine geeignete Form aufweisen, beispielsweise T-förmig oder doppel-T-förmig realisiert sein. Vorteilhafterweist kann die Kalottenvorrichtung universell einsetzbar sein und beispielsweise auch auf andere Anwendungen übertragen werden, bei der eine exakte Ausrichtung von Klebspalten sicherzustellen ist, wie beispielsweise bei einem Verkleben von Prismen. Weiterhin ist der hier vorgestellte Ansatz vorteilhafterweise kostengünstig realisierbar. Gemäß einer Ausführungsform kann das Aufnahmeelement mit dem mittleren Kalottenelement verschraubt sein. Vorteilhafterweise lässt sich das Aufnahmeelement leicht austauschen und dennoch sicher fixieren.

Die Kalottenvorrichtung kann zumindest ein weiteres Magnetelement aufweisen, das an dem äußeren Kalottenelement angeordnet und ausgebildet sein kann, um eine weitere Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement bereitzustellen. Das weitere Magnetelement kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass die Magnetkräfte der Magnetelemente gleichmäßig auf das mittlere Kalottenelement wirken. Beispielsweise können eine Mehrzahl entsprechender Magnetelemente verteilt an dem äußeren Kalottenelement angeordnet sein. Auf diese Weise kann das mittlere Kalottenelement sicher fixiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Verbindungsabschnitt mittels einer Gewindeeinrichtung mit dem Stempelelement verbunden sein, um das Stempelelement entlang einer längs durch die Kalottenvorrichtung verlaufenden Längsachse zu bewegen. Die Gewindeeinrichtung kann vorteilhafterweise ausgebildet sein, um das Stempelelement ein- und auszufahren. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Größe eines Spalts zwischen dem mittleren und dem äußeren Kalottenelement eingestellt werden.

Weiterhin kann die konvexe Außenfläche des mittleren Kalottenelements einen Abschnitt einer Oberfläche einer Kugel ausformen. Der Mittelpunkt der Kugel kann dabei in einem Spalt zwischen dem Oberelement und dem Unterelement angeordnet sein, wenn das Oberelement und das Unterelement gegeneinander ausgerichtet sind. Dadurch können Relativbewegungen zwischen dem Oberelement und dem Unterelement beim Ausrichten minimal gehalten werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kalottenvorrichtung ein inneres Kalottenelement aufweisen, das eine konvexe weitere Außenfläche aufweist. Das innere Kalottenelement kann beweglich zu dem mittleren Kalottenelement angeordnet sein, wobei die konvexe weitere Außenfläche gegenüberliegend zu der konkaven Innenfläche des mittleren Kalottenelements angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise kann das innere Kalottenelement drehbar und zusätzlich oder alternativ kippbar gegenüber dem mittleren Kalottenelement ausgeformt sein. Das Stempelelement kann zum Andrücken des inneren Kalottenelements an das mittlere Kalottenelement ausgeformt sein. Auf diese Weise kann das innere Kalottenelement zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement verwendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Aufnahmeelement als eine Ansaugplatte ausgeformt sein. Dabei kann das Aufnahmeelement ausgebildet sein, um das Oberelement mittels Unterdrück anzusaugen. Das Aufnahmeelement kann beispielsweise einen größeren Durchmesser aufweisen als das mittlere Kalottenelement.

Weiterhin kann das zumindest eine Magnetelement gemäß einer Ausführungsform als ein Elektromagnet ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann dadurch die entsprechende Magnetkraft gezielt, auch automatisiert, aktiviert werden. Alternativ kann ein mechanische schaltbarer Permanentmagnet eingesetzt werden.

Ferner wird ein Verfahren zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement unter Verwendung einer Kalottenvorrichtung in einer zuvor genannten Variante für eine Positioniervorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Aufnehmens, einen Schritt des Bewegens und einen Schritt des Bereitstellens umfasst. Im Schritt des Aufnehmens wird das Oberelement unter Verwendung des Aufnahmeelements aufgenommen, das mit dem mittleren Kalottenelement verbunden ist. Im Schritt des Bewegens wird das mittlere Kalottenelement gegenüber dem äußeren Kalottenelement bewegt, um das Oberelement gegenüber dem Unterelement auszurichten. Im Schritt des Bereitstellens wird die Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement unter Verwendung des mindestens einen Magnetelements bereitgestellt.

