DE102008025074A1

DE102008025074A1 - Durchsetzfügeverfahren

Info

Publication number: DE102008025074A1
Application number: DE102008025074A
Authority: DE
Inventors: Eugen Rapp
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2008-11-27
Also published as: CN101310890A; US20080289169A1; JP2008290152A

Abstract

Es wird ein Durchsetzfügeverfahren zum Verbinden von Bauteilen mit einer Platte unter Bildung eines Restbodenmaßes vorgeschlagen, wobei der jeweilige Arbeitshub und die jeweilige Presskraft während des Arbeitshubs in kurzen Zeitabständen mehrfach erfasst werden und mit den Messergebnissen über einen Rechner auf das Restbodenmaß geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Durchsetzfügeverfahren wie Clinchen, Stanznieten, Clinchnieten odgl. zum Verbinden von Bauteilen wie Platten, Nieten, Bolzen, Muttern udgl. mit einer Platte, mit oder ohne Durchtrennung der Platte unter Bildung einer Restbodendicke an der Fügestelle bzw. eines Restbodenmaßes nach der Gattung des Hauptanspruchs, und einer Werkzeugmaschine zur Durchführung des Durchsetzfügeverfahrens aus Anspruch 1 nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Bei den mit Durchsetzfügen bezeichneten Verfahren zum Verbinden von Bauteilen entsteht ein sogenannter Fügepunkt durch punktuelles Durchsetzen und anschließendes Stauchen der zu verbindenden Bauteile, wobei mittels eines Stempels und einer Matrize, und unter Aufbringung einer Stempel und Matrize für einen Arbeitshub gegeneinander antreibenden Presskraft, durch Verformen und Hintergreifen der Bauteile eine einen entsprechenden Formschluss aufweisende äußerst feste Verbindung zwischen den Bauteilen entsteht. Das bei dem Herstellen eines solchen sogenannten Fügepunktes in dessen Mitte entnehmbare Restbodenmaß X dient bekanntlich als Kontrollmaß für die Qualität des Fügepunktes. Bei der Verbindung von Blechen ist das Restbodenmaß X über die endgültige Bodendicke entnehmbar, bei der Verbindung von Blechen mit anderen Bauteilen wie Nieten udgl. dient als endgültiges Restbodenmaß, nämlich als Kontrollmöglichkeit für die Qualität des Fügepunktes, das Restbodenmaß, welches meist im Zentrum des Fügepunktes gemessen wird.
Die in der Produktion erforderliche Qualitätsüberwachung erfolgt entweder händisch über einen sogenannten X-Maßtaster, was natürlich aufwendig ist und deshalb meist nur stichprobenartig erfolgt sowie von der die Messung durchführenden Person abhängt, oder sie erfolgt automatisch gemäß unterschiedlichen Verfahren.
So ist es bekannt das Restbodenmaß des Fügepunktes nach Beendigung des Quetschvorgangs zu ermitteln und zwar über einen die Presskraft messenden Druckgeber und einem Rechner. Diese Ist-Werte der Presskraft werden dann rechnerisch mit im Rechner vorhandenen Soll-Werten verglichen ( DE 4331403 ). Bei diesem Vergleichsverfahren mit Hilfe der Presskraftmessung als Ist-Wert mit einem Soll-Wert wird über den Rechner und ein entsprechendes Programm, allerdings nur mittelbar, nämlich die Presskraft auf die Restbodendicke geschlossen und dies erst nach Herstellung des Fügepunktes, so dass auch die Qualitätsaussage über den Fügepunkt nur mittelbar ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Ermittlung des Restbodenmaßes ( DE 103 27 886 A1 ) wird die beim Durchsetzfügen vorhandene Presskraft erfasst und mit einem gemessenen Positionswert des Arbeitshubs verrechnet, um unter Berücksichtigung auch noch des Aufbiegungsfaktors an der Werkzeugmaschine (Clinchanlage) über einen Berechnungsalgorithmus ein Restbodenmaß zu errechnen. Auch hier ist somit nur eine mittelbare Erfassung des X-Maßes des Restbodens des Verbindungspunktes gegeben und entsprechend auch die Bewertung der Qualität des Durchsetzfügevorgangs nur mittelbar.
Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden ( DE 10 2007 033 153 A1 ) nach der Herstellung des Fügepunktes die mittels eines Messmittels ermittelte Bodendicke des Fügepunktes als Qualitätsmerkmal zu verwenden, in dem in bestimmten Intervallen ein über ein Messmittel an der Werkzeugmaschine errechneten Ist-Wert der Bodendicke des Fügepunktes mit einem durch eine kalibrierte Messeinrichtung gemessenen Soll-Wertbereich dieses Fügepunktes zu vergleichen, wobei die Werkzeugmaschine durch die kalibrierte Messvorrichtung selber kalibriert wird und damit selber als Messmittel für die Bodendicke des hergestellten Fügepunktes dient. Auch hier erfolgt natürlich die Auswertung über einen Rechner, der Ist- und Soll-Wert vergleicht, bzw. eine Korrektur der Einstellung vorschlägt, bzw. durchführt. Auch hier handelt es sich um eine Korrektur, bzw. Feststellung eines Qualitätsmangels, nach dem der Fügepunkt bereits vorhanden ist, d. h. dass kein Einfluss auf das bereits vorliegende Fügeergebnis vor Abschluss des Fügeverfahrens, d. h. Herstellen des Verbindungspunktes, mehr genommen werden kann.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und Anspruchs 5 hat demgegenüber den Vorteil, dass aufgrund der während eines Arbeitshubs mehrmaligen Erfassung bzw. Messung des je gegebenen Arbeitshubs bzw. Messung der jeweiligen Presskraft, zum Messzeitpunkt bereits während des Arbeitshubs beim Durchsetzfügen auf den Fügevorgang und damit das Restbodenmaß Einfluss genommen werden kann. Aufgrund der mit elektrischen Mitteln möglichen in sehr kurzen Zeitabständen durchgeführten Messungen der Presskraft, bei einem entsprechend nur gering weiter zurückgelegten Arbeitshub, kann über den Rechner und das Programm das jeweilig bei dem gegebenen Arbeitshub gerade erzielte Restbodenmaß errechnet werden. Der Arbeitshub wird durch den Rechner dann beendet, wenn das vorgegebene gewünschte Restbodenmaß erreicht ist. Hierdurch entfällt auch ein anschließendes Messen am Fügepunkt. Zudem erfolgt automatisch eine Qualitätsüberprüfung und es wird erreicht, dass der erzielte Ist-Wert des Restbodenmaßes X des Fügepunktes innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches des Soll-Wertes liegt und insoweit auch laufend kontrolliert wird.
Zusätzliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass nachteilige Einflüsse von Oberflächenzuständen (trocken, ölig) an den sich berührenden Bauteilen und von Blechdickenschwankungen vermieden werden.
Mittels der Erfindung können durch die Steuerung des Fügevorgangs auch deutlich kleinere Toleranzen beim Restbodenmaß erzielt werden. Dies kann auch zu höheren Fügepunktfestigkeiten führen.
In jedem Fall ist eine geringe Streuung der Restbodenmaße X der einzelnen Verbindungspunkte erzielbar, was in der Praxis von großer Bedeutung sein kann.
Nicht zuletzt werden durch die Erfindung Blechdickenschwankungen sowie Festigkeitsänderungen in vorverfestigten Blechbereichen berücksichtigt und, was von besonderer Bedeutung ist, Mängel an der Werkzeugmaschine und insbesondere ein Werkzeugverschleiß wird wenn nicht eliminiert so doch so erfasst, dass kein Produktmangel entsteht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Abschaltung bzw. Korrektur des Arbeitshubs, wenn der erfasste Ist-Wert einen dem Rechner vorgegebenen Soll-Wert erreicht, überschreitet oder eine Toleranzgrenze des Soll-Werts verlässt. Grundsätzlich ist das Vergleichen eines Ist-Wertes mit einem Soll-Wert der Presskraft bekannt ( DE 4331403 ), wobei diese Wertmessungen jeweils nach Beendigung der Herstellung des Fügepunktes erfolgen. Es ist somit eine Abschaltung oder Korrektur des Arbeitshubs während seiner Funktion zur Herstellung der Verbindung, ein Schritt von außerordentlicher technischer Bedeutung. Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung kann diese Toleranzgrenze, je nach äußeren Umständen, beispielsweise Material, gewünschte Festigkeit usw., bestimmt werden. Mit elektrischen äußerst schnell arbeitenden Mitteln ist die erforderliche Regelung solcher Funktionen, wie Abschaltung bzw. Korrektur des Arbeitshubs, ohne Schwierigkeiten lösbar.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei dem Messvergleich auch Abweichungen berücksichtigt, die durch kraftabhängige Änderungen des zwischen Stempel und Matrize bestehenden und das Restbodenmaß bestimmenden Abstands entstehen, wie sie durch sich Aufbiegen bei Werkzeugmaschinen mit einseitig offenem Gehäuse, beispielsweise Clinchzangen oder Nietzangen, entstehen können. Erfindungsgemäß kann somit automatisch über den die Messwerte verarbeitenden Rechner an der Werkzeugmaschine eine Korrektur oder Kalibrierung für die Fertigung erfolgen. Hierbei geht es vor allem um eine von der Betätigungskraft der Werkzeugmaschine abhängige Abweichung des Ist-Wertes zwischen Stempel und Matrize, dem X-Abstand vom vorgegebenen Soll-Wert. Es kann sich also auch um die Folge des einseitig offenen Gehäuses und dessen federndes Nachgeben bei der Fertigung handeln.