DE10021781B4

DE10021781B4 - Tool for mechanically joining at least two workpieces made of ductile material

Info

Publication number: DE10021781B4
Application number: DE2000121781
Authority: DE
Inventors: Hans Jörg Lang
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: DE10021781A1

Abstract

Werkzeug zum mechanischen Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material, mit
einem Rahmen (2),
einer Matrize (12) zum Abstützen der Werkstücke während des Fügevorgangs,
einem Fügestempel (8) zum Durchführen des Fügevorgangs,
einem Niederhalter (10) zum Andrücken der Werkstücke an die Matrize (12) während des Fügevorgangs, und einem Stellmotor (4) zum Betätigen des Fügestempels (8) und des Niederhalters (10),
wobei die Mitten der Matrize (12), des Fügestempels (8) und des Niederhalters (10) auf einer gemeinsamen Hauptachse (A) liegen und
der Rahmen (2) aus einem oberen Rahmenteil (2a) und einem unteren Rahmenteil (2b) besteht, die in einer senkrecht zur Hauptachse (A) verlaufenden Schnittstellenebene (S) unbeweglich, jedoch lösbar aneinander befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das obere Rahmenteil (2a) als topfförmiges Gehäuse ausgebildet ist, das an einer Vorderseite offen und im übrigen geschlossen ist, und das untere Rahmenteil (2b) C-förmig ausgebildet ist, wobei die Schnittstellenebene (S)...Tool for mechanically joining at least two workpieces of ductile material, with
a frame (2),
a die (12) for supporting the workpieces during the joining process,
a joining punch (8) for performing the joining operation,
a holding-down device (10) for pressing the workpieces against the die (12) during the joining operation, and a servomotor (4) for actuating the joining punch (8) and the hold-down device (10),
wherein the centers of the die (12), the joining punch (8) and the blank holder (10) lie on a common main axis (A) and
the frame (2) consists of an upper frame part (2a) and a lower frame part (2b) which are immovably but detachably fastened to one another in an interface plane (S) running perpendicular to the main axis (A),
characterized,
the upper frame part (2a) is designed as a pot-shaped housing which is open at the front and otherwise closed, and the lower frame part (2b) is C-shaped, the interface plane (S) being ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum mechanischen Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material, insbesondere zum Stanznieten oder Durchsetzfügen (Clinchen) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a tool for mechanical joining at least two workpieces of ductile material, in particular for punch riveting or clinching the preamble of claim 1.

Derartige Werkzeuge bestehen üblicherweise aus einem C-förmigen Rahmen, an dessen unterem Schenkel die Matrize zum Abstützen der zu fügenden Werkstücke angeordnet ist und dessen oberer Schenkel den Fügestempel, den Niederhalter und einen Antrieb für den Fügestempel und den Niederhalter trägt. Als Antrieb für den Fügestempel kommen beispielsweise Hydraulikzylinder oder elektromechanische Spindeltriebe in Frage, die am oberen Schenkel des C-Rahmens koaxial zum Fügestempel angeordnet sind. Es ist auch bereits bekannt geworden, einen pulsierend arbeitenden Antrieb zu verwenden, um das aufzubringende Kraftniveau zu verringern. Derartige Werkzeuge sind relativ platzraubend und aufwendig, da der koaxial zum Fügestempel angeordnete Antrieb wie auch der C-förmige Rahmen vergleichsweise viel Platz einnehmen. Da die Schenkel des C-Rahmens notwendigerweise einen relativ großen Abstand voneinander haben, ist die Steifigkeit des Werkzeugs nicht allzu hoch, worunter die Genauigkeit des Fügevorgangs leidet. Die Verwendung eines hydraulischen Antriebes bedingt im übrigen relativ lange Fügezeiten und einen vergleichsweise großen Steuerungsaufwand. Die Hydraulikschläuche und elektrischen Versorgungsleitungen von hydraulischen Antrieben sind relativ steif, was sehr hinderlich sein kann, wenn diese Werkzeuge, wie üblich, manuell oder mit Robotern bewegt werden.such Tools usually exist from a C-shaped one Frame on the lower leg of the die for supporting the to be joined workpieces is arranged and the upper leg of the joining die, the hold-down and a drive for the joining stamp and wearing the hold-down. As drive for the joining stamp For example, hydraulic cylinders or electromechanical Spindle drives in question, the coaxial on the upper leg of the C-frame to the joining stamp are arranged. It has already become known, a pulsating working drive to the applied force level to reduce. Such tools are relatively bulky and expensive, since the coaxial with the joining punch arranged drive as well as the C-shaped frame comparatively take up a lot of space. As the legs of the C-frame necessarily a relatively large one Distance from each other, the rigidity of the tool is not too high, which suffers from the accuracy of the joining process. The usage In addition, a hydraulic drive requires relatively long joining times and a comparatively large one Control effort. The hydraulic hoses and electrical supply lines Hydraulic drives are relatively stiff, which is very hindering can if these tools, as usual, be moved manually or with robots.

