CN109986017A - 振动系统和冲压铆接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及振动系统和冲压铆接装置，冲压铆接装置用于借助铆钉连接至少两个构件，在冲头和托架之间能布置所述构件和铆钉，借助驱动器能够沿着接合方向施加力到冲头上用于将铆钉压入到构件中，振动系统能与振动产生器连接，具有振动转换器、助力器和超声波发生器并用于产生振动，超声波发生器包括冲头，借助振动系统能够将铆钉在压入到构件中时置于振动，在振动转换器上设置接口，通过接口能够连接振动系统与振动产生器，接口关于接合方向侧向地从振动转换器的端部引导离开，和/或在振动系统上布置夹紧环，使得力能够由驱动器通过夹紧环的沿接合方向布置的端部施加到冲头上，和/或助力器和超声波发生器共同构造成一个构件。

Description

振动系统和冲压铆接装置

技术领域

本发明涉及一种振动系统，其用于冲压铆接装置，所述冲压铆接装置用于借助铆钉来连接至少两个构件，以及涉及一种冲压铆接装置。

背景技术

用于接合的方法和装置用于使在连接区域中尤其是平坦构造的至少两个构件连接。作为接合方法的冲压铆接方法的特征在于，彼此待连接的构件的预打孔是不需要的。确切地说，铆钉作为接合元件借助冲头或冲头工具压入到所述至少两个构件中，其中，通过例如形式为凹模的、与冲头工具共同作用的、相应成形的托架确保了：铆钉以特定的形式和方式在彼此待连接的构件内部发生变形，以便在构件之间建立力锁合和形状锁合的连接并同时避免了背离铆钉的构件被穿透。

此外，例如由EP 2 318 161 B1或DE 10 2014 203 757 A1已知所谓的超声波冲压铆接方法或者装置，其中，使用振动产生器、例如超声波发生器，以便将一个或多个组件在连接这些构件时置于振动。通过该振动例如减少了用于压入铆钉的待花费的力。

发明内容

根据本发明提出具有独立权利要求的特征的一种振动系统和一种冲压铆接装置。有利的设计方案是从属权利要求以及下面的说明书的内容。

本发明从一种用于冲压铆接装置的振动系统出发，所述冲压铆接装置用于借助铆钉来连接至少两个构件，并且在该冲压铆接装置中可以在冲头和托架之间布置所述至少两个构件和铆钉。冲压铆接装置为此具有驱动器，借助所述驱动器可以沿接合方向施加力到冲头上，用以将所布置的铆钉压入到所述至少两个构件中。驱动器并且还有托架为此可以布置在框架上，该框架例如可以以C框架或弓形架的形式，但是也可以以X框架（（关节之前的）前X部分中的振动系统，（该关节之后的）后X部分中的驱动器）或V框架（V框架的关节中的转动驱动器）的形式存在。此外不言而喻，冲头必须以适当的方式与驱动器连接或与驱动器耦接。此外，冲头优选可以由压制器（Niederhalter）围住。振动系统现在用于产生机械振动并为此可以与振动产生器连接。振动系统具有（尤其是机电的）振动变换器、助力器（振幅增强器）和超声波发生器，该超声波发生器包括（umfasst）冲头，其中，借助振动系统可以将铆钉在压入到至少两个构件中时置于振动。振动变换器、助力器和超声波发生器在此以该顺序进行布置并优选也直接彼此贴靠地布置。振动产生器可以被构造为声波产生器、尤其是超声波产生器（其中，由此尤其也包括产生具有声波范围或超声波范围内的频率的电性振动）。因此，于是使用冲压铆接装置的振动系统涉及一种所谓的超声波冲压铆接装置。在此，助力器用于（机械式）增强由可以在其上连接振动产生器的振动变换器、尤其是压电变换器（变送器）或压电元件所提供的振动振幅。

这种振动系统进而振动的使用虽然可以非常好地支持冲压铆接过程，尤其是以便减少用于压入铆钉所需的力或整体上建立更好的铆钉连接。但是，这种振动系统基于所需的组件，即振动变换器、助力器和超声波发生器，需要比传统冲压铆接装置明显更多的结构空间。因此，在具有振动系统的这种冲压铆接装置中限制了各种使用领域或者说使用位置的可接近性（尽管由于显著的接合力减少的由结构所造成的优点）。

