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Stand der Technik
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Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zum Anbringen von als Fügeelement oder Funktionselement ausgestalteten Elementen an Bauteilen sind bekannt, beispielsweise Setzköpfe bzw. Setz-, Niet- oder Clinch-Werkzeuge.
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Mit derartigen Vorrichtungen bzw. Werkzeugen können Fügeelemente oder Funktionselemente wie beispielsweise alle Arten von Nieten wie Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten, Clinchnieten oder Funktionselemente verarbeitet werden. Eine Anwendung betrifft die Automobilindustrie insbesondere die Bearbeitung von metallischen Bauteilen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einleitend genannte Vorrichtungen bzw. Werkzeuge im Hinblick auf eine hohe Zuverlässigkeit zu verbessern. Insbesondere sollen Störungen auch bei der Verarbeitung von geometrisch komplex gestalteten Füge- oder Funktionselementen vermieden werden, auch bei hohen Taktraten und der notwendigen definierten Bewegung der einzelnen Elemente in der Vorrichtung.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche betreffen zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Anbringen eines Fügeelements oder eines Funktionselements an einem Bauteilabschnitt, wobei die Vorrichtung für ein Werkzeug zum Anbringen eines Fügeelements oder Funktionselements an einem Bauteilabschnitt mit einem Stempel vorgesehen ist, der aus einer zurückbewegten Position am Werkzeug linear vorwärts bewegbar und wieder zurückbewegbar ist, wobei ein Fügeelement oder Funktionselement über eine Zuführleitung an eine Vorlageposition in einen Vorlagebereich stirnseitig vor den zurückbewegten Stempel bringbar ist, so dass der Stempel bei seiner Vorwärtsbewegung ein Fügeelement oder Funktionselement aus dem Vorlagebereich an der Vorrichtung mitnimmt und in eine Führungsleitung der Vorrichtung schiebt.
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Die Vorrichtung ist insbesondere als Teil eines entsprechenden Fügewerkzeugs wie eines Niet- oder Clinch-Werkzeugs einsetzbar, ggf. daran austauschbar anbringbar. Der Vorrichtung bzw. dem Werkzeug ist außerdem eine Kontrolleinheit zur Kontrolle der Funktion des Werkzeugs zugehörig. Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft insbesondere einen Setzkopf eines entsprechenden Niet- oder Clinch-Werkzeugs.
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Als Fügeelemente werden Elemente verstanden, welche an mindestens einer Material- bzw. Blechlage angebracht werden bzw. welche zum Verbinden insbesondere von zwei oder mehr Materiallagen zum Beispiel aus Metall bzw. Blech Verwendung finden, wobei beim Anbringen des Fügeelements ein Füge- bzw. Clinchvorgang stattfindet. Dabei wird das Element und/oder mindestens eine Materiallage des Bauteilabschnitts im Anbringbereich verformt. Alle Arten von Niet- und Clinch-Elementen werden als Fügeelemente angesehen.
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Unter Funktionselementen sind Elemente zusammengefasst, welche an mindestens einer Materiallage angebracht werden, um an der Materiallage eine Funktion und/oder Form bereitzustellen, wie zum Beispiel einen Zapfen-, Gewinde- und/oder einen Kugelabschnitt bzw. eine andere Funktionalität und/oder Form.
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Die Vorrichtung ist auch zur Verarbeitung von Elementen geeignet, welche eine Kombination aus einem Fügeelement und einem Funktionselement darstellen.
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Die für einen Anbringbereich am Bauteilabschnitt vorgesehenen Fügeelemente bzw. Funktionselemente werden vor deren Anbringung am Bauteil von einer Vorlageposition an der Vorrichtung mit einem linear bewegbaren Stempel an das Bauteil heranbewegt und dort unter Krafteinwirkung angebracht. Die betreffenden Werkzeuge weisen als Antriebseinheit für die Stempelbewegung einen pneumatischen, hydraulischen, hydropneumatischen oder elektrischen Antrieb auf.
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Es sind wenigstens zwei entlang der Führungsleitung verlaufende Positionierleisten vorhanden, die zur Positionierung eines Fügeelements oder eines Funktionselements bei deren Schiebebewegung durch die Führungsleitung ausgebildet sind, wobei sich die wenigstens zwei Positionierleisten über die Führungsleitung hinaus in den Vorlagebereich erstrecken, so dass die Positionierleisten seitlich neben einem in der Vorlageposition sich befindenden Fügeelement oder Funktionselement vorhanden sind, und wobei jeweils eine Aufnahmekontur an den Positionierleisten vorhanden ist, so dass ein Konturabschnitt eines in der Vorlageposition vorgelegten Fügeelements oder Funktionselements mit der Aufnahmekontur derart zusammenwirkt, dass das Fügeelement oder Funktionselement in der Vorlageposition festhaltbar ist. Damit lassen sich konturhaft geformte Funktions- bzw. Fügeelemente vorteilhaft verarbeiten. Insbesondere wird ein sicheres Festhalten des Funktions- bzw. Fügeelements mit Hilfe der Aufnahmekonturen ermöglicht.
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Die Positionierleisten sind bevorzugt identisch z. B. lammellen- bzw. innen zum Hohlvolumen der Führungsleitung hin halbschalenartig gestaltet, wobei anstelle von zwei auch drei oder vier gleichgeformte Positionierleisten möglich sind.
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Grundsätzlich ist wenigstens eine bzw. sind insbesondere beide Positionierleisten bewegbar bzw. anstellbar gelagert, insbesondere um eine Achse schwenkbar. Die Positionierleisten können parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichtet sein, beispielsweise wenn ein Füge- oder Funktionselement in der Vorlageposition gehalten ist.
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Beim Durchschieben eines Füge- oder Funktionselement durch die Führungsleitung weichen die Positionierleisten aus bzw. stellen sich winklig zueinander an. Dabei liegen die Positionierleisten mit einer Innenseite außen an einem Abschnitt des Füge- oder Funktionselements an, wobei das Füge- oder Funktionselement vom Stempel vorwärtsbewegt wird und gleitend an den Innenseiten der Positionierleisten anliegend durch die Führungsleitung geschoben werden.
