DE102013221790A1

DE102013221790A1 - Nietaufsatz für ein Schraubwerkzeug und Schraubwerkzeug

Info

Publication number: DE102013221790A1
Application number: DE102013221790.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Scharfenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-21
Also published as: SE1451254A2; SE539898C2; SE1451254A1; CN104550615B; CN104550615A

Abstract

Vorhandene Nietaufsätze gewährleisten nicht die für industrielle Zwecke erforderliche Prozesssicherheit. Die Qualität einer Nietverbindung kann daher nur oberflächlich ermittelt werden. Die Erfindung betrifft einen Nietaufsatz für industrielle Schrauber, welcher Sensoren zur Realisierung einer qualitativen Analyse von Nietverbindungen umfasst. Dies erleichtert eine Analyse der tatsächlichen Qualität einer Verbindung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nietaufsatz für ein Schraubwerkzeug. Der Nietaufsatz dient zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern.
Einfache mechanische Nietaufsätze für Bohrmaschinen sind bekannt. Die Geräte umfassen in der Regel einen Gerätekopf, in welchem ein Mechanismus zum Greifen eines Nietdorns und eine Zugvorrichtung zum Ziehen des Nietdorns vorgesehen ist. Die Zugvorrichtung kann auf den Abtrieb der Bohrmaschine zum Zwecke des Antreibens ihrer Zugvorrichtung aufgesteckt werden. Diese bekannten Nietaufsätze gewährleisten jedoch nicht die für industrielle Zwecke erforderliche Prozesssicherheit und Zuverlässigkeit.
Zur Reduzierung der Kosten bei derartigen Anwendungen schlägt die Erfindung einen speziellen Nietaufsatz vor, welcher in Verbindung mit einem ebenfalls von der Erfindung vorgeschlagenen Schraubwerkzeug ein prozesssicheres Nieten ermöglicht. Die Begriffe Schraubwerkzeug oder Schraubspindel stehen stellvertretend für eine stationär und/oder mobil verwendbare oder für den Handbetrieb ausgelegte Schraubvorrichtung mit kabelgebundener Energieversorgung oder mit integrierter Energieversorgung, realisiert beispielsweise mittels Batterie oder Akku.
Der erfindungsgemäße Nietaufsatz ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur mechanischen Anbindung der Zugvorrichtung an einen Abtrieb eines industriellen Schraubwerkzeuges zum Zwecke des Antreibens der Zugvorrichtung des Nietaufsatzes und/oder zur elektrischen Anbindung der integrierten Elektronik des Nietaufsatzes an die Energieversorgung des Schraubwerkzeuges vorgesehen ist.
Die Intelligenz des vorhandenen industriellen Schraubwerkzeuges zur Realisierung prozesssicherer Verschraubungen kann somit auch zur Realisierung prozesssicherer Vernietungen zweckentfremdet werden.
Vorzugsweise ist ein erster Sensor zur Erfassung eines zurückgelegten Weges derart vom Nietaufsatz umfasst, dass dieser direkt oder indirekt den zurückgelegten Weg der Zugvorrichtung erfassen kann. Ein zweiter Sensor zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft ist zusätzlich derart am Aufsatz angeordnet, dass dieser direkt oder indirekt die von der Zugvorrichtung aufgebrachte Zugkraft erfassen kann.
Dies ist von besonders hohem Nutzen beim Setzen von sicherheitsrelevanten Blindnieten und Blindmuttern, wie dies beispielsweise bei der Befestigung von Airbags in einem Kraftfahrzeug der Fall ist.
Vorzugsweise ist auch ein Mittel umfasst, welches als integriertes Steuermittel und/oder als Schnittstelle zur Anbindung des Aufsatzes an ein externes Steuermittel ausgebildet ist, wobei das Mittel derart an die Sensoren im Nietaufsatz angebunden ist, dass sämtliche Sensordaten zugänglich sind.
Die Erfindung ermöglicht somit eine interne und/oder eine externe Protokollierung/Ermittlung von während eines Setzvorgangs angefallenen Prozessdaten, wie beispielsweise Kraft-Weg-Daten. Der Protokollierung kann auch eine Beurteilung der Daten folgen.
Vorzugsweise ist der Sensor zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft als Kraftsensor mit Nietdorndurchführung ausgebildet. Dies ermöglicht eine kompaktere Bauweise des Gerätes.
