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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Fügen wenigstens zweier Bauteile, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Fügen eines ersten Bauteils mit wenigstens einem zweiten Bauteil sind bereits der
DE 10 2006 002 237 B4 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil mittels wenigstens einer Komponente gefügt, indem die Komponente mittels einer Fügevorrichtung bewegt wird. Bei der
DE 10 2006 002 237 B4 ist die wenigstens eine Komponente ein separat von den Bauteilen ausgebildetes und zusätzlich zu den Bauteilen vorgesehenes Fügeelement, welches als Setzbolzen ausgebildet ist und auch als Nagel oder Tack bezeichnet wird. Die Fügevorrichtung ist dabei ein sogenanntes Setzwerkzeug, mittels welchem das Fügeelement in die Bauteile eingetrieben wird, um dadurch die Bauteile zu fügen.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2008 025 074 A1 ein Durchsetzfügeverfahren zum Verbinden von Bauteilen mit einer Platte, mit oder ohne Durchtrennung der Platte unter Bildung eines Restbodenmaßes.
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Des Weiteren offenbart die
CN 2001 470 805 U eine Nietmaschine, mit einem Basisrahmen und einer Abstützstange.
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Der
DE 10 2014 018 301 A1 ist eine Fügevorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Fügeelements als bekannt zu entnehmen, mit einem zumindest translatorisch bewegbaren Treiberelement, mittels welchem eine Fügekraft zum Eintreiben des Fügeelements in die Bauteile über einen sich beim Verbinden der Bauteile ausbildenden Kraftpfad auf das Fügeelement übertragbar ist. Es ist ein Sensorelement vorgesehen, mittels welchem wenigstens eine eine Fügequalität charakterisierende Messgröße erfassbar ist. Das Sensorelement ist dabei in dem Kraftpfad angeordnet.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2015 005 759 A1 ein Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen bekannt, bei welchem ein Fügeelement in die beiden Bauteile eingebracht und währenddessen zumindest ein den Fügevorgang quantifizierender Parameter ermittelt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass das Fügeelement mittels eines Roboters eingebracht und der zumindest eine den Fügevorgang quantifizierende Parameter mittels des Roboters ermittelt wird.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2014 019 211 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung bekannt, bei welchem mittels eines Roboters, an welchem ein Werkzeug angeordnet ist, die Fügeverbindung durch Umformen hergestellt wird.
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Des Weiteren ist der
DE 39 16 014 A1 ein Werkzeug zum Durchsetzfügen, Nieten oder Einpressen als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Bauteile, insbesondere für Kraftfahrzeuge, besonders prozesssicher gefügt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass Bauteile, insbesondere für Kraftfahrzeuge, besonders prozesssicher gefügt, das heißt miteinander verbunden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein das Fügen charakterisierender Parameter mittels wenigstens eines in die Fügevorrichtung integrierten Sensorelements erfasst wird, wobei die Komponente in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter bewegt wird. Durch das Erfassen des Parameters und infolge des Bewegens der Komponente in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter kann eine besonders hohe Fügequalität prozesssicher gewährleistet werden, sodass beispielsweise im Rahmen einer Massenproduktion jeweilige Bauteile prozesssicher fest miteinander verbunden werden können. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt somit eine Prozessregelung oder eine Prozesssteuerung zum Einsatz, mittels welcher in Abhängigkeit von dem Parameter, das heißt beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem Wert des Parameters, die Komponente bewegt wird. Dadurch kann die Komponente besonders präzise derart bewegt beziehungsweise in eine Position oder Stellung bewegt werden, dass die Bauteile prozesssicher mit einer besonders hohen Fügequalität verbunden werden können. Eine übermäßige Bewegung sowie eine unzureichende Bewegung der Komponente können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, sodass eine hohe Fügequalität und somit eine feste Verbindung der Bauteile sichergestellt werden kann. Insbesondere ist es möglich, in Abhängigkeit von dem Parameter, das heißt beispielsweise je nach Wert des Parameters, die Komponente mehr oder weniger zu bewegen, bis eine Verbindung zwischen den Bauteilen mit einer hinreichenden Qualität zustande kommt.