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Vorteilhaft sind die Aufnahmekontur und der Konturabschnitt so aufeinander abgestimmt, dass beim Festhalten des Füge- oder Funktionselements in der Vorlageposition ein Formschluss zwischen der Aufnahmekontur und dem Konturabschnitt einrichtbar ist. Im Formschluss können benachbarte winklig zueinander stehende Flächen jeweils der Aufnahmekontur und der Konturabschnitt aneinander in Anlage sein.
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Der Formschluss ist allein in der Vorlageposition eingerichtet, wenn das aus der Zuführleitung ankommende Füge- oder Funktionselement in die Vorlageposition gelangt und dort gehalten ist. Mit dem Formschluss ist vorteilhaft nicht nur eine Fixierung sondern auch eine exakte Ausrichtung des Fügeelements oder Funktionselements vorgebbar, was für den weiteren Schiebetransport durch die Führungsleitung vorteilhaft ist, nachdem der Formschluss aufgehoben ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere für solche Füge- und Funktionselemente vorteilhaft, welche eine geometrische Gestalt mit vergleichsweise großen Unterschieden zwischen Außendurchmessern insbesondere mit absatzartigen Durchmesseränderungen zwischen einzelnen Abschnitten des Füge- und Funktionselementsaufweisen. Derartige Füge- und Funktionselemente erlauben mit dem Formschluss ein vorteilhaftes Festhalten des Füge- und Funktionselements in der Vorlageposition.
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Insbesondere wird ein Haltemechanismus in vorteilhafter Weise gegen ein Wegbewegen des in der Vorlageposition gehaltenen Funktions- bzw. Fügeelements in Längsrichtung der Führungsleitung bzw. der Positionierleisten erreicht. Das Funktions- bzw. Fügeelement kann damit nicht verkanten, verkippen oder in Richtung der Führungsleitung verrutschen.
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Der in die Aufnahmekontur greifende Abschnitt des Funktions- bzw. Fügeelements ist zu einer Längsachse des Füge- oder Funktionselements außen über den Umfang am Füge- oder Funktionselement radial vorstehend vorhanden.
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Die Positionierleisten erstrecken sich über zumindest eine wesentliche Länge der Führungsleitung. Die Vorrichtung umfasst auch einen Grundkörper der Führungsleitung, an denen die Positionierleisten benachbart vorhanden sind.
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Insbesondere kommt es bei den Positionierleisten darauf an, dass jeweils eine Innenseite von Längsabschnitten der Positionierleisten einen Anlageabschnitt mit zwei getrennten Führungsabschnitten bilden, entlang derer ein Füge- bzw. Funktionselement beim Durchschieben durch die Führungsleitung entlang gleitet unter Ausbildung eines Gleitkontakts.
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Weiter ist eine Stellanordnung zum Anstellen der Positionierleisten vorhanden, womit die Positionierleisten derart anstellbar sind, dass die Aufnahmekontur der Positionierleisten mit dem Anstellen der Positionierleisten von dem Vorlagebereich wegbewegbar ist. Mit dem Wegbewegen wird damit die Aufnahmekontur von einem in der Vorlageposition vorgelegten Füge- oder Funktionselement bzw. dessen Konturabschnitt wegbewegt, so dass der Formschluss zwischen der Aufnahmekontur und dem Konturabschnitt aufhebbar ist und das Füge- oder Funktionselement frei ist für das Weiterschieben durch die Führungsleitung bis zum Einpressen des Füge- oder Funktionselements an dem betreffenden Bauteilabschnitt.
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Die Stellanordnung zielt darauf ab, das Halten eines Füge- oder Funktionselements in der Vorlageposition bzw. im Vorlagebereich, was einem Durchschieben des Elements durch die Führungsleitung entgegensteht, gezielt bzw. gesteuert aufzuheben. Denn mit dem Formschluss in der Vorlageposition wird ein mechanischer Anschlag bereitgestellt, der ein Weiterbewegen des in der Vorlageposition gehaltenen Füge- oder Funktionselements zumindest in Richtung der Führungsleitung blockiert. Daher ist die Stellanordnung für ein Weiterbewegen des Füge- oder Funktionselements notwendig. Mit der Stellanordnung wird der Formschluss zwischen dem Füge- oder Funktionselement und den Positionierleisten aufhebbar, mit einem entsprechenden Steuerbefehl z. B. einer der Vorrichtung zugeordneten Kontroll- bzw. Steuereinheit. Die Stellanordnung ist dabei so abgestimmt, dass die Positionierleisten reversibel verstellbar sind. Das Rückstellen der Positionierleisten in die Stellung für den Formschluss zwischen dem Füge- oder Funktionselement und den Positionierleisten erfolgt bevorzugt auch unter Mitwirkung der Stellanordnung.
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Mit der Stellanordnung kann die Ausrichtung der Aufnahmekontur der Positionierleisten verändert werden, um ein Wegbewegen der Aufnahmekontur der jeweiligen Positionierleiste von dem Füge- bzw. Funktionselement zu erreichen.
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Nun kann das Füge- oder Funktionselement durch die Führungsleitung geschoben werden. Der Formschluss ist von der Stellanordnung zwar nicht mehr eingerichtet, die Positionierleisten wirken auf das Füge- oder Funktionselement aber weiterhin derart ein, dass das Füge- oder Funktionselement richtig positioniert und geführt durch die Führungsleitung geschoben wird.
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Die Stellanordnung weist ein gesteuertes Stellelement auf, welches abhängig von der Stempelbewegung ein Anstellen der Positionierleisten bewirkt. Insbesondere ist die Stellanordnung vorteilhafterweise derart gestaltet, dass die Positionierleisten so anstellbar sind, dass ein Wegbewegen der Aufnahmekontur gekoppelt ist mit einer Stempelbewegung. Denn der Stempel kann ein Füge- oder Funktionselement aus der Vorlageposition erst dann in die Führungsleitung schieben, wenn die Haltewirkung mit der Aufnahmekontur der beiden Positionierleisten aufgehoben ist.