Vorteilhafterweise ist das Verfahren durchführbar, wenn beispielsweise eine exakte Positionierung essentiell ist, wie beispielsweise in Verbindung mit einer Kamera. Vorteilhafterweise können durch das Verfahren eine Gefahr von Montagefehlern verhindert oder zumindest reduziert werden.

Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt des Bereitstellens des Unterelements und einen Schritt des Anordnens des Oberelements auf dem Unterelement vor dem Schritt des Aufnehmens des Oberelements umfassen. Vorteilhafterweise kann das Anordnen auch als Vorpositionieren bezeichnet werden, was beispielsweise einem groben Ausrichten entsprechen kann. Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Wegbewegens des Oberelements von dem Unterelement und einen Schritt des Aufbringens eines Klebstoffs auf das Unterelement umfassen. Während diese Schritte ausgeführt werden, kann der Schritt des Bereitstellens der Magnetkraft weiterhin ausgeführt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Oberelement und Unterelement nach Aufbringen des Klebstoffs wieder entsprechend der vorangegangenen Ausrichtung zusammengeführt werden können. Vorteilhafterweise kann der Klebstoff ausgeformt sein, um das Oberelement und das Unterelement miteinander zu fixieren, um ein zusammengefügtes Bauteil zu erhalten. Vorteilhafterweise kann durch diese Vorgehensweise eine Fehleranfälligkeit bei der Herstellung der Klebeverbindung reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Positionierens des Oberelements gegenüber dem Unterelement unter Verwendung der Kalottenvorrichtung und einen Schritt des Zusammenfügens des Oberelements und des Unterelements nach dem Schritt des Aufbringens des Klebstoffs umfassen. Während diese Schritte ausgeführt werden, kann der Schritt des Bereitstellens der Magnetkraft weiterhin ausgeführt werden. Vorteilhafterweise kann dadurch sichergestellt werden, dass die zu klebenden Teile entsprechend der vorangegangenen Positionierung zueinander zusammengedrückt werden, um die Klebeverbindung herzustellen.

Außerdem wird eine Positioniervorrichtung zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement vorgestellt, wobei die Positioniervorrichtung einen Hubarm und eine Kalottenvorrichtung in einer zuvor genannten Variante aufweist. Die Kalottenvorrichtung ist unter Verwendung des Verbindungsabschnitts mit dem Hubarm verbunden oder verbindbar.

Die Positioniervorrichtung kann vorteilhafterweise als ein Herstellungswerkzeug realisiert sein, das beispielsweise vollständig automatisiert oder teilautomatisiert einsetzbar ist. Der Hubarm kann die Kalottenvorrichtung vorteilhafterweise in einer Position halten ohne beispielsweise auch nur einen Millimeter zu verrutschen. Durch Verwendung des Hubarms kann vorteilhafterweise die Kalottenvorrichtung und somit beispielsweise das Oberelement so lange in ein und derselben Position gehalten werden, wie nötig, beispielsweise bis ein Klebstoff getrocknet oder ausgehärtet ist.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Positioniervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung mit einem Oberelement;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung mit einem Oberelement und einem Unterelement;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsabschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung mit einem Oberelement und einem Unterelement;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung mit einem Oberelement und einem Unterelement;

Fig. 11 a bis 11 e Schritte einer Montagesequenz; Fig. 12 eine Darstellung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement unter Verwendung einer Kalottenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder" -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Positioniervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Positioniervorrichtung 100 ist ausgebildet, um unter Verwendung einer Kalottenvorrichtung 102 ein Oberelement 104 gegenüber einem Unterelement 106 auszurichten. Die Positioniervorrichtung 100 weist dazu einen Hubarm 108 und die Kalottenvorrichtung 102 auf. Die Kalottenvorrichtung 102 ist dabei unter Verwendung eines Verbindungsabschnitts 110 der Kalottenvorrichtung 102 mit dem Hubarm 108 verbunden oder verbindbar und ist ausgebildet, um das Oberelement 104 gegenüber dem Unterelement 106 auszurichten.