Der Antrieb des Niederhalters besteht üblicherweise ebenfalls aus einem Hydraulikzylinder, was die oben geschilderten Schwierigkeiten noch verschärft. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Niederhalter über eine Niederhalterfeder durch den Antrieb für den Fügestempel zu betätigen. Da jedoch die Niederhalterfeder während des Fügevorgangs fortschreitend komprimiert wird, lässt sich mit dieser Lösung keine konstante Niederhaltekraft erzeugen.Of the Drive of the hold-down is usually also out a hydraulic cylinder, causing the difficulties described above even more aggravated. Another possibility consists in passing the hold-down over to operate a hold-down spring by the drive for the joining punch. There however, the hold-down spring during of the joining process is progressively compressed, can be with this solution no generate constant hold-down force.

Ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus DE 92 17 181 U1 bekannt. Bei diesem Werkzeug besteht der Rahmen aus drei Teilen, und zwar einem längs verlaufenden Grundkörper, einem an dessen Unterseite angesetzten winkelförmig gebogenen Zangenarm und einem im oberen Bereich des Grundkörpers seitlich angesetzten Aufnahmebock, welche dem Rahmen insgesamt die Form eines C verleihen. Der längs verlaufende Grundkörper wird von einer kastenförmigen Konsole umgriffen, an der einerseits der Grundkörper durch eine Linearführung und andererseits der Setzkopf mit dem Fügestempel und dem Niederhalter ebenfalls durch eine Linearführung gleitend geführt sind. Zum Antrieb des Setzkopfes dient ein Stellmotor, der im Aufnahmebock des Rahmens so angeordnet ist, dass eine Längsachse auf der Hauptachse des Werkzeuges liegt. Diese Konstruktion bedingt relativ große Abmessungen parallel zur Hauptachse, so dass das Werkzeug einen großen Platzbedarf und eine relativ geringe Steifigkeit hat.A tool according to the preamble of claim 1 is made DE 92 17 181 U1 known. In this tool, the frame consists of three parts, namely a longitudinally extending body, an attached on the underside angularly bent gun arm and a laterally attached in the upper region of the body receiving block, which give the frame as a whole the shape of a C. The longitudinally extending body is encompassed by a box-shaped console, on the one hand, the base body by a linear guide and on the other hand, the setting head with the joining die and the hold-down are also guided by a linear guide slidably. To drive the setting head is a servo motor, which is arranged in the receiving frame of the frame so that a longitudinal axis lies on the main axis of the tool. This construction requires relatively large dimensions parallel to the main axis, so that the tool has a large space requirement and a relatively low rigidity.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum mechanischen Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material zu schaffen, das sich durch kompakte und platzsparende Bauweise sowie durch eine hohe Steifigkeit auszeichnet.Of the present invention is based on the object, a tool for mechanical joining at least two workpieces Made of ductile material, characterized by compact and space-saving Design and characterized by a high rigidity.

Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst.These Task is in a tool according to the preamble of the claim 1 solved by the characterizing features.

Der Rahmen des erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeuges setzt sich nur aus zwei Rahmenteilen zusammen, und zwar aus dem oberen und unteren Rahmenteil, wobei die beanspruchte Form und Verbindung der beiden Rahmenteile einen extrem kompakten und vor allen Dingen steifen Rahmen ermöglichen. Die Ausgestaltung und Unterbringung des Antriebes im Inneren des oberen Rahmenteiles trägt zur Kompaktheit der Bauweise bei. Trotz der quer verlaufenden Anordnung des Stellmotors wird es durch die spezielle Ausgestaltung und Verbindung des Stellmotors mit dem Setzkopf ermöglicht, dass die quer zur Hauptachse verlaufende Bewegung des Stellmotors sowohl aus den Fügestempel wie auch den Niederhalter übertragen wird. In diesem Zusammenhang von Bedeutung ist, dass der Kraftübertragungsmechanismus mit einem hülsenförmigen Gehäuseteil an dessen Außenteil gelenkig verbunden ist, wobei das hülsenförmige Gehäuseteile sowohl den Fügestempel wie auch den Niederhalter aufnimmt, um die Kraft des Antriebes auf diese Komponenten zu übertragen.Of the Frame of the invention designed Tool is composed only of two frame parts, and indeed from the upper and lower frame part, wherein the claimed form and Connection of the two frame parts an extremely compact and before allow all things stiff frame. The design and placement of the drive inside the wearing upper frame part to the compactness of the construction. Despite the transverse arrangement The servomotor is characterized by the special design and connection the servomotor with the setting head allows the transverse to the main axis running movement of the servomotor both from the plunger as also transferred the hold down becomes. In this context, it is significant that the power transmission mechanism with a sleeve-shaped housing part on its outer part is hingedly connected, wherein the sleeve-shaped housing parts both the joining punch as well as picking up the hold down on the power of the drive to transfer these components.