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Demgemäß ist die Stellanordnung vorteilhaft abgestimmt, dass durch ein Wegbewegen der Aufnahmekontur der Positionierleisten eine Haltewirkung auf das in der Vorlageposition vorgelegte Fügeelements oder Funktionselement aufgehoben ist, wenn der Stempel bei seiner Vorwärtsbewegung auf das Fügeelement oder Funktionselement einwirkt. Insbesondere ist im Moment des Kontakts des Stempels mit einer Oberseite des Füge- bzw. Funktionselements das Füge- bzw. Funktionselement aus dem Formschluss gebracht und in Richtung der Führungsleitung bewegbar. Vorteilhaft bleibt in diesem Zustand ein Führungs- und Gleitkontakt zwischen dem Füge- oder Funktionselement und den Innenseiten der Positionierleisten erhalten. Damit ist die gewünschte Ausrichtung des Füge- oder Funktionselements in der Führungsleitung dauerhaft vorgebbar.
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Während des Durchschiebens des Füge- oder Funktionselements durch die Führungsleitung ist bevorzugt nur das Füge- oder Funktionselements in Gleitkontakt mit den Innenseiten der Positionierleisten. Der Stempel ist selbst nur in Kontakt mit dem Fügeelement, jedoch nicht mit den Positionierleisten oder anderen Abschnitten der Führungsleitung, was im Hinblick auf minimierte Reibungseffekte vorteilhaft ist.
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Weiter ist es von Vorteil, dass die Stellanordnung derart ausgebildet ist, dass durch einen Kontakt des Stellelements mit den Positionierleisten in einem stempelseitigen Endbereich der Positionierleisten ein Anstellen der Positionierleisten erfolgt. Das Stellelement ist dadurch in einem Bereich der Vorrichtung unterbringbar, in welchem ausreichend Raum zur Anordnung des Stellelements zur Verfügung steht.
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Für ein gesteuertes Anstellen der Positionierleisten erfolgt ein Kontakt des Stellelements vorteilhaft jeweils an einem Bereich der Positionierleiste, der sich in Richtung zum Stellelement hin radial nach außen öffnet. Zum Beispiel weist hierfür jede Positionierleiste innenseitig eine schräge Flanke auf, deren Steigung so abgestimmt ist, dass kurz vor dem Auftreffen des Stempels auf das Füge- bzw. Funktionselement der Formschluss komplett aufgehoben ist. Das Element ist dann freigegeben für ein Durchschieben durch die Führungsleitung. Nach dem Freigeben des Füge- bzw. Funktionselements kommt dieses in einen reibungsbehafteten Positionierkontakt an Innenseiten der Positionierleisten.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass die Stellanordnung den Stempel umfasst. Vorteilhaft kann das Stellelement ohne zusätzliches Bauteil bereitgestellt werden, indem der Stempel die Funktion des Stellelements übernimmt. Der Stempel kann mit einem vorderen freien Ende, welches der Führungsleitung zugewandt ist, an entsprechenden Stellen der Positionierleisten in Anlage kommen, insbesondere an den Flanken. Beim Vorwärtsbewegen des Stempels aus der zurückbewegten Position fährt dieser zunächst entlang der Flanken an den insbesondere zwei Positionierleisten. Am Ende der Flanken sind die Positionierleisten so weit nach außen geschwenkt, dass der Formschluss aufgehoben ist und der Stempel auf das Füge- bzw. Funktionselement trifft, jedoch außer Kontakt mit den Positionierleisten kommt. Die Positionierleisten werden durch das durchgeschobene Füge- bzw. Funktionselement so weit auf Abstand gehaltern, dass der Stempel zwischen Innenseiten der Positionierleisten ohne Berührung vorwärtsfährt.
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Die Positionierleisten werden demgemäß mit dem Zusammenspiel von Stempel und Flanken insbesondere zwangsgesteuert verstellt. Der vorfahrende Stempel kann die Positionierleisten hierfür nach außen wegdrücken, wobei diese um eine Schwenkachse angestellt werden. Dabei bewegt sich die Aufnahmekontur vom vorgelegten Füge- bzw. Funktionselement weg und der Formschluss wird aufgehoben. Die Aufhebung des Formschlusses wird in dem Moment abgeschlossen, in dem bzw. kurz bevor das Füge- oder Funktionselement im Kontakt mit dem Stempel durch die Führungsleitung geschoben wird.
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Es ist überdies vorteilhaft, dass die Aufnahmekontur in einem Bereich der Positionierleisten vorhanden ist, der sich über die Führungsleitung hinaus in den Vorlagebereich erstreckt. Insbesondere ist die Aufnahmekontur in Schieberichtung eines Füge- oder Funktionselements durch die Führungsleitung im Bereich einer Lagerstelle zum Beispiel einer Schwenkachse der jeweiligen Positionierleiste vorhanden. Die Aufnahmekontur ist vorteilhaft abgestimmt auf eine Zuführleitung bzw. auf eine in der Zuführleitung ausgebildete Leitungskontur für die durch die Zuführleitung herantransportierten Füge- oder Funktionselemente. Die Leitungskontur dient zur Führung des jeweiligen Füge- oder Funktionselements, wobei die Leitungskontur vorteilhaft einen Gegenabschnitt zum Konturabschnitt bildet, so dass der Konturabschnitt anliegend entlang der Leitungskontur an die Vorlageposition richtig ausgerichtet heranführbar ist.
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Bevorzugt ist die Aufnahmekontur entsprechend der Leitungskontur gestaltet, insbesondere in Verlängerung am Ende der Zuführleitung. Dadurch werden herangeführte Füge- oder Funktionselement ohne Sprung von der Zuführleitung in die Vorlageposition heranbewegt.
