DE102013000387B4 - Joining device with C-shaped frame and yielding die for pre-punch-free joining of components by means of kraftimpulsbeaufschlagtem joining element, and die holder and handling device therefor - Google Patents
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Abstract
Fügevorrichtung (100) zum vorlochfreien Fügen von wenigstens zwei Bauteilen (210, 220) mittels Fügeelement (300), das in einer axialen Fügerichtung (L) mit einem stoßartigen Fügeimpuls in die zu fügenden Bauteile (210, 220) eingetrieben wird, mit einem C-förmigen Rahmen (110) der zwei sich gegenüberliegende Rahmenschenkel (112, 114) aufweist, zwischen denen die zu fügenden Bauteile (210, 220) positioniert werden, und mit einem Setzwerkzeug (130) und einer Matrize (140), die sich gegenüberliegend an den Rahmenschenkeln (112, 114) angeordnet sind, wobei die Matrize (140) gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel (112) in der Fügerichtung (D) des Fügeelements (300) nachgiebig gelagert und somit gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel (112) bedingt entkoppelt ist, so dass der beim Eintreiben des Fügeelements (300) von der Matrize (140) aufgenommene Restfügeimpuls nur teilweise und/oder nur mit zeitlichem Versatz auf den matrizenseitigen Rahmenschenkel (112) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (140) mit einem Matrizenhalter (150) am matrizenseitigen Rahmenschenkel (112) angeordnet ist, wobei die Matrize (140) zum Matrizenhalter (150) relativbeweglich ist und/oder der Matrizenhalter (150) zum matrizenseitigen Rahmenschenkel (112) relativbeweglich ist, und dass an der Matrize (140) und/oder am Matrizenhalter (150) zur Erhöhung der Bewegungsträgheit wenigstens eine als separater Massekörper (159) ausgebildete Zusatzmasse angeordnet ist, welcher austauschbar ausgebildet ist, um dadurch eine individuelle Anpassung an den Fügevorgang zu ermöglichen.Joining device (100) for pre-hole-free joining of at least two components (210, 220) by means of a joining element (300), which is driven in an axial joining direction (L) with a burst-like joining pulse in the components to be joined (210, 220), with a C. - shaped frame (110) of the two opposing frame legs (112, 114), between which the components to be joined (210, 220) are positioned, and with a setting tool (130) and a die (140) facing each other the frame legs (112, 114) are arranged, wherein the die (140) relative to the die-side frame leg (112) in the joining direction (D) of the joining element (300) resiliently and thus decoupled conditionally relative to the die-side frame leg (112), so in that the residual joining pulse picked up by the matrix (140) when driving in the joining element (300) only partially and / or only with a temporal offset on the die-side frame leg (112) is carrying, characterized in that the die (140) is arranged with a die holder (150) on the die-side frame leg (112), wherein the die (140) to the die holder (150) is relatively movable and / or the die holder (150) to the die side Frame leg (112) is relatively movable, and that at least one as a separate mass body (159) formed additional mass is arranged on the die (140) and / or the die holder (150) to increase the inertia at least, which is designed to be interchangeable, thereby an individual adaptation to allow the joining process.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum vorlochfreien Fügen von wenigstens zwei Bauteilen mittels Fügeelement das (an einer Fügestelle) in einer axialen Fügerichtung mit einem stoßartigen Fügeimpuls in die zu fügenden Bauteile eingetrieben wird, mit einem C-förmigen Rahmen der zwei sich gegenüberliegende Rahmenschenkel aufweist, zwischen denen die zu fügenden Bauteile während des Fügevorgangs positioniert werden, und mit einem Setzwerkzeug und einer Matrize, die sich gegenüberliegend an den Rahmenschenkeln des Rahmens angeordnet sind.The invention relates to a joining device for the pre-hole-free joining of at least two components by means of joining element which is driven (at a joint) in an axial joining direction with a jerky joining pulse in the components to be joined, with a C-shaped frame of the two opposing frame legs, between wherein the components to be joined are positioned during the joining operation, and with a setting tool and a die, which are arranged opposite to the frame legs of the frame.
Die Erfindung betrifft ferner einen Matrizenhalter zur Verwendung an einer solchen Fügevorrichtung und eine Handhabungsvorrichtung, wie insbesondere einen Mehrachs-Fertigungsroboter, mit einer solchen Fügevorrichtung.The invention further relates to a die holder for use on such a joining device and a handling device, in particular a multi-axis manufacturing robot, with such a joining device.
