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Die Erfindung betrifft ein Nietsetzgerät oder einen Nietaufsatz bzw. Nietvorsatz für industrielle Zwecke.
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Aus dem Stand der Technik sind Nietsetzgeräte oder daraus aufgebaute Systeme bekannt.
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Diese Systeme werden in der Regel mittels folgender Einrichtungen realisiert: Übergeordnete Steuerung (z. B. Basisstation, Nietcontroller) für eines oder mehrere Nietsetzgeräte, ein Leistungsteil je nach Anforderung an die Leistungsabgabe der Nietsetzgeräte, ein oder mehrere Nietsetzgeräte. Die Nietsetzgeräte umfassen üblicherweise mindestens eine Zugvorrichtung zum Ziehen des Nietdorns, welche mittels eines Antriebs (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch) realisiert ist, wobei zwischen Antrieb und Zugvorrichtung, vorzugsweise ein Getriebe, vorgesehen sein kann.
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Die Schrift
EP 0 653 259 B1 offenbart ein Verfahren zum Setzen von Blindnieten und eine Vorrichtung, in der eine Zugkraft mit Hilfe eines Elektromotors erzeugt wird. Nach dem Setzen von Blindnieten muss der abgerissene Nietdorn vom Gerätekopf abtransportiert werden, damit der nächste Satzvorgang ausgeführt werden kann. Die Abführung des Nietdorns erfolgt derzeit manuell durch Gravität während des Abhebens des Nietgerätes vom zu bearbeitenden Werkstück durch den Werker, während die nächste Blindniete im Mundstück am Gerätekopf positioniert wird. Während dieses Vorgangs rutscht der abgerissene Nietdorn entlang eines vom Nietgerät umfassten Nietdornabführungskanals aufgrund der Schwerkraft in einen Nietdornbehälter. Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist, dass dieser Vorgang unter Berücksichtigung der großen Anzahl der durchzuführenden Nietvorgänge sehr zeitintensiv ist und in der Praxis auch zu Störungen des Betriebsablaufes führen kann. Dies tritt beispielsweise immer dann auf, wenn der Werker vergisst den abgerissenen Nietdorn durch eine geeignete Bewegung des Nietgerätes, wie beispielsweise manuelles Kippen, manuell in den Nietdornbehälter zu befördern. Außerdem können diese monotonen und regelmäßigen Bewegungsabläufe beim Werker zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
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Die Erfindung stellt ein Nietwerkzeug zur Verfügung, mittels dessen eine automatische und zuverlässige Abführung eines abgerissenen Nietdorns nach einem Setzvorgang sichergestellt werden kann.
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Hierzu stellt die Erfindung ein Nietwerkzeug mit Gerätekopf, mit Mechanismus zum Greifen eines Nietdorns, mit Zugvorrichtung zum Ziehen des Nietdorns und mit Nietdornabführungskanal zur Verfügung.
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Das Nietwerkzeug umfasst erfindungsgemäße ein Mittel zur Erzeugung eines auf den Luftdruck bezogenen positiven oder negativen Überdruckes.
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Das genannte Mittel könnte beispielsweise nach dem Prinzip einer Luftpumpe oder einer Vakuumpumpe arbeiten. Es stellt die automatische und zuverlässige Abführung eines abgerissenen Nietdorns nach dem Setzvorgang sicher, indem nach dem Setzvorgang ein positiver oder negativer Überdruck innerhalb des Nietdornabführungskanals erzeugt wird.
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Mittels dieses positiven oder negativen Überdruckes wird der abgerissene Nietdorn, welcher nach dem Abriss im Nietdornabführungskanal abgelegt wird, aus dem Nietdornabführungskanal automatisch abgeführt. Dies geschieht unabhängig von der aktuellen Position des Nietwerkzeuges. Das Nietwerkzeug selbst könnte ein für den Handbetrieb ausgelegtes Nietgerät oder ein Nietaufsatz für ein Werkzeug, insbesondere ein Schraubwerkzeug, sein. Nietgerät oder Nietaufsatz können mittels Akku, Batterie oder Netzkabel betrieben werden.
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Bevorzugt ist das Mittel derart realisiert, dass der positive oder negative Überdruck mittels einer mechanischen Bewegung der Zugvorrichtung erzeugt werden kann. Die ohnehin während des Betriebs auftretenden Bewegungen der internen Mechanik des Nietwerkzeuges können somit sinnvoll genutzt werden und es ist keine externe Vorrichtung erforderlich, um einen positive oder negative Überdruck zu erzeugen. Anschlüsse für eine solche Vorrichtung am Gerät selbst entfallen ebenfalls.