Die spezielle Anordnung des Stellzylinders quer zur Hauptachse und die Verwendung eines Kraftübertragungsmechanismus erlauben es, den Stellzylinder als pneumatisch wirkenden Stellzylinder auszubilden, während der Kraftübertragungsmechanismus ein Kniehebelgestänge sein kann. Ein hydraulischer Stellzylinder mit den damit verbundenen Nachteilen wird auf diese Weise vermieden. Hierdurch ergeben sich insbesondere kurze Fügezeiten, eine einfache Steuerung, geringes Gewicht, geringe Abmessungen sowie eine einfache Steuerung. Außerdem können dünne, hochflexible Pneumatikschläuche verwendet werden, die beim Bewegen der Werkzeuge praktisch nicht hinderlich sind.The special arrangement of the actuating cylinder transversely to the main axis and the use of a power transmission mechanism make it possible to form the actuating cylinder as a pneumatically acting actuating cylinder, while the power transmission mechanism can be a toggle linkage. A hydraulic actuator cylinder with the associated disadvantages is avoided in this way. This results in particular short joining times, a simple control, low weight, small dimensions and a simple control. In addition, thin, highly flexible pneumatics hoses are used, which are virtually no hindrance when moving the tools.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:Based The drawings will be an embodiment closer to the invention explained. It shows:

1 eine Schnittdarstellung eines Fügewerkzeuges; 1 a sectional view of a joining tool;

2 einen Teil des Fügewerkzeuges in 1 in vergrößertem Maßstab. 2 a part of the joining tool in 1 on an enlarged scale.

Das in 1 dargestellte Werkzeug dient zum mechanischen Fügen zweier oder mehrerer plattenförmiger Werkstücke durch Stanznieten. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Fügewerkzeugen wie z.B. bei Werkzeugen zum Durchsetzfügen (Clinchen) eingesetzt werden.This in 1 shown tool is used for mechanical joining of two or more plate-shaped workpieces by punch riveting. However, the invention can also be used in other joining tools such as tools for clinching (clinching).

Das Werkzeug besteht im Prinzip aus einem Rahmen 2, einem Antrieb in Form eines Stellzylinders 4 und eines Kraftübertragungsmechanismus 6, einem Fügestempel 8, einem Niederhalter 10 und einer Matrize 12. Bei dem Fügevorgang treibt der von dem Antrieb 4, 6 betätigte Fügestempel 8 einen Stanzniet (nicht gezeigt) durch die auf der Matrize 12 aufliegenden Werkstücke (nicht gezeigt), welche von dem Niederhalter 10 gegen die Matrize angedrückt werden. Das Werkzeug hat eine Hauptachse A, auf der die Mitten des Fügestempels 8, des Niederhalters 10 und der Matrize 12 liegen.The tool basically consists of a frame 2 , a drive in the form of an actuating cylinder 4 and a power transmission mechanism 6 , a joint stamp 8th , a hold-down 10 and a die 12 , In the joining process drives the drive from the drive 4 . 6 operated joining punches 8th a punch rivet (not shown) through the die 12 resting workpieces (not shown), which of the hold-down 10 be pressed against the die. The tool has a major axis A, on which the centers of the joining punch 8th , the hold-down 10 and the matrix 12 lie.

Der Rahmen 2 besteht aus einem oberen Rahmenteil 2a und einem unteren Rahmenteil 2b. Das obere Rahmenteil 2a ist als topfförmiges Gehäuse ausgebildet, das an seinem (in 1) linken Ende offen und im übrigen geschlossen ist. Das untere Rahmenteil 2b ist C-förmig ausgebildet. Der untere Schenkel des unteren Rahmenteils 2b trägt die Matrize 12. Der obere Schenkel des unteren Rahmenteils 2b ist in einer Ausnehmung 16 der unteren Gehäusewand des oberen Rahmenteils 2a eingesetzt. Der obere Schenkel des unteren Rahmenteils 2b und die untere Gehäusewand des oberen Rahmenteils 2a sind hierbei in einer Schnittstellenebene S, die senkrecht zu der Hauptachse A des Werkzeuges verläuft, unbeweglich miteinander verbunden, und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei quer zur Hauptachse A verlaufende Passstifte 14, deren Achsen in der Schnittstellenebene S liegen. Damit ist eine definierte Schnittstelle zwischen den beiden Rahmenteilen 2a, 2b in einem mittleren Bereich des Rahmens 2 gegeben, wobei der obere Schenkel des unteren Rahmenteils 2b und die untere Gehäusewand des oberen Rahmenteils 2a dem Rahmen 2 in diesem Bereich eine große Steifigkeit verleihen.The frame 2 consists of an upper frame part 2a and a lower frame part 2 B , The upper frame part 2a is designed as a cup-shaped housing, which at its (in 1 ) left end open and otherwise closed. The lower frame part 2 B is C-shaped. The lower leg of the lower frame part 2 B wears the matrix 12 , The upper leg of the lower frame part 2 B is in a recess 16 the lower housing wall of the upper frame part 2a used. The upper leg of the lower frame part 2 B and the lower housing wall of the upper frame part 2a are here in an interface plane S, which is perpendicular to the main axis A of the tool, immovably connected to each other, in the illustrated embodiment by two transverse to the main axis A dowel pins 14 whose axes lie in the interface plane S. This is a defined interface between the two frame parts 2a . 2 B in a middle area of the frame 2 given, wherein the upper leg of the lower frame part 2 B and the lower housing wall of the upper frame part 2a the frame 2 give great rigidity in this area.