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Korrektur bei Arbeitshub und Presskraft automatisch über den Rechner, wenn sich bei der Bearbeitung, d. h. der Herstellung des Verbindungspunktes, Abweichungen der Ist-Werte von den Soll-Werten ergeben, was verschiedenste Ursachen haben kann, nämlich Veränderung beim zu verbindenden Material wie Härte, Dicke udgl. oder die Verbindung beeinflussende Dinge wie Schmiermittel usw.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden im Rechnerprogramm der Werkzeugmaschine entnehmbare beim Durchsetzfügeverfahren sich ergebende den Arbeitshub und das Restbodenmaß beeinflussende Werte berechnet. Dies bedeutet, dass über den Rechner auch eine Korrektur an der Werkzeugmaschine selber vorgenommen werden kann, bzw. unvorhersehbare oder ungewünschte Hubänderungen gegeben sind, die kompensiert oder ausgeglichen werden müssen. Eine solche quasi Kalibrierung der Werkzeugmaschine ist zwar durch die an sich bereits vorgeschlagene Werkzeugmaschine bekannt ( DE 10 2007 033 153 A1 ), jedoch in Verbindung mit den mehrfachen Messungen pro Arbeitshub und den dadurch gegebenen Vorteilen nicht nur neu sondern auch ein schwieriges Problem der Feinjustierung einer Werkzeugmaschine gegeben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 vereinfacht dargestellt eine Clinchzange;
2 ein Verbindungspunkt im Schnitt und in vergrößertem Maßstab und
3 ein Diagramm zur Erläuterung der Toleranzgrenzen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei der in 1 dargestellten Clinchzange 1 ist einerseits ein Stempel 2 axial verschiebbar angeordnet und andererseits achsgleich und dem Stempel 2 gegenüber eine Matrize 3 angeordnet. Der Stempel 2 wird durch einen Motor 4 in Richtung Matrize 3 angetrieben, wobei die dabei erzeugte Presskraft über einen Messgeber 5 bzw. der dabei zurückgelegte Arbeitshub über ein geeignetes Wegmesssystem erfasst wird. Arbeitshub und Presskraft bewirken an den hier nicht näher dargestellten Bauteilen eine Durchsetzfügeverbindung, wie sie in 2 dargestellt ist.
Bei dem in den 2 dargestellten auf diese Weise hergestellten Verbindungspunkt 6 zwischen zwei miteinander zu verbindenden Blechen 7 und 8 ergibt sich einerseits ein gewisses Hintergreifen des durchgesetzten Abschnittes 9 des Bleches 7 am durchsetzten Teil 10 des Bleches 8, wobei zwischen den durchsetzten Teilen 9 und 10 mit ihrer topfförmigen Gestaltung ein Boden 11 entsteht, in dessen Mitte ein sogenanntes Restbodenmaß X entsteht, nämlich die Restbodendicke. Dieses Restbodenmaß X ist bekanntermaßen ein Kriterium für die Qualität der Durchsetzfügeverbindung oder des Fügepunktes, weshalb dementsprechend dieses Restbodenmaß zur Bewertung der Qualität der Verbindung üblicherweise ermittelt wird.
Gemäß der hier vorliegenden Erfindung wird das Restbodenmaß X über einen Rechner ermittelt, in dem Prozesssignale des Arbeitshubs und der Presskraft vom Geber 5 her verarbeitet werden. Maßgebend ist, dass diese Erfassung der Messwerte oder der Prozesssignale nicht erst nach Beendigung der Herstellung des Fügepunktes erfolgt, sondern während des Arbeitshubs und zwar in mehreren sehr kurzen Zeitabständen, so dass es möglich ist noch während des Herstellungsprozesses des Verbindungspunktes Korrekturen durchzuführen durch aktive Regelung des Arbeitshubs usw. wie oben bereits erwähnt. Aufgrund der während eines Arbeitshubs wiederholten Messungen kann der Rechner dann sehr schnell die jeweils aktuelle Restbodenstärke X errechnen und diese aktiv regeln, unter Berücksichtigung der Aufweitung der Zange 1 der Werkzeugmaschine.
In dem in 3 dargestellten Diagramm ist die Gaußsche Verteilung der sich ergebenden Restbodendicken bei einer herkömmlichen Clinchung (F₁) und beim Clinchen mit der erfindungsgemäßen geregelten Restbodendicke (F₂) dargestellt..
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Grundrahmen
2: Stempel
3: Matrize
4: Motor
5: Geber
6: Verbindungspunkt
7: Blech
8: Blech
9: durchsetztes Teil
10: durchsetztes Teil
11: Boden
X: Restbodenmaß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4331403 [0004, 0012]
- DE 10327886 A1 [0005]
- DE 102007033153 A1 [0006, 0015]

