DE102004002593A1

DE102004002593A1 - Kontrollverfahren

Info

Publication number: DE102004002593A1
Application number: DE200410002593
Authority: DE
Inventors: Eugen Rapp
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kontrolle an Werkzeugen (1) zur Bearbeitung von Wrkstücken (2) und eine Werkzeugmaschine vorgeschlagen zur Durchführung dieses Verfahrens, bei dem ein strömbares Prüfmedium zum Werkzeug (1) geleitet wird und bei dem bei Schäden am Werkzeug (1) am Strömungsverhalten dieses Prüfmediums ein Abweichen von einem Sollwert festgestellt und für ein Signal verarbeitet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kontrolle der Bearbeitung von Werkzeugen an Werkstücken nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Kontrollen sind erforderlich um Mängel an Werkzeugen rechtzeitig feststellen zu können und dem Mangel abzuhelfen. Wenn beispielsweise ein Werkzeug beschädigt ist, beispielsweise die Matrize einer Presse, so wird dieses bei einer Serienfertigung, und mangels Kontrollverfahren, meist erst festgestellt, wenn schon ein erheblicher Schaden entstanden ist. Allerdings ist das Kontrollieren von Werkzeugen, bzw. der bearbeiteten Werkstücke vor, während oder nach der Bearbeitung mit erheblichen Problemen verbunden, da das Kontrollverfahren die Bearbeitung selbst nicht beeinträchtigen darf.
Bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art ( EP 0642853 B1 ), nämlich einem Durchsetzfügeverfahren, wird die Stempelkraft, bzw. Matrizenkraft, die auf die zu verbindenden Platten ausgeübt wird, unmittelbar nach Beendigung des Quetschvorgangs gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Die Messung von Presskräften erfordert natürliche einen nicht unerheblichen Aufwand, wobei nicht ausgeschlossen werden kann, dass im Presskraftmessergebnis ein Mangel des Werkzeuges und damit des Bearbeitungspunktes nicht erkennbar ist.
Bei einem anderen bekannten Kontrollverfahren (DE OS 100 56 859 A1), mit dem eine Umformfügeverbindung überprüft werden soll, werden die bei der Bearbeitung sich ergebenden akustischen Signale erfasst und mittels Rechner mit Sollwertsignalen verglichen. Auch diese Kontrollanlage ist verhältnismäßig aufwendig und gibt keine Sicherheit für eine Erfassung der Werkzeugmängel, da durchaus Werkzeugmängel denkbar sind, die zu keiner Veränderunge des akustischen Signals gegenüber dem Signal des ordentlichen Werkzeugs führen.
Bei wieder einem anderen Kontrollverfahren der gattungsgemäßen Art (DE OS 3715905 A1) wird der Vorschub des Stempels gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Da es sich hier um eine Nietmaschine handelt, wird durch die Erfindung das Fehlen eines Nietes erfasst, aber auch der Bruch des Werkzeuges. Eine solche Wegmessung ist für viele Fälle zu ungenau, insbesondere fürs Durchsetzfügen, obwohl auch sie mit erheblichem Aufwand verbunden ist.