Eine Fügevorrichtung der eingangs genannten Art dient dem mechanischen Verbinden von Bauteilen mit Hilfe wenigstens eines Fügeelements bzw. Fügehilfsteils bei zweiseitiger Fügestellenzugänglichkeit. Das Fügen der Bauteile erfolgt an einer vorgesehenen Fügestelle ohne Vorlochen, wozu die Bauteile sich überlappend zwischen den Rahmenschenkeln des C-förmigen Rahmens positioniert werden und anschließend das Fügeelement mit dem Setzwerkzeug gegen die Matrize in die zu fügenden Bauteile eingetrieben und hierdurch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Fügeverbindung erzeugt wird. Hierbei werden die auftretenden Fügekräfte, zuweilen im zwei- bis dreistelligen kN-Bereich, vom C-förmigen Rahmen aufgenommen. Die zu fügenden Bauteile können an mehreren Fügestellen nacheinander mit derselben Fügevorrichtung gefügt werden. Die Verfahrbewegungen können mit einem Fertigungsroboter oder dergleichen bewerkstelligt werden, an dem die Fügevorrichtung angebunden ist.A joining device of the type mentioned above is used for the mechanical connection of components with the help of at least one joining element or joining auxiliary part with two-sided Fügestellenzugänglichkeit. The joining of the components takes place at a provided joint without pre-punching, to which the components are positioned overlapping between the frame legs of the C-shaped frame and then driven the joining element with the setting tool against the die in the components to be joined and thereby a positive and / or non-positive joint connection is generated. In this case, the joining forces occurring, sometimes in the two- to three-digit kN range, are absorbed by the C-shaped frame. The components to be joined can be joined at several joints one after the other with the same joining device. The movements can be accomplished with a manufacturing robot or the like, to which the joining device is connected.
Ist eines der zu fügenden Bauteile aus einem höherfesten Werkstoff gebildet sind hohe Fügekräfte erforderlich, die vom Setzwerkzeug gegen die Matrize aufgebracht werden müssen. Auch andere Randbedingungen können zu hohen Fügekräften führen. Um hohe Fügekräfte aufzunehmen, muss der C-förmige Rahmen steif ausgeführt sein, wodurch dieser entweder schwer und massig und/oder sperrig und unhandlich (aufgrund von störenden Versteifungskonturen bzw. Störkonturen) ist. Ferner muss auch die Krafterzeugungseinrichtung des Setzwerkzeugs für eine solche hohe Fügekraft ausgelegt sein, was ebenfalls eine schwere Bauweise bedingt. Abhilfe bieten hier Fügevorrichtungen bei denen das Fügeelement mit einem vom Setzgerät bzw. Setzwerkzeug erzeugten Kraftimpuls (im Folgenden als Fügeimpuls bezeichnet) an der Fügestelle mit einer hohen Geschwindigkeit in die zu fügenden Bauteile eindringt, wobei die Fügeverbindung innerhalb weniger Millisekunden herbeigeführt wird.Is one of the components to be joined formed from a high-strength material high joining forces are required, which must be applied by the setting tool against the die. Other boundary conditions can lead to high joining forces. To accommodate high joining forces, the C-shaped frame must be rigid, making it either heavy and bulky and / or bulky and unwieldy (due to disturbing stiffening contours or interference contours). Furthermore, the force-generating device of the setting tool must be designed for such a high joining force, which also requires a heavy construction. A remedy here are joining devices in which the joining element with a force pulse generated by the setting tool or setting tool (referred to as joining pulse hereinafter) penetrates at the joint at a high speed into the components to be joined, wherein the joint connection is brought about within a few milliseconds.
Zum Stand der Technik wird auf die Patentschriften
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Fügevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.The invention has for its object to provide a joining device of the type mentioned, which does not have at least one associated with the prior art disadvantage or at least only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit den nebengeordneten Ansprüchen erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf andere mit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung in Zusammenhang stehende Erfindungsgegenstände, wie nachfolgend noch näher erläutert. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.This object is achieved by a joining device according to the invention with the features of claim 1. With the independent claims, the solution of the problem extends to other with the joining device according to the invention related inventions, as explained in more detail below. Further developments and embodiments are analogous to all subjects of the invention both from the dependent claims and from the following explanations.
Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel in der Fügerichtung des Fügeelements nachgiebig gelagert bzw. gehaltert und somit gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel bedingt entkoppelt ist, so dass ein beim Eintreiben des Fügeelements in die Bauteile von der Matrize aufgenommene Restfügeimpuls nur teilweise und/oder nur mit zeitlichem Versatz auf den matrizenseitigen Rahmenschenkel übertragen bzw. in den Rahmenschenkel eingeleitet wird.The joining device according to the invention is characterized in that the die with respect to the die-side frame legs in the joining direction of the joining member is flexibly mounted and retained and thus decoupled conditionally relative to the die-side frame leg, so that a received during driving of the joining element in the components of the die Restfügeimpuls only transferred partially and / or only with a time offset on the matrix side frame leg or introduced into the frame legs.
Indem bei der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung die Matrize gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel nachgiebig gelagert und somit zum matrizenseitigen Rahmenschenkel bedingt entkoppelt ist, kann der von der Matrize während des Fügevorgangs aufgenommene Restfügeimpuls nicht direkt in den matrizenseitigen Rahmenschenkel eingeleitetet werden. Vielmehr wird eine Abschwächung oder Dämpfung des aufgenommenen Restfügeimpulses und/oder vor allem auch eine zeitliche Verzögerung bei der Weitergabe des aufgenommenen Restfügeimpulses in den matrizenseitigen Rahmenschenkel erreicht. Eine Abschwächung führt dazu, dass die Auswirkungen auf das Aufweiten und/oder Aufschwingen des Rahmens minimiert werden. Eine zeitliche Verzögerung führt insbesondere dazu, dass der aufgenommene Restfügeimpuls erst am Ende oder nach dem Fügevorgang (womit hier insbesondere der eigentliche Setzvorgang beim Einbringen des Fügeelements in die Bauteile gemeint ist) in den matrizenseitigen Rahmenschenkel weitergeleitet und insbesondere in abgeschwächter Form weitergeleitet wird, so dass Aufweiten und/oder Aufschwingen des Rahmens erst zu einem hinsichtlich des Füge- bzw. Setzvorgangs unkritischen späten Zeitpunkt erfolgt.By in the joining device according to the invention, the die is resiliently mounted relative to the die-side frame leg and thus decoupled conditionally to the frame-side frame limb, the residual joining moment taken up by the die during the joining operation can not be introduced directly into the die-side frame leg. Rather, a weakening or damping of the recorded residual joining pulse and / or, above all, a time delay in the transfer of the recorded residual joining pulse into the matrix side Frame leg reached. A weakening will minimize the effects on the widening and / or swinging of the frame. A time delay leads in particular to the fact that the recorded residual joining pulse is forwarded to the matrix-side frame limb only at the end or after the joining process (which here in particular means the actual setting process when the joining element is introduced into the components) and is forwarded in particular in a weakened form, so that Widening and / or swinging of the frame only takes place at a non-critical with respect to the joining or setting process late time.
Um die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile und insbesondere das zuvor beschriebene Aufweiten und/oder Aufschwingen des Rahmens zu vermeiden oder zumindest zu verringern wird erfindungsgemäß eine nachgiebige Anordnung (bzw. Halterung oder auch Befestigung) der Matrize am matrizenseitigen Rahmenschenkel beansprucht.In order to avoid or at least reduce the disadvantages associated with the prior art, and in particular the expansion and / or oscillation of the frame described above, according to the invention a yielding arrangement (or mounting or attachment) of the matrix on the die-side frame leg is claimed.
Unter einer nachgiebigen Anordnung (bzw. Halterung oder auch Befestigung) der Matrize wird verstanden, dass diese in Fügerichtung und auch entgegen der Fügerichtung gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel relativbeweglich und in axialer Fügerichtung längsbeweglich gelagert ist, wobei die Relativbeweglichkeit bzw. Längsbeweglichkeit begrenzt ist, was bspw. durch Anschläge, Federwege oder dergleichen bewerkstelligt ist. Durch die Relativbeweglichkeit bzw. Längsbeweglichkeit ist eine bedingte, d. h. in Grenzen vorgegebene, Entkopplung der Matrize gegenüber dem matrizenseitigen Rahmenschenkel herbeigeführt.Under a resilient arrangement (or mounting or attachment) of the die is understood that this is mounted longitudinally movable in the joining direction and against the joining direction relative to the die-side frame leg and longitudinally movable in the axial joining direction, the relative mobility or longitudinal movement is limited, which, for example ., Is accomplished by stops, spring travel or the like. Due to the relative mobility or longitudinal mobility is a conditional, d. H. limited, decoupling of the die relative to the die-side frame leg brought about.