Die Kalottenvorrichtung 102 weist ein äußeres Kalottenelement 112 auf, das mit dem Verbindungsabschnitt 110 verbunden ist. Das äußere Kalottenelement 112 weist weiterhin auf einer dem Verbindungsabschnitt 110 abgewandten Seite eine konkave Kontaktfläche auf, wie es beispielsweise nachfolgend in Fig. 2 gezeigt ist. Die Kalottenvorrichtung 102 weist ein ebenfalls in Fig. 1 nicht dargestelltes mittleres Kalottenelement auf, das eine konvexe Außenfläche und eine konkave Innenfläche aufweist. Das mittlere Kalottenelement ist dabei beweglich zu dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet. Ferner ist die konvexe Außenfläche gegenüberliegend zu der konkaven Kontaktfläche des äußeren Kalottenelements 112 angeordnet. Die Kalottenvorrichtung 102 weist ein beweglich mit dem Verbindungsabschnitt 110 verbundenes Stempelelement zum Andrücken des mittleren Kalottenelements an das äußere Kalottenelement 112 auf, wie es zusammen mit dem mittleren Kalottenelement in einer der nachfolgenden Figuren näher beschrieben wird. Die Kalottenvorrichtung 102 weist ferner ein Aufnahmeelement 114 zum Aufnehmen des Oberelements 104, wobei das Aufnahmeelement 114 mit dem mittleren Kalottenelement verbunden ist, sowie mindestens ein Magnetelement 116 auf, das an dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet ist und ausgebildet ist, um eine Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement 112 bereitzustellen. Das Magnetelement 116 ist dabei beispielsweise als ein Elektromagnet ausgeformt. Lediglich optional weist die Kalottenvorrichtung 102 zusätzlich zumindest ein weiteres Magnetelement 118 auf, das ebenfalls an dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet und ausgebildet ist, um eine weitere Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement 112 bereitzustellen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmeelement 114 als eine Ansaugplatte ausgeformt, die ausgebildet ist, um das Oberelement 104 mittels Unterdrück anzusaugen. Lediglich optional weist das Aufnahmeelement 114 eine Ausnehmung 120 auf, deren Form und Maße gemäß diesem Ausführungsbeispiel einer Aussparung 122 des äußeren Kalottenelements 112 entspricht. Beispielsweise sind die Ausnehmung 120 und die Aussparung 122 als Referenzpunkte während dem Ausrichten einsetzbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Aufnahmeelement 114 weiterhin ein Ventilelement 124 und ein dem Ventilelement 124 gegenüberliegendes weiteres Ventilelement 126 auf, die beispielsweise ausgebildet sind, um einen Unterdrück im Inneren des Aufnahmeelements 114 zu erzeugen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt die Kalottenvorrichtung 102 ein Kalottenlager in einer oder für eine Klebevorrichtung dar. Unter Verwendung der Kalottenvorrichtung 102 können zwei Bauteile, die hier als Oberelement 104 und Unterelement 106 bezeichnet sind und auch als Ober- und Unterteil bezeichnet werden, exakt zueinander positioniert und orientiert werden. Wenn zwischen dem Oberelements 104 und dem Unterelement 106 ein Klebstoff angeordnet ist, kann durch Kalottenvorrichtung 102 verhindert werden, dass durch das Absetzen des Oberelements 104 auf das Unterelement 106 ein Verdrücken oder Verschieben des Klebstoffs erfolgt. Dies ist dadurch möglich, da im Vorfeld der Klebung unter Verwendung der Kalottenvorrichtung 102 ein möglicher Schiefstand der beiden Bauteile zueinander eliminiert und/oder fixiert wird. Durch den hier vorgestellten Ansatz wird ein Kratzen an beispielsweise möglichen Anlagepunkten des Oberelements 104 vermieden und ein Ausgleichen von Fertigungstoleranzen durch die Kalottenvorrichtung 102 ermöglicht, beispielsweise durch einmaliges Einstellen der Positioniervorrichtung 100. Zugleich wird eine universelle Einsetzbarkeit erreicht.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kalottenvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt zumindest der in Fig. 1 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsabschnitt 110 eine Gewindeeinrichtung 200 auf, mittels der der Verbindungsabschnitt 110 mit dem Stempelelement 202 verbunden ist, um das Stempelelement 202 entlang einer längs durch die Kalottenvorrichtung 102 verlaufenden Längsachse 204 zu bewegen. Somit kann der Verbindungsabschnitt 110 eine Linearführung ausformen. Das Stempelelement 202 ist dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel doppel-T-förmig realisiert.

