DE102016226246A1 - Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung, Fügevorrichtung und Anordnung mit Fügevorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung, Fügevorrichtung und Anordnung mit Fügevorrichtung Download PDF

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    • B21J15/32Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung, die ein Fügewerkzeug (70) aufweist, mittels welchem ein Fügeelement (20), das in dem Fügewerkzeug (70) gehalten wird, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist, wobei zur automatisierten Aufnahme eines Fügeelements (20) in die Fügevorrichtung das Fügeelement (20) von einer Seite eines Mundstücks (71) des Fügewerkzeugs (70), auf welcher das wenigstens eine Bauteil anzuordnen vorgesehen ist, entgegen der Fügerichtung und koaxial zu einer Rotationsachse (R) des Fügewerkzeugs (70) durch eine Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) in das Mundstück (71) eingebracht wird, sowie eine solche Fügevorrichtung und eine Anordnung mit einer Fügevorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung, die ein Fügewerkzeug aufweist, mittels welchem ein Fügeelement in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist, sowie eine solche Fügevorrichtung und eine Anordnung mit einer solchen Fügevorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Fügeverfahren wie Nietverfahren dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet als Fügeelement mittels eines Fügewerkzeugs, das einen Stempel umfasst, in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Fügewerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt werden kann, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
  • Weiterhin ist bspw. aus der EP 2 318 161 B1 ein sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei dem ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.
  • Als weiteres Fügeverfahren sind beispielsweise Schraubverfahren zu nennen, bei dem mittels eines Fügewerkzeugs, das beispielsweise eine Schraubspindel umfasst, Schrauben als Fügeelemente in zu verbindende Bauteile eingebracht werden können.
  • Bei Fügeverfahren, insbesondere auch bei den genannten, ist es für einen automatisierten Betrieb in der Regel nötig, eine Zuführung der Fügeelemente, also beispielsweise der Niete oder Schrauben, und insbesondere auch automatisierte Aufnahme dieser Fügeelemente in die Fügevorrichtung zu gewährleisten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung, sowie eine solche Fügevorrichtung und eine Anordnung mit einer solchen Fügevorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung aus, die ein Fügewerkzeug aufweist, mittels welchem ein Fügeelement, das in dem Fügewerkzeug gehalten wird, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist. Bei solchen Fügevorrichtungen kann es sich beispielsweise um Niet-, insbesondere Stanznietvorrichtungen oder auch Schraubvorrichtungen handeln. Diesen Fügevorrichtungen bzw. deren Betrieb ist gemeinsam, dass für einen automatisierten Ablauf die Fügeelemente möglichst automatisiert zugeführt und dann auch in eine entsprechende Verarbeitungsposition, also beispielsweise in oder an das Fügewerkzeug gebracht werden.
  • Eine Möglichkeit der Zuführung und Aufnahme im Falle von Stanznietvorrichtungen, auch bei manueller Verarbeitung, ist nun beispielsweise die Verwendung eines Gurts oder Ähnlichem, in dem mehrere Niete in einer vordefinierten Position gehalten werden und in einer Reihe angeordnet sind. Ein solcher Gurt kann dann entsprechend durch das Fügewerkzeug durchgeführt werden, sodass beispielsweise nach jedem Nietvorgang ein neuer Niet vor einem Stempel platziert wird. Eine Gurtnachführung kann dabei beispielsweise mit der Bewegung des Fügewerkzeugs gekoppelt oder auch separat vorgenommen werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, insbesondere bei größeren Serien und bei automatischer Verarbeitung, ist die Zuführung der Niete über einen Profilschlauch oder Ähnlichem. In einem solchen Profilschlauch können Niete in einer vordefinierten Ausrichtung geführt werden. Der Profilschlauch kann dann an einer geeigneten Stelle im Fügewerkzeug angebunden werden, sodass für einen Nietvorgang jeweils ein Niet in der gewünschten Position zugeführt bzw. in das Fügewerkzeug eingesetzt werden kann. Die Niete können dabei nach einer Vereinzelung beispielsweise mittels Druckluft in das Fügewerkzeug eingebracht werden.