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Erfindungsgemäß wird als die Komponente ein separat von den Bauteilen ausgebildetes Werkzeug verwendet, welches relativ zu den Bauteilen mittels der Fügevorrichtung bewegt wird, wodurch die Bauteile umgeformt und dadurch miteinander gefügt werden, wobei das Werkzeug nach dem Fügen von den Bauteilen wegbewegt wird. Im Gegensatz zu einem Fügeelement verbleibt das Werkzeug nach dem Fügen der Bauteile nicht an den Bauteilen, sondern das Bauteil wird nach dem Umformen und dem daraus resultierendem Fügen der Bauteile von diesen wegbewegt und kann dann zum Umformen und zum daraus resultierendem Fügen von wenigstens zwei weiteren Bauteilen wieder verwendet werden. Somit ist es vorgesehen, dass die Bauteile mittels des als Umformwerkzeug ausgebildeten Werkzeugs umgeformt und dadurch ohne separat von den Bauteilen ausgebildetes Fügeelement miteinander gefügt, das heißt miteinander verbunden werden. Zum Umformen und daraus resultierenden Fügen der Bauteile wird das Werkzeug vorzugsweise in direktem Kontakt mit wenigstens einem der Bauteile bewegt, sodass das Werkzeug während des Umformens wenigstens eines der Bauteile berührt. Nach dem Umformen wird das Werkzeug von den Bauteilen entfernt, sodass dann das Werkzeug das wenigstens eine Bauteil nicht mehr berührt.
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Durch das Umformen der Bauteile greifen diese beispielsweise ineinander, sodass die Bauteile formschlüssig zusammenwirken, wodurch diese miteinander verbunden sind. Dadurch, dass ein separat von den Bauteilen ausgebildetes, zusätzliches Fügeelement nicht vorgesehen und nicht erforderlich ist, können die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten einer die miteinander gefügten Bauteile umfassenden Baueinheit besonders gering gehalten werden. Ferner ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, das Werkzeug besonders präzise zu bewegen und somit die Bauteile besonders präzise umzuformen, sodass eine besonders hohe Fügequalität realisiert werden kann. Insbesondere bei Verwendung des zuvor beschriebenen, von den Bauteilen separat ausgebildeten Fügeelements wird als die Fügevorrichtung beispielsweise ein sogenanntes Setzwerkzeug verwendet, welches wenigstens ein Eintreibelement umfasst, das beispielsweise relativ zu einem Gehäuse des Setzwerkzeugs translatorisch, insbesondere entlang der zuvor genannten Achse, bewegbar ist. Das Eintreibelement wird auch als Stempel bezeichnet. Durch translatorisches Bewegen des Eintreibelements, insbesondere entlang der Achse, wird beispielsweise das Fügeelement, insbesondere entlang der Achse, translatorisch relativ zu den Bauteilen bewegt und dadurch in die Bauteile eingetrieben, sodass das Fügeelement mittels des Eintreibelements in die Bauteile eingetrieben wird. Dabei wird das Setzwerkzeug üblicherweise auch als Bolzensetzwerkzeug bezeichnet, sodass im Rahmen des Verfahrens beispielsweise ein Bolzensetzen durchgeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist es jedoch vorgesehen, dass als die Fügevorrichtung ein Roboter verwendet wird, welcher eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Roboterachsen verwendet wird. Bei Verwendung des separat von den Bauteilen ausgebildeten Fügeelements ist beispielsweise das Fügeelement zunächst an dem Roboter gehalten. Mittels des Roboters wird das Fügeelement beispielsweise in die Bauteile eingetrieben. Danach verbleibt das Fügeelement an den Bauteilen, und der Roboter kann von den Bauteilen wegbewegt und beispielsweise zum Eintreiben eines weiteren Fügeelements in die Bauteile oder in andere, weitere Bauteile genutzt werden.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass als das Sensorelement ein in den Roboter integrierter Drehmomentsensor verwendet wird, mittels welchem zum Ermitteln der Kraft ein während des Fügens um eine Bewegungsachse des Roboters wirkendes Drehmoment erfasst wird.