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In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Modifikation der Vorrichtung, stellt die Aufnahmekontur einen vertieften Bereich bezogen auf eine flächige Innenseite einer Positionierleiste bereit, wobei die Innenseite der Positionierleiste einen Teil der Führungsleitung begrenzt. Der vertiefte Bereich stellt insbesondere winklig zueinander ausgerichtete Wandungsabschnitte bereit, an denen ein in der Vorlageposition vorgelegtes Füge- bzw. Funktionselement mit entsprechend winkligen Abschnitten des Konturabschnitts in Anlage kommt. Dadurch kann ein hohes Maß eines Formschlusses erreicht werden.
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Beispielsweise kann sich der vertiefte Bereich über einen beispielsweise rechtwinkligen Absatz bzw. eine Kante zur insbesondere flächigen in der Regel etwas konkav gebogenen Innenseite der Positionierleiste anschließen. Die Innenseite der Positionierleiste, von der Aufnahmekontur aus in Schieberichtung, bildet bevorzugt eine Fläche insbesondere eine Gleitfläche, entlang derer ein Füge- oder Funktionselement beim Durchschieben durch die Führungsleitung in Anlage kommt.
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Die Aufnahmekontur kann alternativ in einem an der Innenseite der Positionierleiste vorbereiteten zum Beispiel vorstehenden Abschnitt ausgebildet sein.
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Es ist überdies vorteilhaft, dass die Aufnahmekontur eine hintergreifende Kontur in Längsrichtung der Positionierleisten bildet. Die Aufnahmekontur ist insbesondere auf den Konturabschnitt abgestimmt ausgestaltet, so dass die Aufnahmekontur und der Konturabschnitt in Schieberichtung des Füge- oder Funktionselements durch die Führungsleitung über einen Hinterschnitt miteinander verhakt sind.
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Es ist auch von Vorteil, dass die Aufnahmekontur zur Zuführleitung hin offen ist. Damit erreicht ein aus der Zuführleitung ankommendes Füge- bzw. Funktionselement die Vorlageposition ohne Behinderung bzw. vorteilhaft ohne Veränderung der räumlichen Ausrichtung. Insbesondere ist eine offene Seite der Aufnahmekontur in einer Verlängerung bzw. gegenüber einer offenen Seite der Leitungskontur der Zuführleitung.
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Damit ist außerdem sichergestellt, dass bei etwas angestellten Positionierleisten, bezogen auf die Ausrichtung der Positionierleisten in der Vorlageposition eines Füge- oder Funktionselements, der Übergang von der Zuführleitung in die Vorlageposition blockiert ist und ein aus der Zuführleitung ankommendes Füge- oder Funktionselement nicht in die Vorlageposition gelangen kann. Die Anstellung der Positionierleisten bleibt während des gesamten Schiebevorgangs eines Elements durch die Führungsleitung in einer blockierenden Anstellung. Dies ist vorteilhaft, da ein nächstes währenddessen ankommendes Füge- oder Funktionselement nicht in die Vorlageposition gelangen kann, sondern erst, wenn das vorangegangene Füge- oder Funktionselement die Führungsleitung verlassen hat und am Bauteilabschnitt angebracht ist. Erst dann können die Positionierleisten wieder die Ausrichtung einnehmen, welche die Aufnahme eines nächsten Füge- oder Funktionselements in die Vorlageposition ermöglicht, wobei die Aufnahmekontur zu entsprechenden Abschnitten der Zuführleitung in eine fluchtende bzw. geeignete räumliche Ausrichtung für das Einfahren des ankommenden Füge- oder Funktionselements gelangt.
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Vorteilhafterweise sind die Positionierleisten derart ausgebildet, dass ein Fügeelement oder Funktionselement beim Herausbewegen aus der Vorlageposition in die Führungsleitung zwischen den Positionierleisten in definierter Ausrichtung verbleibt. Das Füge- oder Funktionselement kann daher nicht kippen oder vorfallen, wenn es aus der ruhenden Situation in der Vorlageposition in die Schiebebewegung durch die Führungsleitung überführt wird.
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Die Führungsleitung umfasst neben den Abschnitten, welche durch die Innenseiten der jeweiligen Positionierleisten gebildet werden und welche in Anlage an dem Füge- oder Funktionselement kommen, Abschnitte einer Bohrungswandung einer Führungsbohrung in einem Führungsgrundkörper. In der Führungsbohrung sind die wenigstens zwei entlang der Führungsleitung vorhandenen Positionierleisten angeordnet. Die Positionierleisten sind zur Bohrungswandung so abgestimmt, dass ein Füge- oder Funktionselement beim Durchschieben durch die Führungsleitung bei einem Ausweichen der Positionierleisten nach außen Abschnitte der Bohrungswandung erreichen kann, was aber in der Regel nicht stattfindet. Die Abschnitte der Bohrungswandung sind dementsprechend radial nach außen versetzt zu den Innenseiten der Positionierleisten. Daher gleitet das Füge- oder Funktionselement beim Durchschieben durch die Führungsleitung nur anliegend an den Innenseiten der Positionierleisten.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Werkzeug zum Anbringen eines Fügeelements oder eines Funktionselements an einem Bauteilabschnitt mit einem Stempel, der aus einer zurückbewegten Position am Werkzeug linear vorwärts bewegbar und wieder zurück bewegbar ist, wobei eine Vorrichtung nach einem der oben genannten Ausbildungen vorhanden ist. Damit lassen sich an dem Werkzeug beispielsweise an einem Niet-, oder Clinch-Werkzeug die oben diskutierten Vorteil erreichen.
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Vorteilhafterweise ist es außerdem, dass zumindest eine der wenigstens zwei Positionierleisten im Vorlagebereich um eine Schwenkachse schwenkbar ist. Die zwei Positionierleisten im Vorlagebereich sind insbesondere federnd gelagert. Hier kann beispielsweise eine Blattfederanordnung zur federnden Lagerung der wenigstens zwei Positionierleisten insbesondere auf Höhe des Vorlagebereichs vorhanden sein.