Die Zugvorrichtung ist vorzugsweise mittels eines Spindeltriebs realisiert, mittels dessen eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umsetzbar ist. Der Wegsensor ist derart am Spindeltrieb angeordnet, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über die Drehbewegung der Spindel realisiert ist. Alternativ könnte der Wegsensor derart am erfindungsgemäßen Mittel zur mechanischen und/oder elektrischen Anbindung (Kupplungsmittel) des Schraubwerkzeuges an den Nietaufsatz angeordnet sein, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über eine Drehbewegung des Kupplungsmittels realisierbar ist.
In beiden zuvor genannten Fällen kann ein linearer Wegaufnehmers entfallen, die Genauigkeit ist jedoch vergleichbar, die Realisierung aber wesentlich kostengünstiger.
Ganz besonders bevorzugt ist von dem erfindungsgemäßen Gerät ein Funkmodul, vorzugsweise ein WLAN-Modul, zur drahtlosen Übertragung von Prozessdaten umfasst.
Die Prozessdaten können somit ortsunabhängig an übergeordnete Einrichtungen wie Prozesssteuerungen und/oder Gerätesteuerungen, übermittelt werden.
In der Anwendung wird die Zugvorrichtung des zuvor genannten Nietaufsatzes vorzugsweise mittels des Kupplungsmittels mechanisch mit dem Abtrieb eines Schraubwerkzeuges in Wirkverbindung gebracht, so dass ein Antrieb für die Zugvorrichtung mittels des Abtriebs realisiert ist. Das Schraubwerkzeug umfasst einen Drehmomentaufnehmer, ein Getriebe, einen Motor und einen Rotorlagegeber. Der Abtrieb ist mittels des Motors und vorzugsweise unter Verwendung des Getriebes antreibbar.
Vom Schraubwerkzeug ist ein integriertes Schraub-Prozesssteuermittel zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Arbeitsprozesses umfasst. Das Werkzeug kann somit zumindest zeitweise autark und unabhängig von einer übergeordneten Prozesssteuerung arbeiten. Der Arbeitsprozess kann neben einem vollständigen Schraubprozess auch einen in sich vollständig abgeschlossenen Nietprozess umfassen. Mittels des Schraub-Prozesssteuermittel können somit Prozessdaten, welche während eines Nietsetzvorgangs oder eines Schraubvorgangs entstehen, vorzugsweise abgespeichert und/oder ausgewertet und/oder als Diagramm aufbereitet und/oder dargestellt werden. Somit ist der vollzogene Arbeitsprozess im Nachhinein von einem Benutzer analysierbar.
Der Nietaufsatz erfordert daher keinen eigenen elektrischen Antrieb und auch keine eigene Niet-Prozesssteuerung, sondern es kann der Antrieb und die Schraub-Prozessteuerung des Schraubwerkzeuges genutzt werden. Die geschieht unter Verwendung der Daten, welche von der vom Nietaufsatz umfassten Elektronik (Sensoren, Schnittstellen und dergleichen) während eines Nietsetzvorgangs an die Schraub-Prozessteuerung geliefert werden.
Das erfindungsgemäß verwendete Schraubwerkzeug ist im wesentlichen durch den Funktionsumfang eines intelligenten Akkuschraubers mit integrierter Schraub-Prozesssteuerung und Mittel zur Anbindung des Schraubwerkzeuges an einen erfindungsgemäßen Nietaufsatz gekennzeichnet (Kupplungsmittel), so dass der Nietaufsatz mittels der Schraubspindel mechanisch und/oder elektrisch betrieben werden kann.
Bevorzugt ist die Schraub-Prozesssteuerung zusätzlich auch zur Steuerung eines in sich vollständig abgeschlossenen Nietprozessen ausgelegt, was die zuvor schon erwähnten Vorteile mit sich bringt.
Das Mittel zur Anbindung des Schraubwerkzeuges realisiert auch eine elektrische Anbindung einer vom Nietaufsatz umfassten Sensorik zur Erfassung von Wege- und/oder Kraftdaten an die Schraub-Prozesssteuerung des Schraubwerkzeuges.
Hierdurch kann die Schraub-Prozesssteuerung Protzessdaten des Nietsetzvorgangs verarbeiten und die Prozesssicherheit sicherstellen.
