Bördelbett, Bördeleinrichtung sowie Verfahren zum Bördeln von

Werkstücken

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Bördelbett, eine Bördeleinrichtung mit einem Bördelbett sowie ein Verfahren zum Bördeln von Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeugteilen.

Bördeleinrichtungen sind Werkzeugmaschinen zum Falzen bzw. Bördeln von Blechen. Sie werden insbesondere zur Verbindung von Gerippe und Außenhaut bei Fahrzeugteilen eingesetzt. Eine zum Bördeln von Kraftfahrzeugteilen geeignete Bördeleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 298 01 147 Ul bekannt.

Nachteilig ist bei solchen Bördeleinrichtungen, dass sie teuer und kompliziert aufgebaut sind und das Werkstück fixierende Niederhalter während des Bördelvorgangs verfahren werden müssen, was die Taktzeit erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine besonders einfache Bördeleinrichtung und ein Verfahren anzugeben, die das Bördeln von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugteilen, mit einer möglichst geringen Taktzeit ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun-

gen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .

Eine erfindungsgemäße Bördeleinrichtung weist ein zur Aufnahme eines Werkstückes vorgesehenes Bördelbett auf, das eine Auflagefläche für das Werkstück und in der Auflagefläche angeordnete Vakuum-Niederhalter umfasst. Sie weist ferner ein Bördelwerkzeug und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums für die Vakuum-Niederhalter auf.

Einem Grundgedanken der Erfindung zufolge sollte, um eine möglichst geringe Prozessdauer des Bördelvorganges zu erzielen, auf das Verfahren der Niederhalter weitestgehend verzichtet werden. Auf ein zuverlässiges Fixieren des Werkstückes auf dem Bördelbett kann jedoch trotzdem nicht verzichtet werden. Auf Schwenkarmen angeordnete Niederhalter müssen beim Bördeln verfahren werden, damit das Bördelwerkzeug den gesamten Flansch erreicht und das Werkstück vollständig umfahren kann. Es sollte daher ein Niederhaltesystem eingesetzt werden, das keine Schwenkarme zur Halterung der Niederhalter einsetzt und auch sonst keine störenden Einbauten am Bördelbett benötigt.

Der Einsatz eines Vakuum-Niederhaltesystems weist zahlreiche Vorteile auf : Auf störende Einbauten am Bördelbett kann vollstän- dig verzichtet werden. Das Werkstück kann von dem Bördelwerkzeug von vornherein vollständig umfahren werden. Prozessschritte wie das Verfahren von Niederhaltern können somit zugunsten einer geringeren Prozessdauer entfallen.

Ein weiterer Vorteil des Vakuum-Niederhaltesystems ist, dass es keine hohen Aufbauten über dem Bördelbett erfordert und somit besonders Platz sparend eingebaut werden kann. Auch für das

Aufbringen des Werkstücks auf das Bördelbett steht somit mehr Raum zur Verfügung.

Beim Bördeln, auch Falzen genannt, wird eine abgewinkelte Kante bzw. ein Bördelflansch eines äußeren Bleches bzw. einer Haut über ein inneres Blech bzw. ein Gerippe umgelegt. Dadurch werden, gegebenenfalls unter Einsatz von Klebstoff, mindestens zwei Blechteile, beispielsweise Haut und Gerippe eines Karosserieteils für ein Kraftfahrzeug, fest miteinander verbunden. Bei- spiele für durch Bördeln bearbeitete Fahrzeugteile sind Haube, Türen, Dach, Rückwandklappe und Heckraumdeckel von Fahrzeugen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Vakuum-Niederhalter der Bördeleinrichtung jeweils offene Enden von Kanälen auf, wobei die Kanäle evakuierbar sind. Vorteilhafterweise umfassen die Vakuum-Niederhalter dabei Vertiefungen der Auflagefläche, wobei die offenen Enden der Kanäle jeweils in den Vertiefungen angeordnet sind. Durch die Anordnung in Vertiefungen können die offenen Enden der Kanäle besonders gut abgedichtet werden.

Dies erfolgt bevorzugt durch Dichtungsränder der Vertiefungen, die beispielsweise Gummidichtungen aufweisen. Das auf das Bördelbett aufgelegte Werkstück hat dann Kontakt mit den Dichtungsrändern der Vertiefungen und dichtet die Vertiefungen mit den offenen Enden der Kanäle luftdicht gegen die Umgebung ab. Das Werkstück liegt, wie bei herkömmlichen Systemen, im Bördelbett auf.