Besonders beim Durchsetzfügen von Blechen weisen diese bekannten Kontrollverfahren erhebliche Mängel auf. Während bei Matrizen mit starren Wänden der Ausbruch einer Matrizenwand sofort durch starkes Abfallen der Presskraft erkannt werden kann, ist dieses bei beweglichen Matrizen, also von Hause aus zum Teil nachgiebigen Wänden, sehr viel schwerer zu differenzieren, da das Wegbrechen von beweglichen Teilen oder auch von Festanteilen (starren Teilen) kaum einen Unterschied der Presskraft aufweist gegenüber der normalen Arbeitsfunktion. Eine Prozessüberwachung mit Hilfe der Presskraft ist somit bei diesen beweglichen Matrizen nur eingeschränkt möglich, da ein Bruch an der Matrize zu keiner deutlichen Presskraftänderung führt. Auch Versuche, den Presskraftverlauf mehrerer nacheinander hergestellter Fügepunkte aufzuzeichnen und zu addieren, um damit auch kleinere Fehler in der Summe erfassen zu können, ist unbefriedigend. Trotzdem bezieht sich die Erfindung auch auf solche Matrizen mit starren Wänden.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, sowie die erfindungsgemße Werkzeugmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Nebenanspruch 10 hat demgegenüber den Vorteil einer sehr sicheren und äußerst preiswerten Bearbeitungskontrolle. Die dafür erforderlichen Geräte sind preiswert, und Schäden am Werkzeug werden problemlos und unverzüglich erfasst. Bei dem strömbaren Prüfmedium handelt es sich bevorzugt um Druckluft, es könnte sich aber auch um ein flüssiges Medium (Wasser, Öl, flüssige Prüfmittel) handeln, insbesondere dann, wenn diese Flüssigkeit wieder aufgefangen werden könnte, bzw. bei Bruch des Werkzeuges die Strömungsverluste begrenzt wären. Maßgebend ist, dass Druck oder Strömung des Prüfmediums erfasst werden kann, damit dadurch die bei einem defekten Werkzeug sich ergebende Änderung dieses Prüfmediumzustandes erfasst und signalisiert werden kann. Eine solche Erfassung des Zustandes des Prüfmediums ist in vielfältiger Weise bekannt, sowie auch die Verwertung bei Veränderungen des Ist-Wertes von einem vorgegebenen Sollwert, so dass hier im einzelnen nicht darauf eingegangen werden muss. Maßgebend ist, dass das strömbare Medium an die sensiblen Stellen des Werkzeuges geführt wird, so dass Beschädigungen des Werkzeuges den Strömungszustand beispielsweise den Druck des Prüfmediums gegenüber dem normalen Arbeitszustand verändern.
Nach einer das Verfahren als auch die Werkzeugmaschine vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch die Anwendung für das Durchsetzfügeverfahren führt der Prüfmediumkanal bis zur Matrize, bzw. in die Matrize, sofern dort entsprechende Kanäle oder Räume vorgesehen sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der Druckluft als Prüfmedium dient, können dieser Druckluft Zusätze zur Schmierung des Werkzeuges zugegeben werden. Hiermit würde ein ohnehin erforderlicher Vorgang miterledigt werden. Abgesehen davon steht Druckluft bei nahezu allen Produktionsstätten zur Verfügung, wobei die Werkzeugmaschinen für das Durchsetzfügeverfahren häufig als hydropneumatische Druckübersetzer ausgebildet sind. Auch die Einrichtungen, um Schmiermittel in Druckluft einzubringen, sind in vielfältiger Weise bekannt.
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet der Kanal in Prüfbohrungen, beispielsweise Sackbohrungen, die an bruchgefährdeten Stellen der Matrize vorgesehen sind, oder in einen Matrizenhohlraum, der z. B. durch die beweglichen Matrizenteile verschlossen ist und der beim Durchsetzfügeverfahren auch durch die Werkstücke verschlossen ist, so dass sich ein Werkzeugschaden unmittelbar auf die Prüfmediumströmung auswirken würde.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kontrolle mittels eines Prüfkopfes, in dessen Stirnseite der durch den Prüfkopf geführte Kanal mündet, um nach Auflegen auf das Werkzeug zwischen den einzelnen Bearbeitungsgängen Mängel an diesem durch Änderung des Zustandes des Prüfmediums zu erfassen. Der Nachteil hierbei ist, dass der Prüfkopf nur alternativ zum Werkstück einsetzbar auf das Werkzeug gesetzt werden kann.