Die Erfindung gemäß Anspruch 1 sieht weiterhin vor, dass die Matrize der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung mittels eines Matrizenhalters am matrizenseitigen Rahmenschenkel angeordnet ist, wobei die Matrize zum Matrizenhalter relativbeweglich ist und/oder der Matrizenhalter zum matrizenseitigen Rahmenschenkel relativbeweglich ist. Letzteres ermöglicht eine einstückige Ausbildung von Matrize und Matrizenhalter.The invention according to claim 1 further provides that the die of the joining device according to the invention is arranged by means of a die holder on the die-side frame legs, wherein the die is relatively movable to the die holder and / or the die holder is relatively movable to the die-side frame leg. The latter allows a one-piece design of die and die holder.
Ferner sieht die Erfindung vor, dass an der Matrize und/oder am Matrizenhalter wenigstens eine als separater Massekörper ausgebildete Zusatzmasse angeordnet ist, um die Bewegungsträgheit zu erhöhen, wobei die Zusatzmasse austauschbar ausgebildet ist.Furthermore, the invention provides that at least one additional mass designed as a separate mass body is arranged on the matrix and / or on the die holder, in order to increase the inertia of movement, wherein the additional mass is designed to be exchangeable.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Fügevorrichtung für die Anbindung an einen Mehrachs-Fertigungsroboter vorgesehen ist und ein entsprechendes Anschlusselement bzw. einen Flanschabschnitt oder dergleichen aufweist.It is preferably provided that the joining device according to the invention is provided for the connection to a multi-axis manufacturing robot and has a corresponding connection element or a flange portion or the like.
Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung kann mit verschiedenen Fügeelementarten betrieben werden, wobei das Setzwerkzeug und die Matrize jeweils dementsprechend ausgestaltet sind. Bei einem Fügeelement handelt es sich insbesondere um einen Niet, insbesondere einen Vollstanzniet oder Hohlstanzniet, ein Widerstandsschweißelement, ein nagelförmiges Fügeelement oder dergleichen.The joining device according to the invention can be operated with different joining element types, wherein the setting tool and the die are respectively designed accordingly. A joining element is in particular a rivet, in particular a solid rivet or hollow punch rivet, a resistance welding element, a nail-shaped joining element or the like.
Bei den zu fügenden Bauteilen handelt es sich bspw. um (metallische) Blechbauteile oder blechähnliche Bauteile aus Kunststoff und Kunststoffverbundmaterial (bspw. CFK), metallische und nicht-metallische Profilteile, Metallgussteile, Kunststoffgussteile und dergleichen, in beliebiger Kombination (Mischbau). Insbesondere handelt es sich um Karosseriebauteile für eine Fahrzeugkarosserie. Die Erfindung ermöglicht eine großserientaugliche Mischbaufügetechnik mit kurzen Taktzeiten. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Bauteile zusätzlich miteinander verklebt werden. An einer Fügestelle können zwei oder mehr Bauteile mit einem Fügeelement gefügt werden. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung kann auch zum mechanischen Anbinden eines Fügeelements an einem einzelnen Bauteil verwendet werden, bspw. zum Einstanzen einer Stanzmutter, eines Stanzbolzens oder dergleichen. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist auch für reine Schneid- oder Stanzprozesse verwendbar.In the components to be joined are, for example, to (metallic) sheet metal components or sheet metal-like components made of plastic and plastic composite material (eg. CFK), metallic and non-metallic profile parts, metal castings, plastic castings and the like, in any combination (mixed construction). In particular, it is body parts for a vehicle body. The invention enables a mass production suitable mixing construction technique with short cycle times. It is preferably provided that the components are additionally glued together. At a joint, two or more components can be joined with one joining element. The joining device according to the invention can also be used for the mechanical binding of a joining element to a single component, for example for punching a punching nut, a punched bolt or the like. The joining device according to the invention can also be used for pure cutting or punching processes.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens eines der zu fügenden Bauteile aus einem höherfesten Werkstoff und insbesondere aus einem höherfesten Stahlblechmaterial, wie bspw. einem pressgehärteten Stahlblech, gebildet ist. Unter einem höherfesten Werkstoff wird vorrangig ein Werkstoff verstanden, der eine Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa und insbesondere von mindestens 1000 MPa aufweist. Ein pressgehärtetes Stahlblechmaterial kann eine Zugfestigkeit von bis zu 1500 MPa und mehr aufweisen.It is preferably provided that at least one of the components to be joined is formed from a high-strength material and in particular from a high-strength steel sheet material, such as, for example, a press-hardened steel sheet. A higher-strength material is primarily understood as meaning a material which has a tensile strength of at least 800 MPa and in particular of at least 1000 MPa. A press-hardened steel sheet material may have a tensile strength of up to 1500 MPa and more.