In einer Ausführungsform weist die Bördeleinrichtung Einrichtungen zur überwachung des Vakuums in den Kanälen auf, wobei diese Einrichtungen auch mehrere überwachungskreise aufweisen können. Durch diese Einrichtungen, die beispielsweise als Druckschalter

ausgeführt sein können, kann das Vakuum des Niederhaltesystems und somit auch die Fixierung des Werkstücks während des Bördelns kontinuierlich überwacht werden. Dies hat einerseits den Vorteil, dass Vakuumpumpen oder ähnliche Einrichtungen zur Erzeugung eines Vakuums in den Kanälen nach Erreichen eines zur Fixierung des Werkstücks ausreichenden Vakuums zunächst abgeschaltet werden können und nur bei Bedarf gezielt wieder zugeschaltet werden müssen. Andererseits können durch die überwachung des Vakuums Fehler wie beispielsweise Lecks rechtzeitig erkannt und der Bördelvorgang gegebenenfalls abgebrochen werden.

Das Bördeln erfolgt in einer Ausführungsform der Erfindung durch Rollbördeln, wobei als Bördelwerkzeug ein Industrieroboter mit zumindest einer Bördelrolle vorgesehen ist.

Es können jedoch auch konventionelle Bördelvorrichtungen jeglicher Art eingesetzt werden, beispielsweise kann als Bördelwerkzeug ein Industrieroboter mit zumindest einer Reihe von Bördelba- cken vorgesehen sein. Typischerweise weist das Bördelwerkzeug mindestens eine Reihe von Bördelbacken auf, Anordnungen mit mehreren Reihen werden jedoch ebenso eingesetzt. Die Bördelbacken sind beispielsweise als Falzsteine ausgebildet, die in ihrer Arbeitsposition einen offenen oder auch vollständig ge- schlossenen Ring ergeben. An den Falzsteinen findet die eigentliche Umformung statt.

Für das Bestücken des Bördelbetts mit dem Werkstück müssen die Ringe der Bördelbacken geöffnet werden. Für das öffnen und Schließen gibt es dabei verschiedene Möglichkeiten, man unterscheidet zwischen Schenktechnik und Schiebetechnik: Bei der Schwenktechnik sind die Bördelbacken auf Schwenkklappen angeordnet, die nach dem Aufbringen des Werkstücks auf das Bördelbett

in Arbeitsposition eingeschwenkt werden, wobei der Ring der Bördelbacken ganz oder teilweise geschlossen wird. Bei der Schiebetechnik sind die Bördelbacken auf Schiebern angeordnet, die linear in Arbeitsposition gefahren werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bördelbett zur Aufnahme eines zu bördelnden Werkstückes, wobei das Bördelbett eine Auflagefläche für das Werkstück und in der Auflagefläche angeordnete Vakuum-Niederhalter zur Halterung, Spannung und Fi- xierung des Werkstücks während des Bördelns aufweist.

Die erfindungsgemäße Bördeleinrichtung und das erfindungsgemäße Bördelbett eignen sich insbesondere zum Rollbördeln von Fahrzeugteilen wie Automobiltüren, Motorhauben und Heckklappen. Es kann jedoch auch bei Füge-, Klebe-, Clinch- und Toxverfahren zum Einsatz kommen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bördeln eines Werkstücks weist folgende Schritte auf: Zunächst wird eine Bördel- einrichtung mit einem Bördelbett bereitgestellt, wobei das Bördelbett eine Auflagefläche für das Werkstück und in der Auflagefläche angeordnete Vakuum-Niederhalter umfasst. Auf die Auflagefläche des Bördelbetts wird ein Werkstück mit einem zu bördelnden Flansch aufgebracht. Das Werkstück wird auf der Auflagefläche durch die Vakuum-Niederhalter fixiert, wobei an den Vakuum-Niederhaltern zwischen der Auflagefläche und dem Werkstück ein Vakuum erzeugt wird.

Anschließend erfolgt das Bördeln des Flansches und schließlich das Freigeben des Werkstücks durch Belüften der Vakuum-Niederhalter .

Zum Bördeln können im Prinzip alle herkömmlichen Bördelverfahren eingesetzt werden. Das Bördeln des Flansches erfolgt in einer Ausführungsform des Verfahrens durch Rollbördeln. In einer alternativen Ausführungsform wird das Bördeln des Flansches mittels Bördelbacken durchgeführt. Das Bördelwerkzeug kann von Hand geführt werden, wobei es sich vorteilhafterweise am Bördelbett abstützt.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Bördelbett auf einem Drehtisch angeordnet und wird mit dem Werkstück während des Bördelns gegen das stationäre Bördelwerkzeug gedreht. In einer alternativen Ausführungsform umfährt das Bördelwerkzeug das während des Bördelns stationäre Bördelbett mit dem Werkstück.