  • Nachdem der Niet in das Fügewerkzeug eingebracht wurde, ist es in der Regel nötig, den Niet auch im Fügewerkzeug zu halten, bis der Niet beim anschließenden Nietvorgang auf ein Bauteil aufsetzt. Das Fügewerkzeug weist hierbei neben dem Stempel in der Regel einen sog. Niederhalter auf, der den Stempel umgibt und der Führung des Niets beim Nietvorgang dient. Der Niederhalter setzt dabei in der Regel auf dem Bauteil auf, während der Stempel relativ zum Niederhalter bewegt wird, um den Niet in das Bauteil (oder die Bauteile) einzudrücken.
  • Zum Halten des Niets können nun im Niederhalter verschiedene Vorkehrungen getroffen sein. Beispielsweise können mechanische Elemente wie überfederte Halbschalen, Druckstücke, Nietschieber, flexible Fasern, eingebettete Kugeln oder Ähnliches vorgesehen sein.
  • Bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen weist das Fügewerkzeug, insbesondere auch der Stempel, einen entsprechend langen und dünnen Abschnitt am bauteilseitigen Ende auf (bzw. das Fügewerkzeug kann entsprechend ausgebildet werden), sodass bei den erwähnten Möglichkeiten zur Zuführung und Aufnahme des Niets in das Fügewerkzeug neben der Anbindung der entsprechenden Komponenten, also beispielsweise des Gurts oder des Profilschlauchs, im Bereich zwischen der Stelle der Anbindung und dem Bauteil genügend Platz verbleibt, um eine für verschiedenste Tätigkeiten eine ausreichende Zugänglichkeit sicherzustellen.
  • Bei den eingangs bereits erwähnten Stanznietvorrichtungen mit Ultraschallunterstützung (bzw. mit entsprechender Schwingungseinkopplung) sind die geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich des Fügewerkzeugs und insbesondere des Stempels gegenüber herkömmlichen Stanznietvorrichtungen in der Regel jedoch deutlich eingeschränkt. Der Grund hierfür liegt, darin, dass im Fügewerkzeug beispielsweise eine Sonotrode vorzusehen ist, die zwar auch als Stempel verwendet werden kann, oder an die der Stempel angebunden werden kann, deren geometrische Abmessungen jedoch stark davon abhängen, dass eine möglichst optimale Schwingung ausgebildet bzw. auf den Niet übertragen werden kann. Eine solche Sonotrode weist dabei meist einen deutlich größeren Durchmesser auf als Stempel bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen und kann auch deutlich kürzer sein. Ebenso können verschiedene Durchmesserübergänge auftreten.
  • Dies führt dazu, dass bei der Verwendung der erwähnten Möglichkeiten zur Zuführung und Aufnahme von Nieten in das Fügewerkzeug, insbesondere wenn eine zweckmäßige Anbindung erfolgen soll, weniger Platz zwischen der Anbindung und dem Bauteil verbleibt, wodurch die Zugänglichkeit deutlich eingeschränkt würde.
  • Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, zur automatisierten Aufnahme eines Fügeelements in die Fügevorrichtung das Fügeelement von einer Seite eines Mundstücks des Fügewerkzeugs, auf welcher das wenigstens eine Bauteil anzuordnen vorgesehen ist, entgegen der Fügerichtung und koaxial zu einer Rotationsachse des Fügewerkzeugs durch eine Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung in das Mundstück einzubringen. Anschaulich gesprochen kann also das Fügelement von unterhalb des Mundstücks, also von Seiten des Bauteils, an das Fügewerkzeug herangeführt bzw. auch in das Fügewerkzeug hineingeführt werden. Bei der Rotationsachse kann es sich beispielsweise um eine Symmetrieachse eines Stempels als Teil des Fügewerkzeugs handeln. Das Fügelement kann dann in dem Fügewerkzeug beispielsweise mittels magnetischer Kraft oder mittels Unterdruck gehalten werden.
  • Bei dem wenigstens einen Teil der Fügevorrichtung kann es sich dabei insbesondere um eine solche Komponente des Fügewerkzeugs handeln, die später, insbesondere auch beim Fügevorgang in Kontakt mit dem Fügeelement steht und diese insbesondere auch mit Kraft beaufschlagt. Hinsichtlich der Möglichkeiten, das Fügeelement vor der Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und dem wenigstens einen Teil des Fügewerkzeugs in eine geeignete Position zu bringen, sei auf nachfolgende Erläuterungen verwiesen.
