CN109986018A - 用于冲压铆接装置的安置单元、冲压铆接装置以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压铆接装置（10）的安置单元（70）以及一种具有这种安置单元（70）的冲压铆接装置（10）以及一种用来制造安置单元（70）或冲压铆接装置（10）的方法，铆钉（20）能够引入到该安置单元（70）中，该安置单元具有：振动系统（39），该振动系统包括振动转换器（30）、放大器（31）和超声震荡器（32）以及冲头（33），该振动转换器能够与振动产生器（35）连接，借助该冲头能够沿接合方向对所述铆钉（20）加载力（F），且该铆钉在铆接过程期间能够引入到至少两个构件（11、12）中；并且具有用于所述振动系统（39）的壳体单元（40），其中，所述放大器（31）和所述超声震荡器（32）被构造为一构件。

Description

用于冲压铆接装置的安置单元、冲压铆接装置以及其制造 方法

技术领域

本发明涉及用于冲压铆接装置的安置单元、具有这种安置单元的冲压铆接装置以及用来制造安置单元或冲压铆接装置的方法。

背景技术

接合方法比如铆接方法用于连接至少两个在连接区域中特别是平坦地构造的构件（接合配对）。冲压铆接方法的特点例如为，无需将待相互连接的构件钻孔。确切地说，借助包括冲头的接合工具或安置单元把作为接合元件的铆钉压入到至少两个构件中，其中，通过相应地形成的例如底模形式的与接合工具共同作用的底座，可以确保铆钉或构件按一定的方式和方法变形，以便在构件之间产生力配合的和形状配合的连接。

此外，例如由EP 2 318 161 B1已知一种所谓的超声-冲压铆接方法，其中使用了振动产生器例如超声产生器，以便使得一个或多个组件在连接构件时置于振动之中。通过该振动，例如减小了用于压入铆钉的待花费的力气。

发明内容

根据本发明，提出具有独立权利要求的特征的安置单元、冲压铆接装置、用于连接构件的方法以及用来制造安置单元或冲压铆接装置的方法。有利的设计是从属权利要求以及后续说明的主题。

本发明基于用于冲压铆接装置的安置单元，可把铆钉引入到该安置单元中，并且该安置单元具有振动系统，该振动系统包括（机电的）振动转换器、放大器（幅度增大器）和超声震荡器以及冲头，该振动转换器能够与（电的）振动产生器连接，借助该冲头（通常使用合适的驱动部）能够沿接合方向对铆钉加载力，且该铆钉在铆接过程期间能够引入到至少两个构件中。该振动系统被保持在壳体单元中，并且特别地至少部分也被该壳体单元包围。通常，对于这种振动系统，放大器设置在振动转换器（例如压电转换器的形式）和超声震荡器之间。

对于这种安置单元或者在其应用于冲压铆接装置中时，可以通过振动系统产生振动，并且通过冲头而输入到铆钉中。为此，振动转换器与振动产生器例如超声产生器（大多为功能产生器的形式）连接。通过这种方式，不仅减小了用于压入铆钉所需要的力，而且通过振动可以例如通过改善的形状配合或底切来改善铆钉连接（Nietverbindung）本身，这导致改善的接合点形成。

在此，三个组件即振动转换器、放大器和超声震荡器应牢固地相互连接。这可以例如借助螺纹销钉来进行，一个螺纹销钉位于振动转换器与放大器之间并且一个螺纹销钉位于放大器和超声震荡器之间。为此分别需要的拉动力矩通常准确地限定，以便保证正常的功能即传递振动和增大振动，并保证尽可能长久的寿命。

此外要注意，耦接面是绝对地平整且干净的。随后，这些面在组装之前也应用油略微润湿。

但这导致高昂的制造或安装成本，特别是即使在事后更换振动系统的这种组件或者更换整个振动系统。也就是说在更换组件时也必须遵循各个工作步骤，以便振动系统能够以由产生器所产生的频率一同振动。

超声-冲压铆接时的力范围，即所出现的力的可能的所处范围，视材料组合而定，有时可以高达50kN。在这种力的情况下，存在如下可能性或风险：超声震荡器由于横向力而经受偏移，该偏移在极端情况下也会导致超声震荡器受损和断裂。