Wie bereits erwähnt, setzt sich der Antrieb aus einem Stellzylinder 4 und einem Kraftübertragungsmechanismus 6 zusammen, von denen der Stellzylinder 4 als doppelt wirkender Pneumatikzylinder ausgebildet ist, während der Kraftübertragungsmechanismus 6 aus einem Kniehebelmechanismus besteht. Der Stellzylinder 4 und der Kraftübertragungsmechanismus 6 sind im Inneren des topfförmigen oberen Rahmenteils 2a angeordnet, wobei die Längsachsen des Stellzylinders 4 und des Kraftübertragungsmechanismus 6 auf einer (in 1 strichpunktiert angedeuteten) Achse B liegen, welche quer zur Hauptachse A verläuft.As already mentioned, the drive consists of a positioning cylinder 4 and a power transmission mechanism 6 together, of which the actuating cylinder 4 is designed as a double-acting pneumatic cylinder during the power transmission mechanism 6 consists of a toggle mechanism. The actuating cylinder 4 and the power transmission mechanism 6 are inside the pot-shaped upper frame part 2a arranged, wherein the longitudinal axes of the adjusting cylinder 4 and the power transmission mechanism 6 on one (in 1 dash-dotted line indicated) axis B, which is transverse to the main axis A.

Der Stellzylinder 4 ist über ein Gelenk 18 mit dem Boden bzw. der Rückseite des oberen Rahmenteils 2a verbunden, während die Kolbenstange 20 des Stellzylinders 4 über ein Kniehebelgelenk 22 mit dem oberen Hebel 24 und dem unteren Hebel 26 des Kniehebelmechanismus verbunden ist. Der obere Hebel 24 ist über ein auf der Hauptachse A liegendes Gelenk 28 an einer oberen Abstützstelle an der oberen Gehäusewand des oberen Rahmenteils 2 abgestützt. Diese obere Abstützstelle ist als Schraubmechanismus 30 ausgebildet, der über ein Betätigungsteil 32 manuell oder motorisch betätigbar ist, um das Gelenk 28 und damit die obere Abstützstelle des Kniehebelmechanismus längs der Hauptachse A verstellen zu können. Hierdurch kann das Werkzeug auf unterschiedliche Dicken der zu fügenden Werkstücke optimal eingestellt werden, und zwar durch eine Justierung der unteren „Totpunktlage" des Fügestempels 8, wie noch genauer erläutert wird.The actuating cylinder 4 is about a joint 18 with the bottom or the back of the upper frame part 2a connected while the piston rod 20 of the adjusting cylinder 4 via a toggle joint 22 with the upper lever 24 and the lower lever 26 the toggle mechanism is connected. The upper lever 24 is over a lying on the major axis A joint 28 at an upper support point on the upper housing wall of the upper frame part 2 supported. This upper support point is as a screw mechanism 30 formed, via an actuating part 32 manually or by motor is operable to the joint 28 and thus to be able to adjust the upper support point of the toggle mechanism along the main axis A. In this way, the tool can be optimally adjusted to different thicknesses of the workpieces to be joined, by an adjustment of the lower "dead center" of the joining die 8th , as will be explained in more detail.

Es wird nun zusätzlich auf 2 Bezug genommen. Der als Lenkerpaar ausgebildete untere Hebel 26 des Kniehebelmechanismus ist mit einem hülsenförmigen Gehäuseteil 34 an dessen Außenseite gelenkig verbunden. Das Gehäuseteil 34 wieder um ist mit dem Fügestempel 8 fest verbunden, der sich aus einem Stangenteil 36 und dem eigentlichen Stempelteil 38 zusammensetzt. Genauer gesagt, ist das Gehäuseteil 34 durch eine am oberen Ende des Gehäuseteils 34 und Stangenteils 36 vorgesehene Schraubverbindung 40 mit dem Fügestempel 8 unbeweglich, jedoch lösbar verbunden. Andererseits ist das Gehäuseteil 34 durch eine Linearführung 42 am Rahmen 2 beweglich so gelagert, dass das Gehäuseteil 34 und damit der Fügestempel 8 längs der Hauptachse A verstellt werden können. Die Linearführung 42, die als Rollenführung ausgebildet ist, weist eine Führungsschiene 44 auf, die durch Schrauben am (in 1) linksseitigen Ende der unteren Gehäusewand des oberen Rahmenteils 2 befestigt ist. Die Rollenführung 42 weist ferner einen Führungsschlitten 46 auf, der mittels eines Abstützteils 47 mit dem Gehäuseteil 34 fest verbunden ist. Die Linearführung 42 ist somit in einem Bereich des Rahmens 2 hoher Steifigkeit angeordnet, was eine sehr präzise Führung der beweglichen Werkzeugteile längs der Hauptachse A ermöglicht.It is now additionally on 2 Referenced. The designed as a pair of handlebar lower lever 26 the toggle mechanism is provided with a sleeve-shaped housing part 34 hingedly connected to the outside. The housing part 34 Again around is with the Fügestempel 8th firmly connected, made up of a rod part 36 and the actual stamp part 38 composed. More precisely, the housing part 34 through one at the upper end of the housing part 34 and rod part 36 provided screw connection 40 with the joining stamp 8th immovable, but releasably connected. On the other hand, the housing part 34 through a linear guide 42 at the frame 2 movably mounted so that the housing part 34 and thus the joining stamp 8th along the main axis A can be adjusted. The linear guide 42 , which is designed as a roller guide, has a guide rail 44 on, which by screws on (in 1 ) left-side end of the lower housing wall of the upper frame part 2 is attached. The roller guide 42 also has a guide carriage 46 on, by means of a support member 47 with the housing part 34 is firmly connected. The linear guide 42 is thus in an area of frame 2 arranged high rigidity, which allows a very precise guidance of the movable tool parts along the main axis A.