Das Schraubwerkzeug umfasst vorzugsweise auch eine Eingabeeinheit und/oder eine Ausgabeeinheit, mittels welcher eine Schnittstelle zu einem Bediener und/oder ein übergeordnetes Prozesssteuermittel realisiert ist, was die Bedienung und Prozessüberwachung vereinfacht.
Ein weiteres Merkmal zur Erhöhung der Flexibilität bei der Anwendung des Schraubwerkzeuges ist ein in das Schraubwerkzeug integriertes Funkmodul, mittels dessen eine zumindest zeitweise aktive drahtlose Kommunikationsverbindung zu einem übergeordneten Prozesssteuermittel und/oder etwa zu einem funkbasierten Nietaufsatz realisierbar ist. In diesem Falle wäre ein Nietaufsatz mit beispielsweise optional vorhandenem Funkmodul (WLAN und/oder Mobilfunk und dergleichen) zu verwenden, wenn beispielsweise eine kabelgebundene elektrische Verbindung ersetzt werden soll. Im Nietaufsatz könnte beispielsweise ein Energiespeicher (Batterie, Akku und dergleichen) vorgesehen sein, welcher die Versorgung der integrierten Elektronik (Funkmodul, Sensoren, Schnittstellen, Prozessoren und dergleichen) mit elektrischer Energie sicherstellt. Eine elektrische Verdrahtung zwischen Schraubwerkzeug und Nietaufsatz zu Energieversorgung und/oder Datenübertragung würde sich dann erübrigen.
Vorteilhaft wäre es auch einen Funknetzfeldstärkedetektor und ein Betriebsartumschaltmittel zu integrieren, wobei das integrierte Prozesssteuermittel derart realisiert ist, dass unter Berücksichtigung der mittels des Funknetzfeldstärkedetektors ermittelten Funknetzabdeckung eine vollautomatische Umschaltmöglichkeit von einer ersten Betriebsart auf eine zweite Betriebsart realisierbar ist.
Die erste Betriebsart könnte die Steuerung mittels einer übergeordneten Steuerung betreffen und die zweite Betriebsart könnte die Steuerung eines von dem Schraubwerkzeug durchzuführenden Prozesses mittels des integrierten Prozesssteuermittels umfassen, je nachdem welche Umstände vor Ort vorzufinden sind. Ist beispielsweise keine Anbindungsmöglichkeit an eine übergeordnete Steuerung während der Durchführung eines Arbeitsprozesses wie Nieten und/oder Schrauben möglich, so wäre die Durchführbarkeit des Arbeitsprozesses durch einfache automatische Umschaltung der Betriebsart gewährleistet.
Vorzugsweise wird ein Winkelsensor am Schraubwerkzeugmotor angeordnet, so dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung eines Nietaufsatzes über den Drehwinkel des Motors realisierbar ist, wobei das integrierte Schraub-Prozesssteuermittels dazu ausgelegt sein kann, eine solche Messung durchzuführen. In der Anschaffung wesentlich teurere alternative Messmittel könnten somit eingespart werden.
Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zum Betrieb eines Nietaufsatzes, wie zuvor beschrieben, in Verbindung mit einem Schraubwerkzeug, wie zuvor beschrieben, mit den Schritten:

a) Erfassen des von der Zugvorrichtung zurückgelegten Weges während eines Setzvorgangs mittels des Wegsensors in Form von Wege-Daten;
b) Erfassen der von der Zugvorrichtung aufgebrachten Kraft während eines Setzvorgangs mittels des Kraftsensors in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges in Form von Kraftdaten;

Anschließende Protokollierung der Daten. Hierzu werden die Daten von einem im Nietaufsatz und/oder im Schraubwerkzeug integrierten Prozesssteuermittel und/oder von einem externen Prozesssteuermittel vorzugsweise in Abhängigkeit zueinander in Form von Kraft-Weg-Daten erfasst. Dieses Verfahren ermöglicht die zuvor bereits beschriebenen Vorteile hinsichtlich der prozesssicheren Anbringung von Nieten und Muttern, insbesondere an sicherheitsrelevanten Baugruppen speziell in der Automobilbranche oder in der Luft- und Raumfahrtbranche.