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Alternativ könnte der der positive oder negative Überdruck auch mittels einer in das Nietwerkzeug integrierten, elektrischen Pumpe erzeugt werden, welche mittels einer in das Nietwerkzeug integrierten oder einer externen elektrischen Energiequelle betrieben wird.
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Vorzugsweise werden der zur Abführung des Nietdorns verwendete Volumenstrom und/oder Druck mittels interner Ventile und/oder Düsen bedarfsgerecht gesteuert und/oder umgelenkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Nietgerätes ist das Mittel nach dem Prinzip einer Kolbenpumpe realisiert, welche einen Hohlraum und einen Kolben umfasst, welcher mittels der Zugvorrichtung innerhalb des Hohlraumes bewegbar ist. Eine solche mechanische Konstruktion lässt sich in das Gehäuse des Nietgerätes leicht integrieren, denn vorhandene Hohlräume können genutzt werden, ohne dass sich dies auf den Bauraum des Nietgerätes negativ auswirkt. Abgesehen davon sind die erforderlichen Komponenten preiswert am Markt erhältlich.
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Der Hohlraum wird bei dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass der zum Abtransport eines Nietdorns benötigte Volumenstrom mit einem einzigen Kolbenhub bereitgestellt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass stets genügend positiver oder negativer Überdruck im Hohlraum vorherrscht, um einen Nietdorn auch nach jedem Setzvorgang sicher abführen zu können.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Gerätekopf und dem Hohlraum ein erster Luftkanal mit Luftauslass vorgesehen ist, welcher am Gerätekopf endet, so dass ein aus dem Luftkanal austretender Volumenstrom zumindest teilweise in den Nietdornabführungskanal einleitbar ist und welcher einen zweiten Luftkanal bildet. Hierbei kommt das Prinzip der Luftpumpe zum Tragen. Mittels des Kolbens und des Hohlraumes wird ein Volumenstrom erzeugt, welcher zum Gerätekopf geleitet und in den Nietdornabführungskanal eingeleitet wird. Der Volumenstrom transportiert den abgerissenen Nietdorn durch die Nietdornabführungskanal in einen vorzugsweise vom Nietgerät ebenfalls umfassten Nietdornbehälter.
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Besonders bevorzugt können zur Beeinflussung des Volumenstroms ein Ventil oder eine Düse vorgesehen werden. Die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit zum Abtransport eines abgerissenen Nietdorns kann damit auf die Eigenschaften der verwendeten Nieten (Größe, Gewicht, Material) bedarfsgerecht angepasst werden.
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Zu Reduzierung des Bauraumes wird der Hohlraum, der Kolben und der Luftauslass konstruktiv koaxial zum Nietdornabführungskanal angeordnet, so dass der Nietdornabführungskanal entlang der Mittelachse der Gesamtanordnung verläuft. Der Nietdornabführungskanal verläuft vorzugsweise auch ausgehend vom Gerätekopf entlang derselben Achse, entlang derer die vom Nietwerkzeug umfasste Nietdorndurchführung und Trapez- oder Kugelumlaufspindel mit Nietdorndurchführung verläuft.
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Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Nietwerkzeug um ein für den Handbetrieb geeignetes und vorzugsweise für Batteriebetrieb ausgelegtes Gerät oder um einen Nietaufsatz, welcher für ein zum Antrieb des Nietaufsatzes geeignetes Werkzeug bestimmt ist. Das Nietwerkzeug kann somit leicht beim Karosseriebau verwendet werden, da es auch an nur schwer zugänglichen Einsatzstellen einsetzbar ist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindniete oder Blindmutter mittels eines Nietwerkzeuges, wobei das Nietwerkzeug einen Gerätekopf (10), in welchem ein Mechanismus zum Greifen eines Nietdorns vorgesehen ist, eine Zugvorrichtung (7) zum Ziehen des Nietdorns sowie einen vom Gerätekopf (10) ausgehenden Nietdornabführungskanal (34) umfasst.