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Die wenigstens zwei Positionierleisten sind zum Beispiel auf Höhe des Vorlagebereichs um eine Schwenkachse schwenkbar, die insbesondere radial zur Längsrichtung der Positionierleisten federnd gelagert ist. Neben der Schwenkbewegung ist damit auch eine radiale Bewegung der Positionierleisten bereitgestellt. Auch von Vorteil ist, dass die freien Längsenden der wenigstens zwei Positionierleisten, die den Längsenden im Vorlagebereich gegenüberliegen, in radialer Richtung zur Längsachse der Führungsleitung federnd aufgenommen sind. Damit können die Positionierleisten jeweils an den gegenüberliegenden Endbereichen rückstellbar ausweichen, was eine gewünschte Anstellung beim Durchschieben eines Füge- oder Funktionselements vorteilhaft ermöglicht.
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Auch sind die Positionierleisten derart abgestimmt, dass mit den Positionierleisten auf dem gesamten von dem Fügeelement oder Funktionselement entlang der Positionierleisten zurücklegbaren Weg ein Haltekontakt auf das Fügeelement oder Funktionselement wirkt.
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Schließlich ist es auch von Vorteil, dass die Positionierleisten im Bereich der Führungsleitung mit einer auf eine Außenform eines Füge- oder Funktionselementabschnitts abgestimmten Anlage- bzw. Innenseite ausgestaltet sind.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der nachfolgend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:
- 1 einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
- 2 einen entsprechenden Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen zu 1 alternativen Werkzeugs,
- 3 eine Ansicht im Längsschnitt durch die Anordnung gemäß 1 mit einer zur Schnittebene in 1 um 90° versetzten Schnittebene,
- 4 eine Ansicht im Längsschnitt durch die Anordnung gemäß 2 mit einer zur Schnittebene in 2 um 90° versetzten Schnittebene,
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4,
- 6 einen Schnitt durch einen Teil eines weiteren erfindungsgemäßen Werkzeugs und
- 7 eine Schnittansicht eines Teils eines nicht erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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In den Figuren sind teilweise für sich entsprechende Elemente von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugszeichen gewählt.
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1 zeigt im Schnitt einen Teil eines erfindungsgemäßen Setz- bzw. Nietwerkzeugs 1 mit einer als Setzkopf 2 ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Teil einer Elementzuführanordnung 4. Das Nietwerkzeug 1 dient zum Setzen eines als Vollstanzniet bzw. Flachkopfniet ausgebildeten Fügeelements 3 an einem Bauteilabschnitt B (in 1 gestrichelt angedeutet) aus zum Beispiel zwei oder mehr Blechlagen. Das Setzen des Fügeelements 3 am nicht vorgelochten Bauteilabschnitt B geschieht unter Krafteinwirkung mit Hilfe eines angetriebenen Stempels 8 des Nietwerkzeugs 1, wobei mit dem Fügeelement 3 der Bauteilabschnitt zunächst durchgestanzt wird und dann verformtes Material des Bauteilabschnitts B außen an das Fügeelement 3 angepresst wird, womit eine feste Verankerung des Fügeelements 3 am Bauteilabschnitt B und damit eine Verbindung der Blechlagen an dem erstellten Fügepunkt erreicht wird. Der Bauteilabschnitt B stützt sich beim Einpressen des Fügeelements 3 bzw. beim Fügevorgang unterseitig an einer nicht dargestellten Matrizeneinheit ab. Von oben drückt gleichzeitig eine Niederhalternase 11 des Nietwerkzeugs 1 auf den Bauteilabschnitt B.
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Mit der Elementzuführanordnung 4 können Fügeelemente 3 von einem entfernten Speicher einzeln bzw. nacheinander in eine Vorlageposition 5 am Nietwerkzeug 1 herantransportiert werden. Das Fügeelement 3 gemäß 1 wird über einen Zuführschlauch (nicht gezeigt) mit einem Zuführkanal 7 einer Zuführung 6 der Elementzuführanordnung 4 pneumatisch in Richtung P1 in die Vorlageposition 5 gefördert beispielsweise mit Druckluft. Vorteilhaft gelangen die Fügeelemente 3 aufrecht bzw. quer zu deren Längsrichtung ausgerichtet in die Vorlageposition 5, wo ein Element ruhend in einem Vorlagebereich 5a am Nietwerkzeug 1 vorgelegt ist. Der Stempel 8 befindet sich dabei in seiner zurückbewegten Position.
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In 1 ist ein weiteres zum Fügeelement 3 identisches Fügeelement 3' in einer durch eine Führungsleitung in Richtung P4 weitergeschobenen Position an dem erfindungsgemäßen Setzkopf 2 unmittelbar vor einem Setzen des Fügeelement 3' am Bauteilabschnitt B dargestellt. Das Fügeelement 3' erreicht die gezeigte Position durch Ausfahren des Stempels 8 in Richtung P2, der mit einer Stempelstirnseite 8a auf eine Kopfseite 3a des Fügeelement 3' anliegend drückt, was in 1 nicht dargestellt ist. Entsprechende Ansichten mit jeweils zwei Füge- bzw. Funktionselementen zeigen auch die 2 bis 4, 6 und 7.
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Der Stempel 8 ist über eine nicht ersichtliche Antriebseinheit des Nietwerkzeugs 1 linear hin- und herbewegbar bzw. gemäß des Pfeils P2 vorfahrbar und nach einem Setzvorgang aus einer vollständig vorgefahrenen Position, in der die Stempelstirnseite 8a mit dem Ende der Niederhalternase 11 fluchtet, gemäß Pfeil P3 zurückfahrbar. Der Stempel 8 ist als Nietsetzstift ausgebildet und befindet sich in den 1 und 3 in einer in Richtung P3 vollständig zurückbewegten Position am Nietwerkzeug 1. Dabei ist das Fügeelement 3 mit seiner Kopfseite 3a in der Vorlageposition 5 etwas beabstandet zur flachen Stempelstirnseite 8a.