根据本发明现在设置：在振动变换器上设置或连接接口，通过该接口可以将振动系统与振动产生器连接。接口可以直接或间接通过线路区段被连接在变换器上并关于接合方向在侧向上（尤其是竖直地）从振动变换器引导离开。基于振动变换器的该结构，为了将由振动产生器所获得的针对振动的信号尽可能优化地变换成机械振动，在所有情况下需要从振动产生器到振动变换器的线路连接，大多在反向于接合方向设置的端部上。迄今为止常见的是，在该端部上反向于接合方向设置用于连接例如高频线缆的接口（例如插座）。

所提出的接口优选具有线路区段，该线路区段在侧向上从变换器、确切地说优选以45°和135°之间、特别优选90°（竖直）的角度引导出来，通过所提出的接口可以在该端部上明显减少所需的结构空间。在此，该接口可以被布置或者说连接在沿接合方向设置的端部上或方向相反的端部上或也可以仅在侧向上布置或者说连接在振动变换器上。在此优选地，线路区段借助转向构件（例如形式为“带角度插头”）被紧固在振动变换器上，由此例如避免了线缆弯曲。接口于是被设置在该线路区段的端部上，该线路区段可以例如是100mm和400mm之间的长度。除了减少沿接合方向的结构空间，以该方式也明显改善了对该接口的可接近性，例如用于建立或松开与振动产生器的连接或用于维护目的。

替选地或附加地设置：在振动系统上这样布置夹紧环，使得力可以由驱动器通过夹紧环的沿接合方向设置的端部被施加到冲头上。一般性地，这种夹紧环用于，将通过驱动器施加的力传递到振动系统上并且为此夹紧地包围构件中的一个，比如助力器。振动系统为此通过夹紧环和优选合适的保持件连接到驱动器器上，从而将振动系统通过其保持住。夹紧环本身在此通常具有沿接合方向看的一定的膨胀，以便使振动系统不在其横向振动中被阻尼且同时还能够稳定地保持住，振动系统通常仅通过夹紧环保持在冲压铆接装置中或框架上。与通过夹紧环的反向于接合方向设置的端部进行的与驱动器的连接的实施方式相反，现在在根据本发明的设计方案中该连接通过夹紧环的沿接合方向布置的端部进行。由此使得超声波发生器的面向铆钉的端部和振动系统在驱动器上的连接地点之间的距离变小，从而同样实现了位置节省。这样，可以例如将通常设置在连接地点和超声波发生器的下端部之间的压制器构造得更短，这改善了铆钉引导，例如通过改善的横向力支持。同样由此可以将处于压制器中的压制器弹簧围绕具有小的超声波发生器直径的区域定位，从而可以进一步减小振动系统包套的干扰轮廓。同样简化了维护措施，因为存在很小的干扰轮廓。同样简化了压制器的法兰连接，并且必要时可以取消振动系统的包套（Umhausung）。

在此特别优选的是，夹紧环布置在助力器上，并且在此尤其是布置在助力器的一区域处，在该区域中振动的振幅为振动系统的最大纵向振动振幅的最高25%、尤其是最高10%。虽然助力器用于增大振幅，但是在形成纵向波时得出了如下区域，在这些区域中振幅特别小，优选甚至为零（振动节点）。如果夹紧环现在尽可能靠近该区域布置，则尽可能少的振动由振动系统通过夹紧环传递到冲压铆接装置的剩余部分上。

替选地或附加地设置：助力器和超声波发生器共同构造成一个构件（即一体式），且因此也由一种或同一种材质构造。两件式构造助力器和超声波发生器相应地需要彼此接合，与此相反，构造成一个构件提供了振动系统的更小的纵向公差的优点，因为仅一个构件必须由也仅一种材质制成，这对于两个组件意味着相同的声波传播速度。声波传播速度的散布（Streuung）将意味着振动系统的长度的散布，该散布必须与波长协调一致，因为频率在此在所有情况下都是恒定的。此外，由此得出了振动系统的更简单的维护，因为存在更少的单个组件。通过单个组件之间的更少的表面或接口也存在少量的阻尼损失。助力器和超声波发生器的组合设计也比两个单个组件的分开设计更简单。此外，这种构件可以比两个彼此要协调一致的单个零件更简单且更准确地复制。