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Kommt kein separat von den Bauteilen ausgebildetes Fügeelement zum Fügen der Bauteile zum Einsatz, so ist beispielsweise das zuvor genannte und als Umformwerkzeug genutzte Werkzeug, insbesondere als Endeffektor, an dem Roboter gehalten und kann somit mittels des Roboters im Raum bewegt werden. Dabei kann das Werkzeug mittels des Roboters derart bewegt werden, dass die Bauteile umgeformt und dadurch miteinander gefügt werden.
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Alternativ wird als die Komponente das separat von den Bauteilen ausgebildete Fügeelement verwendet, welches beispielsweise als Bolzen, insbesondere Setzbolzen, Nagel oder Tack ausgebildet ist. Das Fügeelement wird mittels der Fügevorrichtung relativ zu den Bauteilen bewegt und dadurch in die Bauteile eingetrieben, wodurch die Bauteile miteinander verbunden werden. Im Rahmen des Verfahrens ist dabei vorgesehen, das Fügeelement in Abhängigkeit von dem Parameter zu bewegen und somit in Abhängigkeit von dem Parameter in die Bauteile einzutreiben. Das Fügeelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Fügeelement nach dem Fügen der Bauteile an den Bauteilen verbleibt. Mit anderen Worten wird das Fügeelement nach dem Fügen der Bauteile nicht von den Bauteilen gelöst. Durch den Einsatz des Fügeelements können die Bauteile besonders prozesssicher fest miteinander verbunden werden. Um das Fügeelement in die Bauteile einzutreiben, wird mittels der Fügevorrichtung eine Kraft auf das Fügeelement ausgeübt, wobei diese Kraft auch als Fügekraft bezeichnet wird. Aus der Fügekraft resultiert beispielsweise eine mit der Fügekraft korrespondierende Reaktionskraft, die über das Fügeelement auf die Fügevorrichtung wirkt. Beispielsweise wird mittels des Sensorelements die Fügekraft beziehungsweise die Reaktionskraft umfasst. Im Rahmen des Eintreibens wird das Fügeelement derart relativ zu den Bauteilen bewegt, dass das Fügeelement die Bauteile durchdringt.
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Bei einem derartigen herkömmlichen Fügen ist die Fügevorrichtung üblicherweise derart programmiert, dass eine Koordinate im Raum, an welcher die Fügevorrichtung das Fügeelement stoppt, genau die Koordinate ist, bei welcher ein Kopf des Fügeelements genau auf einem der Bauteile aufliegt und mit einer geringen Kraft auf dieses Bauteil gedrückt wird. Wird das Fügeelement zu geringfügig in die Bauteile eingetrieben beziehungsweise eingedrückt, so liegt der Kopf nicht auf dem einen Bauteil auf und der Kopf des Fügeelements steht über, was auch als Kopfüberstand bezeichnet wird. Wird das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung jedoch zu stark gegen die Bauteile gedrückt und somit zu weit in die Bauteile eingetrieben, so verliert das Fügeelement seine Haltekraft, was als Durchschlag bezeichnet wird. Kommt es somit zu dem Kopfüberstand oder dem Durchschlag, so war das Fügen der Bauteile nicht erfolgreich. Das präzise Stoppen des Fügeelements, wenn das Fügeelement die oben genannte Koordinate erreicht, ist somit sehr wichtig zur Realisierung einer hinreichenden Fügequalität.
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Ein Problem eines solchen herkömmlichen Fügeprozesses ist jedoch, dass die Fügevorrichtung auf die Koordinate und somit auf einen bestimmten Punkt im Raum eingelernt ist. Sind die Bauteile, insbesondere ihre Oberflächen, jedoch bezogen auf den Punkt, auf den die Fügevorrichtung eingelernt ist, etwas vor- oder zurückversetzt, so kommt es zum Fehlerfall, also beispielsweise zum Kopfüberstand oder zum Durchschlag. Dies geschieht beispielsweise aufgrund von Toleranzen hinsichtlich der Geometrie des jeweiligen Bauteils und/oder aufgrund von Dickentoleranzen und/oder aufgrund von ungenauen Passungen. Ferner kann es zum Fehlerfall kommen, wenn beispielsweise eine Halterung zum Halten der Bauteile geändert wird. Ferner besteht üblicherweise das Problem, dass ein Einlernprozess zum Einlernen der Fügevorrichtung auf die Koordinate sehr präzise erfolgen muss. Mit anderen Worten muss die Fügevorrichtung sehr präzise auf die Lage des Fügeelements, insbesondere dessen Kopfes, relativ zur Oberfläche wenigstens eines der Bauteile eingelernt werden.
