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Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für ein Nietsetzwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Betriebsverfahren für eine Prüfeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Das Setzen von Nietelementen, wie beispielsweise Blindnieten, ist allgemein bekannt. So ist aus der
DE 10 2005 054 048 A1 ein Verfahren zum Setzen von Nietelementen durch ein von einem Elektromotor angetriebenen Nietgerät bekannt. Die Qualität des Setzvorgangs wird anhand des von dem Elektromotor des Nietgeräts aufgenommenen elektrischen Stroms überwacht. Die Qualität des Setzvorgangs wird dann als akzeptabel angesehen, wenn der während des Setzvorgangs vom Elektromotor maximal aufgenommene Strom innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Qualität des Setzvorgangs des Nietgeräts nur anhand des maximal aufgenommenen Stroms bewertet wird. Dies lässt nur eine rückwirkende Betrachtung des Setzvorgangs zu. Der Nietvorgang wird bei diesem Verfahren bis zum Ende durchgeführt. Daher kann nicht beurteilt werden, an welcher Stelle des Setzvorgangs der Setzvorgang fehlerhaft durchgeführt worden ist. So kann es vorkommen, dass der maximal aufgenommene Strom innerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt. Es kann aber nicht erkannt werden, dass vor oder nach dem Erreichen des maximal gemessenen Stroms ein Fehler im Setzvorgang erfolgt ist. Wenn aber während des Setzvorgangs der Niet an einer Stelle zu schnell oder zu langsam gezogen wurde, kann dies nicht festgestellt werden.
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Aus der
DE 43 39 117 A1 ist ein Verfahren zum Setzen von Blindnieten und Blindnietmuttern bekannt, bei dem bei einem Setzvorgang eine Zugkraft mit Hilfe eines elektrischen Motors erzeugt wird. Ferner ist ein Setzgerät für Blindnieten und Blindnietmuttern mit einem durch einen elektrischen Motor angetriebenen Zugmechanismus bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Eingangsstrom des Elektromotors überwacht, wobei der aufgenommene Strom unmittelbar ein Maß für das vom Elektromotor aufgenommene Moment ist. Über das Moment kann die Zugkraft der Setzeinrichtung des Setzgerätes ermittelt werden. Diese Zugkraft lässt einen Rückschluss auf die Qualität der Nietverbindung zu. So kann der Stromverlauf im Nachhinein als Kriterium zur Bewertung des Setzvorgangs verwendet werden. Bei dem in der
DE 43 39 117 A1 offenbarten Verfahren wird überwacht, ob der aufgenommene Strom des Elektromotors während des Setzvorgangs einen Maximalwert erreicht. Ist der Maximalwert nicht so groß, dass er in einen vorgegebenen Sollstrombereich fällt, ist dies ein Zeichen für eine fehlerhafte Nietung oder für einen Fehler am Setzgerät. Ist der Maximalwert zu groß, kann dies auf eine erhöhte Reibung im Setzgerät zurückzuführen sein, die beispielsweise durch Verschmutzungen verursacht werden oder auf die Wahl eines falschen Nietes schließen lassen.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass auch hier erst im Nachhinein eine Beurteilung des Setzvorganges ermöglicht wird. Ein Setzvorgang wird dann als akzeptabel beurteilt, wenn der Maximalwert des aufgenommenen Stroms innerhalb eines Sollstrombereiches liegt. Das heißt, es werden Setzvorgänge akzeptiert, obwohl vielleicht vor oder nach der Erreichung des Maximalwertes das Nietelement fehlerhaft gezogen wurde. So kann zwar der Maximalwert innerhalb des Strombereiches liegen, trotzdem kann der Setzvorgang fehlerhaft sein.