Die Gewindeeinrichtung 200 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Gewindetrieb 206, einen an dem Gewindetrieb 206 angeordneten Käfig 208 sowie mindestens einen Zylinderstift 210 auf. Der Gewindetrieb 206, der Käfig 208 sowie der Zylinderstift 210 sind dabei ausgebildet, um gemeinsam das Stempelelement 202 an einem Verbindungsende 212 gegen ein in dem Verbindungsabschnitt 110 angeordnetes Federelement 214 zu drücken und gegebenenfalls auf Spannung zu halten. Lediglich optional ist an dem Verbindungsabschnitt 110 ein Adapterelement anordenbar, sodass die Kalottenvorrichtung 102 für unterschiedliche Positioniervorrichtungen oder andere Herstellungswerkzeuge verwendbar ist.

Das äußere Kalottenelement 112 weist auf der dem Verbindungsabschnitt 110 abgewandten Seite eine konkave Kontaktfläche 220 auf. Die Kalottenvorrichtung 102 weist ein mittleres Kalottenelement 216 auf, das eine konvexe Außenfläche 218 und eine konkave Innenfläche 221 aufweist. Das mittlere Kalottenelement 216 ist dabei beweglich zu dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet. Ferner ist die konvexe Außenfläche 218 gegenüberliegend zu der konkaven Kontaktfläche 220 des äußeren Kalottenelements 112 angeordnet. Lediglich optional ist der Verbindungsabschnitt 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem äußeren Kalottenelement 112 verschraubt.

Die Magnetelemente 116, 118 sind an dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet, hier in Aussparungen oder Durchgangsöffnungen des äußeren Kalottenelements 112 eingesetzt. Dadurch können Magnetkräfte, sofern die Magnetelemente 116, 118 aktiviert sind, direkt auf das angrenzende mittlere Kalottenelement 216 wirken.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel grenzen die konvexe Außenfläche 218 des mittleren Kalottenelements 216 und die konkave Kontaktfläche 220 des äußeren Kalottenelements 112 direkt aneinander. Das bedeutet, dass beide Flächen 210, 220 eine gleiche Rundung gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufweisen. Anders ausgedrückt ist das mittlere Kalottenelement 216 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kuppelartig ausgeformt. Solange die Magnetelemente 116, 118 nicht aktiviert sind, können das mittlere Kalottenelement 216 und das äußere Kalottenelement 112 gegeneinander bewegt werden.

