DE102014200962A1

DE102014200962A1 - Fügevorrichtung, vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen

Info

Publication number: DE102014200962A1
Application number: DE102014200962.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wiedner; Hans-Jürgen Falkenberg; Rainer Gschneidinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-23
Also published as: EP3096899A1; WO2015110302A1; EP3096899B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung (1), vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen, umfassend eine Matrize (2) und einen an einem Träger (4) linearbewegbaren Stempel (3), wobei zwischen dem Stempel (3) und der Matrize (2) der zu fügende Gegenstand positionierbar ist, eine Vorhubeinheit (5) zum Ausführen einer Vorhubbewegung des Stempels (3), eine Arbeitshubeinheit (6) zum Ausführen einer Arbeitshubbewegung des Stempels (3), wobei die Arbeitshubeinheit (6) dazu ausgebildet ist, den Stempel (3) mit einer größeren Kraft und/oder einer kürzeren Linearbewegung zu betätigen als die Vorhubeinheit (5).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung, vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen.
Vorbekannte Fügevorrichtungen, beispielsweise zum Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten oder Clinchen, weisen einen C-förmigen Träger auf. An einem Ende des C-förmigen Trägers befindet sich eine feste Matrize. An dem anderen Ende des C-förmigen Trägers ist ein verfahrbarer Stempel angeordnet. Die zu fügenden Gegenstände werden zwischen der Matrize und dem Stempel angeordnet. Der Antrieb erfolgt dabei hydraulisch, pneumatisch oder servoelektrisch. Typische Antriebslängen, über die der Stempel verfahrbar sein muss, sind größer als 350 mm. Diese lange Störgeometrie führt zu Zugänglichkeitsproblemen an der Fügestelle. Flansche müssen angestellt, Fügerichtungen gedreht, Fahrzeugkonzepte geändert werden, um die Zugänglichkeit mit bestehender Anlagentechnik zu gewährleisten. An einigen Fügestellen müssen diese oben genannten günstigen Fügemöglichkeiten durch kostenintensive Verfahren, wie beispielsweise Blindnieten, ersetzt werden.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Fügevorrichtung, vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen, bereitzustellen, die bei kostengünstiger Herstellung und wartungsarmem Betrieb sehr flexibel einsetzbar ist und gleichzeitig ein schnelles Fügen ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Fügevorrichtung, vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen, umfassend eine Matrize und einen an einem Träger linearbeweglichen Stempel. Insbesondere befindet sich sowohl die Matrize als auch der Stempel an dem Träger, der vorzugsweise C-förmig ausgebildet ist. Zwischen dem Stempel und der Matrize kann der zu fügende Gegenstand positioniert werden. Ferner umfasst die Fügevorrichtung eine Vorhubeinheit zum Ausführen einer Vorhubbewegung des Stempels und eine Arbeitshubeinheit zum Ausführen einer Arbeitshubbewegung des Stempels. Die Arbeitshubeinheit ist dazu ausgebildet, den Stempel mit einer größeren Kraft und/oder einer kürzeren Linearbewegung zu betätigen, als die Vorhubeinheit. Die von der Vorhubeinheit ausgeführte Linearbewegung des Stempels kann auch als Eilhub oder Zustellhub bezeichnet werden. Entscheidend ist, dass mittels der Vorhubeinheit der Stempel sehr schnell und über einen großen Weg bis zur Fügestelle hin bewegt wird. Während des Vorhubes wirkt keine bzw. eine nur sehr geringe Kraft auf den Stempel. Die Mechanik zur Durchführung des Vorhubes kann also sehr schnell wirken und muss dabei keine Fügekraft aufbringen. Sobald der Stempel bzw. der Niederhalter die Fügestelle erreicht, wirkt die Arbeitshubeinheit. Diese muss den Stempel dann nur noch über einen sehr kurzen Weg, jedoch mit einer großen Kraft, bewegen. Während des Arbeitshubes muss der Stempel beispielsweise nur über einen Weg von weniger als ca. 20 mm, jedoch mit einer Kraft von 5 bis 100 kN, bewegt werden.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Fügevorrichtung in eine Vorhubeinheit und eine Arbeitshubeinheit kann der Stempel sehr schnell geschlossen und wieder geöffnet werden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Zugänglichkeit zu Fügestellen und es können einfache Fügemethoden, wie das Halbhohlstanznieten oder Vollstanznieten oder Clinchen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist dazu relativ leichtbauend und kann beispielsweise von Robotern bewegt werden und so zur Montage von Fahrzeugkarosserien verwendet werden. Dadurch ergibt sich eine Kosten- und Flächeneinsparung. Durch die erfindungsgemäße Vorhubeinheit ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Stempels möglich, wodurch sich die Montagezeiten und somit auch die Kosten verringern.