  • Durch die vorgeschlagene Lösung ist somit keine Anbindung eines Gurtes, eines Profilschlauchs oder Ähnlichem an das Fügewerkzeug mehr nötig, was bedeutet, dass sowohl bei aufgenommenem bzw. eingesetztem Fügeelement als auch während des Fügevorgangs die Zugänglichkeit weiterhin gewahrt bleibt, auch wenn das Fügewerkzeug kürzer und/oder breiter als bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen ist.
  • Wenngleich sich die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens besonders bei einer Ultraschall-Stanznietvorrichtung zeigen, so können damit auch bei herkömmlichen Niet- oder Stanznietvorrichtungen, aber beispielsweise auch bei Schraubvorrichtungen Vorteile erzielt werden, beispielsweise aufgrund der nunmehr möglichen kompakteren Bauweise beim Fügewerkzeug.
  • Vorzugsweise wird das Fügeelement automatisch aus einem Vorratsbehältnis, in dem wenigstens ein Fügelement vorhaltbar ist, entnommen. Bei einem solchen Vorratsbehältnis kann es sich insbesondere um ein Magazin oder dergleichen handeln, in dem einzelne Fügeelemente beispielsweise neben- oder hintereinander in einer vordefinierten Position vorgehalten werden. Je nach Ausgestaltung der Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung kann auf unterschiedliche Weise verfahren werden.
  • Zweckmäßig ist es beispielsweise, wenn das Vorratsbehältnis zur Entnahme des Fügeelements stationär gehalten wird. Dann kann, wie später noch näher erläutert wird, das Fügelement ebenfalls stationär gehalten und insbesondere ein Teil des Fügewerkzeugs oder auch die ganze Fügevorrichtung relativ zum Fügeelement bewegt werden. Um das Vorratsbehältnis in die dann stationäre Position zu bekommen, kann das Vorratsbehältnis beispielsweise automatisiert an eine entsprechende Stelle verfahren bzw. geführt werden. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass die Fügevorrichtung an das dauerhaft stationär gehaltene Magazin verfährt. Auch eine Kombination aus beidem mit einem Verfahren an eine geeignete Position, an welcher die Entnahme des Fügeelements stattfindet, ist denkbar. In jedem dieser Fälle kann eine Entnahme besonders schnell und automatisiert erfolgen.
  • Alternativ ist es bevorzugt, wenn das Vorratsbehältnis oder eine bewegliche Komponente des Vorratsbehältnisses zur Entnahme des Fügeelements bewegt wird. Das Vorratsbehältnis kann also beispielsweise entsprechend verfahren werden, um das Fügeelement bei stationär gehaltener Fügevorrichtung entsprechend in das Fügewerkzeug einzubringen. Eine Bewegung des Fügeelements zur Entnahme kann jedoch auch dadurch erfolgen, dass im dem Vorratsbehältnis beispielsweise eine entsprechende bewegliche Komponente, beispielsweise ein Stift oder Ähnliches, vorgesehen ist, mit dem das Fügeelement, wenn es sich an einer Entnahmeposition befindet, bewegt, insbesondere senkrecht nach oben aus dem Vorratsbehältnis herausbewegt werden kann. Auch in diesen Fällen kann eine Entnahme besonders schnell und automatisiert erfolgen.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und dem wenigstens einen Teil der Fügevorrichtung, dass eine Komponente des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement mit Kraft beaufschlagbar ist (beispielsweise ein Stempel), aktiv entgegen der Fügerichtung und relativ zu einer Komponente des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement führbar ist (beispielsweise einem Niederhalter), bewegt wird. Zweckmäßigerweise wird zuvor die Komponente des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement mit Kraft beaufschlagbar ist, aktiv in Fügerichtung und relativ zu der Komponente des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement führbar ist, bewegt.
  • Es können also die Fügevorrichtung selbst und das Fügeelement bzw. das Vorratsbehältnis stationär gehalten werden, während zunächst nur ein Teil des Fügewerkzeugs in Richtung des Fügeelements bewegt und anschließend das Fügeelement in das Mundstück eingezogen wird. Nichtsdestotrotz kann die gesamte Fügevorrichtung zunächst an eine entsprechende Stelle, an der sich das Fügeelement befindet, bewegt werden, wobei dann jedoch nur das Fügewerkzeug bzw. ein Teil davon bewegt werden. Es versteht sich, dass beispielsweise auch das Vorratsbehältnis an die entsprechende Position verfahren werden kann. Sobald ein Kontakt zwischen dem Fügeelement und der entsprechenden Komponente des Fügewerkzeugs besteht, und dann insbesondere das Fügeelement auch daran gehalten wird, kann die Komponente des Fügewerkzeugs wieder in die Ausgangsposition bewegt werden. Mit anderen Worten können also zur Aufnahme des Fügeelements im Wesentlichen die gleichen Abläufe wie bei einem Fügevorgang durchgeführt werden, bei dem jedoch keine Bauteile verbunden werden, sondern nur das Fügeelement aufgenommen wird.
  • Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und dem wenigstens einen Teil der Fügevorrichtung umfasst, dass das Fügewerkzeug durch eine Relativbewegung zwischen dem Fügewerkzeug und einem Rahmen der Fügevorrichtung, in der das Fügewerkzeug gehalten wird, aktiv in Richtung des Fügeelements bewegt wird, und/oder dass die Fügevorrichtung mit dem Fügewerkzeug aktiv in Richtung des Fügeelements bewegt wird. Es kann also die gesamte Fügevorrichtung inklusive dem Fügewerkzeug beispielsweise über einen Roboterarm, an dem die Fügevorrichtung angebracht ist, zu einer Stelle, an der sich das Fügeelement bzw. das Vorratsbehältnis befindet, bewegt werden und dann kann durch entsprechende Weiterführung der Fügevorrichtung direkt das Fügeelement aufgenommen werden, ohne eine zusätzliche Bewegung des Fügewerkzeugs vornehmen zu müssen. Ebenso kann auch nur oder zusätzlich das Fügewerkzeug selbst noch bewegt werden. Es versteht sich, dass das Fügeelement, je nach Situation, entsprechend bereitgehalten werden sollte, sodass es in Kontakt mit dem entsprechenden Teil des Fügewerkzeugs, an dem es gehalten wird, treten kann.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement und dem wenigstens einen Teil der Fügevorrichtung umfasst, dass das Fügeelement aktiv in Richtung Fügewerkzeugs bewegt wird. Das Fügeelement kann also beispielsweise mit oder in dem Vorratsbehältnis entsprechend verfahren werden, um das Fügeelement bei stationär gehaltener Fügevorrichtung entsprechend in das Fügewerkzeug einzubringen. Eine Bewegung des Fügeelements zur Entnahme kann, wie erwähnt, auch dadurch erfolgen, dass in dem Vorratsbehältnis beispielsweise eine entsprechende bewegliche Komponente vorgesehen ist, mit der das Fügeelement, wenn es sich an einer Entnahmeposition befindet, bewegt kann.
  • Je nach Situation kann die eine oder die andere der genannten Möglichkeiten mehr Vorteile bieten. Insbesondere kann die entsprechende Möglichkeit je nach Platzsituation oder sonstigen Anforderungen gewählt werden. Ebenso ist jedoch eine Kombination von zwei dieser drei Möglichkeiten oder auch allen drei Möglichkeiten denkbar.
  • Wie bereits erwähnt, eignet sich das vorgeschlagene Verfahren besonders für eine Nietvorrichtung, insbesondere ein Stanznietvorrichtung, als Fügevorrichtung, bei der das Fügewerkzeug einen Stempel, und insbesondere einen Niederhalter, umfasst. Dabei kann als Fügeelement dann ein Niet, insbesondere ein Voll-, Halbhohl oder Hohlniet, verwendet werden.
  • Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn als Stanznietvorrichtung eine Ultraschall-Stanznietvorrichtung verwendet wird, bei welcher mittels eines Schwingungserzeugers Schwingungen erzeugt werden, die auf den Stempel eingekoppelt werden, da hier, wie eingangs bereits erwähnt, die zu erreichenden Vorteile besonders groß sind, insbesondere hinsichtlich der Platzverhältnisse bzw. der Zugänglichkeit im Fügebereich.
  • Ebenso ist es jedoch bevorzugt, wenn als Fügevorrichtung eine Schraubvorrichtung verwendet wird, bei der das Fügewerkzeug eine Schraubspindel umfasst, wobei als Fügeelement eine Schraube verwendet wird. Auch hier können, wie erwähnt, beispielsweise besonders kompakte Fügewerkzeuge ermöglicht werden.