Der konvexen Außenfläche 218 gegenüberliegend weist das mittlere Kalottenelement 216 eine konkave Innenfläche 221 auf. Das Aufnahmeelement 114 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem mittleren Kalottenelement 216 verschraubt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Kalottenvorrichtung 102 ein inneres Kalottenelement 222 auf, das eine konvexe weitere Außenfläche 224 aufweist. Dabei ist das innere Kalottenelement 222 beweglich zu dem mittleren Kalottenelement 216 angeordnet, wobei die konvexe weitere Außenfläche 224 gegenüberliegend zu der konkaven Innenfläche 221 des mittleren Kalottenelements 216 angeordnet ist und wobei das Stempelelement 202 zum Andrücken des inneren Kalottenelements 222 an das mittlere Kalottenelement 216 ausgeformt ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung 102 mit einem Oberelement 104. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in einer der Figuren 1 bis 2 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Unterelement 104 an dem Aufnahmeelement 114 angeordnet. Das Aufnahmeelement 114 hält das Unterelement 104 beispielsweise mittels Unterdrück, der beispielsweise unter Verwendung der Ventilelemente 124, 126 angelegt wird.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Stempelelement 202 mit dem inneren Kalottenelement 222 verschraubt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung 102 mit einem Oberelement 104 und einem Unterelement 106. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in einer der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102. Zusätzlich ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Unterelement 106 dargestellt, das gegenüber dem Oberelement 104 derart angeordnet ist, dass zwischen den beiden Elementen 104, 106 bei einem Ausrichten ein Spalt entsteht, der mit einer Klebeachse 400 zusammenfällt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel formt die konvexe Außenfläche 218 des mittleren Kalottenelements 216 einen Abschnitt einer Oberfläche 402 einer Kugel 404 mit einem Mittelpunkt 406 aus. Der Mittelpunkt 406 ist dabei in dem Spalt 400 zwischen dem Oberelement 104 und dem Unterelement 106 angeordnet, wenn das Oberelement 104 und das Unterelement 106 gegeneinander ausgerichtet sind.

Beispielsweise liegt der Mittelpunkt 406 der auch als Kugellager bezeichneten Kalottenvorrichtung 102 nahe des Klebespalts, wodurch sich nahezu keine Relativbewegungen ergeben. Dabei wird außerdem eine Gleitreibung zwischen dem mittleren Kalottenelement 216 und dem äußeren Kalottenelement 112 sichergestellt, sodass eine Haftreibung vermieden wird. Weiterhin ist es möglich, eine Stellung des einmal ausgerichteten Oberelements 104, das auch als Carrier bezeichnet wird, zu dem Unterelement 106, das auch als Heatcup bezeichnet wird, sozusagen einzufrieren, also zu fixieren, und somit ein schiefes Absetzen sowie Verschleißerscheinungen und/oder eine Verschmutzung des Oberelements 104 durch beispielsweise Partikel zu verhindern. Zudem wird das Oberelement 104 beispielsweise vor Herunterfallen geschützt.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt der in einer der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102. Zu Erkennen ist die kuppelförmige des mittleren Kalottenelements 216.

Neben den bereits genannten Magnetelementen 116, 118 ist ein weiteres

Magnetelement 418 gezeigt. Beispielsweise sind insgesamt vier Magnetelemente 116, 118, 418 auf gleicher Höhe verteilt an dem äußeren Kalottenelement 112 angeordnet.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsabschnitts 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Verbindungsabschnitt 110 ist dabei als Teil einer Kalottenvorrichtung realisiert oder realisierbar, wie sie beispielsweise in einer der Figuren 1 bis 5 beschrieben wurde.

Wie auch in Fig. 2 beschrieben weist der Verbindungsabschnitt 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Gewindetrieb 206, den Käfig 208 sowie mindestens einen Zylinderstift 210 auf. Der Käfig 208 weist dabei zumindest eine Einkerbung 600 auf, welche einem Maß des Zylinderstiftes 210 entspricht oder zumindest annähernd die gleichen Maße aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsabschnitt 110 mindestens zwei dem Zylinderstift 210 benachbart angeordnete weitere Zylinderstifte 602 auf, die jedoch verglichen mit dem Zylinderstift 210 verkürzt ausgeformt sind. Die weiteren Zylinderstifte 602 sind dabei einander gegenüberliegend angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsabschnitt 110 außerdem ein Abdeckelement 604 auf, das beispielsweise als Schutzkappe ausgeformt ist und beispielsweise mit dem Gewindetrieb 206 verschraubt ist.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt der in einer der Figuren 1 bis 5 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102 und weicht lediglich in der perspektivischen Darstellung von den zuvor beschriebenen Kalottenvorrichtungen 102 ab.