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Das Fügeelement 3 wird nicht in Axialrichtung bzw. in Richtung der Längsachse des Flachkopfniets 3 in den Setzkopf 2 herangeführt, sondern in Querrichtung zur Längsachse des Fügeelements 3 durch die Zuführung 6. So kann vorteilhafterweise das Fügeelement 3 unmittelbar unter den Stempel 8 geschossen werden, wobei auf eine andernfalls notwendige Mechanik zum Beispiel eine Schiebermechanik verzichtet werden kann, welche das Fügeelement 3 beispielsweise um 90 Winkelgrade in seiner Ausrichtung ändern, bevor der Stempel 8 das Fügeelement 3 in Richtung P4 schieben kann. Eine solche Schiebermechanik zeigt 2.
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Aus der gemäß der 1 und 3 zurückbewegten Position des Stempels 8 schiebt der Stempel 8 beim Vorfahren gemäß P2 das einzelne Fügeelement 3 aus der gezeigten Vorlageposition 5 in Richtung P4, indem die Stempelstirnseite 8a auf die Kopfseite 3a wirkt, so dass das Fügeelement 3 innerhalb eines hohlen geraden Stempelkanals 11a der Niederhalternase 11 bis an deren freies Ende verschoben wird. Von dort treibt der Stempel 8 das Fügeelement 3' in den Bauteilabschnitt B.
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Die 2, 4 und 5 zeigen ein zum Nietwerkzeug 1 alternatives erfindungsgemäßes Werkzeug 10, welches zur Verarbeitung eines als Clinchniet-Funktionselement 14 ausgebildeten Funktionselements ausgebildet ist. Das Werkzeug 10 ist im Grundaufbau entsprechend zum Nietwerkzeug 1 ausgestaltet, weshalb nachfolgend Details am Beispiel des Werkzeugs 10 erklärt sind, die auch auf das Nietwerkzeug 1 zutreffen.
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Entsprechend eines durchmessergrößten Bereichs des Fügeelements 3 mit einem umfänglich geschlossenen radial vorstehenden Ring 15 an einem Kopfabschnitt, weist das Clinchniet-Funktionselement 14 einen an einem Grundkörper des Clinchniet-Funktionselements 14 umlaufenden radial außen vorstehenden stegförmigen Ring 15 auf, der in einem unteren Drittel bezogen auf die Gesamtlänge des Clinchniet-Funktionselements 14 vorhanden ist. Das Clinchniet-Funktionselement 14 weist unterhalb des Rings 15 eine Clinchniet-Funktionalität auf, die für die Befestigung in z. B. einem Blech sorgt. Oberhalb des Rings 15 ist ein Funktionsabschnitt 16 mit zum Ring 15 geringerem Durchmesser ausgebildet, der im am Bauteilabschnitt angebrachten Zustand des Clinchniet-Funktionselements 14 an der betreffenden Seite des Bauteilabschnitts eine entsprechende Funktion bereitstellt.
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Für das Durchschieben des Clinchniet-Funktionselements 14 durch den Stempelkanal 11a weist ein Stempel 17 stirnseitig eine sacklochartige Vertiefung 18 auf, so dass ein schmaler Stempelring 19 oben auf den Ring 15 drückend das Clinchniet-Funktionselement 14 in Richtung P4 vorwärts schieben kann.
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Beim Durchschieben des Clinchniet-Funktionselements 14 durch den Stempelkanal 11a ist für eine dauerhafte Führung bzw. Ausrichtung des Clinchniet-Funktionselements 14 ein Teilabschnitt eines umfänglichen Randes 15a des Rings 15 im Gleit- und Haltekontakt mit Innenseiten 12a und 13a von zwei gegenüberliegenden gleichartigen anstellbaren Führungsleisten 12 und 13. Die Führungsleisten 12 und 13 bilden Positionierleisten zum Positionieren der Füge- bzw. Funktionselemente bzw. des Clinchniet-Funktionselements 14 und sind in der Niederhalternase 11 aufgenommen. Die Führungsleisten 12 und 13 bilden mit ihren Innenseiten 12a, 13a jeweils einen Teilumfang der Wandung des Stempelkanals 11a über dessen gesamte Länge. Nach oben bzw. stempelseitig stehen die Führungsleisten 12 und 13 bis in den Vorlagebereich 5a hinein, also über einen unteren Rand des seitlich ankommenden Zuführkanals 7 über die gesamte Höhe h des Zuführkanals 7 (s. 1, 2).
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Wenn das Clinchniet-Funktionselement 14 aus dem Zuführkanal 7 die Vorlageposition 5 erreicht, wird das Clinchniet-Funktionselement 14 beispielsweise mit einer Niederdruckanordnung 9 durch Anlegen eines Unterdrucks bzw. Niederdrucks p in einer Niederdruckbohrung 9a an einen Anschlag A angesaugt, so dass das Clinchniet-Funktionselement 14 in der Vorlageposition 5 nicht in Richtung des Zuführkanals 7 zurückrutscht. Das angesaugte der Clinchniet-Funktionselement 14 verschließt dabei mit dem Ring 15 bzw. dessen Rand 15a eine Öffnung 9b der Niederdruckbohrung 9a. Mit der Niederdruckanordnung 9 kann außerdem eine Detektion des in der Vorlageposition 5 vorgelegten Clinchniet-Funktionselements 14 bzw. eines jeweiligen Füge- oder Funktionselements bereitgestellt werden. Bei nicht vorhandenem Füge- bzw. Funktionselement wird ein anderes Druckniveau in der Niederdruckanordnung 9 von einem Druckmesser detektiert als bei einem in der Vorlageposition 5 vorhandenen angesaugten Füge- bzw. Funktionselement.
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Das Fügeelement 3 bzw. das Clinchniet-Funktionselement 14 muss in der Vorlageposition 5 außerdem gegen ein Verrutschen in Längsrichtung des Fügeelements 3 bzw. Clinchniet-Funktionselements 14 bzw. in Richtung P4 gehalten werden.
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Hierfür ist eine Formschlussverbindung eingerichtet. Der Formschluss zum Festhalten des Flachkopfniets 3 bzw. des Clinchniet-Funktionselements 14 in der Vorlageposition 5 umfasst entsprechend auf die jeweilige Mantelform des zu verarbeitenden Füge- bzw. Funktionselement abgestimmt an definierter Stelle konturiert ausgebildete Führungsleisten 12, 13.
