用于安置壓入元件的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于安置壓入元件的裝置和方法。本發(fā)明尤其涉及一種用于在預(yù)定的位置上將壓入元件安置到由塑料或者纖維復(fù)合材料例如CFK(碳纖維增強(qiáng)塑料)制成的工件中的裝置和方法，尤其在運(yùn)輸工具制造中進(jìn)行安置。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多應(yīng)用中，例如也尤其在運(yùn)輸工具制造中，包括汽車(chē)制造、飛機(jī)制造、船舶制造和其他運(yùn)輸工具應(yīng)用以及在制造日用品中，越加廣泛地使用塑料、尤其是纖維增強(qiáng)塑料。但是，在由塑料制成的模制件中，制造與其他工件的連接經(jīng)常是困難的。在汽車(chē)制造中已知，例如通過(guò)粘結(jié)栓或類(lèi)似物實(shí)現(xiàn)在纖維復(fù)合工件上的載荷導(dǎo)入點(diǎn)。在此，問(wèn)題在于精確的定位、用于粘結(jié)連接的面積需求、在特定環(huán)境條件下(例如溫度、濕度、光照、交變應(yīng)力等)的粘結(jié)牢固性。由船舶制造也例如已知，通過(guò)螺紋連接利用支承連接元件的從后面作用的金屬板實(shí)現(xiàn)在纖維復(fù)合工件上的載荷導(dǎo)入點(diǎn)。在此也要注意相應(yīng)的面積需求，此外，材料配對(duì)問(wèn)題也是可能的，例如在金屬與由碳纖維增強(qiáng)材料和類(lèi)似物制成的工件的連接面上的腐蝕。由彌補(bǔ)方法已知將由纖維復(fù)合材料制成的螺栓直接擰入在骨組織中(其可理解為天然的纖維復(fù)合材料)。這在纖維復(fù)合材料的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中通常是不可能的，因?yàn)楦鶕?jù)載荷情況可能存在巨大的損害危險(xiǎn)和/或故障危險(xiǎn)。由纖維復(fù)合技術(shù)也一般性已知，將連接元件直接連接(例如澆注、嵌入或采取類(lèi)似措施)在層壓工件或塑料工件中。這種固定元件在制造工件的濕相中已經(jīng)定位并且之后不能改變。
[0003]由金屬結(jié)構(gòu)也已知，壓入元件(例如壓入螺母、壓入螺栓、壓入扣或類(lèi)似物)尤其在殼狀工件或板狀工件中使用，用于實(shí)現(xiàn)載荷導(dǎo)入點(diǎn)。在此，將孔加工到工件中(例如通過(guò)鉆孔或沖孔)，接著用安置工具機(jī)械地或人工地將壓入元件壓入到孔中。在此，在工件和/或壓入元件上典型地發(fā)生塑性材料變形，由此至少在設(shè)計(jì)載荷的范圍中實(shí)現(xiàn)不可松開(kāi)的連接。這種解決方案例如已知為沉頭鉚釘、鉚釘螺母、壓入螺母或類(lèi)似物。在纖維復(fù)合材料中，該方法的可應(yīng)用性差，因?yàn)椴牧献冃慰赡軐?dǎo)致不可逆的材料損壞。
[0004]本發(fā)明出于這樣的考慮，將壓入元件用下述方式安置在工件中、尤其是由塑料或者纖維復(fù)合材料(例如CFK，即碳纖維增強(qiáng)塑料)或類(lèi)似物制成的工件中:將壓入元件的圓柱形區(qū)段壓入到工件(即使不總是需要的，也許在相關(guān)的位置上具有增大的材料厚度的工件)的孔中，其中，壓入元件的圓柱形區(qū)段具有相對(duì)于孔的合適的過(guò)盈量，使得保持力或拔出力基本上通過(guò)在孔和壓入元件的圓柱形區(qū)段之間的面狀壓緊產(chǎn)生。也可類(lèi)似地考慮通過(guò)附加的形狀鎖合連接、例如經(jīng)由鎖止鉤實(shí)現(xiàn)可變的壓緊。在此要求在于，壓入必須以高的定位精度進(jìn)行，因?yàn)椴糠值丶词乖诶鏻/100mm數(shù)量級(jí)中的輕微的側(cè)面錯(cuò)位或者在相應(yīng)大小的角度誤差可能導(dǎo)致，塑料材料或復(fù)合材料在某一位置上獲得可能導(dǎo)致?lián)p壞的高的單位面積壓力，使得整體上產(chǎn)生減小的壓力作用力，甚至可能產(chǎn)生間隙，這可能顯著地降低將壓入元件從工件拔出的拔出力。至今沒(méi)有已知的方法或機(jī)械的實(shí)施方案，能在足夠的工藝安全性的情況下產(chǎn)生這種擠壓復(fù)合體，以便可靠地保證在壓入時(shí)所需的定位精度和角度精度。