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Weiter ist aus der deutschen Patentschrift
DE 44 01 134 C2 ein Verfahren zur Überwachung der Verarbeitung von Blindbefestigern, wie beispielsweise Blindnieten, bekannt. In der
DE 44 01 134 C2 ist ein Verfahren zur Überwachung der Verarbeitung von Blindbefestigern beschrieben, bei welchen über den Setzvorgang eine Kraftkomponente gemessen wird und das gewonnene Messsignal im Echtzeitbetrieb als Soll-Ist-Vergleich zwischen dem Setzprozessende und dem nächstfolgenden Setzprozess ausgewertet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
- a) außerhalb des Zugmechanismus des Setzgeräts die durch den Blindbefestiger geflossene, umgelenkte und der Zugkraftrichtung entgegengesetzte Kraftkomponente gemessen wird und
- b) die gewonnenen Messwerte in dem Soll-/Ist-Vergleich mit einer Idealkurve verglichen werden oder in einer nicht setzprozessparallelen Auswertung mit eindeutiger Zuordnungsmöglichkeit des Ergebnisses zum entsprechenden Niet verarbeitet werden.
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Auch wenn bei diesem Verfahren die wesentlichen Prozessparameter, nämlich der Stauchweg des Blindniets und die Zugkraft gemessen werden, kann nicht gewährleistet werden, dass der Kraftsensor und/oder der Wegsensor des Nietsetzgeräts einwandfrei funktionieren. Somit ist es auch bei diesem Verfahren möglich, dass als in Ordnung empfundene Nietvorgänge nicht fehlerfrei sind.
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Zum technischen Umfeld wird weiter auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 196 02 712 A1 hingewiesen. Aus dieser sind ein Verfahren und eine Simulationsvorrichtung zur Ermittlung von experimentellen Daten zur Qualitätsbewertung von Werkzeugträgern bekannt.
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Die qualitative Beurteilung einer Nietverbindung ist weder mit dem vorgeschlagenen Verfahren noch mit der Simulationsvorrichtung möglich.
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Weiter ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2007 016 577 U1 ein Kraft-Weg-Messaufnehmer, vorzugsweise für Magazin-Nietgeräte zur Verarbeitung von Hohlnieten und Magazinnieten, bekannt. Hierbei wird ein vorderes Gehäuseteil als Adapter zur Befestigung von Magazin-Niet-Geräten und ein hinteres Gehäuseteil als Adapter zur Befestigung der Nietdornklammerung des Magazin-Nietgerätes verwendet. Weiter weist das Gehäuse des Messwertaufnehmers einen integrierten Wegsensor und einen integrierten Kraftsensor auf, die zwischen den beiden Adaptern montiert sind.
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Auch mit dieser Vorrichtung ist keine qualitative Beurteilung einer Nietverbindung möglich.
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Weiter ist aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2008/0250832 A1 eine dynamische Prüfmethode für ein Nietverfahren mit Blindnieten bekannt. Überprüft wird hierbei die genaue Lage des Blindniets, nicht jedoch die Qualität der Nietverbindung.
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Wie oben dargestellt, ist bisher keine qualitative Beurteilung einer Nietverbindung möglich. Es kann keine Aussage über die Fähigkeit von Nietsetzgerät und Nietprozess erbracht werden. Die Folge hieraus ist eine fehlende Prozessfähigkeit. Somit fehlt in nachteiliger Weise auch die erforderliche Rückführung auf das nationale Normal. Weiter fehlt bisher auch die qualitative Beurteilung eines jeden einzelnen Nietvorgangs, d. h. man ist auf die Angaben der Hersteller von Nietsetzwerkzeug und Nieten angewiesen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Funktionsfähigkeit eines Nietsetzwerkzeugs und die Qualität eines Blindniets überprüft werden können.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die Prüfvorrichtung vorgeschlagen zur Überprüfung eines Nietsetzwerkzeugs sowie eines Blindnietelementes in einer gemeinsamen Prüfvorrichtung, wobei Serienblindnietelemente zum Einsatz kommen. Anschließend werden die Messergebnisse des Nietsetzwerkzeugs und der Prüfeinrichtung verglichen und die ausgewerteten Messergebnisse zur Qualitätslenkung herangezogen. Weiter sind diese Messergebnisse auf ein Dokumentationssystem übertragbar zur Aufbewahrung und Archivierung.