Bei gewünschter zentraler Überwachung der durchgeführten Prozesse können die protokollierten Kraft-Weg-Daten vorzugsweise drahtlos, an eine übergeordnete Steuereinrichtung übertragen und/oder in einem vom Nietaufsatz umfassten Datenspeicher abgelegt und damit zwischengespeichert werden.
Dem Benutzer werden somit umfangreiche Detailinformationen über den zuletzt ausgeführten Nietsetzvorgang geliefert, welche weit über eine bloße OK/Nicht-OK-Information hinausgehen, beispielsweise Kraft-Weg-Diagramme. Es ist damit möglich eine automatische Dokumentation und ein sicheres Setzen von Nieten analog zu Klasse A-Verschraubungen (Gefahr für Leib und Leben) mittels eines einzigen kompakten Gerätes zu realisieren.
Ebenso von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage, zum Beispiel einer Fertigungslinie in der Blech und Metallverarbeitung und dergleichen, umfassend zumindest eine übergeordnete Prozesssteuerung und zumindest ein Schraubwerkzeug mit Nietaufsatz, wie zuvor beschrieben. Die übergeordnete Prozesssteuerung ist mit dem Nietsetzgerät drahtlos und/oder drahtgebunden verbunden. Die während eines Niet-Setzvorgangs mittels der im Nietaufsatz verwendeten Sensoren entstandenen Daten werden mit dem übergeordneten Prozesssteuermittel ausgetauscht und dort verarbeitet.
Der erfindungsgemäße Nietaufsatz und das Schraubwerkzeug können auch autark, das bedeutet ohne die Notwendigkeit einer übergeordneten Steuerung, in die zuvor genannte Anlage integriert sein und nur bei Bedarf Daten an die übergeordnete Prozesssteuerung übermitteln. Gegebenenfalls kann sogar eine in den Nietaufsatz integrierte oder die vom Schraubwerkzeug umfasste Prozesssteuerung die zentrale Steuerung für einen Verbund von Nietsetzgeräten bestehend aus Schraubwerkzeug und Nietaufsatz erfüllen. Die Prozesssteuerung kann die Daten analysieren und/oder visuell aufbereiten und beispielsweise an eine Liniensteuerung weiterleiten.
Die Erfindung umfasst auch eine Bearbeitungsvorrichtung, vorzugsweise einen Nietautomaten, zur Bearbeitung eines Werkstückes. Diese Bearbeitungsvorrichtung umfasst mindestens einen Nietaufsatz und ein Schraubwerkzeug, wie bereits beschrieben.
Umfasst ist zusätzlich eine Haltevorrichtung, mittels welcher der Nietaufsatz und/oder das Schraubwerkzeug in einer Bearbeitungsposition an einer Oberfläche des Werkstücks gehalten ist und/oder bewegbar ist (vertikal/horizontal) und mindestens eine Vorrichtung, mittels welcher das Werkstück horizontal/vertikal bewegbar und/oder fixierbar ist.
Die Anordnung kann in diesem speziellen Falle auch ohne integrierte Steuerung auskommen, da eine übergeordnete Steuerung verwendet werden kann, welche vorzugsweise mittels einer vorzugsweise im Nietaufsatz integrierten Elektronik kommuniziert, so dass diese die vom Nietaufsatz bereitgehaltenen Kraft-Weg-Daten abfragen kann.
Selbstverständlich sind auch Varianten denkbar, bei denen der Nietaufsatz eine autarke, integrierte Steuerung umfasst, welche beispielsweise auch die Bearbeitungsvorrichtung und/oder einen Verbund von Bearbeitungsvorrichtungen steuern könnte. Gleiche Aufgabe könnte auch die im Schraubwerkzeug integrierte Steuerung erfüllen.
1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Nietaufsatzes.
2 zeigt einen Akkuschrauber mit Anbindungsmöglichkeit eines Nietaufsatzes.
3 zeigt einen Akkuschrauber mit angebundenem Nietaufsatz.
4 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung.
Der in 1 gezeigte Nietaufsatz dient zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern und ist von einem Gehäuse 14 umfasst. Vorgesehen ist ein Gerätekopf 10 mit Mundstück zum Halten des Nietdorns. Entlang der 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 der Montage vom Mundstück gehaltene Nietdorn kann somit nach dessen Abriss durch die zuvor genannten Komponenten 10, 9, 7 hindurch bis zum Nietdornbehälter 12 geführt werden.
Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 kann mittels einer Kupplung 5 von einem Motor, vorzugsweise in Verbindung mit einem Getriebe 6, ggf. mit Versatz, angetrieben werden. 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 Getriebe 5 angeordnet sein.
Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine Steuerelektronik mit Kommunikationsmodul und Display, welche zumindest teilweise auch vom Gehäuse 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 Nietgerät verbauten Elektronik an eine externe Elektronik ermöglicht, beispielsweise die Elektronik des Schraubwerkzeuges, mittels dessen der Nietaufsatz betreibbar ist. Der Nietdornbehälter 12 kann ebenfalls zumindest teilweise nur vom Gehäuse umfasst sein.
Die Elektronik bzw. Steuerelektronik 11 ist vorzugsweise 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 und/oder auswerten kann.
Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Nietaufsatz ein Funkmodul 16, beispielsweise ein WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4), zur drahtlosen Übertragung von Prozessdaten oder abgespeicherten Daten an eine übergeordnete Steuerung mittels einer Schnittstelle 15. WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4) 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 erfasst werden. Diese Daten stellen charakteristischen Daten für einen spezifischen Setzvorgang dar, welche unter anderem eine Qualitätsanalyse zulassen (Kraft-Weg-Daten).
Eine solche Qualitätsanalyse kann 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 11 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.
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 15, welche eine Verbindung zu einem Werkzeug (z. B. Schraubspindel) oder zu einer externen Steuerung ermöglicht (z. B. Schraubspindelsteuerung).
Das in 2 gezeigte Handschraubergehäuse 110 umfasst mindestens einen Abtrieb 111, ein Getriebe 113 und einen Motor 114 und vorzugsweise noch einen Drehmomentaufnehmer 112 und einen Rotorlagegeber 115. Der Abtrieb 111 ist mittels des Motors 114 und unter Verwendung des Getriebes 113 antreibbar. Ebenfalls von dem Gehäuse 110 umfasst ist ein integriertes Prozesssteuermittel 116 zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Schraubprozesses. Der Handschrauber ist zumindest zeitweise autark und unabhängig von einer übergeordneten Schraubprozesssteuerung 128 betreibbar. Der Handschrauber kann mit dieser übergeordneten Schraubprozesssteuerung 128 oder auch mit anderen Einrichtungen 131 per Funk 129 (Access-Point, Router etc.) kommunizieren sowie Daten mit diesen Einrichtungen 128, 131 austauschen (Schraubprogramm, Ergebnisdaten und dergleichen).
Das Prozesssteuermittel 116 umfasst als Komponenten mindestens einen Mikroprozessor mit Speicher oder eine Speicheraufnahmevorrichtung für einen mobilen Speicher und vorzugsweise zusätzlich ein Messmodul und einen Servoverstärker. Der Eingang des Messmoduls ist mit dem Ausgang des Drehmomentaufnehmers 112 verbunden. Der Servoverstärker ist mit dem Rotorlagegeber 115, mittels einer Verbindung und mit dem Messmodul 118 mittels einer weiteren, separaten Verbindung verbunden. Diese Verbindung ist ein Datenbus, welcher eine Querkommunikation zwischen den zuvor erwähnten Komponenten ermöglicht. Der Motor 114 kann unter Berücksichtigung der Rotorlage und der Ausgangsdaten des Drehmomentaufnehmers 112 mittels eines vom Mikroprozessor 117 ausführbaren Schraubprogramms gesteuert werden. Der Mikroprozessor liest das Schraubprogramm aus dem Speicher oder aus einer in die Speicheraufnahmevorrichtung eingefügten Flash-Speicherkarte aus.
Eingabe-/Ausgabeeinheiten 120 als weitere umfasste Komponenten realisieren eine Mensch-Maschine-(z. B. Schrauber – Bediener durch Tastatur und Display) und/oder eine Maschine-Maschine-Schnittstelle (z. B. Schrauber – PC durch Datenschnittstellen) vorzugsweise mit Visualisierung von für den Schraubprozess relevanten Daten (z. B. mittels eines Farbdisplays) für den Bediener.