Der Niederhalter 10, der den Fügestempel 8 konzentrisch umgibt, wird einerseits von dem Gehäuseteil 34 und andererseits von einem Mundstückteil 50 gebildet. Das Mundstückteil 50 besteht aus dem eigentlichen Mundstück 52 und einem Hülsenteil 54, die fest miteinander verbunden sind. Das Mundstückteil 50 ist sowohl gegenüber dem Fügestempel 10 wie auch gegenüber dem Gehäuseteil 34 längsverschiebbar. Zu diesem Zweck ist das Hülsenteil 54 des Mundstückteils 50 durch eine (z.B. aus Kunststoff bestehende) Führungsbuchse 56 gegenüber dem Fügestempel 8 und durch eine (z.B. aus Kunststoff bestehende) Führungsbuchse 58 gegenüber dem Gehäuseteil 34 gleitend verschiebbar gelagert.The hold down 10 who made the joint stamp 8th concentric surrounds, on the one hand by the housing part 34 and on the other hand, a mouthpiece part 50 educated. The mouthpiece part 50 consists of the actual mouthpiece 52 and a sleeve part 54 that are firmly connected. The mouthpiece part 50 is both opposite the joining stamp 10 as well as with respect to the housing part 34 longitudinally. For this purpose, the sleeve part 54 of the mouthpiece part 50 through a (eg plastic) guide bushing 56 opposite the joining stamp 8th and by a (eg made of plastic) guide bushing 58 opposite the housing part 34 slidably mounted.

Das Mundstückteil 50 und das Gehäuseteil 34 werden durch eine Spreizfeder 60 auseinandergedrückt, die zwischen dem Boden des Gehäuseteils 34 und dem oberen Ende des Hülsenteils 54 des Mundstückteils 50 wirkt, um das Mundstückteil 50 relativ zu dem Gehäuseteil 34 in eine Ausgangslage zu drücken, in der das Hülsenteil 54 an einer Schulter 61 des Fügestempels 8 anliegt.The mouthpiece part 50 and the housing part 34 be by a spreading spring 60 pressed apart, between the bottom of the housing part 34 and the upper end of the sleeve part 54 of the mouthpiece part 50 acts to the mouthpiece part 50 relative to the housing part 34 to press in a starting position, in which the sleeve part 54 on a shoulder 61 of the joining punch 8th is applied.

Die Spreizfeder 60 wird von einer Niederhalterfeder 62 umgeben, die zwischen der Endwand des Gehäuseteils 34 und einem Anschlagteil 64 wirksam ist. Das Anschlagteil 64, das sowohl relativ zu dem Mundstückteil 50 wie auch zu dem Gehäuseteil 34 verschieblich ist, liegt an einer Gewindehülse 66 an, die in das Gehäuseteil 34 eingeschraubt ist und auf ihrer Innenseite die Führungsbuchse 58 trägt.The spreading spring 60 is from a hold-down spring 62 surrounded, between the end wall of the housing part 34 and a stopper part 64 is effective. The stop part 64 that is both relative to the mouthpiece part 50 as well as to the housing part 34 is displaceable, is due to a threaded sleeve 66 on, in the housing part 34 is screwed in and on its inside the guide bush 58 wearing.

Beide Federn 60, 62 sind als Schraubenfedern ausgebildet. Wie noch genauer erläutert wird, dient die Niederhalterfeder 62 zum Ausüben der Niederhaltekraft auf die Werkstücke. Sie ist daher sehr viel stärker ausgebildet als die Spreizfeder 60, die lediglich dazu dient, das Mundstückteil 50 im unbelasteten Zustand in seine Ausgangslage zu drücken. Die Niederhalterfeder 62 wird durch das an der Gewindehülse 66 anliegende Anschlagteil 64 mit einer Kraft vorgespannt, die im wesentlichen der auf die Werkstücke auszuübenden Niederhaltekraft entspricht. Die Vorspannung der Niederhalterfeder 62 lässt sich hierbei durch Verstellen der Gewindehülse 66 einstellen.Both springs 60 . 62 are designed as coil springs. As will be explained in more detail, the hold-down spring is used 62 for exerting the hold-down force on the workpieces. It is therefore much more trained than the spreading spring 60 , which merely serves the mouthpiece part 50 to press in its unloaded state to its original position. The hold-down spring 62 is by the at the threaded sleeve 66 fitting stop part 64 biased with a force which corresponds substantially to the hold down force to be exerted on the workpieces. The preload of the hold-down spring 62 can be adjusted by adjusting the threaded sleeve 66 to adjust.