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Somit sind in vorteilhafter Weise erstmals
- – die Messgerätefähigkeit (MGF),
- – die Maschinenfähigkeit (MFU),
- – die Prozessfähigkeit (PFU) und
- – die Anlieferqualität von Blindnietelementen zu 100%
sichergestellt.
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Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung für ein Nietsetzwerkzeug sowie Betriebsverfahren für die Prüfeinrichtung dar.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1 ist die beim Setzvorgang des Blindniets entstehende Zugkraft von Blindniet und Nietsetzwerkzeug überprüfbar.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 sind zusätzlich der Stauchweg des Blindniets beim Setzvorgang überprüfbar, d. h. die Stauchung des Blindniets sowie der von dem Nietsetzwerkzeug gemessene Stauchweg.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 wird die Prozesssicherheit sicher gestellt.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante zum einfachen Einführen des Blindniets in die Platte.
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Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 5 ist die Zugkraft beim Setzvorgang des Blindniets überprüfbar.
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Mit dem Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 6 ist zusätzlich der Stauchweg des Blindniets beim Setzvorgang überprüfbar.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in sechs Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung für ein Nietsetzwerkzeug.
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2 zeigt den gleichen Gegenstand wie 1 mit eingezeichnetem Kraftfluss beim Nietsetzvorgang.
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3 zeigt in einem Schnitt durch die Prüfeinrichtung einen in die Prüfeinrichtung eingesetzten Blindniet.
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4 zeigt in einem Schnitt durch die Prüfeinrichtung den in die Prüfeinrichtung eingesetzten Blindniet mit einem an den Blindniet angesetzten Wegaufnehmer.
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5 zeigt in einem Schnitt durch die Prüfeinrichtung einen in der Prüfeinrichtung gestauchten Blindniet mit nachgeführtem Wegaufnehmer.
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6 zeigt in einem Schnitt durch die Prüfeinrichtung die Anordnung des Wegaufnehmers an die Prüfeinrichtung.
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 6 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 für ein Nietsetzwerkzeug 2 zum Setzen eines Blindniets 3. Die Prüfeinrichtung 1 weist einen Rahmen 5 mit einem Durchbruch 6 auf, durch den mit Hilfe des Nietsetzwerkzeugs 2 ein Blindniet 3 in den Rahmen 5 einführbar ist. Als Widerlager beim Setzten des Blindniets 3 ist innerhalb des Rahmens 5 eine Platte 7 mit einer definierten Dicke vorgesehen. Die Platte 7 weist hierfür einen, zum Durchbruch 6 korrespondierenden zweiten Durchbruch 8 auf, der vorzugsweise eine Ausklinkung ist. Mit dem derart in die Platte 7 eingesetzten Blindniet 3 kann nun mit dem Nietsetzwerkzeug 2 ein Dorn des Blindniets 3 mit einer Zugkraft beaufschlagt werden, wodurch der Dorn des Blindniets 3 entgegen der Kraft eines Abstützelementes 9 gestaucht wird. Bei diesem Vorgang wird der Dorn des Blindniets 3 gegen die Platte 7 gezogen, wobei der Rahmen 5 koaxial zum Durchbruch 6 als Widerlager für das Nietsetzwerkzeug 2 dient. Der Rahmen 5 kann beispielsweise einstückig ausgeführt sein oder auch aus mehreren Elementen, die beispielsweise starr miteinander über Maschinenelemente verbunden oder auch verschweißt sind.