Nach zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann im Kanal in Strömungsmessgerät, bzw. Druckmessgerät angeordnet sein, bzw. es kann ein Zuführungs- und ein Abführungsabschnitt des Prüfmediums vorgesehen sein, wobei auch im Abführungsabschnitt der Druck des Prüfmediums gemessen werden kann, in jedem Fall aber beispielsweise durch Stauung beeinflusst werden kann. Jedenfalls kann die Messung des Prüfmediums entweder als direkte Durchflussänderung oder als Staudruckänderung gemessen werden. Die Zustandsänderung des Prüfmediums ist jedenfalls ein Indiz für Mängel, bzw. Veränderungen am Werkzeug oder des Zusammenwirkens mit dem Werkstück.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Anhand des Durchsetzfügeverfahrens sind in der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Matrize im Teilschnitt und hälftig um 45° Grad verdreht entsprechend den Pfeilen I in 2;
2 eine Draufsicht auf die Matrize entsprechend dem Pfeil II in 1;
3 eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels in Darstellung entsprechend 2;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel entsprechend der Schnittlinie III – III in 5;
5 eine Draufsicht entsprechend dem Pfeil IV in 4;
6 eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in der Draufsicht entsprechend 5;
7 ein drittes Ausführungsbeispiel im Teilschnitt entsprechend der Linie V – V in 8 und zwar teilweise um 45° Grad verdreht;
8 einen Schnitt entsprechend der Linie VI – VI in 7 mit teilweiser Transparenz und
9 eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels in einer Darstellung wie in 7.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Da der Vorgang des Durchsetzfüges weitgehend bekannt ist, sowie auch die dabei verwendeten Werkzeugmaschinen, wird für die folgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung nur jeweils eine Matrize 1 mit den Prüfmitteleinrichtungen gezeigt sowie in 1 zum besseren Verständnis zwei auf der Matrize 1 aufliegende Bleche 2, die durch einen nicht dargestellten Stempel in eine ihnen zugewandte Ausnehmung 3 der Matrize 1 gepresst werden. Für die Beispiele wurden sogenannte bewegliche Matrizen verwendet, bei denen die die Ausnehmung 3 radial begrenzenden Wände abschnittsweise nachgiebig gestaltet sind, so dass einerseits feststehende Wandabschnitte 4 und dazwischen radial verschiebbar bewegliche Wandaschnitte 5 vorgesehen sind. Die beweglichen Wandabschnitte 5 werden durch U-förmig gebogene Blattfedern 6 in ihrer Ausgangsposition belastet, wobei der Weg dieser beweglichen Wandabschnitte 5 zur Verbesserung des Verbindungspunktes der Bleche 2 begrenzt ist. Die Funktion einer solchen beweglichen Matrize ist eingehend in der DE OS 101 16 736 beschrieben.
Wie in 1 und 2 dargestellt, wird über eine Druckluftleitung 7 erfindungsgemäß Druckluft zur Matrize 1 geführt und dort in Sackbohrungen 8 geleitet, so dass die Druckluft hierdurch gestaut wird. In der Druckluftleitung 7 ist ein Durchflussmessgerät 9 angeordnet, durch welches irgendwelche Änderungen des Druckluftzustandes, beispielsweise ein Abströmen gemessen wird und der Messwert sofort ausgewertet wird, beispielsweise über ein die Messwerte in ein signalumwandelndes Gerät. In jedem Fall sind die Sackbohrungen 8 an besonders bruchsensiblen Stellen der Matrize angeordnet, so dass, wenn ein Bruck an der Matrize stattfindet, er an einer dieser Stellen erfolgen müsste.
In der in 3 dargestellten Variante dieses ersten Ausführungsbeispieles ist außer der Druckluftleitung 7 eine Abluftleitung 10 vorgesehen, über die kontinuierlich Druckluft abströmt, die auf Grund der gleichmäßigen Luftzufuhr und der Sackbohrungen 8 in gleicher Menge über die Abluftleitung 10 abströmt, in welcher zur Prüfung dieses Abluftstroms ein Staudruckgerät 11 angeordnet ist, so dass bei einem Bruch an der Matrize und entsprechendem Abströmen von Luftmengen über die Bruchstelle sofort ein Signal im Durchflussmessgerät 9 über die veränderte Strömungscharakteristik erzeugt würde.