所列举的替选方案中的每一个都不仅可以实现冲压铆接装置或振动系统的更紧凑的设计，而且也可以实现其更简单和更快速的维护。

本发明的内容还有一种冲压铆接装置，其用于借助铆钉来连接至少两个构件，并且在该冲压铆接装置中在冲头和托架之间可布置所述至少两个构件和所述铆钉，并且在该冲压铆接装置中，借助驱动器能够沿接合方向施加力到冲头上用于将所布置的铆钉压紧到所述至少两个构件中。在此设置根据本发明的振动系统。

就根据本发明的振动系统的优点以及其它优选的设计方案而言，为了避免重复，参见上面的根据本发明的冲压铆接装置的实施方式，其相应地适用于这里。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中给出。

不言而喻，在不脱离本发明的框架的前提下，前述的以及下面还将阐述的特征不仅可以在各给出的组合中，而且也可以在其他组合中或以单独方式应用。

附图说明

参照附图中示意性示出的实施例展示本发明且下面参照附图详细描述。

图1 在一优选的实施方式中示意性示出了根据本发明的冲压铆接装置；

图2 示意性示出了具有根据本发明的冲压铆接装置的制造设备；

图3a至3d 在不同的优选的实施方式中示意性示出了根据本发明的振动系统。

图4a和4 以比较的方式示出了非根据本发明的振动系统和在另一优选的实施方式中的根据本发明的振动系统。

具体实施方式

图1中在一优选的实施方式中示意性示出了根据本发明的冲压铆接装置10，这里作为超声波冲压铆接装置。该冲压铆接装置10具有框架60，该框架优选以C框架或C弓形件的形式存在，在该框架上通常性地布置冲压铆接装置中的一个个组件，以便能够彼此占据希望的位置。

通过框架60可以将冲压铆接装置10例如紧固在臂上用以在空间上运动。为此在框架60上示出了示例性的三个可能的法兰位置61，确切地说，在框架上方、右上方以及在下部区域中的右侧。不言而喻，这些法兰位置中的一个就足够，但也可以设置多个法兰位置，从而在安装时可以选择一个希望的法兰位置。

冲压铆接装置10具有冲头15，示例性的具有圆形横截面，其沿着纵向可运动地布置。冲头15在此也用作超声波发生器。尤其是冲头15与驱动器50耦接，该驱动器用于施加为了将铆钉20压入到两个构件11、12中所需的力 F。驱动器50可以例如借助计算单元95来控制。

驱动器50可以例如是具有球传动器、滚子传动器或行星齿轮传动器或类似装置的驱动器，其适合于施加力F用于将铆钉20作为接合元件压入到构件11、12中。

冲头或超声波发生器15通过助力器（所谓的振幅增强器）31与振动转换器30作用连接，优选与助力器构造成一个构件，从而可将超声波振动传递到冲头15上进而传递到铆钉20上。尤其是在此产生超声波振动，其具有10µm和110µm之间的振动宽度（振动的最大的正振幅和负振幅之间的距离）（相应于5µm至55µm之间的振幅）和15kHz和35kHz之间的频率或必要时也可以更高。

作为振动产生器的信号发生器32可以连接到计算单元95上并且由其来操控。此外，振动产生器32可以通过接口37和线路区段38连接到振动转换器30上。线路区段38又优选通过转向构件36安置在振动转换器30的上端部处，使得线路区段沿接合方向R看侧向地或径向地引出。助力器31进而振动转换器30以及冲头或超声波发生器15形成振动系统39并且通过布置在助力器上且夹紧包围助力器的夹紧环40以及保持件35紧固在驱动器50上，使得力由驱动器通过夹紧环40的沿接合方向R布置的端部传递到振动系统39上。