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Die Platte 7 ist auf der dem Nietsetzwerkzeug 2 abgewandten Seite starr mit dem Rahmen 5 verbunden, wodurch sich beim Nietsetzvorgang ein in 2 dargestellter Kraftfluss einstellt. In diesem Kraftflussweg ist zwischen der Platte 7 und dem Rahmen 5 ein Zugkraftaufnehmer 17, beispielsweise ein Dehnungsmeßssstreifen (DMS), angeordnet. Dieser Zugkraftaufnehmer 17 ist bevorzugt kalibriert, um eine Rückführung auf das nationale Normal zu ermöglichen.
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Das Nietsetzwerkzeug 2 verfügt über eine erste Signalausgabe 4, über die die Zugkraft, die das Nietsetzwerkzeug 2 beim Nietsetzvorgang aufbringt, auslesbar ist. Darüber hinaus besitzt der Zugkraftaufnehmer 17 eine zweite Signalausgabe 10, mit der die vom Zugkraftaufnehmer 17 beim Nietsetzvorgang ermittelte Zugkraft auslesbar ist. Bei diesem Zugkraftaufnehmer 17 kann es sich beispielsweise um den Typ „S9” der Firma HBM handeln.
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In einem weiteren Schritt können die Signale der ersten Signalausgabe 4 und der zweiten Signalausgabe 10 in einer nicht dargestellten Signalverarbeitungsvorrichtung ausgewertet werden.
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Bei dieser Auswertung gilt allgemein: Normierter Wert = Messwert × Sollwert/Referenzwert
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Hierbei gilt für die gemessene Zugkraft: Normierte Zugkraft = Zugkraft (Nietsetzwerkzeug) × Sollwert/Zugkraft (Prüfeinrichtung)
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Weiter verfügt das Nietsetzwerkzeug 2 über eine dritte Signalausgabe 11 zur Ausgabe eines von dem Nietsetzwerkzeug 2 gemessenen Stauchwegs beim Setzvorgang des Blindniets 3.
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Neben der Ermittlung der Zugkraft beim Setzvorgang des Blindniets 3 verfügt die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 weiter über einen Wegaufnehmer 12, mit dem ebenfalls der Stauchweg des Blindniets 3 beim Setzvorgang ermittelbar ist. Der Wegaufnehmer 12 verfügt hierfür über eine vierte Signalausgabe 13 zur Ausgabe des Messsignals des gemessenen Stauchwegs des Blindniets 3. Als Wegaufnehmer 12 kann beispielsweise ein induktiver Wegaufnehmer 12 der Fa. HBM vom Typ K-WAT-050-32K zum Einsatz kommen. Auch der Wegaufnehmer 12 ist bevorzugt aus o. g. Grund kalibriert.
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Hierbei ist der Wegaufnehmer 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass er mittelbar über eine zweite Platte 14, die in vertikaler Richtung über Führungsdorne 15 geführt ist, in Wirkverbindung mit der dem Nietsetzwerkzeug 2 abgewandten Seite des Blindniets 3 steht. Damit eine „saubere” Anlage des Wegaufnehmers 12, bzw. der zweiten Platte 14 auf dem Blindniet 3 stets gewährleistet ist, ist die zweite Platte 14 mit zwei Federelementen 16 gegen den Blindniet 3 gedrückt. Auch hier gilt, dass das Messsignal der dritten Signalausgabe 11 und der vierten Signalausgabe 13 ausgelesen und von der Signalverarbeitungsvorrichtung ausgewertet werden können.
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Auch hier gilt allgemein: Normierter Wert = Messwert × Sollwert/Referenzwert
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Dies bedeutet für den gemessenen Stauchweg: Normierter Stauchweg = Stauchweg (Nietsetzwerkzeug) × Sollwert/(LNvP – LNnP)
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Mit:
- LNvP
- = Länge Blindniet vor der Prüfung,
- LNnP
- = Länge Blindniet nach der Prüfung.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 wie in 1, wobei jedoch ein Kraftfluss in der Prüfeinrichtung 1 bei einem Nietsetzvorgang mit Pfeilen eingezeichnet ist.