Bei dem in 4 bis 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel führt die Druckluftleitung 7 direkt in die Ausnehmung 3 der Matrize 1, so dass durch die für die Bearbeitung auf der Stirnseite 12 der Matrize aufliegenden hier nicht dargestellten Bleche 2 ein weitgehend geschlossener Raum entsteht, wodurch, ähnlich wie bei den Sackbohrungen, der Luftstrom gestaut wird. Diese Weiterleitung der Druckluft von der Druckluftleitung 7 zur Ausnehmung 3 erfolgt über einen in der Matrize angeordneten Kanal 13. Die Überprüfung der Druckluft als Prüfmedium erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel über ein Durchflussmessgerät 9 oder, wie in der Variante aus 6 dargestellt, über ein Staudruckgerät 11, welches dann in der Abluftleitung 10 angeordnet ist, nachdem über die Druckluftleitung 7 die Druckluft in die Ausnehmung 3 geleitet wird und von dort dann über die Abluftleitung 10 zum Staudruckgerät 11. Der Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels besteht auch darin, dass auf Grund der Druckluftbeaufschlagung lackierte Bleche verwendet werden könnten, da mittels der Druckluft ein Luftpolster im Bearbeitungsbereich gebildet werden könnte und es könnte gegebenenfalls die Druckluft auch die Abstreiffunktion des Werkstückes von der Matrize her übernehmen. In jedem Fall könnten in der Druckluft Zusätze enthalten sein, die eine die Bearbeitung verbessernde Schmierung enthält, auch zum leichteren Lösen des Werkstückes aus dem Werkzeug. Jedenfalls findet der Prüfvorgang immer vor der Bearbeitung statt, so lange die Bleche die Ausnehmung 3 verschließen.
Bei dem in 7 bis 9 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel dient zur Überprüfung der Matrize auf Bruchschäden oder Mängeln, beispielsweise an den beweglichen Wandabschnitten 5, ein Prüfkopf 14, in den die Druckluftleitung 7 mündet und dort über einen Kanal 15 der Ausnehmung 3 der Matrize 1 zugeleitet wird. Hier muss die Überprüfung der Matrize jeweils erfolgen bevor die Bleche auf die Matrize aufgelegt werden, wobei auch hier über ein nicht dargestelltes Durchflussmessgerät oder Druckmessgerät in der Druckluftleitung 7 überprüft wird, ob sich gegenüber einem Sollstaudruck in der Ausnehmung 3 eine Abweichung ergibt, die auf einen Bruck in der Matrizenwand und deren feststehenden Abschnitten 4 oder beweglichen Abschnitten 5 vorhanden ist. Wie bei den vorherigen Beispielen wird sodann diese Abweichung für ein Informationssignal, beispielsweise Warnsignal, verwendet. Bei der in 9 gezeigten Variante des Messkopfes wird, wie bei den Varianten in 3 und 6, über eine zusätzliche Abluftleitung 10 der Staudruck gemessen oder erzeugt und dann im stromauf angeordneten Durchflussmessgerät 9 gemessen.
Mit dieser Erfindung können alle Arten von Matrizen, also nicht nur derartige bewegliche Matrizen sondern auch solche mit ausschließlich feststehenden Wänden, auf Bruchschäden odgl. überwacht werden um zu gewährleisten, dass beim Durchsetzfügen, nämlich Clinchen, Stanznieten oder Clinchnieten, Mängel unverzüglich festgestellt werden. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen und störungsfreien Prüffunktion vor dem Fügevorgang. Bei der Verwendung von Druckluft als Prüfmedium kann dieses je nach Ausführungsbeispiel auch eine Schmutzreinigung bewirken oder durch Versetzen mit Schmiermitteln eine aufwendige Sprüheinrichtung ersetzen, da häufig eine zusätzliche Schmierung erforderlich ist. Die Erfindung ist trotz der einfachen Ausgestaltung funktionssicher, da sie weniger von anderen Kenngrößen wie die bekannten Verfahren abhängig ist. So wirken sich beispielsweise Faktoren wie Werkstoff des Werkstückes, Schmierung, Materialdicke usw. auf dieses Prüfverfahren nicht aus.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Matrize
2: Bleche
3: Ausnehmung
4: feststehende Wandabschnitte
5: bewegliche Wandabschnitte
6: Blattfeder
7: Druckluftleitung
8: Sackbohrung
9: Durchflussmessgerät
10: Abluftleitung
11: Staudruckgerät
12: Stirnseite
13: Kanal
14: Prüfkopf
15: Kanal

Claims