Das Bördeln selbst erfolgt in einer Ausführungsform in mindestens zwei Schritten, wobei zumindest ein Schritt des Vorbördelns, bei dem der Flansch umgefalzt wird, und ein Schritt des Fertigbördelns, bei dem der Flansch geschlossen wird, durchgeführt werden. Das Vorsehen mehrerer Bördelschritte hat den Grund, dass der Flansch in einem einzigen Bördelschritt nicht gut um wesentlich mehr als 45° umgelegt werden kann, ohne dass sich Falten oder Wellen bilden oder andere Fehler am Flansch auftreten. Der Flansch wird daher vorteilhafterweise zunächst in mindestens einem Vorbördelschritt soweit umgelegt, dass er in ei- nem Fertigbördeischritt zuverlässig ohne Fehler geschlossen werden kann. Das Fertigbördeln erfolgt typischerweise mit einem höheren Bördeldruck als das Vorbördeln.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Vakuum in den Kanälen während des Bördelns überwacht, beispielsweise durch Druckschalter, wobei in einer Ausführungsform jedem Kanal ein Druckschalter zugeordnet ist, so dass eine individuelle überwachung der Niederhalter erfolgen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Bördeleinrichtung mit einem Industrieroboter und einem Bördelwerkzeug mit einer angetriebenen Bördelrolle;

Figur 2 zeigt schematisch ein Bördelbett mit einem Vakuum-Niederhaltesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Figur 3 zeigt in einem Diagramm Schritte eines Ausführungsbei- spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bördeln von Werkstücken.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bördeleinrichtung 1, die als Rollbördeleinrichtung ausgeführt ist und in der Hauptsache aus einem sechsachsigen Industrieroboter 2 und einem Bördelwerkzeug 5 sowie einem Bördelbett 12 besteht.

Das Bördelwerkzeug 5 wird von dem Industrieroboter 2 gegenüber einem ortsfest auf einem Gestell angeordneten und dort auf einem Bördelbett 12 eingespannten Werkstück 10 mit einem oder mehreren Bördelflanschen 11 bewegt.

Das Gestell kann auch als Drehtisch (nicht gezeigt) ausgeführt sein, auf dem das Bördelbett 12 aufmontiert ist, wobei der

Drehtisch entgegen der Fahrtrichtung des Roboters gedreht wird und dazu in die Steuerung des Industrieroboters 2 miteingebunden ist oder auf eine gemeinsame Steuerung zugreift.

Der in der Figur 1 gezeigte Industrieroboter weist sechs Achsen auf. Die Achsenzahl kann jedoch auch kleiner oder größer sein. Der Industrieroboter 2 besitzt eine Robotersteuerung 13, über die seine Bewegungen und gegebenenfalls auch der Prozessablauf des Bördelns gesteuert und geregelt werden. Dazu ist in der Robotersteuerung 13 ein aus der Kontur der Bördelflansche abgeleiteter Bewegungsablauf des Roboters 2 sowie des Bördelwerkzeugs 5 programmiert und die CAD-Daten des Werkstücks 10 in einem Arbeitsspeicher abgelegt. Mittels eines Simulationsprogramms werden alle fertigungs- und taktzeitrelevanten Daten ermittelt.

Der Industrieroboter 2 besitzt eine Schwinge und einen Ausleger 3, an dessen vorderem Ende eine Roboterhand 4 mit ein oder mehreren Bewegungsachsen angeordnet ist. Abtriebseitig weist die Roboterhand 4 einen Handflansch auf, an dem das Bördelwerkzeug 5 angeflanscht ist.

Das in der Figur 1 gezeigte Bördelwerkzeug 5 besitzt eine Bördelrolle 6. Die Bördelrolle 6 ist fest auf einer Abtriebswelle 7 befestigt. Die Abtriebswelle 7 steht in Verbindung mit einem Getriebe 8, welches auf einen Antriebsmotor 9 aufgeflanscht ist. Getriebe 8 und Antriebsmotor 9 befinden sich im Inneren des Bördelwerkzeugs 5. In einer nicht gezeigten Ausführungsform wird eine lose Bördelrolle eingesetzt, die nicht über einen direkten Antrieb verfügt.

