DE10064238A1 - Rahmen für eine Fügevorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rahmen (10) für eine Fügevorrichtung, insbesondere für eine Roboter-Stanznietzange, der die bei einem Fügevorgang auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Um den Rahmen (10) leicht, kostengünstig herstellbar und dennoch sehr stabil ausführen zu können, besteht er aus einem zumindest näherungsweise C-förmigen Hohlprofil (26) mit einem Obergurt (28), einem Untergurt (30) sowie zwei voneinander beabstandete, das Hohlprofil (26) verschließenden und mit dem Hohlprofil (26) verschweißten Verstärkungsplatten (32, 34).

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Fügewerkzeuge und insbesondere einen Rahmen für eine Fügevorrichtung, insbesondere für eine Roboter-Stanznietzange, der die beim Fügevorgang auftretenden Kräfte aufnimmt und mit dem die Fügevorrichtung, falls erfor­ derlich, an einer Handhabungsvorrichtung befestigt werden kann.

Eine Fügevorrichtung dient zum Verbinden zweier Werkstücke, beispielsweise zweier Bleche. Die vorliegende Erfindung wird am Beispiel einer Stanznietzange erläutert, ist aber ebenso bei anderen Fügewerkzeugen einsetzbar, die einen Rahmen benötigen, der die bei einem Fügevorgang auftretenden Kräfte aufnimmt.

Beim Stanznieten werden Werkstücke mit einem geeigneten Niet ohne Vorlochen der Werkstücke miteinander verbunden. Die zu verbindenden Werkstücke werden während des Nietvorganges von Werkzeugen gehalten und eingespannt und ein Stempel führt die Nietbewegung aus. Der Niet, der teilweise hohl ist und deshalb als Halbhohlniet bezeichnet wird, durchstanzt dabei das dem Stempel zugewandte Werkstück und verformt das vom Stempel abgewandte Werkstück plastisch, ohne letzteres zu durchstanzen. Der Niet verformt sich bei dem Nietvorgang ebenfalls plastisch und nimmt in seinem Hohlraum das ausgestanzte Material des dem Stempel zugewandten Werkstückes auf. Durch den beschriebenen Stanznietvorgang entsteht eine formschlüssige Verbindung zwi­ schen den Werkstücken und dem Niet. Zur Durchführung des Stanz­ nietvorganges sind hohe Druckkräfte erforderlich, üblich sind beispielsweise ca. 50 kN.

Das Stanznieten findet beispielsweise in der Automobilindustrie Anwendung, um Aluminiumteile einer Fahrzeugkarosserie miteinan­ der zu verbinden. Die Stanznietzange ist bei solchen Anwendun­ gen am Ende eines Roboterarmes befestigt, um die verschiedenen Verbindungspunkte der Fahrzeugkarosserie gut erreichen zu können. Für eine effiziente Anwendung des Stanznietverfahrens sind ein schneller Ablauf und eine hohe Genauigkeit der einzel­ nen Stanznietvorgänge entscheidend.

Eine Stanznietvorrichtung umfaßt üblicherweise zwei Werkzeuge zum Einspannen der zu verbindenden Werkstücke während des Stanznietvorganges sowie einen Stempel zum Bewegen des Niets. Die beiden Werkzeuge zum Einspannen werden als Niederhalter und als Gegenhalter bezeichnet. Der Niederhalter gehört zur Niet­ einheit der Stanznietvorrichtung und befindet sich auf der dem Stempel zugewandten Seite der Werkstücke. Er drückt die zu verbindenden Werkstücke mit einer Kraft, die deutlich kleiner als die eigentliche Stanznietkraft ist, auf den starren Gegen­ halter, der von einem mit der Nieteinheit verbundenen Rahmen getragen wird und auf der vom Stempel abgewandten Seite der Werkstücke angeordnet ist. Der Gegenhalter hat darüber hinaus noch die Funktion einer Matrize, deren Form die plastische Verformung der zu verbindenden Werkstücke und des Niets mitbe­ stimmt. Wenn die zu verbindenden Werkstücke zwischen dem Nie­ derhalter und dem Gegenhalter eingespannt sind, kann der eigentliche Stanznietvorgang stattfinden, bei dem der Stempel der Stanznietvorrichtung die oben bereits erläuterte Nietbewe­ gung ausführt.