Das Anschlagteil 64 hat einen vorgegebenen axialen Abstand von einer Anlagefläche 68 des Mundstückteils 50, so dass die Kraft der Niederhalterfeder 62 erst nach einer entsprechenden Relativverschiebung zwischen dem Gehäuseteil 34 und dem Mundstückteil 50 auf das Mundstück 52 übertragen werden kann, wie im folgenden noch genauer erläutert wird.The stop part 64 has a predetermined axial distance from a contact surface 68 of the mouthpiece part 50 , so that the force of the hold-down spring 62 only after a corresponding relative displacement between the housing part 34 and the mouthpiece part 50 on the mouthpiece 52 can be transmitted, as will be explained in more detail below.

Der Fügestempel 8 ist über eine Drehsicherung 70 mit dem Mundstückteil 50 drehfest verbunden, während das Mundstückteil 50 relativ zu dem Gehäuseteil 34 nicht nur längsverschiebbar, sondern auch drehbar ist. Durch Lösen der Schraubverbindung 40 kann daher der Fügestempel 8 zusammen mit dem Mundstückteil 50 relativ zu dem Gehäuseteil 34 gedreht werden. Dadurch lässt sich eine im Mundstück 52 vorgesehene Zuführung 72 für die Stanzniete (nicht gezeigt) in unter-schiedliche Winkellagen drehen.The joining stamp 8th is about a rotation lock 70 with the mouthpiece part 50 rotatably connected while the mouthpiece part 50 relative to the housing part 34 not only longitudinally displaceable, but also rotatable. By loosening the screw connection 40 may therefore be the joining stamp 8th together with the mouthpiece part 50 relative to the housing part 34 to be turned around. This leaves one in the mouthpiece 52 provided feeder 72 for the punch rivets (not shown) rotate in different angular positions.

Die Funktionsweise des insoweit beschriebenen Werkzeuges ist wie folgt: Zum Durchführen eines Stanznietvorganges liegen die zu fügenden Werkstücke (nicht gezeigt) auf der Matrize 12, während ein über die Zuführung 72 zugeführter Stanzniet vor der Unterseite des Stempelteils 38 des Fügestempels 8 liegt. Bei einer Betätigung des pneumatisch wirkenden Stellzylinders 4 im Sinne einer Ausfahrbewegung überträgt dieser seine Antriebskraft auf den Kraftübertragungsmechanismus 6. Der als Kniehebelmechanismus ausgebildete Kraftübertragungsmechanismus 6 ist einerseits über den oberen Hebel 24 an der oberen Abstützstelle am Rahmen 2 abgestützt und wirkt andererseits über den unteren Hebel 26 auf das Gehäuseteil 34. Hierdurch werden der Fügestempel 8 zusammen mit dem gesamten Niederhalter 10 über die Linearführung 42 längs der Hauptachse A nach unten bewegt, bis sich das Mundstück 52 des Mundstückteils 50 an die Werkstücke anlegt. Das Mundstückteil 50 kann sich daher nicht weiter nach unten bewegen, so dass bei einer weiteren Ausfahrbewegung des Stellzylinders 4 das Gehäuseteil 34 wie auch der Fügestempel 8 relativ zu dem Mundstückteil 50 verschoben werden. Hierbei wird die Spreizfeder 60 entsprechend zusammengedrückt. Die Vorspannung der Niederhalterfeder 62 bleibt jedoch während dieses Teils der Abwärtsbewegung des Gehäuseteils 34 unverändert, da das an der Gewindehülse 66 abgestützte Anschlagteil 64 einen axialen Abstand von der Anlagefläche 68 des Mundstückteils 50 hat und sich daher relativ zu dem Mundstückteil 50 ungehindert bewegen kann.The mode of operation of the tool described so far is as follows: To perform a punch riveting operation, the workpieces to be joined (not shown) lie on the die 12 while on the feeder 72 supplied punched rivet in front of the bottom of the stamp part 38 of the joining punch 8th lies. Upon actuation of the pneumatically acting actuating cylinder 4 in the sense of an extension movement, this transmits its driving force to the power transmission mechanism 6 , The trained as a toggle mechanism power transmission mechanism 6 is on the one hand on the upper lever 24 at the upper support point on the frame 2 supported and acts on the other hand on the lower lever 26 on the housing part 34 , This will be the joining stamp 8th along with the entire downholder 10 over the linear guide 42 along the main axis A moves down until the mouthpiece 52 of the mouthpiece part 50 attaches to the workpieces. The mouthpiece part 50 Therefore, it can not move further down, so that in a further extension movement of the actuating cylinder 4 the housing part 34 as well as the joining stamp 8th relative to the mouthpiece part 50 be moved. This is the spreading spring 60 squeezed accordingly. The preload of the hold-down spring 62 however, remains during this part of the downward movement of the housing part 34 unchanged, because that on the threaded sleeve 66 supported stop part 64 an axial distance from the contact surface 68 of the mouthpiece part 50 has and therefore relative to the mouthpiece part 50 can move freely.