Claims

Durchsetzfügeverfahren (wie Clinchen, Stanznieten, Clinchnieten udgl.) zum Verbinden von Bauteilen (wie Platten, Nieten, Bolzen, Muttern udgl.) mit einer Platte (7, 8), mit oder ohne Durchtrennung der Platte, unter Bildung eines Restbodenmaßes (X), – mit einem Stempel (2), durch den Abschnitte der Bauteile (7, 8) mittels einer Presskraft in eine Öffnung einer dem Stempel (2) in Hubachsrichtung gegenüberliegenden Matrize (3) unter Hintergreifung der Platte (8) verdrängt werden, – mit Erfassung des Arbeitshubs beim Durchsetzfügen, – mit Erfassen der Presskraft beim Durchsetzfügen und – mit Verarbeiten der Prozesssignale des Durchsetzfügens, nämlich von Arbeitshub und/oder Presskraft in einem Rechner zur Ermittlung des Restbodenmaßes (X), dadurch gekennzeichnet, – dass die Erfassung der Prozesssignale, nämlich die Arbeitshuberfassung und/oder die Presskrafterfassung (p) mehrere Mal während jedes Arbeitshubs erfolgt, – dass diese jeweilige Prozesssignalerfassung dabei in kurzen Zeitabständen während des Arbeitshubs erfolgt und – dass das Rechnerergebnis zur Regelung des jeweils laufenden Durchsetzfügevorgangs dient.
Durchsetzfügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung bzw. Korrektur des Arbeitshubs, bzw. der Presskraft (p) erfolgt, wenn der erfasste Ist-Wert einen dem Rechner vorgegebenen Soll-Wert erreicht, überschreitet oder eine Toleranzgrenze (UTG/OTG) des Soll-Werts verlässt.
Durchsetzfügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Messvergleich auch Abweichungen berücksichtigt werden, die durch kraftabhängige Änderungen des zwischen Stempel und Matrize bestehenden und das Restbodenmaß bestimmenden Abstands entstehen (wie bei Werkzeugmaschinen mit einseitig offenem Gehäuse, Zangenaufbiegungen odgl.) und wobei über den die Messwerte verarbeitenden Rechner an der Werkzeugmaschine eine die Abweichungen ausgleichende oder korrigierende Kalibrierung durchführbar ist.
Durchsetzfügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung der Abweichungen der Ist-Werte von den Soll-Werten die Regelung von Arbeitshub oder Presskraft mittels des Rechners automatisch erfolgt.
Durchsetzfügeverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rechnerprogramm der Werkzeugmaschine entnehmbare, beim Durchsetzfügeverfahren sich ergebende, den Arbeitshub und das Restbodenmaß beeinflussende Werte berechnet werden.
Werkzeugmaschine insbesondere zur Durchführung des Durchsetzfügeverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Grundrahmen (1) zur Aufnahme der die Presskraft bewirkenden Vorrichtung (4) bzw. einem elektrischen Antrieb (4), der, wenn er eine bestimmte Position erreicht hat, das Restbodenmaß (X) bestimmt.