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Mittels eines vom Nietwerkzeug zusätzlich umfassten Mittels wird dabei ein auf den Luftdruck bezogener positiver oder negativer Überdruck erzeugt, mittels dessen ein nach dem Setzvorgang vorhandener abgerissener Nietdorn durch Ausblasen oder Absaugen unter Verwendung des Nietdornabführungskanals vom Gerätekopf abtransportiert wird.
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Der positive oder negative Überdruck wird mittels einer mechanischen Bewegung der Zugvorrichtung (7) erzeugt. Das Mittel ist vorzugsweise nach dem Prinzip einer Kolbenpumpe ausgebildet, welche einen Hohlraum und einen Kolben umfasst, welcher mittels der Zugvorrichtung innerhalb des Hohlraumes bewegt wird.
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Die sich aus diesem Verfahren ergebenden Vorteile sind identisch mit den Vorteilen, welche sich aus dem erfindungsgemäßen Nietwerkzeug ergeben.
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1 zeigt einen möglichen Aufbau des Nietwerkzeuges (Blindnietgerät).
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2 zeigt einen möglichen Aufbau des Nietaufsatzes (Blindnietvorsatz).
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3 zeigt grob schematisch das Mittel zur Erzeugung des positiven/negativen Überdruckes.
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Das in 1 gezeigte Nietwerkzeug dient zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern. Es handelt sich um ein Akkugerät für den Handbetrieb. Vorgesehen ist ein Gerätekopf 10 mit Mundstück zum Halten des Nietdorns. Entlang einer selben Achse 13 sind angrenzend zueinander der Gerätekopf 10 und/oder ein Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 9 und/oder eine Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 mit Nietdorndurchführung und/oder vorzugsweise ein Nietdornbehälter 12 angeordnet. Der während des Betriebs vom Mundstück eingeklemmte Nietdorn kann nach dessen Abriss durch die zuvor genannten Komponenten 10, 9, 7 hindurch mittels eines Nietdornabführungskanal (nicht gezeigt) bis zum Nietdornbehälter 12 abgeführt werden.
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Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 wird mittels eines Elektromotors 5, vorzugsweise in Verbindung mit einem Getriebe 6, gegebenenfalls mit Versatz, angetrieben. An der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 ist ein Wegesensor 8 angeordnet, welcher den von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 zurückgelegten Weg direkt oder indirekt, mittels des von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 zurückgelegten Drehwinkels, erfassen kann. Alternativ könnte der Wegesensor 8 auch am Motor 5 angeordnet sein und dessen Drehwinkel erfassen.
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Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine geräteinterne Steuerelektronik mit Kommunikationsmodul und Display, welche zumindest teilweise auch vom Gehäuse des Nietwerkzeuges umfasst sein kann. Der Nietdornbehälter 12 kann auch zumindest teilweise nur von diesem Gehäuse umfasst sein.
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Elektrisch versorgt wird die gesamte zuvor genannte Anordnung mittels eines Akkus 1, dazu ist ein Kabelbaum 3 vorgesehen, welcher sich innerhalb des Nietwerkzeuges erstreckt. Zum Ein- und Ausschalten des Nietgerätes dient der Startschalter 4. Bezugszeichen 2 kennzeichnet die Schnittstelle mit Leistungselektronik zur Ansteuerung des Motors 5.
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Zumindest die Komponenten 2, 3,,5, 6, 7, 8, 9 sind vollständig vom Gehäuse des Nietwerkzeuges umschlossen, vorzugsweise auch noch die Steuerelektronik 11. Die Steuerelektronik 11 ist in der Lage ohne übergeordnete Steuerung völlig autark Nietsetzvorgänge prozesssicher zu steuern, indem diese einen ausgeführten Nietsetzvorgang mittels im Nietwerkzeug vorhandener Sensoren 8, 9 zur Kraft- und Wegeerfassung protokolliert und analysiert.
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Die Steuerelektronik 11 ist mit einem Datenspeicher ausgestattet und derart mit den Sensoren 8, 9 verbunden, dass diese die von den Sensoren während eines Setzvorgangs kontinuierlich gelieferte Datenmenge im Datenspeicher speichern kann.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Nietwerkzeug ein Funkmodul 14, vorzugsweise ein WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4), zur drahtlosen Übertragung von Prozessdaten oder abgespeicherten Daten an eine optional anschließbare übergeordnete Steuerung 15.