[0005]—般性而言，至今沒(méi)有(純材料的)纖維復(fù)合合理的解決方案，用于實(shí)現(xiàn)其它工件在用連續(xù)纖維增強(qiáng)的塑料工件上的螺紋連接和/或固定，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)螺紋連接經(jīng)常伴隨著纖維復(fù)合體的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的在于，提供一種裝置和方法，它們至少部分避免如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的尤其在于，提供一種裝置和方法，它們?cè)诶w維復(fù)合工件或其它塑料工件上可實(shí)現(xiàn)工藝安全地設(shè)置連接點(diǎn)。
[0007]上述目的至少在部分方面通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的按本發(fā)明的裝置和具有權(quán)利要求18的按本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。在此，與按本發(fā)明的裝置有關(guān)地描述的特征和細(xì)節(jié)也適用于按本發(fā)明的方法，并且可分別反之亦然地適用和交換地適用，使得在公開(kāi)本發(fā)明各觀點(diǎn)方面總是可相互參考。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，提出一種尤其在運(yùn)輸工具構(gòu)造中用于在預(yù)定的位置上將壓入元件安置到工件中、尤其是由塑料或纖維復(fù)合材料(例如CFK)制成的工件中的裝置，
[0009]所述裝置具有:基體；安裝在基體上的固定單元，其構(gòu)成為用于固定工件；以及安裝在基體上的加工單元；
[0010]該加工單元具有:鉆孔單元，其構(gòu)成為用于在由固定單元固定的工件中加工孔；和壓入單元，其構(gòu)成為用于將壓入元件壓入到孔中。
[0011]“基體”在本發(fā)明的意義上可理解為這樣一種結(jié)構(gòu)單元，其構(gòu)成用于裝置的其它單元的空間基準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)方面的安裝結(jié)構(gòu)?；w可以是可獨(dú)立操縱的或者是更大設(shè)備的一部分?！肮潭ā痹诒景l(fā)明的意義上可理解為工件的如此固定，即工件至少在通過(guò)所述裝置加工期間相對(duì)于固定單元是不可移動(dòng)的，并且因此相對(duì)于裝置本身是也不可移動(dòng)的?！肮潭ā庇绕浒伤砷_(kāi)的固定，例如(但不僅僅是)通過(guò)夾緊、抓住、吸取等。“安裝”的概念在該發(fā)明觀點(diǎn)的意義上可以是接合，例如(但不僅僅是)通過(guò)螺栓、焊接或類(lèi)似措施。在進(jìn)一步的意義上，“安裝”也可包括固定的支承，或(只要不因此損害下述本發(fā)明的作用)可運(yùn)動(dòng)的支承或?qū)?。例如加工單元在基體上的安裝包括加工單元在基體上的接合或固定支承，當(dāng)工件的固定為了每個(gè)安置過(guò)程獨(dú)立地進(jìn)行時(shí)尤其如此。在一種變型方案中，安裝加工單元包括在基體上的如此支承，即加工單元相對(duì)于工件在一定的范圍中是可運(yùn)動(dòng)的，以便能夠在多個(gè)預(yù)定的位置上執(zhí)行加工過(guò)程，而不松開(kāi)工件的固定。在這種情況下，預(yù)定的位置能通過(guò)移動(dòng)加工單元而被靠近，其中，加工單元在預(yù)定位置上的可運(yùn)動(dòng)性可通過(guò)鎖定裝置、制動(dòng)機(jī)構(gòu)或固定體、齒輪嚙合或其它措施固定。
[0012]本發(fā)明該觀點(diǎn)提出的裝置使得安置過(guò)程可明顯簡(jiǎn)化，因?yàn)殂@孔和壓入能通過(guò)一個(gè)并且是同一個(gè)裝置完成。此外，在預(yù)定的位置上的精確的定位和壓入得到保證，因?yàn)楣ぜ潭ㄔ诨w上。通過(guò)將鉆孔單元和壓入單元集成在加工單元上，可以將在壓入元件壓入到孔中時(shí)的偏差最小化并且實(shí)現(xiàn)所需的壓入質(zhì)量。換句話(huà)說(shuō)，加工單元構(gòu)成用于鉆孔單元和壓入單元(也可稱(chēng)為裝置的工具)的支座或?qū)蚱?，使得工件、基體和工具的位置關(guān)系除加工公差、軸承間隙和彈性外是預(yù)定的。