在两个构件11、12的与冲头15相对置的一侧布置以凹模18为形式的托架。冲头15沿着竖直方向能运动地布置并且相对于凹模18能运动。这里借助弹簧元件17紧固在夹紧环40上的压制器16和凹模18用于将两个构件11、12在振动系统39和凹模18之间在通过冲头15加工期间夹紧或挤压到一起。

铆钉20、这里示例性的半空铆钉优选由相对于两个构件11、12的材质更硬的材料构成，至少在铆钉杆的区域中。铆钉的背离构件11的平坦上侧面布置在与冲头15的作用连接中，该冲头面式地贴靠在铆钉20的上侧面上。

此外设置一具有异型软管的供给单元90，其用于供给铆钉。通过异型软管可以单个地供给铆钉，从而针对每次新的铆接过程提供一个新的铆钉。

图2中在一优选的实施方式中简化且示意性地示出了具有冲压铆接装置10的制造设备100，作为用于冲压铆接装置的应用的例子。制造设备可以例如是工业机器人，例如用于汽车车身制造。

制造设备100在此具有布置在地面上的载体结构3和两个布置在载体结构上的彼此连接且可运动的臂4和5。在臂5的端部处布置超声波冲压铆接装置10，如示例性地在图1中详细示出的那样。

图3a至3d在不同的优选实施方式中示出了根据本发明的振动系统39，如其例如也可以应用在根据图1的冲压铆接装置中。振动系统39在此分别示出了振动转换器30、助力器31以及超声波发生器15，该超声波发生器包括冲头。

在根据图3a的例子中，在振动转换器30的反向于接合方向设置的端部、这里上端部处设置转向构件36，在该转向构件上安置线路区段38，在振动转换器的远离转向构件36的端部处又设置接口37。通过接口37连接-如也在图1中所示-振动产生器或信号发生器，接口是特别好接近的。

线路区段38可以例如是高频线缆。转换构件36用于将高频信号以角度、这里90°的角度从线路区段38传递到振动转换器30中。因此无需弯曲的线缆，由此减少了所需的结构空间。此外，通过接口37由于更容易的可接近性可以简化信号发生器的连接，接口通过线路区段38侧向地引出。

此外示出了夹紧环40，其在这里布置在助力器31上。在此夹紧环40这样布置，使得由驱动器（也在图1中示出，那里作为从驱动器出发）将力F通过夹紧环40的沿接合方向、这里在下方设置的端部施加到冲头或者说超声波发生器15上。由此实现了振动系统39在冲压铆接装置中的更紧凑的布置，如也可以从图1中看到。

此外夹紧环布置在助力器31的一区域中，在该区域中振动的纵向振动振幅A特别小，尽可能为零。为此示出了在振动系统中形成的振动的纵向振动振幅A。在超声波发生器15的下端部处振动振幅是最大的，而在此之间的位置具有很小至完全没有振幅。助力器31和超声波发生器15在此分别至少为半个波长的长度，这以λ/2表示，从而可以得出振幅的相应增强。

在图3a至3c中示出了接口37在振动转换器30上的布置方面的其他例子。根据图3b例如接口38仅设置成直接布置在在振动转换器30上，这里布置在反向于接合方向R布置的端部处，但是侧向地布置。

根据图3c同样接口38仅设置成也是侧向的，但这里设置在振动转换器30的沿接合方向R布置的端部处。根据图3d接口37间接地通过线路区段和可类似于转换构件的另一连接元件36’确切地说居中地且侧向地连接在振动转换器上。

不言而喻，根据需要也可以实现其他变型，例如在所示的例子中在所述连接的确定的位置处，代替仅接口也可以额外地使用线路区段、必要时利用连接元件。

在图4a和4中以比较的方式示出了非根据本发明的振动系统39’（图4a中）和在另一优选实施方式中的根据本发明的振动系统39（图4b中）。在助力器31上在此分别大致居中地设置了用于夹紧环的接口，如其例如在图1和3中所示的那样。要注意的是，振动系统中没有示出各振动转换器-如其例如在图1和3中所示的那样。

