Labor- und Betriebswerkstatt

Präzisionsteile, wie z.B. Einspritzdüsen (Abb.1) und Ventile für Dieseleinspritzsysteme, werden mit Toleranzen im Mikrometerbereich gefertigt. Entsprechende Genauigkeiten müssen auch beim automatischen Fügen solcher Bauteile eingehalten werden. An der Hochschule Osnabrück wurde ein Verfahren entwickelt, das hierbei ohne aufwendige und teuere Messtechnik zur Erfassung von Weg- und Kraftparametern auskommt. Das Verfahren arbeitet mit einer zweiachsigen Schwingungsanregung und zusätzlichem Unterdruck.

Die Versuchsvorrichtung ist in Abb. 2 dargestellt. Die zu fügenden Bauteile werden mit einem Roboter einer Palette entnommen. Zuerst wird der Düsenkörper in die Versuchsvorrichtung eingelegt. Anschließend wird die Vorrichtung geschlossen. Der Düsenkörper enthält eine Öffnung, in die die Düsennadel eingeführt werden soll. Die Düsennadel wird durch den Roboter oberhalb der Öffnung vorpositioniert. Für diesen Vorgang reicht die vergleichsweise grobe Genauigkeit eines Industrieroboters ohne zusätzliche Wegsensoren aus (Abb. 3).

Durch zwei um 90° gegeneinander gedrehte Piezoaktoren wird nun eine ebene Schwingung in der Vorrichtung angeregt. Dies verursacht eine Relativbewegung von Düsenkörper und Düsennadel und sorgt dafür, dass die Düsennadel in eine ideale Position zum Düsenkörper gebracht wird. Zur Begrenzung der Relativbewegung wird ein Anschlag eingesetzt, an dem eine Umkehrung der Relativbewegung der Formkörper eintritt. Während des Fügens werden durch die Schwingung Reibungseffekte verringert und ein Verkanten verhindert. In der Öffnung des Düsenkörpers wird unterhalb der Nadel ein Vakuum erzeugt. Zusammen mit der Gravitation ergibt sich so eine Fügekraft, die die Nadel in die Öffnung einführt. Gleichzeitig wird durch das Vakuum eine Kompression der eingeschlossenen Luft unter der Düsennadel verhindert. Nach dem Fügen öffnet sich die Vorrichtung und die montierte Düse wird vom Roboter in einen Werkstückträger abgelegt.

Das Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit und bauteilschonende Vorgehensweise, sowie den Verzicht auf jegliche spezielle Kraft- oder Positionsregelung für den Fügevorgang aus. Es ist ideal geeignet auch für das gleichzeitige Fügen mehrerer Fügepaarungen in einer Vorrichtung. So kann unter industriellen Bedingungen eine große Zeit- und Kostenreduktion erreicht werden.

Demofilm:

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Veröffentlichungen:

Lammen, B.; Kalac, H.; Prescher, W.; Kirbis, O.; Kröner, T.:<

„Verfahren und Vorrichtung zum formschlüssigen Feinfügen von Formkörpern“, Deutsche Patentanmeldung 102005039150.8, 17. Aug. 2005

Kalac, H.; Lammen, B.; Kirbis, O.; Prescher, W.: „Verfahren zum Fügen von Präzisionsbauteilen“, VDI-Z Integrierte Produktion 148 (2006) Nr. 4 , Springer-VDI-Verlag, S. 41-43

Kontakt:

Hochschule Osnabrück

Albrechtstr. 30

D-49076 Osnabrück

Prof. Dr.-Ing. Benno Lammen

Labor für Mess- Steuerungs- und Regelungstechnik

Telefon: 0541 969-3237

E-Mail: B.Lammen@hs-osnabrueck.de

Prof. Dr.-Ing. Hassan Kalac

Labor für Fertigungsmesstechnik und Qualitätssicherung

Telefon: 0541 969-3098

E-Mail: H.Kalac@hs-osnabrueck.de

Dipl.-Ing. Oliver Kirbis

Labor für Mess- Steuerungs- und Regelungstechnik

Telefon: 0541 969-3100

E-Mail: Oliver.Kirbis.1@hs-osnabrueck.de

Dipl.-Ing. Wilhelm Prescher

Labor für Mess- Steuerungs- und Regelungstechnik

Telefon: 0541 969-2923

E-Mail: W.Prescher@hs-osnabrueck.de