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Trotz dieses präzisen Einlernens kann es jedoch zu Prozessschwankungen kommen. Beispielsweise durch Verunreinigungen der Bauteiloberfläche kann es zur Erhöhung der Fügestelle kommen. Darüber hinaus können Toleranzen der Steifigkeit der Bauteile, der Fügevorrichtung und/oder der Lage, der Geometrie und/oder Passung auftreten, wodurch es zu fehlerhaften Fügeprozessen kommen kann. Somit wird beispielsweise der Fügeprozess auf Basis einer Kraftmessung gestoppt, obwohl das Fügeelement seine gewünschte Lage noch nicht erreicht hat. Oder das Fügeelement wird zu spät gestoppt, sodass es zum Durchschlag kommt.
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Um dieses Problem nun zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den das Fügen charakterisierenden Parameter mittels des integrierten Sensorelements zu erfassen, sodass der Parameter besonders präzise ermittelt werden kann. Dadurch kann beispielsweise das Fügeelement beziehungsweise die Komponente präzise bewegt werden, um eine besonders hohe Fügequalität prozesssicher darstellen zu können. Somit erfolgt eine Regelung oder Steuerung des Fügens in Abhängigkeit von dem Parameter.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Sensorelement in einem Kraftpfad, über welchen die zuvor genannte Kraft (Fügekraft) zum Eintreiben des Fügeelements in die Bauteile von der Fügevorrichtung auf das Fügeelement übertragen wird, angeordnet ist. Somit umfasst der mittels des Sensorelements erfasste Parameter die Kraft (Fügekraft), welche als Messgröße direkt mittels des Sensorelements gemessen, das heißt erfasst wird. Dadurch kann das Fügeelement besonders präzise bewegt und insbesondere gestoppt werden, sodass sowohl ein Kopfüberstand als auch ein Durchschlag des Fügeelements vermieden werden können. Der Kraftpfad beginnt beispielsweise in einer Antriebseinheit der Fügevorrichtung, geht durch das Fügeelement hindurch und mündet in den zu fügenden Bauteilen. Beispielsweise wird das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung zumindest translatorisch relativ zu den Bauteilen bewegt, um dadurch das Fügeelement in die Bauteile einzutreiben, wobei der Kraftpfad beispielsweise einer Achse folgt, entlang welcher das Fügeelement translatorisch bewegt wird. Durch diese Messung des Parameters ist es nicht vorgesehen und nicht erforderlich, über eine Art von Hilfsgröße auf eine tatsächlich wirkende Fügekraft zurückrechnen zu müssen. Vielmehr kann die Fügekraft unmittelbar selbst erfasst werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Fügeelement mit einer Geschwindigkeit von weniger von 5 Metern pro Sekunde in die Bauteile eingetrieben wird. Dadurch kann eine Geräuschentwicklung beim Fügen der Bauteile besonders gering gehalten werden. Ferner kann dadurch eine besonders hohe Fügequalität realisiert werden. Für die Nutzung besonders geringer Fügegeschwindigkeiten, mit welchen das Fügeelement bewegt wird, ist es von Vorteil, eine besonders gute Überwachung der Fügequalität sicherzustellen, was durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann. So kann auch sichergestellt werden, dass eine ausreichend feste Verbindung hergestellt wurde. Selbstverständlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für hohe Eintreib- beziehungsweise Fügegeschwindigkeiten, beispielsweise in einem Bereich von 20 bis 40 Metern pro Sekunde.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Parameter eine beim Fügen auftretende Kraft und/oder einen Weg umfasst, den die Komponente beim Fügen zurücklegt. Somit ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kraft- und/oder Wegmessung vorgesehen, in deren Rahmen mittels des Sensorelements die beim Fügen auftretende Kraft und/oder der Weg erfasst wird. Das Sensorelement stellt wenigstens ein den erfassten Parameter, das heißt die erfasste Kraft und/oder den erfassten Weg charakterisierendes Signal bereit, wobei die Komponente (Werkzeug oder Fügeelement) in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird.