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kalottenvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt der in einer der Figuren 1 bis 5 oder 7 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102 und weicht ebenfalls lediglich in der perspektivischen Darstellung von den zuvor beschriebenen Kalottenvorrichtungen 102 ab. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Kalottenvorrichtung 102 derart dargestellt, dass das Aufnahmeelement 114 besser sichtbar ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Aufnahmeelement 114 an einer Aufnahmeseite 800 einen Randbereich 802 und einen Mittelbereich 804 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Mittelbereich 804 in Richtung des

Verbindungsabschnitts 110 von dem Randbereich 802 abgesetzt ausgeformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Randbereich 802 eine Mehrzahl von

Ansaugstellen 806 auf, die ausgebildet sind, um beispielsweise das Oberelement mittels Unterdrück anzusaugen. Die Ansaugstellen 806 sind beispielsweise kreisförmig oder länglich abgerundet dargestellt. Dabei sind die Ansaugstellen 806 vertieft gegenüber einer Oberfläche des Randbereichs 802 ausgeformt. Weiterhin ist das Aufnahmeelement 114 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem mittleren Kalottenelement 216 verschraubt. Die dazu verwendeten Schrauben 808 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Mittelbereich 804 angeordnet.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung 102 mit einem Oberelement 104 und einem Unterelement 106. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in einer der Figuren 1 bis 5 oder 7 bis 8 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich das Oberelement 104 und das Unterelement 106 zusätzlich dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalottenvorrichtung 102 mit einem Oberelement 104 und einem Unterelement 106. Die hier dargestellte Kalottenvorrichtung 102 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in Fig. 9 beschriebenen Kalottenvorrichtung 102. Lediglich ihre Perspektive weicht davon ab und ähnelt der in Fig. 8 dargestellten Kalottenvorrichtung 102.

Anhand der Figuren 11 a-11 e wird nachfolgend eine Montagesequenz beschrieben, zu der der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebene Aufbau verwendet wird. Mit diesem Aufbau lassen sich Teile durch Kleben fügen.

Fig. 11a zeigt eine perspektivische Darstellung eines Unterelements 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Unterelement 106 entspricht oder ähnelt beispielsweise dem in einer der Figuren 4, 9 oder 10 beschriebenen Unterelement 106. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Unterelement 106 mindestens einen Pin 1100 und mindestens einen Aufnahmenoppen 1102 auf. Die in Fig. 11 abgebildeten beiden Pins 1100, die gleichartig realisiert sind, sind dabei an einander gegenüberliegenden Seiten des Unterelements 106 angeordnet. Weiterhin optional weist das Unterelement 106 ein Bügelelement 1104 und ein Klebeelement 1106 auf. Das Klebeelement 1106 ist dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglichst zentral auf dem Unterelement 106 angeordnet. Lediglich optional weist das Klebeelement 1106 für jeweils eine Aufnahmenoppe 1102 eine Ausnehmung auf. Das heißt, dass die Anzahl und/oder eine Größe der Ausnehmungen abhängig ist von einer Anzahl der Aufnahmenoppen 1102. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmenoppen 1102 dabei in Dreieckform zueinander ausgerichtet. Das Bügelelement 1104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel angrenzend an das Klebeelement 1106 angeordnet.

Fig. 11 b zeigt eine perspektivische Darstellung des Unterelements 106 und eines Oberelements 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Oberelement 104 wurde auf das Unterelement 106 aufgesetzt. Diese zwei Teile sollen mittels eines pastösen Klebstoffs (Mörtels) gefügt werden, dessen Kräfte zur Benetzung der Oberfläche und dessen Oberflächenspannung schwach gegenüber der Kraft ist, die zur Verformung des Klebstoffs (oder Mörtels) nötig ist.

Das hat zur Folge, dass sichergestellt werden muss, dass während des Fügeprozesses gewährleistet ist, dass der Abstand der beiden Fügepartner an jeder beliebigen Stelle der Fügefläche immer nur kleiner wird, bis die Endlage erreicht ist, wenn sichergestellt werden soll, dass beide Fügeflächen an allen Stellen Kontakt zum Klebstoff (Mörtel) haben sollen.