Aufgrund der erwähnten sehr hohen Kräfte, die bei einem Stanz­ nietvorgang auftreten, muß der den Gegenhalter tragende Rahmen äußerst stabil sein. Bei einer herkömmlichen Stanznietvorrich­ tung, wie sie beispielsweise aus der DE 198 42 104 A1 bekannt ist, ist dieser Rahmen deshalb als Massivteil ausgeführt und wird beispielsweise durch Herausfräsen aus dem entsprechenden Vollmaterial hergestellt. Nachteilig sind dabei das hohe Ge­ wicht des Rahmens und die hohen Herstellkosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen für ein Fügewerkzeug, insbesondere für eine Stanznietzange, bereitzu­ stellen, dessen Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Rahmen dieser Art deutlich geringer ist, der kostengünstiger als herkömmliche Rahmen dieser Art herzustellen ist und der dennoch die für den Einsatzzweck erforderliche, hohe Stabilität gegen Verformung aufweist.

Diese Aufgabe ist ausgehend von einem bekannten Fügewerkzeug- Rahmen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rahmen ein zumindest näherungsweise C-förmiges Hohlprofil mit einem Ober­ gurt und einem Untergurt aufweist, sowie zwei voneinander beabstandete, das Hohlprofil verschließende und mit dem Hohl­ profil verschweißte Verstärkungsplatten. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Großteil der bei einem Fügevorgang von dem Rahmen aufzunehmenden Kräfte im Bereich des Obergurtes und des Untergurtes des Rahmens anfällt, so daß es nicht erfor­ derlich ist, den zwischen dem Obergurt und dem Untergurt be­ findlichen Teil des Rahmens massiv auszuführen. Statt dessen reicht es aus, den Obergurt und den Untergurt des Rahmens als Hohlprofil zu gestalten und den von diesem Hohlprofil umgebenen Bereich mit zwei voneinander beabstandeten Verstärkungsplatten zu verschließen, die jeweils mit dem Hohlprofil verschweißt sind. Auf diese Weise wird bei erheblich geringerem Gewicht als bisher eine ausgezeichnete Stabilität des Rahmens gegen Verfor­ mung und Verdrehen erreicht. Des weiteren ist ein solcher, als Schweißkonstruktion ausgeführter Rahmen viel kostengünstiger herzustellen als die herkömmlichen Fügewerkzeug-Rahmen in Massivbauweise. Vorzugsweise ist das Hohlprofil des erfindungs­ gemäßen Fügewerkzeug-Rahmens einstückig, es kann jedoch auch aus zwei oder mehr miteinander verschweißten Teilen bestehen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Füge­ werkzeug-Rahmens ist dieser biegekonform ausgestaltet, d. h. die Wanddicke des Obergurtes als größer als die Wanddicke des Untergurtes. Einer solchen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die bei einem Stanznietvorgang ergebenden Verformungen des Rahmens am effektivsten durch einen entspre­ chend stabil ausgebildeten Obergurt begrenzen lassen, wohinge­ gen der Untergurt - bei ausreichend stabilem Obergurt - eine geringere Wanddicke aufweisen kann.

Die beiden Verstärkungsplatten des erfindungsgemäßen Rahmens sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Um die Ver­ drehsteifigkeit des Rahmens zu maximieren, wird der Abstand zwischen den beiden Verstärkungsplatten vorzugsweise so groß wie bei einem gegebenen Hohlprofil möglich gewählt. Eine alter­ native Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rahmens weist nur eine, im Hohlprofil mittig angeordnete Verstärkungsplatte auf. Dies reicht aus, wenn die von dem Rahmen aufzunehmenden Kräfte nicht zu groß sind.