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Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen und umgekehrt. Die Vorrichtung umfasst beispielsweise die Komponente und die Fügevorrichtung, mittels welcher die Komponente bewegbar ist beziehungsweise bewegt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Fügen wenigstens zweier Bauteile gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welchem ein erstes der Bauteile mit dem zweiten Bauteil mittels wenigstens einer Komponente gefügt wird, indem die Komponente mittels einer Fügevorrichtung bewegt wird, wobei wenigstens ein das Fügen charakterisierender Parameter mittels wenigstens eines in die Fügevorrichtung integrierten Sensorelements erfasst wird, und wobei die Komponente in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter bewegt wird;
- 2 eine schematische Seitenansicht auf eine als Roboter ausgebildete Fügevorrichtung;
- 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen von Fügequalitäten; und
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform zum Fügen eines ersten Bauteils 10 mit wenigstens einem zweiten Bauteil 12. Die Bauteil 10 und 12 werden beispielsweise zum Herstellen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens verwendet. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, werden die Bauteile 10 und 12 miteinander verbunden, das heißt miteinander gefügt. Dadurch bilden die Bauteile 10 und 12 beispielsweise eine Baueinheit, welche zum Herstellen des Kraftfahrzeugs verwendet wird.
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Im Rahmen des Verfahrens wird das erste Bauteil 10 mit dem zweiten Bauteil 12 mittels wenigstens einer Komponente 14 gefügt, indem die Komponente 14 mittels einer in 1 besonders schematischen Fügevorrichtung bewegt wird, welche vorliegend als ein Roboter 16 ausgebildet ist. Bei der ersten Ausführungsform ist die Komponente 14 ein separat von den Bauteilen 10 und 12 ausgebildetes, zusätzlich zu den Bauteilen 10 und 12 vorgesehenes Fügeelement in Form eines Nagels, welcher auch als Tack bezeichnet wird. Dabei ist die Fügevorrichtung der genannte in 2 in einer schematischen Seitenansicht gezeigter Roboter 16, welcher eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Roboterachsen 18a-d umfasst. Ferner umfasst der Roboter 16 eine Basis 20, über welche der Roboter 16 an einem Boden einer Anlage befestigt ist.
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Um nun die Bauteile 10 und 12 besonders prozesssicher mit einer hohen Fügequalität fügen zu können, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass wenigstens ein das Fügen charakterisierender Parameter mittels wenigstens eines in die Fügevorrichtung integrierten Sensorelements 22 erfasst wird, wobei die Komponente 14 in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter bewegt wird. Bei der ersten Ausführungsform ist das Sensorelement 22 beispielsweise als Kraftsensor, insbesondere als Kraftmessdose, ausgebildet, wobei mittels des Sensorelements 22 wenigstens eine beim Fügen der Bauteile 10 und 12 auftretende Kraft erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Dies bedeutet, dass der zuvor genannte Parameter die genannte Kraft umfasst, welche mittels des Sensorelements 22 erfasst wird.
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Aus 1 ist erkennbar, dass das Fügeelement (Komponente 14) zunächst an dem Roboter 16, insbesondere an einem Endeffektor 24 des Roboters 16, angeordnet wird, sodass die Komponente 14 mittels des Roboters 16 im Raum umher und insbesondere relativ zu den Bauteilen 10 und 12 bewegt werden kann. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird die Komponente 14 mittels des Roboters 16 auf die Bauteile 10 und 12 zubewegt.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Bauteile 10 und 12 zumindest in jeweiligen Überlappungsbereichen 26 in gegenseitiger Überlappung beziehungsweise Überdeckung angeordnet sind. Dabei ist das Bauteil 10 während des Fügens dem Roboter 16 beziehungsweise dem Fügeelement zugewandt, wobei das Bauteil 12 auf einer dem Roboter 16 beziehungsweise dem Fügeelement abgewandten Seite des Bauteils 10 und somit unter dem Bauteil 10 angeordnet ist. Bei dem ersten Schritt S1 wird das Fügeelement zunächst in Stützanlage mit einer Oberfläche 28 des Bauteils 10 bewegt, wobei das Fügeelement von der Oberfläche 28 her in die Bauteile 10 und 12 mittels des Roboters 16 eingetrieben wird. Somit wird das Fügeelement mittels des Roboters 16 derart relativ zu den Bauteilen 10 und 12 bewegt, dass das Fügeelement in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird.