根据本发明现在规定，放大器和超声震荡器被构造为一构件，即一体地并且由一种材料制成。作为所述材料，特别是考虑钢，优选淬火的钢。由此至少对于在放大器与超声震荡器之间的接口，消除了上述缺点和目前出现的缺点，因为这里不必再产生连接。

在批量制造中应用时，如已经提到的那样，振动系统或超声-振动系统大多必须定期更换，或者必须至少更换超声震荡器以便后续处理。为此所需要的花费可以通过所提出的、组合的放大器-超声震荡器得到明显减小。同样实现了减少可能的误差源。在振动系统中更换时，只需把组合的放大器-超声震荡器再拧紧在或者固定在振动转换器上。

另一优点在于，一体的超声震荡器由一块（即由一种材料）制成或制得，由此也减小了在开始制造放大器和超声震荡器时或者然后制造组合的放大器-超声震荡器时的花费。而对于通常的两件式的系统，超声震荡器和放大器通常由不同的材料构成。由此在更换组件时产生不同的长度公差，这些长度公差在极端情况下可以为数毫米。而在所提出的一体化的解决方案中，该长度公差可以减小至十分之几毫米。

有益地，振动系统通过放大器支承在壳体单元的第一区段中，特别是借助至少基本上作用在放大器的振动节点中（优选在或者尽可能恰好在振动节点中）的支承器件尤其是夹紧环即力配合地包围（=夹紧）放大器的环予以支承。特别优选地，振动系统通过放大器在此固定地支承在壳体单元的第一区段中，也就是说，振动系统的使其赖以贴靠在壳体单元或支承器件上的部位在任何方向上都不能相对于壳体单元移动（固定支座）。由此可以实现从冲压铆接装置的驱动部到振动系统并且由此到铆钉的有效的力传递。

也特别优选的是，振动系统通过超声震荡器支承在壳体单元的第二区段中，确切地说，特别是附加于所提到的支承在第一区段中。振动系统在此特别是借助作用在超声震荡器的振动节点的区域中的支承器件特别是滑动轴承被支承在壳体单元的第二区段中，确切地说，特别是松动地（例如滑动地）支承，也就是说，振动系统的使其赖以贴靠在壳体单元或支承器件上的部位只能在接合方向上相对于壳体单元移动（浮动支座）。由此可以实现相对于横向力的有效的稳固性。

通过这种方式，可以特别好地减小在通常很大力情况下超声震荡器（或组合的放大器-超声震荡器）的横向偏转。如所述，这种附加的支承有益地同样布置在超声震荡器的振动节点的区域中。这种区域在此是指，通常无法精确地支承在振动节点中，因为超声震荡器，尤其是在固定地支承在提到的第一区域中时，在第二区域的高度沿接合方向观察能略微上下移动。为了第二种支承或支承部位，可以例如采用塑料-滑动轴承。这种滑动轴承例如由基本-聚合物构成，基本-聚合物添加有玻璃纤维、不同的填料和固态润滑物质。

在超声震荡器的振动节点中的这种支承还具有如下优点：在此不出现或者至少几乎不出现纵向的振动幅度，并且由此针对滑动轴承的载荷很小。由于双重支承，超声震荡器还得到更好的保护，以防受损和断裂，由此产生了较长的使用寿命。

特别优选的是，放大器和超声震荡器或者形成它们的构件被构造为λ-超声震荡器。λ-超声震荡器是指，组合的放大器-超声震荡器的长度精确地或者至少尽可能精确地对应于相关振动的波长。利用λ-超声震荡器在此能实现特别有效地传递振动。

这里要注意，虽然放大器和超声震荡器在理论上分摊了半个波长或λ-半部，但由于放大器和超声震荡器的一体式设计，这种划分不再需要或者有时也根本不再希望。但有可能可以借助其形状或直径来区分组合的放大器-超声震荡器的不同区域。

优选地，冲头（安置单元的冲头）被构造为超声震荡器的一部分。换句话说，超声震荡器因而同样用作冲头，从而超声震荡器直接与铆钉接触。因而不需要单独的冲头。

但替代地优选的是，冲头构造为与超声震荡器分开的组件，并且特别地于是也适当地布置在并且有时保持在安置单元中，从而该冲头能够处于或能够被带入到与所述超声震荡器的作用连接中。在此虽然需要附加的构件，但通过通常细小的冲头有时可以明显地提高安置单元到达待接合的构件的可达性，因为超声震荡器通常比较粗或者具有大的直径，而最多尖端细小。