Das wird dadurch erreicht, dass die Fügeflächen zunächst „im Trockenen" in ihrer gewünschten Endlage zueinander ausgerichtet werden. Für die Vorausrichtung der Endlage „im Trockenen" muss der Fügepartner 1, hier das Oberelement 104 in sechs Raumrichtungen (X, Y, Z, Rx, Ry, Rz) zum Fügepartner 2, hier dem Unterelement 106, ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung wird unter Verwendung der anhand der Figuren 1 bis 10 beschriebenen Kalottenvorrichtung vorgenommen. Fig. 11c zeigt eine entsprechende Ausrichtung zwischen Oberelement 104 und Unterelement 106 unter Verwendung der Positioniervorrichtung 100, wie sie bereits anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.

Für die Ausrichtung der Winkel (Rx, Ry, Rz) dient das Kalottenlager der Kalottenvorrichtung 102. Für die Ausrichtungen in X, Y, Z dienen lineare Zustellvorrichtungen der Positioniervorrichtung 100. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist dabei die CΎ-Position gekoppelt und durch den hier als Schwenkarm ausgeführten Plubarm 108 realisiert. Diese Realisierung ist jedoch nur beispielhaft und stellvertretend zu anderen Realisierungsmöglichkeiten gezeigt.

Für die Ausrichtung im Trockenen spielt der zeitliche Verlauf der Abstände der beiden Fügepartner noch keine Rolle.

Danach werden die Winkelpositionen im Kalottenlager fixiert, hier unter Verwendung der Magnetelemente 116, 118, und die Fügepartner, hier das Oberelement 104 und das Unterelement 106, werden in einer reproduzierbaren Bewegung möglichst senkrecht zur Fügefläche voneinander entfernt. Dazu dient beispielsweise die durch den Verbindungsabschnitt 110 ausgeformte Linearführung in Z, die mit dem Kalottenlager verbunden ist.

Somit erfolgt die Fixierung der Position des Oberelements 104 bei dem Kalottenlager gemäß einem Ausführungsbeispiel mittels Elektromagneten. Optional lässt sich auch die Sensitivität des Lagers einstellen.

Fig. 11 d zeigt die perspektivische Darstellung des Unterelements 106, nachdem das Oberelement wie anhand von Fig. 11c beschrieben, wieder entfernt wurde. Dadurch kann auf eine Oberfläche des Klebeelements 1106 Klebstoff 1200 aufgetragen werden, der nachfolgende verwendet wird, um das Unterelement 106 mit einem hier nicht abgebildeten Oberelement zu fixieren. In Fig. 11 d ist bereits der aufgetragenen Klebstoff 1200, beispielsweise Mörtel gezeigt.

Anschließend wird das durch das Kalottenlager fixierte Oberelement auf das Unterelement 106 aufgesetzt, wie es anhand von Fig. 11e beschrieben ist. Fig. 11 e zeigt eine entsprechende Absenkung des fixierten und ausgerichteten Oberlements 104 unter Verwendung der Positioniervorrichtung 100. Durch die Anordnung und den Prozess wird sichergestellt, dass die Endlage der Fügepartner durch die reproduzierbare lineare Zustellbewegung in Z realisiert wird und somit der Abstand der Fügeflächen während des Prozesses immer nur kleiner wird.

Dazu dient die durch den Verbindungsabschnitt 110 ausgeformte lineare Führung in Z die mit dem Kalottenlager verbunden ist und eine Zustellbewegung senkrecht zur Fügefläche ermöglicht.

Dadurch kommt es niemals vor, dass an irgendeiner beliebigen Stelle der Abstand zwischen dem Oberelement 106 und dem Unterelement 104 ein Minimum haben kann und dann in der Endlage wieder größer geworden ist.

Letzteres gilt es zu verhindern, da es durch die ungünstigen Kräfteverhältnissen von

Oberflächenspannung zu Verformungskraft des pastösen Klebstoffs (Mörtels), zu einem Abriss des Kontakts zwischen Klebstoff und Mörtel an dieser Stelle kommen würde.