Kurz bevor der von dem Fügestempel 8 nach unten bewegte Stanzniet (nicht gezeigt) in die Werkstücke eingetrieben wird, legt sich das Anschlagteil 64 an die Anlagefläche 68 an, so dass sich bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Gehäuseteils 34 die Gewindehülse 66 von dem Anschlagteil 64 löst. Das Mundstück 52 wird dann mit der gesamten Vorspannkraft der Niederhalterfeder 62 gegen die an der Matrize 12 abgestützten Werkstücke angedrückt. Bei dem sich hieran anschließenden Stanznietvorgang werden das Gehäuseteil 34 und der Fügestempel 8 weiter nach unten getrieben, bis der Stanzniet gesetzt ist. Während des Stanznietvorganges wird die Niederhalterfeder 62 weiter zusammengedrückt, so dass sich die Niederhaltekraft noch etwas erhöht. Aufgrund der Vorspannung der Niederhalterfeder 62 ist diese Erhöhung der Niederhaltekraft jedoch vergleichsweise gering, so dass die Niederhaltekraft als während des Fügevorgangs im wesentlichen konstant angesehen werden kann.Just before the of the joining stamp 8th moved down punch rivet (not shown) is driven into the workpieces, the stopper part sets 64 to the contact surface 68 on, so that in a further downward movement of the housing part 34 the threaded sleeve 66 from the stopper part 64 solves. The mouthpiece 52 Then, with the entire biasing force of the hold-down spring 62 against the at the matrix 12 supported workpieces pressed. In the subsequent Stanznietvorgang the housing part 34 and the joining stamp 8th continue to drive down until the punch rivet is set. During the punch riveting process, the hold-down spring becomes 62 further compressed, so that the hold-down force increases even more. Due to the preload of the hold-down spring 62 However, this increase in the hold-down force is comparatively low, so that the hold-down force can be considered as substantially constant during the joining operation.

Die Rückstellung des Werkzeuges erfolgt durch eine gegensinnige Beaufschlagung des Stellzylinders 4. Hierbei nimmt der untere Hebel 26 des Kniehebelmechanismus den Niederhalter 10 und den Fügestempel 8 in ihre obere Stellung mit, wobei die Spreizfeder 60 das Mundstückteil 50 in seine Ausgangslage relativ zu dem Gehäuseteil 34 und dem Fügestempel 8 drückt.The provision of the tool is carried out by an opposing action on the actuating cylinder 4 , This takes the lower lever 26 of the toggle mechanism the hold-down 10 and the joining stamp 8th in its upper position, with the spreading spring 60 the mouthpiece part 50 in its initial position relative to the housing part 34 and the joining stamp 8th suppressed.

Wie aus den Figuren und der obigen Beschreibung ersichtlich, sind außer der Matrize 12 sämtliche Bestandteile des Werkzeuges wie Stellmechanismus 4, Kraftübertragungsmechanismus 6, obere Abstützstelle, Fügestempel 8, Niederhalter 10 und Linearführung 42 einschließlich ihrer Anlenkpunkte in das obere Rahmenteil 2a integriert. Dies bietet die Möglichkeit, untere Rahmenteile 2b unterschiedlicher Bauart am oberen Rahmenteil 2a anzubringen. Erwähnenswert ist ferner, dass nicht nur die Achsen des Fügestempels 8 und des Niederhalters 10, sondern auch die Mitten der unteren und oberen Abstützstelle am Rahmen 2 auf der gemeinsamen Hauptachse A liegen. Bei einem Wegfedern der oberen Abstützstelle unter Last kommt es daher zu keinem Achsversatz. Da überdies der Rahmen 2 im Bereich der Linearführung 42 eine hohe Steifigkeit hat, ergibt sich eine hohe Setzgenauigkeit, was noch durch die kompakte Bauweise des Werkzeuges begünstigt wird. Außerdem zeichnet sich das Werkzeug aufgrund der Verwendung eines Pneumatikzylinders und eines Kniehebelmechanismus durch extrem kurze Nietsetzzeiten und durch eine sehr einfache Steuerung aus.As can be seen from the figures and the above description, except for the die 12 all components of the tool such as adjusting mechanism 4 , Power transmission mechanism 6 , upper support point, joining punches 8th , Stripper plate 10 and linear guide 42 including their articulation points in the upper frame part 2a integrated. This offers the possibility of lower frame parts 2 B Different design on the upper frame part 2a to install. It is also worth mentioning that not only the axes of the joining punch 8th and the hold-down 10 , but also the centers of the lower and upper support point on the frame 2 lie on the common main axis A. When the upper support point springs away under load, no axial offset occurs. Moreover, the frame 2 in the area of linear guidance 42 has a high rigidity, results in a high setting accuracy, which is favored by the compact design of the tool. In addition, due to the use of a pneumatic cylinder and toggle mechanism, the tool is characterized by extremely short rivet setting times and very simple control.