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Demgemäß ist eine als Nut 20 in der Führungsleiste 12 ausgebildete Aufnahmekontur und eine entsprechende als Nut 21 ausgebildete Aufnahmekontur in der Führungsleiste 13 vorhanden. Die Nuten 20, 21 sind jeweils auf die Form und Abmessung des Rings 15 des Clinchniet-Funktionselements 14 abgestimmt. Die Nuten 20, 21 stellen eine Aufnahmekontur an den Führungsleiste 12, 13 bereit, welche jeweils zum Eingriff eines umfänglichen Abschnitts des Ring 15 dienen. Dementsprechend bildet der Ring 15 einen auf die Aufnahmekontur abgestimmten Konturabschnitt des Fügeelements 3 bzw. des Clinchniet-Funktionselements 14.
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Die Nuten 20, 21 sind identisch gestaltet und weisen jeweils einen Querschnitt in Form eines Kanals mit zueinander parallelen gegenüberliegenden geraden Nutwandungen auf, umfassend einen konkav bzw. als Teil einer Zylinderform gebogenen Nutgrund, an den seitlich die gegenüberliegenden Nutwandungen anschließen.
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Auch die Führungsleisten 12, 13 gemäß des Setzkopfes 2 nach den 1 und 3 weisen entsprechende auf die Kopfform des Fügeelements 3 abgestimmte Nuten 20, 21 auf.
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Die Nuten 20, 21 befinden sich in Verlängerung des Zuführkanals 7 auf einer Höhe, auf welcher der Ring 15 im Vorlagebereich 5a ankommt, wobei das Clinchniet-Funktionselement 14 bzw. der Ring 15 im Zuführkanal 7 entlang einer abgestimmten Führung an den Vorlagebereich 5a herantransportiert wird. Das Clinchniet-Funktionselement 14 erreicht damit ohne dass der Ring 15 einen Absatz überwinden muss die Vorlageposition 5, wobei gegenüberliegenden Bereiche des Rings 15 in die gegenüberliegend vorhandenen Nuten 20, 21 in den Führungsleisten 12, 13 einfahren. Dabei wird ein Formschluss zwischen dem Ring 15 und den Nuten 20 und 21 realisiert.
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Anschließend wird der Stempel 8 angetrieben durch eine Antriebseinheit nach unten in Richtung P2 bewegt. Um das Clinchniet-Funktionselement 14 exakt abgestimmt auf die Stempelbewegung aus dem Formschluss freizugeben, ist eine Stellanordnung vorgesehen. Die Stellanordnung umfasst den Stempel 8 und die Führungsleisten 12, 13, welche jeweils in ihrem oberen Endbereich bzw. im Bereich der Vorlageposition 5 durch ein linear gemäß der Doppelpfeile P5 radial versetzbares Gelenk 22 und 23 aufgenommen sind (s. 5). Mit den Gelenken 22 und 23 ist die Führungsleiste 12 um die Schwenkachse S1 gemäß P6 und die Führungsleiste 13 um die Schwenkachse S2 gemäß P7 anstellbar.
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Die Innenseiten der Führungsleisten 12, 13 sind zwischen den Nuten 20, 21 und einem oberen bzw. stempelseitigen Ende der Führungsleisten 12, 13 mit einer radial nach außen und in Richtung zum Stempel 8 hin sich aufweitenden schrägen Flanke 24 so abgestimmt, dass beim Verfahren in Richtung P2 durch Einwirken des vorderen Endes des Stempelrings 19 auf die Flanken 24 die beiden Führungsleisten 12, 13 etwas nach außen wegschwenken und damit die Nut 20 und die Nut 21 gleichartig bzw. simultan sich vom Ring 15 des vorgelegten Elements 3, 14 wegbewegen und der Formschluss aufgehoben wird. Ausgehend vom Zustand des in der Vorlageposition 5 gehaltenen Fügeelements 3 bzw. Clinchniet-Funktionselements 14 wird die Funktionsleiste 12 im Uhrzeigersinn und die Funktionsleiste 13 entgegen des Uhrzeigersinns geschwenkt.
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Das Zusammenspiel des Stempelrings 19 mit den Flanken 24 bzw. durch die spitzwinklige Ausrichtung der Flanken zur Stempellängsachse wird das Clinchniet-Funktionselement 14 aus dem Formschluss freigegeben kurz bevor der Stempelring 19 in Kontakt mit dem Clinchniet-Funktionselement 14 kommt. Der Stempelring 19 trifft dann auf die Oberseite des Rings 15 und schiebt das Clinchniet-Funktionselement 14 nach vorne in Richtung P4.
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Beim Stempel 8 trifft die Stempelstirnseite 8a entsprechend auf die Kopfseite 3a des Fügeelements 3.
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Das formschluss-freie Clinchniet-Funktionselement 14 wird dann geklemmt gehalten an den Innseiten 12a, 13a der Führungsleisten 12, 13 in Richtung P4 nach unten verschoben, wobei der Rand 15a des Rings 15 außen umfänglich entlang der Innenseiten 12a, 13a gleitet.
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Der Stempel 8 bzw. 17 ist beim Durchschieben des Fügeelements 3 bzw. des Clinchniet-Funktionselements 14 radial beabstandet zu den Innenseiten der Führungsleisten 12, 13.
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Eine alternative Anordnung bzw. ein alternatives Werkzeug 10 zeigt 6, wobei das zu verarbeitende Funktionselement als Vollstanzniet-Funktionselement 25 gestaltet ist, welches einen Gewindeabschnitt 26 oberhalb eines Rings 27 aufweist, der wie der Ring 15 bei den Elementen 3, 14 einen Konturabschnitt des Vollstanzniet-Funktionselements 25 für Positionierleisten-Nuten 20, 21 bildet.