Zum Fügen bzw. Verbinden der Bauteile wird das Fügeelement durch das Setzwerkzeug mit einem stoßartigen Fügeimpuls beaufschlagt und in einer ausschließlich axialen Fügebewegung an der Fügestelle mit hoher Auftreffgeschwindigkeit in die zu fügenden Bauteile eingetrieben. Bevorzugt liegt die Auftreffgeschwindigkeit des Fügeelements im Bereich von 7 m/s [Meter pro Sekunde] bis 100 m/s. Auf diese Weise können insbesondere auch Bauteile aus höherfesten Werkstoffen ohne Vorlochen miteinander gefügt werden. Die zu fügenden Bauteile können, je nach Verfahrensvariante, an der Fügestelle von dem Fügeelement durchdrungen oder nur teilweise durchdrungen werden.For joining or joining the components, the joining element is acted upon by the setting tool with a jerky joining pulse and driven in an exclusively axial joining movement at the joint with high impact velocity in the components to be joined. Preferably, the impact velocity of the joining element is in the range of 7 m / s [meters per second] to 100 m / s. In this way, in particular components made of higher-strength materials without pre-punching can be joined together. Depending on the process variant, the components to be joined can be penetrated at the joint by the joining element or only partially penetrated.
Der mit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung ausführbare Fügevorgang ist einstufig. Ein Nageln (bspw. ein Stanznageln oder dergleichen) mit mehreren aufeinanderfolgenden Stößen (mittels Hammer- oder Schlagmechanismus oder dergleichen) ist nicht vorgesehen, sondern eine schlagartige oder auch schussartige Arbeitsweise, bevorzugt nach dem Kolbenschubprinzip. Der von dem Setzwerkzeug bzw. Setzgerät erzeugte stoßartige Fügeimpuls, welcher insbesondere mit einen Fügestempel oder -kolben auf das Fügeelement übertragen wird, wird durch das Auftreffen des Fügeelements und durch die stattfindende Verformung der Bauteile und des Fügeelements abgeschwächt. Der Restfügeimpuls wird von der Matrize (auch als Gegenhalter bezeichnet) aufgenommen und über den matrizenseitigen Rahmenschenkel in den C-förmigen Rahmen abgeleitet. Dies führt zu dynamischen Belastungen des Rahmens, was vor allem ein Aufbiegen bzw. Aufweiten und/oder Aufschwingen bzw. Nachschwingen des Rahmens, insbesondere an den freien Enden der Rahmenschenkel, mit erheblichen nachteiligen Einflüssen auf den Fügevorgang zur Folge haben würde.The executable with the joining device according to the invention joining process is one stage. A nailing (for example, a punching nails or the like) with several successive bumps (by means of hammer or impact mechanism or the like) is not provided, but a sudden or also shot-like operation, preferably according to the piston thrust principle. The jerky joining pulse generated by the setting tool or setting tool, which is transmitted to the joining element in particular with a joining punch or piston, is attenuated by the impact of the joining element and by the deformation of the components and the joining element taking place. The residual joining pulse is taken up by the die (also referred to as an anvil) and discharged into the C-shaped frame via the die-side frame limb. This leads to dynamic loads on the frame, which would in particular result in bending or widening and / or swinging or ringing of the frame, in particular at the free ends of the frame legs, with considerable disadvantageous influences on the joining process.