Der Handschrauber kann mit denselben Komponenten auch als Schraubspindel realisiert sein. Der Nietaufsatz würde dann zusammen mit der Schraubspindel betrieben.
3 zeigt einen Nietaufsatz 32 wie beansprucht, wobei die Zugvorrichtung (nicht gezeigt) mittels des Kupplungsmittels 33 mechanisch mit dem Abtrieb 34 eines Werkzeuges 31, insbesondere eines akkubetriebenen industriellen Handschraubers oder einer Schraubspindel in Wirkverbindung steht, so dass ein Antrieb für die Zugvorrichtung mittels des Abtriebs 34 realisiert ist. Der Nietaufsatz kann so ausgeführt sein, dass die Auswertung und Beurteilung der Messwerte in dem Nietaufsatz 32 selbst oder im antreibenden Werkzeug 31 oder in einer externen Steuerung (nicht gezeigt) durchgeführt wird.
4 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes 24 umfassend mindestens einen Nietsetzgeräteaufsatz 21, angetrieben vom Abtrieb eines Werkzeuges und mindestens eine Werkzeughaltevorrichtung 22, mittels welcher der Nietsetzgeräteaufsatz 21 in einer Bearbeitungsposition an einer Oberfläche des Werkstücks 24 gehalten und in vertikaler und/oder horizontaler Richtung bewegbar ist. Zu sehen ist weiterhin eine Werkstückhaltevorrichtung 23, mittels welcher das Werkstück 24 in vertikaler und/oder in horizontaler Richtung bewegbar ist. Die gesamte Anordnung ist mittels einer übergeordneten Steuerung 25 per WLAN zum Austausch von Daten verbunden.
Die Erfindung findet Anwendung in der allgemeinen Industrie, speziell bei KFZ-Herstellern oder in der Luftfahrtindustrie/Raumfahrtindustrie und liefert ein Gerät zum sicheren Setzen von Blindnieten oder Blindmuttern.
Beim Setzen werden der von der Zugvorrichtung zurückgelegte Kraft und Weg in ausreichender Genauigkeit ermittelt und bewertet, so dass diese Daten beispielsweise von einer Prozesssteuerung ausgewertet werden können. Zur Erzielung der geforderten Genauigkeit werden Kraft und Weg direkt erfasst, beispielsweise mittels einer direkten Zugkraftmessung. Der Nietaufsatz kann mit kabelgebundenen, für den stationären Betrieb oder für den Handbetrieb ausgerüsteten Schraubern, als auch mit Akkuschraubern, verwendet werden. Die Elektronik für die Auswertung und Beurteilung der Messwerte kann im Nietaufsatz selbst verbaut sein, oder die Elektronik des Werkzeuges, mit dem der Nietaufsatz verbunden wird, übernimmt die Auswertung und Beurteilung der Messwerte.
Im Prinzip wird mittels der Erfindung die Möglichkeit geschaffen analog zur Herstellung von hochwertigen Verschraubungen (z. B. bei Gefahr für Leib und Leben) und unter Verwendung vorhandener Schraubsysteme nun auch auf Blindnieten oder Blindmuttern beruhende Verbindungen zu dokumentieren und prozesssicher zu gestalten.

Claims

Nietaufsatz für ein Schraubwerkzeug mit integrierter Elektronik (8, 9, 11), zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern, mit Gerätekopf (10), mit Mechanismus zum Greifen eines Nietdorns und mit Zugvorrichtung (7) zum Ziehen des Nietdorns, wobei ein Mittel (5) zur mechanischen Anbindung der Zugvorrichtung (7) an einen Abtrieb des Schraubwerkzeuges zum Zwecke des Antreibens der Zugvorrichtung (7) und/oder zur elektrischen Anbindung der integrierten Elektronik (8, 9, 11) an die Energieversorgung des Schraubwerkzeuges vorgesehen ist.