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3 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung in einer Detailvergrößerung im Bereich des Blindniets 3. In 3 ist dargestellt, wie mit Hilfe des Nietsetzwerkzeuges 2 ein Blindniet 3 in die Prüfeinrichtung 1 einsetzbar ist. Die zweite Platte 14 liegt hierbei noch nicht an dem Blindniet 3 an.
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4 zeigt den gleichen Schnitt wie 3, jedoch in einem Zustand, bei dem durch die Federelemente 16 die zweite Platte 14, in den Führungsdornen 15 geführt, an dem Blindniet 3 anliegt.
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5 zeigt abermals den gleichen Schnitt wie 3 und 4, jedoch in einem Zustand, bei dem der Blindniet 3 von dem Nietsetzwerkzeug 2 bereits gestaucht wurde.
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6 zeigt einen um 90° gedrehten Schnitt zu den Schnitten in 3 bis 5, wobei hier die Anordnung des Wegaufnehmers 12 an die Prüfeinrichtung 1 ersichtlich ist. Der Blindniet 3 befindet sich in einem Zustand vor dem Setzvorgang, eine Bewegungsrichtung des Wegaufnehmers 12 ist durch einen Doppelpfeil symbolisch dargestellt.
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Die Zugkraft bei einem Nietsetzvorgang kann durch ein Betriebsverfahren mit folgenden Schritten ermittelt werden:
- – Einsetzen des Blindniets 3 mit dem Nietsetzwerkzeug 2 in den Durchbruch 6 und den zweiten Durchbruch 8,
- – Setzen des Blindniets 3 mit dem Nietsetzwerkzeug 2 und
- – Gleichzeitig Erfassen der von dem Nietsetzwerkzeug 2 ermittelten Zugkraft über die erste Signalausgabe 4 und Erfassen der von dem Zugkraftaufnehmer 17 ermittelten Zugkraft über die zweite Signalausgabe 10,
- – Verarbeiten der Signale mit der Signalverarbeitungsvorrichtung.
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Der Stauchweg eines Blindniets 3 bei einem Nietsetzvorgang kann durch ein Betriebsverfahren mit folgenden Schritten ermittelt werden:
- – Einsetzen des Blindniets 3 mit dem Nietsetzwerkzeug 2 in den Durchbruch 6 und den zweiten Durchbruch 8,
- – Setzen des Blindniets 3 mit dem Nietsetzwerkzeug 2 und
- – Gleichzeitig Erfassen des von dem Nietsetzwerkzeug 2 ermittelten Stauchwegs über die dritte Signalausgabe 11 und Erfassen des von dem Wegaufnehmer 12 ermittelten Stauchwegs über die vierte Signalausgabe 13,
- – Verarbeiten der Signale mit der Signalverarbeitungsvorrichtung.
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Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1 für ein Nietsetzgerät 2 ist erstmals ein 100%iger Nachweis der Qualität von Blindnietverbindungen möglich.
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Dies ist eine Grundvoraussetzung beim Ersatz von kostenaufwändigen Schraubverbindungen durch kostengünstige Nietverbindungen, auch bei dokumentationspflichtigen- und sicherheitsrelevanten Bauteilen (Kategorie „A”) mit folgenden Einsparpotentialen:
- – Reduzierung von Material- und Werkzeugkosten,
- – Reduzierung der Montagezeit,
- – Reduzierung von Gewicht durch Entfall von Verbindungselementen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfeinrichtung
- 2
- Nietsetzwerkzeug
- 3
- Blindniet
- 4
- Erste Signalausgabe
- 5
- Rahmen
- 6
- Durchbruch
- 7
- Platte
- 8
- Zweiter Durchbruch
- 9
- Abstützelement
- 10
- Zweite Signalausgabe
- 11
- Dritte Signalausgabe
- 12
- Wegaufnehmer
- 13
- Vierte Signalausgabe
- 14
- Zweite Platte
- 15
- Führungsdorn
- 16
- Federelement
- 17
- Zugkraftaufnehmer