Vorzugsweise sind bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rahmens, die zwei Verstärkungsplatten aufweisen, mehrere Ab­ standshalter zwischen den Verstärkungsplatten vorhanden, die mit den Verstärkungsplatten verschweißt sind. Diese Abstands- oder Distanzhalter sorgen zum einen für einen gleichmäßigen Abstand zwischen den beiden Verstärkungsplatten, damit der stabilisierende Effekt der Verstärkungsplatten über den Rahmen gesehen keinen Schwankungen unterliegt, und zum zweiten für eine weitere Stabilisierung des gesamten Rahmenverbundes, da die mit den Verstärkungsplatten verschweißten Distanzhalter einem Ausknicken der Verstärkungsplatten unter Belastung entge­ genwirken. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Verstärkungsplatten an denjenigen Stellen, an denen Di­ stanzhalter vorgesehen sind, Positionierungslöcher auf. Die Distanzhalter sind entlang des Umfanges dieser Positionierungs­ löcher mit den Verstärkungsplatten verschweißt. Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel hat jeder Distanzhalter auf zumindest einer seiner Stirnflächen einen Vorsprung mit verrin­ gertem Durchmesser, der in das dem Distanzhalter zugeordnete Positionierungsloch paßt. Die Distanzhalter sind vorzugsweise stabförmig. Sie können massiv oder hohl ausgeführt sein.

Obwohl die Verstärkungsplatten ohne weiteres außen auf das den Umfang des Rahmens festlegende Hohlprofil geschweißt sein können, sind die Verstärkungsplatten bei bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen des erfindungsgemäßen Rahmens innerhalb des Umfangs angeordnet, der durch das Hohlprofil vorgegeben ist.

Auf diese Weise kann das Hohlprofil sich besser an den Verstär­ kungsplatten abstützen.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fügewerkzeug- Rahmens sind die Verstärkungsplatten vorzugsweise längs ihres gesamten Umfanges mit dem Hohlprofil verschweißt, um eine größtmögliche Stabilität zu erzielen.

Wenn die Stabilität eines erfindungsgemäßen Fügewerkzeug- Rahmens noch weiter erhöht werden soll, ohne dabei gleichzeitig das Gewicht des Rahmens deutlich zu vergrößern, kann der vom Rahmen umschlossene Hohlraum mit einem Stoff ausgefüllt werden, der einen hohen Elastizitätsmodul aufweist und dennoch leicht ist, beispielsweise mit faserverstärktem Kohlenstoff, auch CFK genannt.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rahmens wird im folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füge­ werkzeug-Rahmens in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 den Rahmen aus Fig. 1 in Seitenansicht, und

Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 2.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Rahmen 10 für eine Stanzniet­ zange, die im wesentlichen aus dem Rahmen 10 und einer daran befestigten Nieteinheit 12 besteht, die zum besseren Verständ­ nis in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien wiedergegeben ist. Mittels des Rahmens 10 kann die Stanznietzange an einer hier nicht gezeigten Handhabungsvorrichtung befestigt werden, bei­ spielsweise an einem Roboterarm.

In Fig. 2 sind mit strichpunktierten Linien zwei blechförmige Werkstücke 14 und 16 angedeutet, die durch einen von der Stanz­ nietzange auszuführenden Stanznietvorgang miteinander verbunden werden sollen. Hierzu sind die Werkstücke 14, 16 zwischen einem sogenannten Niederhalter 18 der Nieteinheit 12 und einem vom Rahmen 10 getragenen Gegenhalter 20 angeordnet. Damit die Werkstücke 14, 16 zwischen dem Niederhalter 18 und dem Gegen­ halter 20 plaziert werden können, weist der Rahmen 10 die C-Form auf.