Nietaufsatz gemäß dem vorherigen Anspruch 1, wobei von der Elektronik (8, 9, 11) ein erster Sensor (8) zur Erfassung eines zurückgelegten Weges derart umfasst ist, dass dieser direkt oder indirekt den zurückgelegten Weg der Zugvorrichtung (7) erfassen kann und dass ein zweiter Sensor (9) zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft derart umfasst ist, dass dieser direkt oder indirekt die von der Zugvorrichtung (7) aufgebrachte Zugkraft erfassen kann.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Elektronik (8, 9, 11) ein integriertes Steuermittel (11), welche mit dem ersten und dem zweiten Sensor (8, 9) verbunden ist, und/oder eine Schnittstelle zur Anbindung des Nietaufsatzes an ein externes Steuermittel (128, 131, 116), welche mit dem ersten und dem zweiten Sensor (8, 9) verbunden ist, umfasst.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei der Sensor (9) zur Erfassung der aufgebrachten Zugkraft als Kraftsensor mit Nietdorndurchführung ausgebildet ist.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zugvorrichtung (7) mittels eines Spindeltriebs realisiert ist, mittels dessen eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umsetzbar ist, wobei der Wegsensor (8) derart am Spindeltrieb angeordnet ist, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über die Drehbewegung der Spindel realisierbar ist.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei der Wegsensor (8) derart am Kupplungsmittel (5) angeordnet ist, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über eine Drehbewegung des Kupplungsmittels (5) realisierbar ist.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Funkmodul (16), vorzugsweise ein WLAN-Modul und/oder Mobilfunkmodul zur drahtlosen Übertragung von Daten umfasst ist.
Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugvorrichtung (7) mittels des Mittels (5) mechanisch mit dem Abtrieb (111) eines Schraubwerkzeuges, insbesondere eines akkubetriebenen industriellen Handschraubers oder einer Schraubspindel, derart in Wirkverbindung steht, dass ein Antrieb für die Zugvorrichtung (7) mittels des Abtriebs (111) realisiert ist.
Nietaufsatz gemäß Anspruch 8, wobei von dem Schraubwerkzeug ein integriertes Schraub-Prozesssteuermittel (116) zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Schraubprozesses umfasst ist, so dass das Schraubwerkzeug zumindest zeitweise autark und unabhängig von einer übergeordneten Schraub-Prozesssteuerung (128) betreibbar ist, und wobei der Nietaufsatz mittels der integrierten Elektronik (8, 9, 11) an das Schraub-Prozesssteuermittel (116) angebunden ist.
Nietaufsatz gemäß Anspruch 9, wobei das integrierte Schraub-Prozesssteuermittel (116) auch zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Nietprozesses ausgebildet ist, mittels dessen Niet-Prozessdaten unter Verwendung der integrierten Elektronik (8, 9, 11) verarbeitbar sind.
Schraubwerkzeug, insbesondere akkubetriebener industrieller Handschrauber, umfassend einen Abtrieb (111), einen Drehmomentaufnehmer (112), ein Getriebe (113), einen Motor (114) und einen Rotorlagegeber (115), wobei der Abtrieb (111) mittels des Motors (114) unter Verwendung des Getriebes (113) antreibbar ist, wobei von dem Schraubwerkzeug ein integriertes Schraub-Prozesssteuermittel (116) zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Schraub-Prozesses umfasst ist, so dass kein übergeordnetes Schraub-Prozesssteuermittel (128, 131) erforderlich ist, wobei ein Mittel (111) zur mechanischen Anbindung des Abtriebs (111) an die Zugvorrichtung (7) eines Nietaufsatzes mit integrierter Elektronik zum Zwecke des Antreibens der Zugvorrichtung (7) und/oder zur elektrischen Anbindung der Elektronik an die Energieversorgung des Schraubwerkzeuges vorgesehen ist.
Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 11, wobei das Schraub-Prozesssteuermittel (116) zusätzlich zur Steuerung eines vollständig in sich abgeschlossenen Nietprozesses realisiert ist.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel (111) auch eine elektrische Anbindung an eine vom Nietaufsatz umfasste Sensorik (8, 9), zur Erfassung von Weg- und/oder Kraftdaten, an das Schraub-Prozesssteuermittel (116) realisiert.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Eingabeeinheit und/oder eine Ausgabeeinheit (120) umfasst ist, mittels welcher eine Schnittstelle zu einem Bediener und/oder zu einem übergeordneten Prozesssteuermittel (128, 131) realisiert ist.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Funkmodul (124) umfasst ist, mittels dessen eine zumindest zeitweise aktive drahtlose Kommunikationsverbindung (129) zu einem übergeordneten Prozesssteuermittel (128, 131) und/oder zu einem funkbasierten Nietaufsatz realisierbar ist.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Funknetzfeldstärkedetektor (125) und ein Betriebsartenumschaltmittel (126) umfasst sind und wobei das integrierte Prozesssteuermittel (116) derart realisiert ist, dass unter Berücksichtigung der mittels des Funknetzfeldstärkedetektors (125) ermittelten Funknetzabdeckung eine vollautomatische Umschaltmöglichkeit von einer ersten Betriebsart auf eine zweite Betriebsart realisierbar ist.
Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 16, wobei die erste Betriebsart die Steuerung eines von dem Schraubwerkzeug durchzuführenden Prozesses mittels einer übergeordneten Steuerung (128) realisiert und wobei die zweite Betriebsart die Steuerung eines von dem Schraubwerkzeug durchzuführenden Prozesses mittels des integrierten Schraub-Prozesssteuermittels (116) realisiert.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Winkelsensor am Motor (114) angeordnet ist, so dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung eines Nietaufsatzes über den Drehwinkel des Motors (114) realisierbar ist und wobei das integrierte Schraub-Prozesssteuermittel (116) dazu ausgelegt ist eine solche Messung durchzuführen.
Verfahren zum Betrieb eines Nietaufsatzes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Schritten: – Erfassen des von der Zugvorrichtung (7) des Nietaufsatzes zurückgelegten Weges während eines Nietsetzvorgangs mittels eines vom Nietaufsatz umfassten Wegsensors (8) in Form von Weg-Daten; – Erfassen der von der Zugvorrichtung (7) des Nietaufsatzes aufgebrachten Kraft während eines Nietsetzvorgangs mittels eines vom Nietaufsatz umfassten Kraftsensors (9) in Form von Kraft-Daten;
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Daten vorzugsweise in Abhängigkeit zueinander in Form von Kraft-Weg-Daten protokolliert und/oder verarbeitet werden mittels eines im Nietaufsatz integrierten Niet-Prozessteuermittels (11) oder eines im Schraubwerkzeug integrierten Schraub-Prozessteuermittels (116) oder eines übergeordneten externen Prozessteuermittels (128, 131) oder eines Zusammenwirkens der zuvor genannten Prozessteuermittel (11, 116, 128, 131).
Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der Setzvorgang unter Verwendung der Kraft-Weg-Daten insbesondere hinsichtlich der Qualität des Setzvorgangs von einem der zuvor genannten Prozessteuermittel (11, 116, 128, 131) oder einem Verbund daraus analysiert und visualisiert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Anlage umfassend zumindest eine übergeordnete Prozesssteuerung (128, 131) und zumindest einen Nietaufsatz gemäß einem der zuvor genannten Nietaufsatz-Ansprüche, sowie ein Schraubwerkzeug gemäß einem der zuvor genannten Schraubwerkzeug-Ansprüche, wobei die übergeordnete Prozesssteuerung (128, 131) mit dem Nietaufsatz und/oder dem Schraubwerkzeug in drahtloser Kommunikationsverbindung steht und das Schraubwerkzeug die Zugvorrichtung des Nietaufsatzes mechanisch antreibt.
Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes (24) umfassend mindestens ein Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Schraubwerkzeug-Ansprüche und mit Nietaufsatz gemäß einem der vorhergehenden Nietaufsatz-Ansprüche, wobei das Schraubwerkzeug mit dem Nietaufsatz derart verbunden ist, dass das Schraubwerkzeug den Nietausatz elektrisch und/oder mechanisch antreiben kann, und umfassend mindestens eine Werkzeughaltevorrichtung (22), mittels welcher das Nietsetzgerät (21) oder das Schraubwerkzeug (21) in einer Bearbeitungsposition an einer Oberfläche des Werkstücks (24) gehalten und in vertikaler und/oder horizontaler Richtung bewegbar ist, und mit mindestens einer Werkstückhaltevorrichtung (23), mittels welcher das Werkstück (24) in vertikaler und/oder in horizontaler Richtung bewegbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, umfassend eine übergeordnete Prozesssteuerung (25), welche mit dem Nietaufsatz (21) und/oder dem Schraubwerkzeug (21) derart vorzugsweise drahtlos verbunden ist, dass diese vom der Elektronik des Nietaufsatzes (21) bereitgestellte Kraft-Weg-Daten verarbeiten kann.