In einer ersten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorhubeinheit eine erste Spindel zum Bewegen des Stempels umfasst, und dass die Arbeitshubeinheit eine zweite Spindel zum Bewegen des Stempels umfasst. Die Spindeln weisen insbesondere unterschiedliche Steigungen auf, so dass mittels der unterschiedlichen Spindeln auch unterschiedliche Geschwindigkeiten und Kräfte erzeugt werden können.
In der ersten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Spindeln ineinander angeordnet sind. Dadurch ist ein kompakter Aufbau der Fügevorrichtung möglich.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Spindeln über ein Differenzialgetriebe mit einem gemeinsamen Antrieb antriebsverbunden sind. Mittels des Differenzialgetriebes wird beim Schließen des Stempels zunächst die erste Spindel der Vorhubeinheit betätigt und im Anschluss daran wird die zweite Spindel der Arbeitshubeinheit betätigt. Der Antrieb ist vorzugsweise als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet.
In einer zweiten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorhubeinheit eine erste Spindel umfasst. Diese erste Spindel ist mit dem Stempel verbunden. Die Arbeitshubeinheit umfasst eine am Träger linearbeweglich geführte Hülse und eine Bewegungsvorrichtung. Die Bewegungsvorrichtung ist zum Linearbewegen dieser Hülse ausgebildet. Die erste Spindel der Vorhubeinheit ist in dieser Hülse geführt. Zwischen der ersten Spindel und der Hülse befindet sich ein Mitnehmer, so dass durch Linearbewegen der Hülse die erste Spindel samt dem Stempel bewegt wird. Mittels der Vorhubeinheit mit der ersten Spindel kann also der Stempel sehr schnell und mit wenig Kraft an die Fügestelle herangeführt werden. Sodann wird mittels der Bewegungsvorrichtung die Hülse linear verschoben. Mit der Hülse verschiebt sich die erste Spindel und somit der Stempel.
Als Bewegungsvorrichtung ist bevorzugt eine Kulisse vorgesehen. Diese Kulisse umfasst eine schräge Nut. In dieser schrägen Nut ist ein Stift geführt. Durch Linearverschieben der Kulisse mit der schrägen Nut wirkt eine entsprechende Kraft auf den Stift. Entweder die Kulisse oder der Stift ist mit der linearbeweglich geführten Hülse verbunden, so dass über die Bewegungsvorrichtung eine Kraft auf die linear geführte Hülse übertragen werden kann. Der Begriff ”Stift” ist hier breit gefasst und umfasst beispielsweise auch einen Kulissenstein.
Alternativ zur Verwendung der Kulisse ist bevorzugt vorgesehen, einen Gelenkhebel mit der linear geführten Hülse zu verbinden. Auch auf diesen Gelenkhebel kann eine lineare Kraft einwirken. Diese wird über den Gelenkhebel übertragen auf die Hülse.
Für den Antrieb in der zweiten Variante gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten. In der ersten Möglichkeit ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Spindel mit einem Antrieb antriebsverbunden ist und dass die Bewegungsvorrichtung mit einem weiteren Antrieb antriebsverbunden ist. Der Antrieb der Spindel ist bevorzugt als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet. Der weitere Antrieb der Bewegungsvorrichtung ist bevorzugt als Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder ausgebildet. Gemäß der zweiten Möglichkeit ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Spindel und die Bewegungsvorrichtung über ein Getriebe mit einem gemeinsamen Antrieb antriebsverbunden sind. Dieses Getriebe ist so ausgebildet, dass beim Schließen des Stempels zunächst die Kraft auf die erste Spindel wirkt und im Anschluss daran über die Bewegungsvorrichtung die linearbewegliche Hülse verschoben wird.
Gemäß einer dritten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorhubeinheit einen hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Zylinder aufweist. Dieser Zylinder ist mit dem Stempel verbunden und umfasst einen Kolben und eine Kolbenstange. Die Arbeitshubeinheit weist ein Eingriffselement auf. Dieses Eingriffselement dient zur direkten Kraftübertragung auf die Kolbenstange oder den Kolben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Eingriffselement und dem Kolben bzw. der Kolbenstange ein Gewinde ausgebildet ist. Dieses Gewinde ist insbesondere ein Feingewinde. Über dieses Gewinde kann über einen kurzen Weg jedoch mit hoher Kraft der Kolben bewegt werden. Das Eingriffselement der Arbeitshubeinheit wird bevorzugt über einen Elektromotor oder Hydraulikmotor bewegt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Fügevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Detail der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 ein Detail der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
4 und 5 schematisch vereinfachte Ansichten zu einer Fügevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiele einer Fügevorrichtung 1 beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Gemäß 1 weist die Fügevorrichtung 1 einen C-förmigen Träger 4 auf. An einem Ende des C-förmigen Trägers 4 befindet sich eine ortsfeste Matrize 2. An dem anderen Ende des C-förmigen Trägers 4 ist ein Stempel 3 beweglich aufgenommen. Zwischen dem Stempel 3 und der Matrize 2 werden die zu fügenden Gegenstände positioniert. Die Fügevorrichtung 1 dient beispielsweise zum Clinchen, Stanzen oder zum Setzen von Nieten.