Die Linearführung 42 lässt sich in einfacher Weise mit einem herkömmlichen Wegmeßaufnehmer (nicht gezeigt) versehen. Zur Kraftmessung kann ein Kraftmessdübel 74 (1) im oberen Rahmenteil 2a oder ein Kraftmessring (nicht gezeigt) an der oberen Abstützstelle, d.h. im Schraubmechanismus 30 vorgesehen werden.The linear guide 42 can be provided in a simple manner with a conventional Wegmeßaufnehmer (not shown). For force measurement, a force measuring plug 74 ( 1 ) in the upper frame part 2a or a force-measuring ring (not shown) at the upper support point, ie in the screw mechanism 30 be provided.

Claims

Tool for mechanically joining at least two workpieces of ductile material, with a frame ( 2 ), a die ( 12 ) for supporting the workpieces during the joining process, a joining punch ( 8th ) for performing the joining process, a hold-down ( 10 ) for pressing the workpieces to the die ( 12 ) during the joining process, and a servomotor ( 4 ) for actuating the joining punch ( 8th ) and the hold-down ( 10 ), the centers of the matrix ( 12 ), the joining punch ( 8th ) and the hold-down ( 10 ) lie on a common main axis (A) and the frame ( 2 ) from an upper frame part ( 2a ) and a lower frame part ( 2 B ), which are fixed immovably but detachably to one another in an interface plane (S) running perpendicular to the main axis (A), characterized in that the upper frame part ( 2a ) is formed as a pot-shaped housing which is open at one end and otherwise closed, and the lower frame part ( 2 B ) Is C-shaped, wherein the interface plane (S) in the region of the underside of the pot-shaped housing and the upper leg of the C-shaped frame is that the servomotor ( 4 ) transversely to the main axis (A) in the interior of the cup-shaped housing of the upper frame part ( 2a ) is arranged and with a through the open end of the pot-shaped housing above power transmission mechanism ( 6 ), which transverse to the main axis (A) extending movement of the servomotor ( 4 ) in a in the main axis (A) extending movement of the joining punch ( 8th ) and hold-down ( 10 ) and that the power transmission mechanism ( 6 ) for power transmission with a die ( 8th ) and hold-downs ( 10 ) receiving sleeve-shaped housing part ( 34 ) is hingedly connected to the outside thereof.

Tool according to claim 1, characterized in that the drive ( 4 . 6 ), the joining stamp ( 8th ) and the hold-down ( 10 ) all in the upper frame part ( 2a ) are integrated.

Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the two frame parts ( 2a . 2 B ) by two dowel pins ( 14 ) are fixed to each other in the interface plane (S) spaced from each other and perpendicular to the main axis (A) are arranged.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the power transmission mechanism ( 6 ) on the upper frame part ( 2a ) is supported at an upper support point, the center of which lies on the main axis (A).

Tool according to claim 4, characterized that the upper support point to compensate for different thicknesses of the workpieces in the direction of Main axis (A) is adjustable.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the servomotor is a pneumatically actuated actuating cylinder ( 4 ).

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the servomotor ( 4 ) via a joint ( 18 ) with the closed rear side of the upper frame part ( 2a ) connected is.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the power transmission mechanism ( 6 ) is a toggle linkage.

Tool according to claim 8, characterized in that an upper and lower lever ( 24 . 26 ) of the toggle linkage via a common toggle joint ( 22 ) on the servomotor ( 4 ) is articulated.

Tool according to claim 8, characterized in that the sleeve-shaped housing part ( 34 ) by means of a in the region of the Schnittebne (S) arranged linear guide ( 42 ) on the upper frame part ( 2a ) is mounted longitudinally displaceable.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that a mouthpiece part ( 50 ) of the hold-down ( 10 ) relative to the housing part ( 34 ) is displaceable so that after a predetermined relative displacement between these parts, the housing part ( 34 ) via a hold-down spring ( 62 ) with the mouthpiece part engaging on the workpieces ( 50 ) is connected in a force-transmitting manner.

Tool according to claim 11, characterized in that the hold-down spring ( 62 ) by a in the interior of the housing part ( 34 ) one-sided supported abutment part ( 64 ) is biased to exert a predetermined hold down force.

Tool according to claim 12, characterized in that the stop member ( 64 ) by a in the housing part ( 34 ) screwed threaded sleeve ( 66 ) for adjusting the preload of the hold-down spring ( 62 ) is adjustable.

Tool according to one of claims 11 to 13, characterized in that the mouthpiece part ( 50 ) and the housing part ( 34 ) by a concentric in the hold-down spring ( 62 ) arranged spreading spring ( 60 ) are pressed away from each other in a starting position in which the mouthpiece part ( 50 ) at the joining stamp ( 8th ) is axially supported.