Verfahren zur Kontrolle an Werkzeugen (1) zur Bearbeitung von Werkstücken (2) mittels Werkzeugmaschine und mit Überprüfung der Qualität des Werkzeuges (1), bzw. der Bearbeitung vor bzw. nach des Bearbeitungsvorgangs, wobei bei Abweichung von Sollwerten eine Information (Signal) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, – dass zur Qualitätsprüfung ein strömbares (flüssiges oder gasförmiges) Prüfmedium verwendet wird, – dass das Prüfmedium über einen Kanal (7, 8, 13) zu Räumen in bruchgefährdete Bereiche des Werkzeuges (1) geleitet wird, – dass Druck und/oder Strömung des Prüfmediums gemessen werden und – dass diese Ist-Werte mit Sollwerten verglichen und das Ergebnis für die Bearbeitungskontrolle ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die Anwendung bei einem Durchsetzfügeverfahren zur Verbindung von dünnen Platten (2) mit oder ohne Teilstanzen oder verlorenem Stempel, wobei das Prüfmedium über einen Kanal (Leitung 7) an die Matrize (1) geleitet und die Zustandsabweichung des Prüfmediums (Ist-Wert), vom Sollwert entsprechende Warnsignale bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfmedium Druckluft dient.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft Zusätze zur Schmierung des Werkzeuges (1) enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (7) in Prüfbohrungen (8) des Werkzeuges (1) mündet, welche bei dessen Bruch zu einer Zustandsänderung des Prüfmediums führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (7) in eine Ausnehmung (3) der Matrize (1) mündet, die während der Bearbeitung durch das Werkstück (2) verschlossen ist, so dass bei beschädigtem Werkzeug (1) eine Änderung des Zustandes des Prüfmediums eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolle vom Werkzeug (1) mittels einer unabhängigen Prüfeinrichtung (Prüfkopf 14) erfolgt, in dessen Stirnseite der Kanal mündet, um nach Auflegen auf das Werkzeug in Bearbeitungspausen, bzw. vor der Bearbeitung Mängel durch Änderung des Zustandes des Prüfmediums zu erfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kanal (7) ein Strömungsmessgerät (9), bzw. Druckmessgerät angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal einen Zuführungs- (7) und einen Abführungsabschnitt (10) des Prüfmediums aufweist und dass im Abführungsabschnitt (10) ein Staudruck des Prüfmediums erzeugt wird.
Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9 – mit einem eine Verformung des Werkstückes (2) bewirkenden Werkzeug (1) und – mit einer die Qualität des Werkzeuges (1) und damit der Bearbeitung des Werkstückes (2) zu überprüfenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, – dass die Einrichtung mit einem strömbaren Prüfmedium arbeitet, welches unter messbarem Druck steht, – dass für die Zuführung des Mediums zu den sensiblen Stellen des Werkzeugs (1) ein Kanal (7, 8, 13) vorgesehen ist und – dass eine Messvorrichtung (9, 11) für den Zustand (Druckströmung) des Prüfmediums mit einer Registriereinrichtung für die Zustandsänderung vorhanden ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug eine Matrize (1) mit Ausnehmung (3) dient und als Werkstück dünne Platten oder Bleche (2), Nietteile, Bolzen udgl., die mit Hilfe eines Werkzeugstempels und einer Presse im Durchsetzfügeverfahren miteinander verbunden werden, wobei der Kanal (7) an der Matrize endet.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (7) in Sackbohrungen (8) endet, welche an bruchgefährdeten Stellen der Matrize (1) vorgesehen sind (1–3).
Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (7) auf der Stirnseite der Matrize (1) mündet und während der Bearbeitung vom Werkstück (2) abgedeckt ist, so dass bei Schäden an der Matrize (1) eine Änderung des Prüfmedienstroms stattfindet (4–6).
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfmedienstrom mittels eines Messkopfes (14) geprüft wird, der alternativ zum Werkstück (2) auf die Stirnseite der Matrize (1) aufsetzbar ist und über den das Prüfmedium in die Ausnehmung (3) einleitbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Kanal (10) für abströmendes Prüfmedium vorhanden ist, in dem ein Staudruck erzeugt wird.