Zum Antrieb des Stempels 3 sind eine Vorhubeinheit 5 und eine Arbeitshubeinheit 6 vorgesehen. Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorhubeinheit 5 eine erste Spindel 8 und die Arbeitshubeinheit 6 eine zweite Spindel 9. Die beiden Spindeln 8, 9 sind ineinander angeordnet und eine der beiden Spindeln 8, 9 ist direkt mit dem Stempel 3 verbunden.
Zwischen den beiden Spindeln 8, 9 und einem Antrieb 7 ist ein Differenzialgetriebe vorgesehen. Dieses Differenzialgetriebe verteilt zunächst die Kraft des Antriebs 7 auf die erste Spindel 8, um den Stempel 3 schnell zuzustellen. Daraufhin wird die Kraft des Antriebs 7 auf die zweite Spindel 9 übertragen.
Ferner zeigt 1 eine X- und Y-Richtung. In X-Richtung erfolgt die Zustellung des Stempels 3 gegen die Matrize 2. Die Y-Richtung steht senkrecht auf der X-Richtung.
Der Antrieb 7 ist als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet.
2 zeigt die Fügevorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Übersichtlichkeit halber sind in den 2 und 3 nur Ausschnitte der Fügevorrichtung 1 gezeigt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die Vorhubeinheit 5 die erste Spindel 8 auf. Diese erste Spindel 8 ist direkt mit dem Stempel 3 verbunden.
Die Arbeitshubeinheit 6 umfasst eine linearbewegliche Hülse 11. Diese linearbewegliche Hülse ist in einer gegenüber dem Träger 4 festen Hülse 12 linearbeweglich gelagert. Die Hülse 11 ist in X-Richtung beweglich.
Die feste Hülse 12 weist eine Nut auf, die sich in X-Richtung erstreckt. Durch diese Nut ragt ein Stift 14 nach außen. Der Stift 14 ist fest mit der linearbeweglichen Hülse 11 verbunden.
Ferner umfasst die Arbeitshubeinheit 6 eine Bewegungsvorrichtung 10. Diese Bewegungsvorrichtung 10 weist im zweiten Ausführungsbeispiel eine Kulisse 13 auf. Die Kulisse 13 umfasst eine schräge Nut. In dieser schrägen Nut ist der Stift 14 geführt.
Durch Bewegen der Kulisse 13 wird über die schräge Nut eine Kraft auf den Stift 14 übertragen. Dadurch ist durch Bewegen der Kulisse 13 die linearbewegliche Hülse 11 in X-Richtung verschiebbar. Mit Verschieben der linearbeweglichen Hülse 11 bewegt sich auch die erste Spindel 8 in X-Richtung und somit kann über die Kulisse 13 eine relativ große Kraft auf den Stempel 3 übertragen werden.
3 zeigt die Fügevorrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel, mit dem Unterschied, dass anstatt der Kulisse 13 ein Gelenkhebel 15 zur Kraftübertragung auf den Stift 14 verwendet wird. Wie 3 zeigt, weist dieser Gelenkhebel 15 einen Verbindungspunkt 16 auf. Dieser Verbindungspunkt 16 ist bezüglich der ersten Spindel 8 in Y-Richtung verschoben angeordnet. An diesem Verbindungspunkt 16 greift die Kraft zum Bewegen des Gelenkhebels 15 an.
Im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gibt es jeweils zwei Möglichkeiten zur Ausbildung des Antriebs 7. In der ersten Möglichkeit ist ein Gewinde, insbesondere Differenzialgewinde, vorgesehen, um die Kraft eines gemeinsamen Antriebs 7 auf die erste Spindel 8 und auf die Kulisse 13 bzw. den Gelenkhebel 15 zu verteilen. In der zweiten Alternative gibt es zwei Antriebe, insbesondere einen Motor für die Bewegung der ersten Spindel 8 und einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder zur Bewegung der Kulisse 13 oder des Gelenkhebels 15.
4 und 5 zeigen die Fügevorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Die 4 und 5 sind rein schematische Darstellungen. In 4 ist der Zustand während der Ausführung des Vorhubes gezeigt. In 5 wird der Arbeitshub ausgeführt.