  • Eine erfindungsgemäße Fügevorrichtung weist ein Fügewerkzeug, mittels welchem ein Fügeelement, das in dem Fügewerkzeug haltbar ist, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist, und ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, sofern das Fügeelement nicht aktiv bewegt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Fügevorrichtung, die ein Fügewerkzeug aufweist, mittels welchem ein Fügeelement, das in dem Fügewerkzeug haltbar ist, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist, und ein Vorratsbehältnis, in dem wenigstens ein Fügelement vorhaltbar ist. Dabei ist die Anordnung dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine Stanznietvorrichtung mit einem Profilschlauch zur Zuführung von Nieten.
    • 2 zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Halterung eines Niets in einem Fügewerkzeug einer Stanznietvorrichtung.
    • 3 zeigt schematisch eine Ultraschall-Stanznietvorrichtung als Fügevorrichtung.
    • 4 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer Fügevorrichtung und einem Vorratsbehältnis gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
    • 5 zeigt schematisch einen Ablauf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 6 zeigt schematisch einen Ablauf gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 7 zeigt schematisch einen Ablauf gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • In 1 ist schematisch eine herkömmliche Stanznietvorrichtung 10' als Beispiel für eine Fügevorrichtung dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10' weist einen Rahmen 60 auf, der vorzugsweise in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegt, an welchem die einzelnen Komponenten bei einer Stanznietvorrichtung in der Regel angeordnet sind, um die gewünschte Position zueinander einnehmen zu können. Über den Rahmen 60 kann die Stanznietvorrichtung 10' beispielsweise an einem Arm zur Bewegung im Raum befestigt sein.
  • Die Stanznietvorrichtung 10' weist einen Stempel 15 auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Stempel 15 und der Niederhalter 16 bilden dabei zusammen ein Fügewerkzeug 70'. Der Stempel 15 ist mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann bspw. mittels der Recheneinheit 80 gesteuert werden.
  • Bei dem Antrieb 50 kann es sich bspw. um einen Antrieb mit Kugel-, Rollen- oder Planetengewindetrieb oder dergleichen handeln, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken eines Niets 20 als Fügeelement in die Bauteile 11, 12 aufzubringen.
  • Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann bspw. ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch (wie hier gezeigt) an den Antrieb des Stempels oder an den Stempel selbst gekoppelt sein, beispielsweise mittels einer Feder.
  • Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein Gegenhalter in Form einer Matrize 18 angeordnet. Der Stempel 15 und die Matrize 18 sind in vertikaler Richtung, wie auch der Niederhalter 16, beweglich angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken.
  • Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich eines Nietschafts. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite des Niets ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite des Niets 20 flächig anliegt.
  • Weiterhin ist an dem Niederhalter 16 ein Profilschlauch 17 angebracht, der der Zuführung der Niete dient. Über den Profilschlauch können Niete einzeln in das Fügewerkzeug 70 eingebracht werden, sodass für jeden neuen Nietvorgang ein neuer Niet zur Verfügung steht.
  • Wie an der Stanznietvorrichtung 10' zu sehen ist, sind sowohl der Stempel 15 als auch der Niederhalter 16 verhältnismäßig dünn und lang ausgebildet. Insbesondere bestehen hinsichtlich der Dimensionen auch keine besonderen Einschränkungen. Insofern ist trotz der Anbringung des Profilschlauchs 17 zwischen dem Fügewerkzeug 70' und den Bauteilen 11, 12 genügend Platz, d.h. es besteht hinreichend Zugänglichkeit.
  • In 2 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie der Niet 20 in dem Fügewerkzeug 70' bzw. dem Niederhalter 16 gehalten werden kann. In 2a ist die Innenseite des Niederhalters 16 beispielhaft mit Fasern 40 versehen, die nach unten gerichtet sind. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt und dabei geführt werden.
  • In 2b ist die Innenseite des Niederhalters 16 beispielhaft mit nach unten gerichteten Stützen 41, die mittels Federn gelagert sind, versehen, die nach unten gerichtet sind. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt werden.
  • In 2c ist an einer Seite des Niederhalters 16 beispielhaft ein Nietschieber 42 vorgesehen, über den der Niet seitlich in den Niederhalter gedrückt wird. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt werden.
  • In 2d ist die Innenseite des Niederhalters 16 beispielhaft mit eingebetteten Kugeln 43 versehen, die beispielsweise aus Elastomeren oder polymerem Material gefertigt sind. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt und geführt werden.