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Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens ist das Fügeelement noch nicht weit genug in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben. Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens ist das Fügeelement hinreichend weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben, sodass das Fügeelement die Bauteile 10 und 12 durchdringt. Bei dem dritten Schritt S3 ist das Fügeelement noch nicht übermäßig weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben. Somit ist es vorteilhaft, das Verfahren bei beziehungsweise nach dem dritten Schritt S3 zu beenden. Wird das Verfahren jedoch nicht bei dem dritten Schritt S3 beendet, sondern wird das Fügeelement mittels des Roboters 16 weiterbewegt, so dringt das Fügeelement bei einem vierten Schritt S4 des Verfahrens zu weit in die Bauteile 10 und 12 ein, sodass es zu einem sogenannten Durchschlag kommt. Wird das Verfahren beispielsweise bereits bei beziehungsweise nach dem zweiten Schritt S2 beendet, so ist das Fügeelement nicht hinreichend weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben, woraus ein sogenannter Kopfüberstand resultiert.
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Das Fügeelement umfasst dabei einen Schaft 30, welcher durch die Bauteile 10 und 12 hindurchgetrieben wird. Ferner umfasst das Fügeelement einen mit dem Schaft 30 verbundenen und beispielsweise einstückig mit dem Schaft 30 ausgebildeten Kopf 32. Kommt es zu dem genannten Kopfüberstand, so ist der Kopf 32 von der Oberfläche 28 des Bauteils 10 beabstandet. Kommt es zu dem Durchschlag, so befindet sich der Kopf 32 beispielsweise zu weit in dem Bauteil 10. Eine hinreichende Fügequalität ist dann erreicht, wenn das Verfahren bei dem dritten Schritt S3 beendet wird, sodass der Kopf 32 an der Oberfläche 28 aufliegt und nicht zu weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben ist.
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Dadurch, dass im Rahmen des Verfahrens der Parameter mittels des Sensorelements 22 erfasst wird und dadurch, dass die Komponente 14 in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter bewegt wird, kann das Fügeelement (Komponente 14) präzise bewegt und somit präzise in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben werden, sodass das Fügeelement derart präzise gestoppt werden kann, dass sowohl der Durchschlag als auch der Kopfüberstand vermieden werden. Somit lässt sich mittels des Verfahrens ein prozesssicheres Fügen mit einer hohen Fügequalität realisieren.
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Um das Fügeelement in die Bauteile 10 und 12 einzutreiben, wird mittels des Roboters 16 eine sogenannte Fügekraft auf das Fügeelement ausgeübt. Diese Fügekraft wirkt von dem Roboter 16 auf das Fügeelement und von dem Fügeelement auf die Bauteile 10 und 12, wobei die Fügekraft entlang eines Kraftpfades von dem Roboter 16 auf das Fügeelement übertragen wird. Mit anderen Worten bildet sich beim Fügen der Bauteile 10 und 12 ein Kraftpfad aus, über welchen die Fügekraft zum Eintreiben des Fügeelements in die Bauteile 10 und 12 vom Roboter 16 auf das Fügeelement übertragen wird. Der Kraftpfad und somit die Fügekraft verlaufen beispielsweise von dem Roboter 16 über das Fügeelement zu den Bauteilen 10 und 12 und münden in die Bauteile 10 und 12. Dabei ist das Sensorelement 22 in dem Kraftpfad angeordnet, sodass der Parameter und somit die Fügekraft besonders präzise erfasst werden können. Vorliegend ist das Sensorelement 22 in den Endeffektor 24 integriert.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Parameter einen Weg umfasst, den die Komponente 14 beim Fügen der Bauteile 10 und 12 zurücklegt. Somit ist beispielsweise in den Roboter 16 wenigstens ein Wegsensor integriert, mittels welchem der genannte Weg erfasst wird.