D. h. die Erfindung setzt nicht an der Gestaltung des Rahmens an, sondern geht einen anderen Weg. Damit kann auf rahmenseitige Versteifungsmaßnahmen (wie bspw. eine massive und schwere Ausführung oder eine aufwändige und sperrige Fachwerkkonstruktion) weitgehend verzichtet werden, so dass der C-förmige Rahmen der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung auch bei großer Ausladung (nutzbare Länge der Rahmenschenkel beträgt bspw. 600 mm und mehr) ein geringes Gewicht und eine kompakte Bauweise aufweisen kann und zu einem geringen Anlagengewicht (umfassend Fertigungsroboter, Fügevorrichtung und gegebenenfalls Zusatzkomponenten) beiträgt. Insbesondere kann ein so genannter Leichtbau-C-Rahmen verwendet werden, der bspw. eine besonders leichte Fachwerkkonstruktion bzw. -struktur und/oder Rahmenteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) aufweist. Ferner können bedingt auch „weiche” C-Rahmen bzw. C-Bügel eingesetzt werden.Ie. the invention does not start with the design of the frame but takes a different approach. Thus, on the frame side stiffening measures (such as, for example, a massive and heavy design or a complex and bulky truss structure) are largely dispensed with, so that the C-shaped frame of the joining device according to the invention even with large reach (usable length of the frame legs is, for example. 600 mm and more) may have a low weight and a compact design and contributes to a low system weight (including manufacturing robot, joining device and optionally additional components). In particular, it is possible to use a so-called lightweight C-frame which, for example, has a particularly lightweight truss structure or structure and / or frame parts made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Furthermore, it is also possible to use "soft" C-frames or C-frames.
Insbesondere ist vorgesehen, dass wenigstens eine zwischen Matrize und Matrizenhalter und/oder zwischen Matrizenhalter und matrizenseitigen Rahmenschenkel wirksame Federeinrichtung vorgesehen ist, die den von der Matrize aufgenommenen Restfügeimpuls annehmen bzw. aufnehmen und zeitversetzt wieder abgeben kann.In particular, it is provided that at least one effective spring device is provided between the die and die holder and / or between the die holder and the die-side frame legs, which can accept or record the residual joining pulse received by the die and release it again with a time delay.
In bevorzugter Weise ist ergänzend zur Federeinrichtung auch wenigstens eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die zwischen der Matrize und dem Matrizenhalter und/oder zwischen dem Matrizenhalter und dem matrizenseitigen Rahmenschenkel auftretende Schwingungen dämpfen kann.In a preferred manner, at least one damping device is provided in addition to the spring device, which can dampen vibrations occurring between the die and the die holder and / or between the die holder and the die-side frame leg.
Die Federeinrichtung wandelt Bewegungsenergie in Federenergie um und umgekehrt. Bei der Federeinrichtung kann es sich bspw. um eine Spiralfeder, Tellerfeder oder dergleichen handeln. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Federeinrichtung eine Elastomerfeder ist oder zumindest eine solche Elastomerfeder umfasst. Eine Elastomerfeder vereint in sich federnde und dämpfende Eigenschaften, so dass eine eventuell vorzusehende separate Dämpfungseinrichtung nicht erforderlich ist. Eine Federeinrichtung kann mehrere Federelemente gleicher oder unterschiedlicher Art umfassen.The spring device converts kinetic energy into spring energy and vice versa. The spring device may be, for example, a coil spring, disk spring or the like. It is preferably provided that the spring device is an elastomeric spring or at least comprises such an elastomeric spring. An elastomer spring combines resilient and damping properties, so that a possibly provided separate damping device is not required. A spring device may comprise a plurality of spring elements of the same or different types.
Durch Abstimmung kann die (wenigstens eine) Federeinrichtung mit der Masse der Matrize, des Matrizenhalters und/oder wenigstens eines Massekörpers mit Zusatzmasse wenigstens ein Feder-Masse-System und insbesondere ein gedämpftes Feder-Masse-System, sofern auch (wenigstens) eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, bilden. Ein solches Feder-Masse-System kann aufgrund der gegebenen physikalischen Gesetzmäßigkeiten den zeitlichen Reaktionsverlauf nach der Aufnahme des Restfügeimpulses durch die Matrize insbesondere im Hinblick auf den Fügevorgang positiv beeinflussen. Ferner können die auf den matrizenseitigen Rahmenschenkel übertragenen Reaktionskräfte erheblich reduziert werden, wodurch das Aufweiten bzw. Auffedern zwischen den Rahmenschenkeln vermindert wird.By tuning, the (at least one) spring means with the mass of the die, the die holder and / or at least one mass body with additional mass at least one spring-mass system and in particular a damped spring-mass system, if provided (at least) a damping device is, form. On the basis of the given physical laws, such a spring-mass system can have a positive influence on the temporal course of the reaction after the acceptance of the residual joining pulse by the matrix, in particular with regard to the joining process. Furthermore, the reaction forces transmitted to the die-side frame leg can be considerably reduced, whereby the expansion or rebound between the frame legs is reduced.