Um einen Stanznietvorgang durchführen zu können, wird zunächst die Nieteinheit 12 relativ zum Rahmen 10 bis in die Nähe der Werkstücke 14, 16 verfahren. Dann wird der Niederhalter 18 so weit in Richtung des Gegenhalters 20 aus der Nieteinheit 12 ausgefahren, bis die Werkstücke 14, 16 zwischen dem Niederhal­ ter 18 und dem Gegenhalter 20 eingeklemmt sind. Der Niederhal­ ter preßt dabei die Werkstücke 14, 16 mit einer vorbestimmten Kraft, die beispielsweise 10 kN beträgt, gegen den Gegenhalter 20. Sodann drückt zur Durchführung des eigentlichen Stanzniet­ vorganges ein nicht näher gezeigter Stempel der Nieteinheit 12, der in dem hohlzylindrischen Niederhalter 18 angeordnet und relativ zu ihm hin und her bewegbar ist, einen nicht darge­ stellten Niet, der mittels einer hier nicht weiter erläuterten Nietzuführeinrichtung 22 vor die Spitze des Stempels positio­ niert worden ist, mit hoher Kraft auf die Werkstücke 14 und 16, beispielsweise mit 50 kN. Der Niet durchdringt dabei das Werk­ stück 14 und verformt das Werkstück 16 plastisch.

Bei dem Niet handelt es sich um einen sogenannten Halbhohlniet, dessen Hohlraum das aus dem Werkstück 14 ausgestanzte Material aufnimmt. Bei dem Stanznietvorgang wird durch eine am Gegenhal­ ter 20 angebrachte Matrize 24 sichergestellt, daß sich nicht nur das Werkstück 16, sondern auch der Halbhohlniet definiert verformt, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken 14, 16 und dem Niet entsteht.

Damit die gewünschte Qualität einer Stanznietverbindung erhal­ ten wird, darf sich der Rahmen 10 während eines Stanznietvor­ ganges nicht zu stark aufbiegen, weil sonst der Niet schief in die Werkstücke 14, 16 eingebracht würde, was die Festigkeit der Nietverbindung beeinträchtigt. Des weiteren würde ein zu starkes Aufbiegen des Rahmens 10 dazu führen, daß der Niederhalter 18 - aufgrund der durch eine übermäßige Aufbiegung hervorgeru­ fenen Schiefstellung der Werkstücke 14, 16 - einseitig eine hohe Kantenpressung auf das Werkstück 14 ausübt und dadurch das Werkstück 14 beschädigt.

Um den Rahmen leicht und dennoch äußerst stabil auszuführen, ist der gezeigte Rahmen als Schweißkonstruktion ausgebildet. Er besteht aus einem ungefähr C-förmigen, hier einstückigen Hohl­ profil 26, welches die äußere Begrenzung des Rahmens 10 vor­ gibt. Das stählerne Hohlprofil 26 weist einen Obergurt 28 und einen Untergurt 30 auf, der dünner als der Obergurt 28 ist. Insgesamt ist das Hohlprofil 26 nach biegekonformen Überlegun­ gen gestaltet, d. h. diejenigen Abschnitte des Hohlprofils 26, die große Biegebelastungen aufnehmen müssen oder die durch eine entsprechende stabile Gestaltung zu einer hohen Gesamtstabili­ tät des Hohlprofils 26 führen, weisen eine größere Wanddicke auf als die übrigen Abschnitte.