  • In 3 ist schematisch eine als Ultraschall-Stanznietvorrichtung ausgebildete Fügevorrichtung 10 dargestellt, die auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet werden kann. Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 entspricht vom grundlegenden Aufbau der in 1 gezeigten herkömmlichen Stanznietvorrichtung 10', insofern sei auch auf die dortige Beschreibung verwiesen. Jedoch ist ein Schwingungskonverter 30 vorgesehen, der mit einem Signalgenerator 32 der Erzeugung von Ultraschall dient.
  • Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel 15, der hier auch als Sonotrode dient, auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist auch hier von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Niederhalter ist hierbei vorzugsweise an einem sog. Nullamplitudendurchgang des Stempels, d.h. einer Position des Stempels, an der Schwingungsamplituden Null oder zumindest möglichst gering sind, mittels einer Feder befestigt. Insbesondere ist der Stempel 15 mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann bspw. mittels der Recheneinheit 80 gesteuert werden.
  • Der Stempel 15 ist über einen sog. Booster 31 mit dem Schwingungskonverter 30 wirkverbunden, sodass die Ultraschall-Schwingungen auf den Stempel 15 und damit den Niet 20 übertragbar sind. Insbesondere werden dabei Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (entspricht einer Amplitude von 5 µm bis 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz oder ggf. auch höher erzeugt. Der Signalgenerator 32 ist an die Recheneinheit 80 angebunden und kann von dieser angesteuert werden.
  • An dem Antrieb 50 ist eine Haltevorrichtung 35, bspw. in Form eines Rahmens oder eines Gestells, angebracht. An der Haltevorrichtung 35 sind der Schwingungskonverter 30, der Booster 31 sowie der Stempel bzw. die Sonotrode 15 angeordnet, wobei der Stempel 15 und der daran angebrachte Niederhalter 16 ein Fügewerkzeug 70 bilden.
  • An dem gezeigten Aufbau der Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 ist bereits zu erkennen, dass - im Gegensatz zur herkömmlichen Stanznietvorrichtung 10' gemäß 1 - hinsichtlich der geometrischen Abmessungen des Fügewerkzeugs 70 weniger Freiheiten bestehen. Insbesondere sind die Abmessungen des Stempels bzw. der Sonotrode 15 auch von einer möglichst effektiven Übertragung der Schwingungen abhängig. Bei Anbindung eines Profilschlauchs wäre hier die Zugänglichkeit deutlich eingeschränkt.
  • In 4 ist vereinfacht und schematisch eine Anordnung mit einer Fügevorrichtung und einem Vorratsbehältnis gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei der Anordnung kann es sich bspw. um einen Industrieroboter in einer Stanznietvorrichtung, beispielsweise für einen automobilen Karosseriebau, handeln.
  • Die Anordnung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist eine Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10, wie sie beispielsweise in 3 detaillierter gezeigt ist, angeordnet.
  • Weiterhin ist ein Vorratsbehältnis 90, beispielsweise ein Magazin, vorgesehen, in dem Niete vorgehalten werden können. Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 kann dann beispielsweise über die Arme zu dem Vorratsbehältnis 90 bewegt werden, um einen Niet von dort zu entnehmen. Denkbar ist jedoch auch, dass alterativ oder zusätzlich das Vorratsbehältnis bewegt wird, um einen Niet zu entnehmen.
  • In 5 ist von links nach rechts schematisch ein Ablauf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zunächst befindet sich das Fügewerkzeug 70 mit Stempel 15 und Niederhalter 16 in einer Ausgangsposition über dem Niet 20, welcher in bzw. auf einem Vorratsbehältnis 90 vorgehalten wird.
  • Das Vorratsbehältnis 90, beispielsweise ein Magazin, ist hierbei derart ausgebildet, dass der aufzunehmende Niet 20 nur mit einer unteren Seite, die dem Magazin zugewandt ist, am bzw. im Magazin gehalten wird. Es versteht sich, dass weitere Niete in dem Magazin vorgehalten werden können, was hier der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt ist (erstes Bild).