Zum Ausführen des Rollbördelns am Werkstück 10 wird der Industrieroboter 2 von der Steuerung 13 in Bewegung gesetzt und

umfährt dabei den Bördelflansch 11 mit einer Geschwindigkeit vi . Gleichzeitig wird die Bördelrolle 6 auf den Bördelflansch gedrückt, so dass die Bördelrolle 6 den Bördelflansch nach unten falzt. Die Bördelrolle 6 wird dabei in eine Drehbewegung ver- setzt, die über den Antriebsmotor 9, das Getriebe 8 und letztendlich die Abtriebswelle 7 erfolgt. Die Drehbewegung der Bördelrolle 6 erfolgt in Fahrtrichtung des Roboters 2 entlang der Außenkontur des Bördelflanschs 11.

Der Industrieroboter 2 besitzt eine Robotersteuerung 13, mit der die Bewegungen und der gesamte Prozessablauf des durchgeführten Rollbördelns gemessen und geregelt werden. Die Robotersteuerung 13 ist als rechnergestützte Steuerung mit einem oder mehreren Prozessoren, mehreren Schnittstellen für die Ein- und Ausgabe von Daten und mehreren Speichern für Betriebs-, Prozess- und sonstige relevante Daten ausgeführt.

In der Robotersteuerung 13 sind der Bahnverlauf und der entsprechende Bewegungsablauf des Industrieroboters 2 und des Bör- delwerkzeugs 8 programmiert und in einem Arbeitsspeicher abgelegt .

Die Bördeleinrichtung 1 besitzt im Bereich ihres Bördelkopfs 15 eine Messeinrichtung 20, mit der die aus dem Bördelvorgang erfassten Bördelgrößen gemessen werden. Die Messeinrichtung 20 ist über eine Leitung 19 mit der Robotersteuerung 13 verbunden. Die Robotersteuerung 13 ist wiederum mit einer Leitung 21 mit dem Industrieroboter 2 verbunden.

Mit der Messeinrichtung 20 wird insbesondere die Drehzahl und der Anpressdruck der Bördelrolle 6 während des Rollbördelns gemessen und über eine Soll-/Istwertabgleichung nachgeregelt. Die Nachre-

gelung berücksichtigt insbesondere auch die exakte Einstellung des Anpressdrucks der sich drehenden Bördelrolle 6.

Das Werkstück 10 muss für den Vorgang des Bördelns auf dem Bördelbett 12 fixiert werden. Das Bördelbett 12 weist eine

Auflagefläche 22 für das Werkstück 10 auf, die ein genaues Negativ der dreidimensionalen Unterseite 23 des Werkstücks 10 darstellt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Werkstück 10 an jeder Stelle passgenau auf dem Bördelbett 12 aufliegt und beim Bördelvorgang nicht verformt wird.

Zur Fixierung des Werkstücks 10 auf dem Bördelbett 12 ist ein Vakuum-Niederhaltesystem vorgesehen, dass in Figur 2 schematisch gezeigt ist.

Figur 2 zeigt ein Bördelbett 12 mit einem Vakuum-Niederhaltesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Bördelbett 12 weist eine Auflagefläche 22 zur Aufnahme eines hier nicht gezeigten Werkstücks auf. Es weist ferner ein Niederhaltesystem mit Vakuum-Niederhaltern 24 auf. Die Vakuum-Niederhalter 24, von denen in dieser Darstellung nur einige gezeigt sind, sind in der Auflagefläche 22 an mehreren Punkten angeordnet. Die Anzahl der vorgesehenen Vakuum-Niederhalter 24 hängt von der erforderlichen Güte des Vakuums und von den beim Bördeln auftretenden Kräften ab, denen die Fixierung des

Werkstücks standhalten muss. Das Niederhaltesystem ist somit an die Form des Bauteils anzupassen, wobei auch unterschiedliche Materialstärken und Materialanforderungen - für das Werkstück kommen zum Beispiel typischerweise Alu- oder Stahlbleche in Betracht - berücksichtigt werden.

Die Vakuum-Niederhalter weisen jeweils eine Vertiefung 26 auf, in die das obere Ende eines Kanals 25 mündet. Der Kanal 25 ist

beispielsweise in den Wänden des Bördelbetts 12 oder in dessen Gestell angeordnet und steht in Verbindung mit einem Vakuumsystem, über das er evakuierbar ist. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform sind pro Vertiefung 26 mehrere Kanäle 25 vorgese- hen, beispielsweise um ein schnelleres Evakuieren zu ermöglichen .

Um die Vertiefung 26 herum weist der Vakuum-Niederhalter 24 einen Dichtungsrand 27 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel eine Gummidichtung umfasst.