本发明的主题还是用于借助铆钉来连接至少两个构件的冲压铆接装置，其中，根据本发明的安置单元和底座被布置，从而在借助安置单元压入铆钉期间，至少两个构件能够布置在安置单元特别是那里的冲头与底座之间，并且该冲压铆接装置具有驱动部，借助该驱动部可（沿接合方向）对冲头和所述冲头上的铆钉加载力。

本发明的主题还有，一种用来制造用于冲压铆接装置的安置单元或用来制造冲压铆接装置的方法，该冲压铆接装置具有：a)安置单元，铆钉可或者应能够引入到该安置单元中，并且该安置单元具有振动系统，该振动系统包括振动转换器、放大器和超声震荡器以及冲头，该振动转换器能够与振动产生器连接，借助该冲头能够沿接合方向对铆钉加载力，且该铆钉在铆接过程期间能够引入到至少两个构件中；并且c)用于振动系统的壳体单元。在此，（同样）形成放大器和超声震荡器的构件被用于该振动系统或者引入到振动系统中。

这可以特别是在开始制造安置单元或冲压铆接装置时进行，但确切地说也可以在维护的环境中进行，在维护时更换振动系统，或者至少更换放大器和超声震荡器。特别是通过这种方式也可以用在本发明的范畴内提出的（同样）形成放大器和超声震荡器的构件来代替以前的、两组件式的用于放大器和超声震荡器的系统。

有益地，在该方法中，使用或制造根据本发明的安置单元或根据本发明的冲压铆接装置。关于冲压铆接装置以及该方法的优点和其它设计，在此参见对安置单元所做的上述说明，以避免重复，这些说明相应地适用于此。

本发明的其它优点和设计可由说明书和附图得到。

不言而喻，前面提到的和下面还要介绍的特征不仅可按分别给出的组合采用，而且可按其它组合采用，或者可单独采用，而不偏离于本发明的范围。

本发明借助实施例在附图中示意性地示出，并将在下面参照附图予以详述。

附图说明

图1以一种优选的实施方式示意性地示出根据本发明的冲压铆接装置；

图2a和2b比较性地以一种优选的实施方式示出非根据本发明的和根据本发明的安置单元的振动系统；

图3示意性地示出具有根据本发明的冲压铆接装置的制造设备。

具体实施方式

图1中以一种优选的实施方式示意性地示出根据本发明的冲压铆接装置10，在这里作为超声-冲压铆接装置，其可以用于根据本发明的方法。该冲压铆接装置10具有框架60，该框架优选以C形框架或C形弧的形式存在，在该框架上可以布置冲压铆接装置的各个组件，以便能够相互占据所希望的位置。

通过框架60可以将冲压铆接装置10例如固定在臂上，用于在空间中移动。为此示范性地示出了在框架60上的两个可能的法兰连接部位61，确切地说，在框架上的右上边以及在旁侧中间区域或下面区域右边。不言而喻，这些法兰连接部位中的一个就足够了，但也可以存在其中的多个，从而在安置时可以选取所希望的那个。

冲压铆接装置10具有接合工具或安置单元70，该接合工具或安置单元又具有振动系统39。该振动系统39在此包括超声震荡器32，该超声震荡器通过幅度增大器31（所谓的放大器）与机电的振动转换器30作用连接。振动转换器30又连接到振动产生器35上，这里为（信号产生器意义下的）超声产生器，从而可以激励振动系统39用于振动。振动系统39在纵向上-这里对应于接合方向R-可移动地布置。超声震荡器32和放大器或幅度增大器31在此被构造为一构件或者一体地构造，如此后还将予以详述。

此外，设置了壳体单元40，在该壳体单元中保持着振动系统39，并且该壳体单元固定在驱动部50上。振动系统通过放大器31支承在壳体单元40的第一区段或上面的区段中，确切地说，特别是借助夹紧环41，而振动系统通过超声震荡器32支承在壳体单元40的第二区段或下面的区段中，确切地说，特别是滑动地借助滑动轴承42。