在图4a中的振动系统39’中助力器31和超声波发生器15是两个分开的且之后接合到一起的构件，而在图4b中的振动系统39中助力器31和超声波发生器15实施成一个构件。在图4b中的振动系统39的优点是，除了两个单独的构件的不需要的连接之外，助力器和超声波发生器也不必分别是半个波长的长度或设计成这样，而是总体上仅组合的构件必须具有波长λ的长度。这简化了设计、制造且也减少了在制造多个构件时的制造公差。

Claims (11)

1.用于冲压铆接装置的振动系统（39），该冲压铆接装置用于借助铆钉（20）来连接至少两个构件（11、12）并且在该冲压铆接装置中在冲头（15）和托架（18、18’）之间能布置所述至少两个构件（11、12）和所述铆钉（20），并且在该冲压铆接装置中借助驱动器（50）能够沿着接合方向（R）施加力（F）到所述冲头（15）上用于将所布置的铆钉（20）压入到所述至少两个构件（11、12）中，其中，所述振动系统（39）能与振动产生器（32）连接并具有振动转换器（30）、助力器（30）和超声波发生器并且用于产生振动，所述超声波发生器包括所述冲头（15），其中，借助所述振动系统（39）能够将所述铆钉（20）在压入到所述至少两个构件（11、12）中时置于振动，其特征在于，在所述振动转换器（30）上设置接口（38），通过所述接口能够连接所述振动系统（39）与所述振动产生器（32），其中，所述接口（37）关于所述接合方向（R）侧向地从所述振动转换器（30）的端部引导离开，和/或在所述振动系统（39）上布置夹紧环（40），使得所述力（F）能够由所述驱动器（50）通过所述夹紧环（40）的沿所述接合方向（R）布置的端部施加到所述冲头（15）上，和/或所述助力器（31）和所述超声波发生器共同构造成一个构件。

2.根据权利要求1所述的振动系统（39），其中，在所述振动转换器（30）上设置所述接口（37），其中，所述接口（37）关于所述接合方向（R）侧向地以45°和135°之间、尤其85°和95°之间、尤其是90°的角度从所述振动转换器（30）引导离开。

3.根据权利要求1或2所述的振动系统（39），其中，在所述振动转换器上设置所述接口，并且其中，所述接口通过线路区段（38）连接在所述振动转换器（30）上。

4.根据权利要求3所述的振动系统（39），其中，所述线路区段（38）借助转向构件（36）紧固在所述振动转换器（30）上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的振动系统（39），其中，在所述振动转换器上设置所述接口，并且其中，所述接口（38）间接或直接地连接在所述振动转换器的反向于所述接合方向（R）或沿着所述接合方向布置的端部上，和/或侧向地连接在所述振动转换器（30）上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的振动系统（39），其中，在所述振动系统（39）上布置所述夹紧环（40），并且其中，所述夹紧环（40）布置在所述助力器（31）上。

7.根据权利要求6所述的振动系统（39），其中，所述夹紧环（40）布置在所述助力器（31）的一区域中，在该区域中振动的振动振幅（A）高于所述振动系统（39）的最大纵向振动振幅的25%，尤其是高于10%。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的振动系统（39），其中，所述振动系统（39）通过所述夹紧环（40）与保持件（35）连接，借助所述保持件能够将所述振动系统（39）保持在所述冲压铆接装置（10）中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的振动系统（39），其中，所述振动转换器（30）构造成压电转换器。

10.冲压铆接装置（10），其用于借助铆钉（20）连接至少两个构件（11、12），所述冲压铆接装置具有冲头（15）和托架（18、18’），在所述冲头和所述托架之间能够布置所述至少两个构件（11、12）和所述铆钉（20）；具有驱动器（50），借助所述驱动器能够沿着接合方向（R）施加力（F）到所述冲头（15）上用于将所布置的铆钉（20）压入到所述至少两个构件（11、12）中；并且具有根据前述权利要求中任一项所述的振动系统（39）。

11.根据权利要求10所述的冲压铆接装置（10），其中，所述振动产生器（32）构造成声波发生器、尤其是构造成超声波发生器。