[0013]在該觀點(diǎn)的本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案中，加工單元構(gòu)成為，用于可選地將鉆孔單元或壓入單元送入到與所述預(yù)先確定的位置相應(yīng)的預(yù)先確定的工作位置中，其中，鉆孔單元的工作軸線(xiàn)(當(dāng)鉆孔單元位于工作位置中時(shí))和壓入單元的工作軸線(xiàn)(當(dāng)壓入單元位于工作位置中時(shí))至少基本上是一致的。在此，鉆孔單元的工作軸線(xiàn)也可稱(chēng)為鉆孔軸線(xiàn)或者壓入單元的工作軸線(xiàn)也可稱(chēng)為擠壓軸線(xiàn)。此外，工作軸線(xiàn)也可一般性稱(chēng)為各工具的推進(jìn)軸線(xiàn)或進(jìn)給軸線(xiàn)。在此優(yōu)選，在使用裝置時(shí)將固定的工件視為位置固定的，而鉆孔單元或壓入單元相對(duì)于基體并且因此相對(duì)于固定在其上的工件在空間中運(yùn)動(dòng)。但是公開(kāi)內(nèi)容也包括在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面相反的情況，即具有鉆孔單元和壓入單元的加工單元是位置固定的，而工件在空間中運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楫?dāng)鉆孔單元或壓入單元分別位于工作位置中時(shí)，鉆孔單元或壓入單元的工作軸線(xiàn)至少基本上是一致的，所以可以以高精度保證將壓入元件同軸地壓入到孔中。因此，側(cè)面錯(cuò)位或角度錯(cuò)位至少基本上按定義是排除的，使得至少基本上避免將壓入元件偏心地或歪斜地插入或壓入到孔中，因此也能至少基本上避免與之相關(guān)的材料的單側(cè)的或點(diǎn)狀的損壞以及與之相關(guān)的壓入元件的松動(dòng)以及最終拔出力的減小。由此，將壓入元件裝入到工件中的工藝可靠性可以進(jìn)一步提高。所述“至少基本上一致”無(wú)疑包括不可能完全排除的由設(shè)計(jì)決定的和制造決定的公差、軸承間隙等。所述工作位置可以(但不必須)是由鎖止件、止擋件或類(lèi)似物可鎖定的。
[0014]尤其精確的定位可以如下實(shí)現(xiàn):加工單元構(gòu)成為，用于在關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)中導(dǎo)向鉆孔單元和壓入單元。“關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)”在本發(fā)明的意義上是指鉆孔單元和壓入單元至少在一個(gè)空間方向或旋轉(zhuǎn)方向方面共同運(yùn)動(dòng)或共同導(dǎo)向。與此相比，“無(wú)關(guān)的運(yùn)動(dòng)”是指鉆孔單元和壓入單元可彼此完全獨(dú)立地被運(yùn)動(dòng)或可發(fā)生運(yùn)動(dòng)。無(wú)關(guān)的運(yùn)動(dòng)或者說(shuō)運(yùn)動(dòng)性的一個(gè)示例可以是在可彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手上的安裝。在關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)中，公差可以比在鉆孔單元和壓入單元自由地或獨(dú)立運(yùn)動(dòng)時(shí)以更小的程度相加。因此，鉆孔單元和壓入單元的定位精度通過(guò)關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)得到改善。鉆孔單元和壓入單元的許用的運(yùn)動(dòng)自由度越小并且鉆孔單元和壓入單元的許用的運(yùn)動(dòng)自由度彼此越耦聯(lián)或彼此越固定，那么精度越得到改善。當(dāng)鉆孔單元和壓入單元相對(duì)于固定的工件以?xún)H唯一的自由度可運(yùn)動(dòng)并且它們?cè)谠撟杂啥戎兄荒芄餐\(yùn)動(dòng)時(shí)，精度在該意義上得到最大程度的改善。
[0015]所述裝置有利地構(gòu)成為，使得加工單元具有用于容納鉆孔單元和壓入單元的工具容納部，所述工具容納部是相對(duì)于基體可運(yùn)動(dòng)地支承和可驅(qū)動(dòng)的，所述鉆孔單元和壓入單元固定在工具容納部上，并且所述工作位置與工具容納部的預(yù)定的、優(yōu)選可固定的鎖定位置或終端位置對(duì)應(yīng)。換句話(huà)說(shuō)，在該實(shí)施形式中工具(鉆孔單元和壓入單元)與支承在基體上的工具容納部一起運(yùn)動(dòng)。用該方法可實(shí)現(xiàn)鉆孔單元和壓入單元的關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)。工具容納部的鎖定位置或終端位置可以例如(但不僅僅)通過(guò)止擋件、鎖定栓或齒輪嚙合或類(lèi)似物實(shí)現(xiàn)。在替換的實(shí)施形式中，可將工具分別可運(yùn)動(dòng)地導(dǎo)向或支承在加工單元上。這例如可以通過(guò)至少固定平移自由度的移動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)和實(shí)