Handelsübliche Standard- aber auch Spezialsauger in jeglicher Form können je nach Anforderungen zum Einsatz kommen. Auch können die Vertiefungen 26 mit Dichtschnüren jeglicher Art abgedichtet werden. Der Einsatz von speziellen luftdurchlässigen Materialien für die Auflage des Werkstücks 10 ist ebenfalls denkbar. Dabei liegt das Werkstück ganzflächig oder teilweise auf dem luftdurchlässigen Material auf, das wiederum an ein Vakuum erzeugendes System angeschlossen ist. „Kanäle" im Sinne der Erfindung sind also nicht zwingend makroskopisch ausgeformte Röhren, sondern sie können auch Mikroporen eines luftdurchlässigen Materials sein.

Die Funktionsweise des Bördelbetts 12 und das Vorgehen beim Bördeln werden im Folgenden anhand von Figur 3 näher beschrieben.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bördeln von Werkstücken, insbesondere von Automobilteilen.

Zunächst wird dabei die Bördeleinrichtung 1 durch einen Roboter oder ein Overheadsystem bestückt, d.h. das zu bördelnde Werkstück 10 wird auf die Auflagefläche 22 des Bördelbetts 12 aufgelegt.

Dabei erfolgt eine Erkennung des aufgelegten Werkstücks 10, das beispielsweise ein Gerippe und eine Außenhaut einer Fahrzeugtür sein kann, durch eine Sensorik.

Seiteneinweiser der Bördeleinrichtung 1 fahren in einem nächsten Schritt in Arbeitsposition und richten das Werkstück 10 exakt nach den Umrisskanten auf der Auflagefläche 22 aus. Dabei liegt das Werkstück 10 auf den Dichtungsrändern 27 der Vakuum-Niederhalter 24 auf, so dass die Vertiefungen 26 mit den obe- ren Enden der Kanäle 25 luftdicht abgeschlossen sind.

Wenn dies erfolgt ist, werden als Vakuumerzeuger vorgesehene mehrstufige Vakuumpumpen mit Druckluft beaufschlagt und die Kanäle 25 werden evakuiert. Dadurch wird in den Vertiefungen 26 der Vakuum-Niederhalter 24 ein Unterdruck erzeugt, der das Werkstück 10 auf der Auflagefläche 22 des Bördelbetts 12 fest und beschädigungsfrei fixiert.

Wenn das zur sicheren Fixierung des Werkstücks 10 benötigte Vakuum in der Vertiefungen 26 bzw. in den Kanälen 25 aufgebaut ist, wird die Vakuumerzeugung abgeschaltet, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen. Solange das Vakuum noch nicht ausreichend ist, wird der Pumpvorgang fortgesetzt.

Nach dem Aufbau eines zur Fixierung des Werkstückes 10 ausreichenden Vakuums und nach dem Abschalten der Vakuumpumpen fahren die Seiteneinweiser vom nunmehr genau positionierten und fixierten Werkstück 10 zurück in ihre Grundstellung und es erfolgt ein Freigabesignal an den Roboter, dass der Bördelvorgang erfolgen kann.

Das Bördeln selbst kann in mehreren Schritten erfolgen, da der Flansch typischerweise um nicht wesentlich mehr als 45 Grad pro

Bördeldurchgang umgefalzt werden kann. Dazu wird typischerweise zunächst ein Vorbördeln durchgeführt, bei dem der Flansch umgelegt wird, während beim anschließenden Fertigbördeln das eigentliche Schließen des Flansches erfolgt.

Während des gesamten Bördelvorgangs wird das Vakuum und damit die Fixierung des Werkstücks 10 durch einen Druckschalter überwacht. Wird das Vakuum schlechter und überschreitet der Druck in den Vertiefungen 26 bzw. in den Kanälen 25 einen bestimmten Wert, so er- folgt erneut ein Pumpvorgang, wobei ökonomischer Weise auch ein direktes Ansteuern ausschließlich der dem belüfteten Kanal 25 zugeordneten Vakuumpumpe erfolgen kann.

Nach dem Bördeln wird das Niederhaltesystem wieder belüftet und das Werkstück 10 somit von der Auflagefläche 22 gelöst. Es kann dann aus der Bördeleinrichtung 1 entnommen werden.

Bezugszeichenliste

1 BördeIeinrichtung

2 Industrieroboter

3 Ausleger

4 Roboterhand

5 Börde1Werkzeug

6 Bördelrolle

7 Abtriebswelle

8 Getriebe

9 Antriebsmotor

10 Werkstück

11 Bördelflansch

12 Bördelbett

13 RoboterSteuerung

14 Mantelfläche

15 Bördelkopf

19 Leitung

20 Messeinrichtung

21 Leitung

22 Auflägefläche

23 Unterseite des Werkstücks

24 Vakuum-Niederhalter

25 Kanal

26 Vertiefung

27 Dichtungsrand