在壳体单元40上安置了法兰64，通过该法兰使得壳体单元并且由此使得振动系统39通过导轨65在接合方向上可移动地且可引导地与框架60连接。

特别地，在该振动系统中产生具有介于10μm和110μm之间的振动宽度（振动的最大的正幅度与负幅度之间的距离）（对应于幅度为5μm至55μm）和介于15kHz和35kHz之间的或者有时也更高的频率的超声振动。超声产生器35作为振动产生器可以连接到计算单元95上，并由该计算单元予以操控。

此外，振动系统39包括冲头33，该冲头例如-就也像超声震荡器32在其自由端（该图下面）一样-带有圆形的横截面。冲头33在此被构造为与超声震荡器32分开的组件，也就是说，该冲头与超声震荡器32不是一体的，或者说，超声震荡器不承担冲头的功能。但冲头例如磁性地保持在超声震荡器上。

冲头33本身是松动的组件，并且支承在组件16内部，且能够沿接合方向R引导，该组件也用作用于冲头33的引导件。此外，组件16用作压紧器（Niederhalter），该压紧器可以顶压到构件11、12上。

此外，冲头33可以按这种方式与超声震荡器32共同地向上移动，或者移动离开构件11、12。为此，驱动部50与振动系统39耦接，其中，驱动部不仅用于施加用来将铆钉20压入到两个构件11、12中所需要的力F，而且用于使得振动系统39又移动离开。驱动部50可以例如借助计算单元95予以控制。

驱动部50可以例如是带有滚珠、辊子或行星螺纹传动件等的驱动部，该驱动部适合用于施加力F，用于把铆钉20作为接合元件压入到构件11、12中。

在两个构件11、12的与安置单元70相对的一侧，布置了底模（Matrize）形式的底座18。安置单元70在竖直方向上可移动地布置，且相对于底模18可移动。安置单元或压紧器16和底模18用于在利用冲头33加工期间使得两个构件11、12在安置单元70与底模18之间夹紧或压紧。弹簧元件48在此用于对这些构件施加压紧力。

铆钉20-在此例如为半空心铆钉-至少在铆钉杆的区域中优选由相对于两个构件11、12的材料较硬的材料构成。铆钉的背离构件11的平坦的上侧与冲头33作用连接地布置，该冲头面状地贴靠在铆钉20的上侧上。

此外，在安置单元70上，特别是在压紧器16的区域中，安置了带有型材软管的供应单元90，该供应单元用于供应铆钉。通过型材软管可以在安置单元未贴靠在构件上时把铆钉单个地引入到安置单元70中，从而有新的铆钉可供任一新的铆接过程使用。

在图2a和2b中比较性地以一种优选的实施方式示出非根据本发明的和根据本发明的安置单元的振动系统。在图2a中示出了非根据本发明的安置单元的振动系统39'，而在图2b中以一种优选的实施方式示出根据本发明的安置单元-其比如在图1中示出那样-的振动系统39。需要注意，在这两种情况下，振动转换器-其比如在图1中用30标出-未示出。

在放大器31上-在两种情况下-大致居中地分别设置了用于夹紧环的接口43、夹紧环比如在图1中示出那样。在安装状态下，该夹紧环特别是力配合地包围所述接口，并且因而能够将放大器保持在壳体单元上。

对于图2a中的振动系统39'，放大器31和超声震荡器32是两个分开的并且然后接合在一起的、例如拧紧的构件，而对于图2b中的振动系统39，放大器31和超声震荡器32被设计成一构件并且由此是一体的，并由一种材料构成。

在此，图2b中的振动系统39的优点是，除了两个单个的构件不需要连接之外，放大器和超声震荡器并非必须分别为半波长的长度或者必须设计成这样，而是仅仅组合的构件在整体上必须为一个波长λ的长度，如果该构件是λ-超声震荡器的话。这便于设计和制造。对于这种组合的放大器和超声震荡器的其它优点，在此参见上述进一步说明。