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Die Roboterachsen 18a-d sind beispielsweise jeweils paarweise relativ zueinander bewegbar und dabei beispielsweise entlang wenigstens einer Bewegungsachse translatorisch relativ zueinander bewegbar und/oder um wenigstens eine Bewegungsachse relativ zueinander drehbar. Wenigstens einer der Roboterachsen 18ad kann zumindest ein Sensor zugeordnet sein, mittels welchem eine entlang und/oder um die Bewegungsachse der wenigstens einen Roboterachse 18a-d wirkende Kraft beziehungsweise ein Drehmoment erfassbar ist. Ferner kann der Sensor alternativ oder zusätzlich ein Wegsensor sein, um einen Weg zu erfassen, den wenigstens eine der Roboterachsen 18a-d relativ zu einer anderen der Roboterachsen 18a-d bewegt wird.
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3 zeigt ein Diagramm, anhand dessen unterschiedliche Fügequalitäten veranschaulicht sind. Auf der Abszisse 34 des Diagramms ist eine sogenannte Fügeposition aufgetragen, welche die Stellung der als Fügeelement ausgebildeten Komponente 14 veranschaulicht. Auf der Ordinate 36 ist die Fügequalität aufgetragen. Ferner ist in 3 der Kopfüberstand mit KÜ bezeichnet. Kommt es somit zu dem Kopfüberstand KÜ, so weist der Kopf 32 einen übermäßigen Abstand zur Oberfläche 28 auf. In das Diagramm ist ein Verlauf 38 eingetragen, welcher die Fügequalität in Abhängigkeit von der Fügeposition veranschaulicht. Mit dem Kopfüberstand KÜ korrespondiert ein Bereich 40 des Verlaufs 38. Ferner ist in 3 der Durchschlag mit D bezeichnet. Mit dem Durchschlag D korrespondiert ein Bereich 42 des Verlaufs 38. Die gewünschte Lage beziehungsweise Position des Fügeelements ist in 3 mit G bezeichnet. In dieser gewünschten Lage G liegt weder der Kopfüberstand KÜ noch der Durchschlag D vor, sodass der Kopf 32 die Oberfläche 28 gewünschterweise berührt.
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Mit der Lage G, welche auch als Kopfauflage bezeichnet wird, korrespondiert ein Bereich 44 des Verlaufs 38. Ferner ist ein zwischen den Bereichen 42 und 44 angeordneter Übergangsbereich 46 erkennbar. Nimmt das Fügeelement eine solche Lage ein, die zu einem der Bereiche 40, 42 und 46 gehört, so war das Fügen der Bauteile 10 und 12 nicht erfolgreich, da ihre Verbindung eine unzureichende Fügequalität aufweist. Nur wenn das Fügeelement eine solche Lage aufweist, welche zu dem Bereich 44 gehört, weist die Verbindung der Bauteile 10 und 12 eine hinreichende Fügequalität auf.
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Mittels des geschilderten Verfahrens können beispielsweise im Rahmen einer Massenproduktion Bauteile besonders prozesssicher mit einer hinreichenden Fügequalität gefügt werden. Dabei ist beispielsweise eine Prozessregelung vorgesehen, in deren Rahmen das Fügeelement in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter bewegt wird. Die Prozessregelung kann dabei aktiv vorgenommen werden. Dies erfolgt beispielsweise in Form einer Erfassung beziehungsweise Aufnahme des Parameters über wenigstens ein Sensorelement, welches beispielsweise als Messring, insbesondere Kraftmessring, ausgebildet ist. Der erfasste Parameter wird beispielsweise einem Steuergerät beziehungsweise einer Software zugeführt, die das Bewegen der Komponente 14 je nach Parameter, das heißt je nach Kraft und/oder Weg, regelt beziehungsweise steuert.
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Das Verfahren ermöglicht es somit, Bauteile prozesssicher auch dann zu fügen, wenn es zu beispielsweise fertigungsbedingten Schwankungen, das heißt Toleranzen der Bauteile 10 und 12 und/oder zu Schwankungen hinsichtlich der Positionierung der Bauteile 10 und 12 beim Fügen kommt. Mittels des Verfahrens kann so lange nachgeregelt werden, bis eine hinreichende Fügequalität erreicht ist. Ferner kann beispielsweise die Fügekraft auf einfache Weise erfasst werden. Insbesondere ist es möglich, den Fügevorgang an sich im Rahmen eines Regelkreises zu überwachen. Darüber hinaus kann ein selbsteinlernender und intelligenter Prozess dargestellt werden.