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Allen gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass zur Gewährleistung einer sicheren Positionierung und Ausrichtung eines Füge- oder Funktionselements nach Aufhebung des Formschlusses in der Vorlageposition 5 beim Durchschieben durch die Niederhalternase 11 bzw. den Stempelkanal 11a das Füge- oder Funktionselement zentral bzw. mittig zwischen den Führungsleisten 12, 13 in einem Klemmkontakt sind.
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Das jeweilige Füge- oder Funktionselement wird durch den Stempelkanal 11a anliegend an den zum Beispiel konkav gewölbten Innenseiten 12a, 13a der Führungsleisten 12, 13 geführt.
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Die Führungsleisten 12, 13 sind bezogen auf den Stempelkanal 11a nicht über den gesamten Innenumfang des Stempelkanals 11a ausgebildet, sondern so versetzt gegenüberliegend, so dass dazwischen Bohrungswandungsabschnitte 11b vorhanden sind, die etwas radial nach innen versetzt zu den Innenseiten 12a, 13a sind.
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Die Führungsleisten 12, 13 sind vorteilhafterweise in Aufnahmen beispielsweise passend abgestimmten Längsnuten der Niederhalternase 11 aufgenommen. Die Anordnung in den Längsnuten ermöglicht eine geringe schräge Anstellung bzw. federnde Ausweichbewegung der Führungsleisten 12, 13 um die Achsen S1, S2 im Bereich der Gelenke 22, 23 beim Durchschieben eines Füge- oder Funktionselements durch den Stempelkanal 11a abhängig von der Position des Füge- oder Funktionselements entlang des Stempelkanals 11a.
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Die Führungsleisten 12, 13 sind demgemäß nach außen ausweichbar und anstellbar ausgebildet. Am oberen Ende gemäß P5 über auf die Gelenke 22, 23 wirkende Federn F. Am unteren Ende bzw. im unteren Endbereich der beiden Führungsleisten 12, 13 sind die Führungsleisten 12, 13 federnd bzw. gefedert vorgespannt. Dies ist beispielsweise durch ein elastisches Element wie zum Beispiel ein Federring 34 eingerichtet, der außen um die Niederhalternase 11 gelegt und über darin vorhandenen Ausnehmungen auf die Führungsleisten 12, 13 über jeweils ein Zwischenelement 35 drückend wirkt (s. 3).
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Beim Anstellen können die Führungsleisten 12, 13 etwas radial nach außen gegen die Federwirkung der Federn F bzw. des Federrings 34 ausweichen.
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Mit den linear-radial geführten Gelenken 22, 23 wird ein Aufweiten bzw. Öffnen der Führungsleisten 12, 13 für eine trichterartige Einstellung beim Durchschieben der Füge- oder Funktionselemente durch den Stempelkanal 11a ermöglicht, so dass das entsprechende Niet- oder das Funktionselement immer vor dem Stempel geklemmt gehalten ist und nicht undefiniert im Stempelkanal 11a nach vorne fallen kann.
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Die Gelenke 22, 23 lassen ein Anstellen bzw. Schwenken der Führungsleisten 12, 13 ab dem Zeitpunkt zu, in dem sich die unteren Abschnitte der Führungsleisten 12, 13 gegen den Federring 34 nach außen etwas öffnen.
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Die erfindungsgemäßen Anordnungen bzw. Werkzeuge und Setzköpfe bestehen aus vorteilhafterweise wenigen und einfachen Komponenten. Damit ist zudem ein kompaktes Bauen bzw. ein geringer Bauraum von den Elementen ausgefüllt.
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Insgesamt ist es durch die Nuten 20, 21 vorteilhaft möglich, dass die Elemente in dem Stempelkanal 11a eine Gestalt aufweisen, welche einer Weiterbewegung in der Vorlageposition 5 eines vorgelegten Elements nach unten entgegen wirken. Eine Zurückrutschbewegung in der Vorlageposition 5 ist nicht möglich. Denn mit den Nuten 20, 21, welche ein Element in der Vorlageposition 5 bzw. deren Konturabschnitt mit dem Ring 15 umgreifend umfasst, wird ein Formschluss erzielt, welcher eine undefinierte Positionierung eines Elements 3, 14, 25 verhindert.
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Die Möglichkeit einer Schieberanordnung gemäß 2 ist für sämtliche anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen möglich.
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7 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Nietwerkzeug 28 mit einem Stempel 32 und einem Niederhalter 33 zur Verarbeitung eines Halbhohlstanzniets 29, wobei die Führungsleisten 30, 31 keine Nut zum Festhalten des Halbhohlstanzniets 29 in der Vorlageposition gemäß 7 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nietwerkzeug
- 2
- Setzkopf
- 3
- Fügeelement
- 3a
- Kopfseite
- 4
- Elementzuführanordnung
- 5
- Vorlageposition
- 5a
- Vorlagebereich
- 6
- Zuführung
- 7
- Zuführkanal
- 8
- Stempel
- 8a
- Stempelstirnseite
- 9
- Niederdruckanordnung
- 9a
- Niederdruckbohrung
- 9b
- Öffnung
- 10
- Werkzeug
- 11
- Niederhalternase
- 11a
- Stempelkanal
- 11b
- Bohrungswandungsabschnitt
- 12
- Führungsleiste
- 12a
- Innenseite
- 13
- Führungsleiste
- 13a
- Innenseite
- 14
- Clinchniet-Funktionselement
- 15
- Ring
- 15a
- Rand
- 16
- Funktionsabschnitt
- 17
- Stempel
- 18
- Vertiefung
- 19
- Stempelring
- 20, 21
- Nut
- 22, 23
- Gelenk
- 24
- Flanke
- 25
- Vollstanzniet-Funktionselement
- 26
- Gewindeabschnitt
- 27
- Ring
- 28
- Nietwerkzeug
- 29
- Halbhohlstanzniet
- 30, 31
- Führungsleiste
- 32
- Stempel
- 33
- Niederhalter
- 34
- Federring
- 35
- Zwischenelement
- P1
- Richtung
- P2
- Richtung
- P3
- Richtung
- P4
- Richtung
- P5
- Richtung
- P6
- Richtung
- P7
- Richtung
- H
- Höhe