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Beide Module könnten auch alternierend beispielsweise abhängig von der Signalqualität und der Anbindung an Datennetze aktiviert werden. Unter Prozessdaten werden kontinuierliche Datenströme verstanden, welche während des Setzvorganges von Blindnieten oder Blindnietmuttern mittels der Kraft- und Wegsensorik 8, 9 erzeugt werden und damit für einen spezifischen Setzvorganges charakteristische Daten darstellen (Kraft-Weg-Daten).
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Eine Qualitätsanalyse kann unter Heranziehung von Referenzdatensätzen, ebenfalls in Form von Kraft-Weg-Daten, entweder mittels der Steuerelektronik 11 und/oder mittels der übergeordneten Steuerung 15 durchgeführt werden. Im Display der integrierten Geräte-Steuerelektronik 11 können neben einer reinen OK/NOK – Information (NOK = Nicht OK) an den Benutzer auch Kraft-Weg-Kurven oder darauf bezogene Analyseergebnisse angezeigt werden. Eine übergeordnete Einrichtung würde sich hierzu eines externen Displays bedienen.
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Derartige Analysen erlauben es die Kraft-Weg-Diagramme einer jeden einzelnen Nietverbindung, welche innerhalb einer Fertigungslinie realisiert wurde, nachträglich zu bewerten. Umfangreiche Qualitätsanalysen bezüglich der verarbeiteten Nieten werden damit ermöglicht.
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Vom Nietwerkzeug umfasst ist das erfindungsgemäße Mittel 16 zur Erzeugung eines auf den Luftdruck bezogenen positiven oder negativen Überdruckes innerhalb des Nietdornabführungskanals (nicht gezeigt).
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Ein abgerissener Nietdorn kann mittels des positiven oder negativen Überdruckes durch die entlang der Achse 13 angrenzend zueinander angeordneten Komponenten des Nietgerätes, wie der Gerätekopf 10 und der Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 9 und die Trapez- oder die Kugelumlaufspindel 7 mit Nietdorndurchführung, in den Nietdornbehälter 12 vollautomatisch abgeführt werden.
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Der in 2 gezeigte Nietaufsatz oder Nietvorsatz dient zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern und ist von einem Gehäuse 214 umfasst.
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Vorgesehen ist auch ein Gerätekopf 210 mit Mundstück zum Halten des Nietdorns. Entlang der Achse 213 sind angrenzend zueinander der Gerätekopf 210 und/oder ein Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 29 und/oder eine Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 mit Nietdorndurchführung und/oder vorzugsweise ein Nietdornbehälter 212 angeordnet. Der während der Montage vom Mundstück gehaltene Nietdorn kann somit nach dessen Abriss durch die zuvor genannten Komponenten 210, 29, 27 hindurch bis zum Nietdornbehälter 212 geführt werden.
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Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 kann mittels einer Kupplung 25 von einem Motor, vorzugsweise in Verbindung mit einem Getriebe 26, gegebenenfalls mit Versatz, angetrieben werden. An der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 ist ein Wegesensor 28 angeordnet, welcher den von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 zurückgelegten Weg direkt oder indirekt, mittels des von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 zurückgelegten Drehwinkels, erfassen kann. Alternativ könnte der Wegesensor 8 auch am Getriebe 25 angeordnet sein und dort einen Drehwinkel erfassen.
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Bezugszeichen 211 kennzeichnet eine Steuerelektronik mit Kommunikationsmodul und Display, welche zumindest teilweise auch vom Gehäuse 214 umfasst sein kann. Alternativ kann es sich um eine Elektronik zur Messwerterfassung und/oder zur Auswertung und Beurteilung der erfassten Messwerte handeln. Es könnte sich jedoch auch um eine elektronische Schnittstelle handeln, welche die Anbindung der im Nietaufsatz verbauten Elektronik an eine externe Elektronik ermöglicht, beispielsweise die Elektronik des Schraubwerkzeuges, mittels dessen der Nietaufsatz betreibbar ist. Der Nietdornbehälter 212 kann ebenfalls zumindest teilweise vom Gehäuse 214 umfasst sein.
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Die Elektronik bzw. Steuerelektronik 211 ist vorzugsweise mit einem Datenspeicher ausgestattet und derart mit den Sensoren 28, 29 verbunden, dass diese die von den Sensoren während eines Niet-Setzvorgangs kontinuierlich gelieferte Datenmenge im Datenspeicher speichern und/oder auswerten kann.