  • Nun wird zunächst nur der Stempel 15 bewegt und zwar relativ zum Niet 20 und in Fügerichtung. Auch der Niederhalter 16 wird zunächst nicht bewegt, sodass sich nur der Stempel 15 als ein Teil des Fügewerkzeugs 70 relativ zum Niet und zwar in Richtung auf diesen bewegt. Dies ist durch den einzelnen Pfeil nur am Stempel 15 dargestellt (zweites Bild)
  • Nachdem der Stempel 15 soweit bewegt wurde, dass sein dem Niet 20 zugewandtes Ende zumindest in etwa mit dem entsprechende Ende des Niederhalters 16 abschließt, werden der Stempel 15 und der Niederhalter 16 gemeinsam in Richtung des Niets 20 bewegt, was durch Pfeile sowohl am Stempel 15 als auch am Niederhalter 16 dargestellt ist. Dabei wird das Fügewerkzeug 70 soweit in Richtung des Niets bewegt, bis der Stempel 15 mit dem Niet 20 in Kontakt getreten ist (drittes Bild).
  • Weiterhin wird nun der Stempel 15 wieder relativ zum Niederhalter 16 bewegt, dieses Mal jedoch entgegen der Fügerichtung, um den Niet 20 aus dem Magazin 90 zu entnehmen. Der Niet 20 wird dabei an dem Stempel 15 gehalten. Dies kann beispielsweise mittels Erzeugung eines Unterdrucks zwischen Niet und Stempel 15 erfolgen. Dabei ist es denkbar, die einander gegenüberliegenden Flächen von Niet 20 und Stempel 15 derart anzupassen, dass ein gewisser Hohlraum vorliegt, in dem der Unterdruck erzeugt werden kann. Es versteht sich, dass dann eine entsprechende Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks vorgesehen werden muss.
  • Auch ist es denkbar, dass in dem Stempel 15 ein Magnet eingebracht ist, sodass der Niet, sofern er aus einem entsprechenden Material besteht oder zumindest ein solches aufweist, mittels magnetischer Kraft an dem Stempel 15 gehalten wird.
  • Der Niet 20 wird somit also, wie anhand der beiden Pfeile an Stempel 15 und Niet 20 zu sehen ist, mit dem Stempel 15 nach oben und entgegen der Fügerichtung und koaxial zu einer Rotationsachse R des Fügewerkzeugs 70 und von unterhalb des Mundstücks 71 in das Fügewerkzeug gehoben. Anschließend kann das Fügewerkzeug 70 oder auch die gesamte Fügevorrichtung wieder vom Magazin 90 entfernt und in eine Arbeitsposition gebracht werden (viertes Bild).
  • In 6 ist von links nach rechts schematisch ein Ablauf gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Ablauf an sich entspricht hier demjenigen gemäß 5, jedoch ist im Unterschied dazu das Magazin 90 anders ausgebildet.
  • Der Niet 20 ist hier nicht nur mit einem unteren Ende am Magazin gehalten, sondern er ist im Magazin versenkt, sodass das obere Ende des Niets 20 mit einem entsprechenden Ende des Magazins 90 abschließt und dass der Stempel 15 in Kontakt mit dem Niet 20 treten kann.
  • In 7 ist von links nach rechts schematisch ein Ablauf gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Ablauf an sich entspricht hier demjenigen gemäß 6, jedoch ist im Unterschied dazu das Magazin 90 wiederum anders ausgebildet.
  • Der Niet 20 ist auch hier im Magazin versenkt, sodass das obere Ende des Niets 20 mit einem entsprechenden Ende des Magazins 90 abschließt. Allerdings wird der Stempel 15 hier zunächst nicht relativ zum Niederhalter 16 verfahren. Vielmehr wird das Fügewerkzeug 70 in Richtung des Niets 20 bewegt bis der Niederhalter 16 am oberen Ende des Magazins um den Niet 20 herum aufliegt.
  • Nun wird der Niet 20 mittels einer beweglichen Komponente 91, die in dem Magazin 90 vorgesehen ist, aus dem Magazin 90 heraus und in Richtung des Fügewerkzeugs 70 bzw. des Stempels 15 bewegt. Auch hier gelangt der Niet 20 schließlich mit dem Stempel 20 in Kontakt, sodass anschließend das Fügewerkzeug 70 oder die gesamte Fügevorrichtung vom Magazin wegbewegt werden kann.
  • Die bewegliche Komponente 91 kann dabei derart angeordnet sein, dass beispielsweise immer ein vorderster Niet im Magazin genau über dieser Komponente platziert ist. Durch einen geeigneten Mechanismus im Magazin kann beispielsweise erreicht werden, dass weitere Niete immer nachgeschoben werden, nachdem ein Niet entnommen wurde.