Je nach Größe, Bauart, Anordnung und Kombination von Federeinrichtung, Zusatzmasse und Dämpfungselement können unterschiedliche Effekte in unterschiedlichen Ausmaßen erzielt und eine individuelle Anpassung an den Fügevorgang erreicht werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die (wenigstens eine) Federeinrichtung, die (wenigstens eine) Dämpfungseinrichtung und/oder die (wenigstens eine) Zusatzmasse austauschbar und/oder, falls möglich, einstellbar ausgebildet sind, um die damit erzielten Effekte anpassen und insbesondere auch exakt einstellen zu können.Depending on the size, design, arrangement and combination of spring device, additional mass and damping element different effects can be achieved in different proportions and an individual adaptation to the joining process can be achieved. It is particularly preferably provided that the (at least one) spring device, the (at least one) damping device and / or the (at least one) additional mass are interchangeable and / or, if possible, adjustable in order to adjust the effects achieved and in particular also exactly to be able to adjust.
An der Matrize und/oder am Matrizenhalter kann wenigstens ein zeitlich auflösender Messsensor angeordnet sein, wobei es sich insbesondere um einen Kraftmesssensor und/oder einen Beschleunigungssensor (Beschleunigungsaufnehmer) handelt.At least one temporally resolving measuring sensor can be arranged on the matrix and / or on the die holder, which is in particular a force measuring sensor and / or an acceleration sensor (acceleration sensor).
Ein solcher Messsensor ermöglicht ein Verfahren zur automatisierten Prozessüberwachung eines mit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung durchgeführten Fügevorgangs, wobei die von dem Messsensor generierten Messsignale zur Feststellung einer fehlerfreien Fügeverbindung (bzw. i. O.-Verbindung) automatisch ausgewertet werden. Das automatische Auswerten kann mit einem Computer erfolgen, wobei ein aufgenommener Kraft-Zeit-Verlauf oder Schwingungsverlauf im Gesamten oder abschnittsweise mit Sollvorgaben für eine fehlerfreie Fügeverbindung verglichen wird. Ein solches Verfahren ist Gegenstand eines ersten nebengeordneten Anspruchs.Such a measuring sensor enables a method for automated process monitoring of a joining operation carried out with the joining device according to the invention, wherein the measuring signals generated by the measuring sensor are automatically evaluated to determine a fault-free joint connection (or i.O. The automatic evaluation can be done with a computer, wherein a recorded force-time curve or waveform is compared in whole or in sections with target specifications for a faultless joint connection. Such The method is the subject of a first independent claim.
Gegenstand eines zweiten nebengeordneten Anspruchs ist ein Matrizenhalter zur Verwendung an einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass dieser Matrizenhalter eine Federeinrichtung, eine Dämpfungseinrichtung und/oder einer Zusatzmasse gemäß den obenstehenden und/oder nachfolgenden Erläuterungen aufweist.Subject of a second independent claim is a die holder for use on a joining device according to the invention. It is preferably provided that this die holder has a spring device, a damping device and / or an additional mass according to the above and / or following explanations.
Gegenstand eines dritten nebengeordneten Anspruchs ist eine Handhabungsvorrichtung, wobei es sich insbesondere um einen Mehrachs-Fertigungsroboter handelt, an der bzw. an dem eine erfindungsgemäße Fügevorrichtung angebunden ist, um diese mit der Vorrichtung bzw. dem Fertigungsroboter im Raum bewegen zu können. Da die erfindungsgemäße Fügevorrichtung leicht und handlich ist, werden schnelle Bewegungen und hohe Beschleunigungen bzw. Verzögerungen ermöglicht. Ferner kann die Handhabungsvorrichtung bzw. der Fertigungsroboter mit verhältnismäßig klein dimensionierten Antriebsaggregaten (hinsichtlich Baugröße und Leistung bzw. Energieaufnahme) ausgestattet sein. Auch der erforderliche Platz- bzw. Raumbedarf fällt verhältnismäßig gering aus.Subject of a third independent claim is a handling device, which is in particular a multi-axis manufacturing robot to which or to which a joining device according to the invention is connected in order to move them with the device or the manufacturing robot in the room. Since the joining device according to the invention is light and handy, fast movements and high accelerations or delays are made possible. Furthermore, the handling device or the manufacturing robot can be equipped with relatively small-sized drive units (in terms of size and power or energy consumption). The required space or space requirement is relatively low.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Die hierbei mit Bezug auf die Figuren verwendeten Richtungsangaben sind nur beispielhaft und können von realen Gegebenheiten abweichen. Die in den schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein. Ferner sind die Merkmale der gezeigten und/oder erläuterten Ausführungsmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung kombinierbar.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following exemplary description with reference to the figures. The directions used here with reference to the figures are only exemplary and may differ from real world conditions. The features shown in the schematic and not to scale figures and / or explained below, regardless of specific combinations of features, general features of the invention. Furthermore, the features of the illustrated and / or illustrated embodiments are combinable within the scope of the invention.