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Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Nietaufsatz ein Funkmodul 216, beispielsweise ein WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4), zur drahtlosen Übertragung von Niet-Prozessdaten oder abgespeicherten Daten an eine übergeordnete Steuerung. Derartige Daten könnten auch mittels einer Schnittstelle 215 kabelgebunden übermittelt werden, zum Beispiel an die Schraub-Prozesssteuerung eines antreibenden Schraubwerkzeuges. WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4) 216 könnten auch alternierend, beispielsweise abhängig von der Signalqualität und der Anbindung an Datennetze, aktiviert werden.
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Unter Prozessdaten werden auch hier kontinuierliche Datenströme verstanden, welche während des Setzvorganges von Blindnieten oder Blindnietmuttern mittels der Kraft- und Wegsensorik erfasst werden. Diese Daten stellen charakteristischen Daten für einen spezifischen Setzvorgang dar, welche unter anderem eine Qualitätsanalyse zulassen (Kraft-Weg-Daten).
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Eine solche Qualitätsanalyse kann auch in diesem Beispiel unter Heranziehung von Referenzdatensätzen (Kraft-Weg-Referenzkurven) entweder mittels der Geräteelektronik 11 und/oder mittels einer übergeordneten Einrichtung durchgeführt werden. Im Display der integrierten Geräte-Ektronik 211 können somit neben einer reinen OK/NOK – Information (NOK = Nicht OK) an den Benutzer auch Kraft-Weg-Kurven oder darauf bezogene Analyseergebnisse angezeigt werden. Eine übergeordnete Einrichtung bedient sich hierzu eines externen Displays.
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Derartige Analysen erlauben es dann die Kraft-Weg-Diagramme einer jeden einzelnen Nietverbindung, welche innerhalb einer Fertigungslinie realisiert wurde, zu bewerten. Elektrisch versorgt wird die gesamte zuvor genannte Anordnung mittels der elektronischen Schnittstelle 215, welche eine Verbindung zu einem Werkzeug (z. B. Schraubspindel) oder zu einer externen Steuerung ermöglicht (z. B. Schraubspindelsteuerung).
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Vom Nietaufsatz oder Nietvorsatz umfasst ist das erfindungsgemäße Mittel 217 zur Erzeugung eines auf den Luftdruck bezogenen positiven oder negativen Überdruckes innerhalb des Nietdornabführungskanals.
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Ein abgerissener Nietdorn kann mittels des positiven oder negativen Überdruckes durch die entlang der Achse 13 angrenzend zueinander angeordneten Komponenten des Nietgaufsatzes, wie der Gerätekopf 210 und der Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 29 und der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 27 mit Nietdorndurchführung, in den Nietdornbehälter 212 vollautomatisch abgeführt werden.
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3 zeigt das erfindungsgemäße Konzept grob schematisch, nämlich einen Hohlraum 31, einen Kolben 35, einen Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 37, ein Mundstück 32 zum Halten des Nietdorns 30 und einen Nietdornabführungskanal 34, durch den ein abgerissener Nietdorn 30 in den Nietdornbehälter 33 abgeführt werden kann.
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In 3a) liegt der Nietdorn 30 im Nietdornabführungskanal 34 zur Abführung bereit, nachdem er mittels des Mundstücks 32 von einer Blindniete (nicht gezeigt) abgerissen wurde. In 3b) wurde mittels des Kolbens 35 und des Hohlraums 31 ein Volumenstrom erzeugt. In 3c) wird gezeigt wie der Volumenstrom mittels eines Luftkanales mit Luftauslass 38 vorzugsweise unter Verwendung von Ventilen und/oder Düsen (nicht gezeigt) in den Nietdornabführungskanal 34 eingeblasen, so dass der dort bereitliegende abgerissene Nietdorn 30 von dem Volumenstrom mitgerissen wird und durch den Nietdornabführungskanal 34 in den Nietdornbehälter 33 abgeführt werden kann.
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Der Hohlraum 31, Kolben 35 und Luftkanal mit Luftauslass 38 ist koaxial zum Nietdornabführungskanal 35 angeordnet, was den für das erfindungsgemäße Mittel erforderlichen Bauraum innerhalb eines Nietsetzgerätes oder Nietaufsatzes bzw. Nietvorsatzes erheblich reduziert. Der Kolben 35 wird ist mit der Mechanik des Nietwerkzeuges derart verbunden (nicht gezeigt), dass dieser mittels dieser Mechanik Hubbewegungen ausführen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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