Die Fügevorrichtung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel umfasst einen Zylinder 18 mit einem darin geführten Kolben 19 und einer Kolbenstange 20. Die Kammern beidseitig des Kolbens 19 sind mit hydraulischem oder pneumatischem Druck beaufschlagbar. Mittels des Zylinders 18 wird die Kraft und Bewegung für den Vorhub auf den Stempel 3 übertragen.
Des Weiteren zeigen die 4 und 5 ein Eingriffselement 21 der Arbeitshubeinheit 6. Zwischen dem Eingriffselement 21 und dem Kolben 19 ist ein Gewinde 22 ausgebildet. Sobald der Vorhub ausgeführt ist, steht der Kolben 19 im Eingriff mit dem Eingriffselement 21. Sodann kann das Eingriffselement 21 über einen Motor 23 bewegt werden. Dadurch kann mit sehr hoher Kraft und einem kleinen Weg der Arbeitshub ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fügevorrichtung
2: Matrize
3: Stempel
4: Träger
5: Vorhubeinheit
6: Arbeitshubeinheit
7: Antrieb
8: Erste Spindel
9: Zweite Spindel
10: Bewegungsvorrichtung
11: Linearbewegliche Hülse
12: Feste Hülse
13: Kulisse
14: Stift
15: Gelenkhebel
16: Verbindungspunkt
18: Zylinder
19: Kolben
20: Kolbenstange
21: Eingriffselement
22: Gewinde
23: Mutter

Claims

Fügevorrichtung (1), vorzugsweise zum Setzen von Nieten, zum Clinchen oder zum Stanzen, umfassend • eine Matrize (2) und einen an einem Träger (4) linearbewegbaren Stempel (3), wobei zwischen dem Stempel (3) und der Matrize (2) der zu fügende Gegenstand positionierbar ist, • eine Vorhubeinheit (5) zum Ausführen einer Vorhubbewegung des Stempels (3), • eine Arbeitshubeinheit (6) zum Ausführen einer Arbeitshubbewegung des Stempels (3), • wobei die Arbeitshubeinheit (6) dazu ausgebildet ist, den Stempel (3) mit einer größeren Kraft und/oder einer kürzeren Linearbewegung zu betätigen als die Vorhubeinheit (5).
Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhubeinheit (5) eine erste Spindel (8) zum Bewegen des Stempels (3) umfasst, und dass die Arbeitshubeinheit (6) eine zweite Spindel (9) zum Bewegen des Stempels (3) umfasst.
Fügevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spindeln (8, 9) ineinander angeordnet sind.
Fügevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spindeln (8, 9) über ein Differenzialgetriebe mit einem gemeinsamen Antrieb (7), vorzugsweise einem Elektromotor oder Hydraulikmotor, antriebsverbunden sind.
Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhubeinheit (5) eine erste mit dem Stempel (3) verbundene Spindel (8) umfasst, und dass die Arbeitshubeinheit (6) eine am Träger (4) linearbeweglich geführte Hülse (11) und eine Bewegungsvorrichtung (10) zum Linearbewegen der Hülse (11) umfasst, wobei die erste Spindel (8) in der Hülse (11) geführt ist und wobei durch Linearbewegen der Hülse (11) die erste Spindel (8) samt Stempel (3) bewegbar ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (10) eine als schräge Nut ausgebildete Kulisse (13) und einen in der Kulisse (13) geführten Stift (14) umfasst, wobei entweder die Kulisse (13) an der linearbeweglich geführten Hülse (11) ausgebildet ist, oder der Stift (14) mit der linearbeweglich geführten Hülse (11) verbunden ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (10) einen mit der linearbeweglich geführten Hülse (11) verbundenen Gelenkhebel (15) umfasst.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spindel (8) mit einem Antrieb (7), vorzugsweise einem Elektromotor oder Hydraulikmotor, antriebsverbunden ist, und die Bewegungsvorrichtung (10) mit einem weiteren Antrieb, vorzugsweise einem Hydraulikzylinder oder einem Pneumatikzylinder, antriebsverbunden ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spindel (8) und die Bewegungsvorrichtung (10) über ein Getriebe mit einem gemeinsamen Antrieb (7) antriebsverbunden sind.
Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhubeinheit (5) einen hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen, mit dem Stempel (3) verbundenen Zylinder (18) mit einem Kolben (19) und einer Kolbenstange (20) umfasst, und dass die Arbeitshubeinheit (6) ein Eingriffselement (21) zur direkten Kraftübertragung auf die Kolbenstange (20) oder den Kolben (19) umfasst.
Fügevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Eingriffselement (21) und Kolben (19) oder Kolbenstange (20) ein Gewinde (22) zur Kraftübertragung ausgebildet ist.