此外在图2b中绘出了纵向振动的幅度A，该振动是在放大器或超声震荡器或整个振动系统中形成的。在此可看到，在组合的放大器-超声震荡器或λ-超声震荡器中形成了两个振动节点，即没有或几乎没有幅度的点或区域，一个是在放大器中，并且一个是在超声震荡器中。用于夹紧环的接口43设置在放大器的振动节点中，而超声震荡器的振动节点所在的区域44被设置用来支承在已提到的滑动轴承上。

在图3中以一种优选的实施方式简化地且示意性地示出具有冲压铆接装置10的制造设备100，作为针对冲压铆接装置的应用的范例。该制造设备可以例如是比如用于汽车的车身制造的工业机器人。

制造设备100在此具有布置在地面上的支承结构3和两个布置在该支承结构上的相互连接的且可移动的臂4和5。在臂5的端部布置着比如在图1中详细地示出的超声-冲压铆接装置10。

Claims (12)

1.一种冲压铆接装置（10）的安置单元（70），铆钉（20）能够引入到所述安置单元（70）中，所述安置单元具有振动系统（39），所述振动系统包括振动转换器（30）、放大器（31）和超声震荡器（32）以及冲头（33），所述振动转换器能够与振动产生器（35）连接，借助所述冲头能够沿接合方向对所述铆钉（20）加载力（F），并且在铆接过程期间所述铆钉能够引入到至少两个构件（11、12）中，并且所述安置单元具有用于所述振动系统（39）的壳体单元（40），其中，所述放大器（31）和所述超声震荡器（32）被构造为一构件。

2.按权利要求1所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）通过所述放大器（31）支承在所述壳体单元（40）的第一区段中。

3.按权利要求2所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）借助至少基本上作用在所述放大器（31）的振动节点中的支承器件（41）尤其是夹紧环支承在所述壳体单元（40）的第一区段中。

4.按权利要求2或3所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）通过所述放大器（31）牢固地支承在所述壳体单元（40）的第一区段中。

5.按前述权利要求中任一项所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）通过所述超声震荡器（32）支承在所述壳体单元（40）的第二区段中。

6.按权利要求5所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）借助作用在所述超声震荡器（32）的振动节点的区域中的支承器件（42）、特别是滑动轴承支承在所述壳体单元（40）的第二区段中。

7.按权利要求5或6所述的安置单元（70），其中，所述振动系统（39）通过所述超声震荡器（32）松动地支承在所述壳体单元（40）的第二区段中。

8.按前述权利要求中任一项所述的安置单元（70），其中，所述放大器（31）和所述超声震荡器（32）被构造为λ-超声震荡器。

9.按前述权利要求中任一项所述的安置单元（70），其中，所述冲头被构造为所述超声震荡器（32）的一部分。

10.按权利要求1~8中任一项所述的安置单元（70），其中，所述冲头（33）构造为与所述超声震荡器（32）分开的组件、并且特别地布置在所述安置单元（70）中，从而所述冲头能够处于或能够被带入到与所述超声震荡器（32）的作用连接中。

11.一种用于借助铆钉（20）来连接至少两个构件（11、12）的冲压铆接装置（10），其中，根据前述权利要求中任一项的安置单元（70）和底座（18）被布置，从而在借助所述安置单元（70）压入所述铆钉（20）期间，所述至少两个构件（11、12）能够布置在所述安置单元（70）与所述底座（18）之间，并且，

所述冲压铆接装置具有驱动部（50），借助所述驱动部能够对所述冲头（33）并且所述冲头上的铆钉（20）加载力（F）。

12.一种用来制造用于冲压铆接装置（10）的安置单元（70）的方法或用来制造具有所述安置单元（70）的冲压铆接装置（10）的方法，

所述铆钉（20）能够引入到所述安置单元（70）中，并且所述安置单元具有：

a) 振动系统（39），所述振动系统包括

- 能够与振动产生器（35）连接的振动转换器（30），

- 所述放大器（31）和所述超声震荡器（32），以及

- 所述冲头（33），借助所述冲头能够沿接合方向对所述铆钉（20）加载力（F），且在铆接过程期间所述铆钉能够引入到至少两个构件（11、12）中，并且

b) 用于所述振动系统（39）的壳体单元（40），

其中，形成所述放大器（31）和所述超声震荡器（32）的构件被用于所述振动系统（39）或者引入到所述振动系统（39）中。