  • Weiterhin sei erwähnt, dass in den gezeigten Fällen nicht nur das Fügewerkzeug bzw. die gesamte Fügevorrichtung auf das Magazin hin und nach der Entnahme des Niets wieder weg bewegt werden können. Es kann zusätzlich oder alternativ auch das Magazin entsprechend bewegt bzw. verfahren werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2318161 B1 [0003]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung (10), die ein Fügewerkzeug (70) aufweist, mittels welchem ein Fügeelement (20), das in dem Fügewerkzeug (70) gehalten wird, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil (11, 12) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatisierten Aufnahme eines Fügeelements (20) in die Fügevorrichtung (10) das Fügeelement (20) von einer Seite eines Mundstücks (71) des Fügewerkzeugs (70), auf welcher das wenigstens eine Bauteil (11, 12) anzuordnen vorgesehen ist, entgegen der Fügerichtung und koaxial zu einer Rotationsachse (R) des Fügewerkzeugs (70) durch eine Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) in das Mundstück (71) eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügeelement (20) automatisch aus einem Vorratsbehältnis (90), in dem wenigstens ein Fügelement vorhaltbar ist, entnommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vorratsbehältnis (90) zur Entnahme des Fügeelements (20) stationär gehalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vorratsbehältnis (90) oder eine bewegliche Komponente (91) des Vorratsbehältnisses (90) zur Entnahme des Fügeelements (20) bewegt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und dem wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) umfasst, dass eine Komponente (15) des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement (20) mit Kraft beaufschlagbar ist, aktiv entgegen der Fügerichtung und relativ zu einer Komponente (16) des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement (20) führbar ist, bewegt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Komponente (15) des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement (20) mit Kraft beaufschlagbar ist, aktiv in Fügerichtung und relativ zu der Komponente (16) des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement (20) führbar ist, bewegt wird, bevor die Komponente (15) des Fügewerkzeugs, mittels welcher das Fügelement (20) mit Kraft beaufschlagbar ist, entgegen der Fügerichtung bewegt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und dem wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) umfasst, dass das Fügewerkzeug (70) durch eine Relativbewegung zwischen dem Fügewerkzeug (70) und einem Rahmen (60) der Fügevorrichtung, in der das Fügewerkzeug (70) gehalten wird, aktiv in Richtung des Fügeelements (20) bewegt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) umfasst, dass die Fügevorrichtung (10) mit dem Fügewerkzeug (70) aktiv in Richtung des Fügeelements (20) bewegt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Relativbewegung zwischen dem Fügeelement (20) und wenigstens einem Teil der Fügevorrichtung (70) umfasst, dass das Fügeelement (20) aktiv in Richtung des Fügewerkzeugs (70) bewegt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Fügevorrichtung (10) eine Nietvorrichtung, insbesondere ein Stanznietvorrichtung, bei der das Fügewerkzeug einen Stempel, und insbesondere einen Niederhalter, umfasst, und wobei als Fügeelement ein Niet, insbesondere ein Voll-, Halbhohl oder Hohlniet, verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei als Nietvorrichtung eine Ultraschall-Stanznietvorrichtung verwendet wird, bei welcher mittels eines Schwingungserzeugers (32) Schwingungen erzeugt werden, die auf den Stempel eingekoppelt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei als Fügevorrichtung eine Schraubvorrichtung verwendet wird, bei der das Fügewerkzeug eine Schraubspindel umfasst, und wobei als Fügeelement eine Schraube verwendet wird.
  13. Fügevorrichtung (10), die ein Fügewerkzeug (70) aufweist, mittels welchem ein Fügeelement (20), das in dem Fügewerkzeug (70) haltbar ist, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil (11, 12)einbringbar ist, wobei die Fügevorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche durchzuführen.
  14. Anordnung (100) mit einer Fügevorrichtung (10), die ein Fügewerkzeug (70) aufweist, mittels welchem ein Fügeelement (20), das in dem Fügewerkzeug (70) haltbar ist, in einer Fügerichtung in wenigstens ein Bauteil (11, 12) einbringbar ist, und einem Vorratsbehältnis (90), in dem wenigstens ein Fügelement (20) vorhaltbar ist, wobei Anordnung (100) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
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EP3950213A1 (de) * 2020-08-03 2022-02-09 Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG Verarbeitungswerkzeug sowie führungselement zum überführen eines bauteils aus einer bereitstellungsposition in eine verarbeitungsposition

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