Zur Erhöhung der Stabilität des Rahmens 10, insbesondere zur Erhöhung seiner Biegesteifigkeit, sind in dem Hohlprofil 26 zwei Verstärkungsplatten 32, 34 aufgenommen (siehe insbesondere Fig. 3), die jeweils an der Außenseite längs ihres gesamten Umfanges mit dem Hohlprofil 26 verschweißt sind. Die Verstär­ kungsplatten 32, 34 sind parallel zueinander angeordnet und in dem Hohlprofil 26 so weit wie möglich nach außen gerückt, damit zwischen ihnen der größtmögliche Abstand und damit die größt­ mögliche Verwindungssteifigkeit des gesamten Rahmens 10 er­ reicht wird. Die Verstärkungsplatten 32, 34 sind lediglich deshalb nicht ganz an den Rand des Hohlprofils 26 gerückt, damit außen noch Platz für die in Fig. 3 im Schnitt wiedergege­ benen Schweißraupen 36 bleibt.

Zwischen den beiden ebenfalls aus Stahl bestehenden Verstär­ kungsplatten 32 und 34 sind mehrere stabförmige Distanzhalter 38 (im dargestellten Ausführungsbeispiel 4 Stück) angeordnet, von denen einer in Fig. 3 im Schnitt wiedergegeben ist. An denjenigen Stellen, an denen sich Distanzhalter 38 befinden, weisen die Verstärkungsplatten 32, 34 Positionierungslöcher 40 auf. Wie dargestellt sind die Distanzhalter 38 entlang dem Umfang der Positionierungslöcher 40 mit den Verstärkungsplatten 32 und 34 verschweißt.

Die Distanzhalter 38, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus massiven Material bestehen, alternativ aber auch hohl sein können, sorgen zum einen für einen gleichmäßigen Abstand zwi­ schen den Verstärkungsplatten 32 und 34 und zum anderen erhöhen sie die Stabilität der Verstärkungsplatten 32, 34 gegenüber seitlichem Ausknicken.

Insgesamt ist auf diese Weise mit geringerem Materialeinsatz als bisher üblich ein äußerst stabiler und dennoch leichter und kostengünstig herzustellender Rahmen 10 geschaffen. Das gegen­ über den herkömmlichen Massivkonstruktionen geringere Gewicht ist insbesondere bei Roboteranwendungen sehr vorteilhaft, da es - aufgrund der geringeren zu bewegenden Masse - eine höhere Dynamik ermöglicht.

Claims (10)

1. Fügewerkzeug-Rahmen (10), insbesondere für eine Roboter- Stanznietzange, zur Aufnahme der bei einem Fügevorgang auftre­ tenden Kräfte, gekennzeichnet durch
ein zumindest näherungsweise C-förmiges Hohlprofil (26) mit einem Obergurt (28) und einem Untergurt (30), und
zwei voneinander beabstandete, das Hohlprofil (26) verschlie­ ßende und mit dem Hohlprofil (26) verschweißte Verstärkungs­ platten (32, 34).

2. Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Obergurtes (28) größer als die Wanddicke des Untergurtes (30) ist.

3. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärkungsplatten (32, 34) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Verstärkungs­ platten (32, 34) mehrere Distanzhalter (38) angeordnet sind, die mit den Verstärkungsplatten (32, 34) verschweißt sind.

5. Rahmen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsplatten (32, 34) an denjenigen Stellen, an denen Distanzhalter (38) vorgesehen sind, Positionierungslöcher (40) aufweisen, und daß die Di­ stanzhalter (38) entlang des Umfanges der Positionierungslöcher (40) mit den Verstärkungsplatten (32, 34) verschweißt sind.

6. Rahmen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzhalter (38) stabförmig sind.

7. Rahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsplatten (32, 34) innerhalb des Umfangs angeordnet sind, der durch das Hohlprofil (26) vorgegeben ist.

8. Rahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsplatten (32, 34) längs ihres gesamten Umfanges mit dem Hohlprofil (26) ver­ schweißt sind.

9. Rahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (26) mit einem Stoff ausgefüllt ist, der einen hohen Elastizitätsmodul aufweist, beispielsweise mit faserverstärktem Kohlenstoff.

10. Fügevorrichtung, gekennzeichnet durch einen Rahmen gemäß einem der vorhergehen­ den Ansprüche.