Die Fügevorrichtung
Ein während des Fügevorgangs und insbesondere während des Setzvorgangs von der Matrize
Um dies zu vermeiden sieht die Erfindung vor, dass die Matrize
Mit einer Exzenterbuchsenanordnung kann die Ausrichtung der Matrize
Zwischen der Matrizenaufnahme
Die erste und die zweite Elastomerfeder
Die Matrize
Der während eines Fügevorgangs bzw. Setzvorgangs (d. h. beim Setzen des Fügeelements
Der über die beiden benachbarten Elastomerfedern
Bei der in
Sowohl in der Ausführungsmöglichkeit gemäß
Die in den
Die Erfindung ermöglicht es, die Fügevorrichtung
Ein Vorteil einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung ist deren geringes Gewicht, was zu einem geringen Anlagengewicht beiträgt. Weiterhin wird eine gute und vor allem auch flinke Handhabung, insbesondere an einem Fertigungsroboter, ermöglicht. Zudem wird aufgrund nicht vorhandener oder nur geringer Störkonturen auch eine gute Zugänglichkeit zu den Fügestellen, insbesondere an und in Fahrzeugkarosserien, ermöglicht. Weitere Vorteile sind eine geringe Geräuschentwicklung (gedämpftes Schlaggeräusch) während des Fügevorgangs und insbesondere während des Setzvorgangs (in Bezug auf konventionelle Impulsfügevorrichtungen), eine Unabhängigkeit gegenüber den Werkstoffen der zu fügenden Bauteile und die erzielbaren extrem kurzen Prozesszeiten, was zu kurzen Taktzeiten führt. Diese Faktoren begünstigen den bevorzugten Einsatz im Großserienmaßstab.An advantage of a joining device according to the invention is its low weight, which contributes to a low system weight. Furthermore, a good and above all nimble handling, especially on a manufacturing robot, allows. In addition, due to non-existent or only small interference contours, good accessibility to the joints, in particular on and in vehicle bodies, is made possible. Further advantages are low noise development (attenuated impact noise) during the joining process and in particular during the setting process (with respect to conventional pulse joining devices), independence from the materials of the components to be joined and the achievable extremely short process times, which leads to short cycle times. These factors favor the preferred use in large-scale production.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Fügevorrichtungjoining device
- 110110
- Rahmenframe
- 112112
- Rahmenschenkel (matrizenseitig)Frame legs (on the die side)
- 114114
- Rahmenschenkelframe leg
- 120120
- Flanschflange
- 130130
- Setzwerkzeugsetting tool
- 131131
- Mundstückmouthpiece
- 135135
- Stellantrieb (Zustelleinheit)Actuator (infeed unit)
- 140140
- Matrize (Gegenhalter)Die (counterholder)
- 150150
- Matrizenhalterdie holder
- 151151
- Grundkörperbody
- 152152
- Matrizenaufnahmedie holder
- 153153
- Muttermother
- 154154
- Federeinrichtung (Elastomerfeder)Spring device (elastomer spring)
- 155155
- Messsensor (Kraftmesssensor)Measuring sensor (force measuring sensor)
- 156156
- Anschlusskabelconnection cable
- 157157
- Exzenterbuchseeccentric
- 158158
- Muttermother
- 159159
- Massekörpermass body
- 210210
- oberes Bauteilupper component
- 220220
- unteres Bauteillower component
- 300300
- Fügeelementjoining element
- DD
- Fügerichtungjoining direction
- F(t)F (t)
- Kraftverlaufforce curve
- LL
- Fügeachsejoining axis
- SS
- Aufweitung/AufschwingungExpansion / Aufschwingung
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-
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- 2013-01-11 DE DE102013000387.3A patent/DE102013000387B4/en active Active
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