Fig. 12 zeigt eine weitere Darstellung eines Kalottenlagers einer Kalottenvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel, Das Kalottenlager kann zum Ausrichten und Fixieren zweier zu fügender Teile verwendet werden, wie es anhand der Figuren 11a bis 11 e beschrieben ist.

Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1400 zum Ausrichten eines Oberelements gegenüber einem Unterelement unter Verwendung einer Kalottenvorrichtung für eine Positioniervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1400 ist beispielsweise unter Verwendung der Kalottenvorrichtung durchführbar, wie sie beispielsweise in einer der Figuren 1 bis 10 beschrieben wurde. Die Positioniervorrichtung, wie sie in Fig. 1 beschrieben wurde, umfasst beispielsweise ein Steuergerät zum Ansteuern und/oder Durchführen der einzelnen Verfahrensschritte, wie sie auch bereits anhand der Figuren 11 a bis 11 e beschrieben wurden.

Das Verfahren 1400 umfasst einen Schritt 1402 des Aufnehmens, einen Schritt 1404 des Bewegens und einen Schritt 1406 des Bereitstellens. Im Schritt 1402 des Aufnehmens wird das Oberelement unter Verwendung des Aufnahmeelements aufgenommen, das mit dem mittleren Kalottenelement verbunden ist. Dieser Zustand ist in Fig. 11c dargestellt. Im Schritt 1404 des Bewegens wird das mittlere Kalottenelement gegenüber dem äußeren Kalottenelement bewegt, um das Oberelement gegenüber dem Unterelement auszurichten. Im Schritt 1406 des Bereitstellens wird die Magnetkraft zum Fixieren des mittleren Kalottenelements gegenüber dem äußeren Kalottenelement unter Verwendung des mindestens einen Magnetelements bereitgestellt.

Lediglich optional umfasst das Verfahren 1400 einen Schritt 1408 des Bereitstellens des Unterelements, wie es in Fig. 11a dargestellt ist, und einen Schritt 1410 des Anordnens des Oberelements auf dem Unterelement, wie es in Fig. 11a dargestellt ist. Der Schritt 1410 des Anordnens wird dabei vor dem Schritt 1402 des Aufnehmens des Oberelements im Schritt 1402 ausgeführt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 1400 einen Schritt 1412 des Aufbringens eines Klebstoffs auf das Unterelement nach dem Schritt des Bereitstellens der Magnetkraft. Dies ist in Fig. 11 d dargestellt. Dazu wird das zuvor gegenüber dem Unterelement ausgerichtete Oberelement gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Schritt 1413 unter Verwendung der Kalottenvorrichtung von dem Unterelement wegbewegt, um ein Aufbringen des Klebstoffs auf das Unterelement zu ermöglichen, wie es beispielsweise in Fig. 11 d gezeigt ist. Anschließend wird das Oberelement unter Verwendung der Kalottenvorrichtung in einem Schritt 1414 wieder gegenüber dem Unterelement positioniert, wie es in Fig. 11 e dargestellt ist. Während der Durchführung der Schritte 1312, 1413, 1414 wird der Schritt 1406 weiterhin ausgeführt, sodass die zuvor erfolgte Positionierung des Oberelements an der Kalottenvorrichtung beibehalten wird. Aufgrund der aktivierten Magnetelemente sind das Oberelement und das Unterelement nach Durchführung des Schritts 1414 des Positionierens wieder so gegeneinander ausgerichtet, wie es im Schritt 1404 eingestellt wurde. Zusätzlich umfasst das Verfahren 1400 einen Schritt 1415 des Zusammenfügens, in dem das Oberelement und das Unterelement nach dem Schritt 1412 des Aufbringens des Klebstoffs und dem Schritt 1414 des Positionierens zusammengedrückt werden. Während der Durchführung des Schritts 1415 wird der Schritt 1406 des Bereitstellens der Magnetkraft weiterhin ausgeführt,