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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Spalthöhe zwischen einer Kopfrandunterseite eines Hilfsfügeelements und einem obersten gefügten Bauteil bei einer punktförmigen Fügetechnik sowie ein Verfahren zur Messung der Spalthöhe zwischen einem Hilfsfügeelement und einem obersten gefügten Bauteil bei einer punktförmigen Fügetechnik mittels einer solchen Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung Halbhohlstanznietverfahren. Dabei ist das Hilfsfügeelement der Halbhohlstanzniet.
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Bei punktförmigen Fügeverfahren, insbesondere bei Halbhohlstanznietverfahren ist es aus Korrosionsgründen wünschenswert, dass das Hilfsfügeelement mit seiner Unterseite auf dem obersten Bauteil der miteinander gefügten Bauteile aufliegt bzw. angepresst ist, also jeglicher Spalt zwischen diesen Bauteilen vermieden wird.
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Dabei gibt es bisher lediglich aufwändige Sensorvorrichtungen, die mit erheblichem baulichem Aufwand, insbesondere Rechnereinsatz, die Spalthöhe, beim Halbhohlstanznieten die Nietkopfendlage, registrieren, wie beispielsweise in der
EP 1 946 864 A1 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels der bzw. dem auf baulich einfache Weise zerstörungsfrei erfasst werden kann, ob nach dem Fügevorgang ein Spalt zwischen der Unterseite des Hilfsfügeelements und dem obersten gefügten Bauteil besteht und damit nachgearbeitet werden muss.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführung dadurch gelöst, dass die Messvorrichtung mindestens eine auf einer Stirnfläche des Hilfsfügelementes abstützbare Auflage sowie eine seitlich daneben zu dem Bauteil translatorisch bewegbare Messsonde sowie eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche eingerichtet ist, zu signalisieren, falls ein Spalt zwischen der Unterseite des Hilfsfügeelements und dem obersten Bauteil vorhanden ist. Falls eine gewisse Spalthöhe zulässig sein sollte, so würde signalisiert werden, wenn ein Toleranzwert überschritten ist.
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Die Messvorrichtung lässt sich in Axialrichtung des zu vermessenden Hilfsfügeelements gegen die Oberseite eines Kopfes des Hilfsfügeelements derart drücken, dass die Messsonde unmittelbar neben dem Hilfsfügeelementkopf orthogonal zur Oberfläche der Kopfoberseite translatorisch bewegt werden kann, bis die Spitze der Messsonde an dem obersten gefügten Bauteil anschlägt. Aus dem Abstand zwischen der durch die Kopfoberseite gebildeten Bezugsebene und der orthogonal zur Bezugsebene bewegten Messsondenspitze lässt sich nach Abzug der Dicke des Kopfes die Spalthöhe auf einfache Weise bestimmen und signalisieren.
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Die Messvorrichtung eignet sich vor allem zur schnellen Überprüfung der Qualität von mittels Halbhohlstanznieten gefertigten Bauteilen. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zum Einsatz im Fahrzeugbau, wo die Qualität von Dritten angelieferter, mittels Halbhohlstanznieten verbundener Bauteile überprüft werden muss.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Auswerteeinrichtung Mittel zur Subtraktion der Kopfrandhöhe des Hilfsfügeelements zur Ermittlung der Spalthöhe. Hierdurch kann die Spalthöhe unmittelbar signalisiert werden, ohne dass vorher noch in einem Zwischenschritt die Kopfrandhöhe von der gemessenen Distanz subtrahiert werden muss.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Sondenspitze an dem Rand der Messsonde angeordnet, der neben dem Hilfsfügeelement liegt. Somit wird die Spalthöhe direkt am Rand des Kopfes ermittelt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Messvorrichtung Mittel zur Signalisierung, ob eine maximal zulässige Spalthöhe, die typischweise Null sein sollte, überschritten ist. Die Signalisierung kann vorzugsweise optisch, insbesondere über eine Anzeigevorrichtung, und/oder akustisch sein, beispielsweise durch die Erzeugung von Geräuschen oder Vibrationen, ob die Spalthöhe innerhalb oder außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Messsonde mit einer Messuhr gekoppelt. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise die Spalthöhe anzeigen und durch entsprechende Skalierung bzw. Hintergrundkennzeichnung (z.B. Färbung) kennzeichnen, wenn eine zulässige Spalthöhe überschritten wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung der Erfindung umfasst die Messvorrichtung eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, parallel bewegbaren, dünnen Messsonden. Bei dieser Ausbildung wird die Vorrichtung gegen die Kopfoberseite gedrückt, wobei ein Teil der Messsonden dann am Hilfsfügeelementkopf anliegt und andere Messsonden am Hilfsfügeelementkopf vorbei bis zu dem obersten gefügten Bauteil vordringen. Dazu sind die Messsonden durch Federkraft oder auf andere Weise beaufschlagbar, so dass diese sich wieder automatisch in ihre Ausgangsstellung zurückbewegen und gegen die Kraftwirkung bewegt werden müssen. Durch Messung der jeweiligen Bewegungswege der einzelnen Messsonden lässt sich ein dreidimensionales Abbild der Kopfumgebung erzeugen, das beispielsweise auf einem Display angezeigt werden kann.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Messvorrichtung eine gebogene Messsonde mit einer Messspitze einer Breite auf die der zulässigen Spalthöhe entspricht. Eine derartige Messsonde kann von der Seite in den Spalt unterhalb des Kopfes gesteckt werden. Wenn diese formschlüssig oder mit Spiel den Hilfsfügeelementkopf hintergreifen kann, so würde die Nietverbindung als schlecht zu qualifizieren sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung der Erfindung weist die Messvorrichtung mindestens zwei zangenartig gegeneinander bewegbare und den Hilfsfügeelementkopf umfassende Messsonden auf. Durch diese Ausbildung lässt sich ein Hilfsfügeelementkopf hintergreifen. Je nachdem, wie weit sich die zangenartigen Arme der Messsonden gegeneinander zusammenführen lassen, wird eine zulässige oder unzulässige Spalthöhe festgestellt werden. Je weiter sich die zangenartigen Arme zusammenführen lassen, je kleiner der Zwischenwinkel zwischen den Messsonden ist, um so größer ist die Spalthöhe. Durch Vorgabe eines Grenzwinkels lässt sich eine Unterscheidung hinsichtlich der Einhaltung einer zulässigen Spalthöhe treffen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen vier Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer ersten Ausführungsform einer Spaltmessvorrichtung,
- 2: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer zweiten Ausführungsform einer Spaltmessvorrichtung,
- 3: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer dritten Ausführungsform einer Spaltmessvorrichtung,
- 4: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer vierten Ausführungsform einer Spaltmessvorrichtung.
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In allen 1 bis 4 ist jeweils ein Ausschnitt einer Nietverbindung dargestellt mit einem Halbhohlstanzniet 10, der mindestens zwei Bauteile zusammenhält, wobei nur das oberste gefügte Bauteil 12 dargestellt ist. Der Halbhohlstanzniet 10 umfasst eine Nietkopfoberseite 14 und eine Nietkopfunterseite 16, die unerwünschterweise oftmals abgehoben ist von der Oberfläche des Bauteils 12 und damit einen Spalt 18 definiert bzw. ausbildet, dessen Spalthöhe S in 1 dargestellt ist als die Breite des Spaltes 18 an dessen offenem Ende, also am Rand des Halbhohlstanzniets 10.
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Die erste Ausführungsform der Spaltmessvorrichtung 20a umfasst eine Nietkopfauflage 22 mit einer Führung für eine Messsonde 24, die senkrecht zur Auflageebene der Nietkopfauflage 22 translatorisch bewegbar ist. Die Messsonde 24 weist eine Sondenspitze 26 auf, die neben dem Rand des Halbhohlstanzniets 10 gegen das Bauteil 12 drückbar ist. Um eine Rotation der Messsonde 24 um die Bewegungsachse und damit eine Positionsänderung der Sondenspitze 26 zu vermeiden, sind nicht dargestellte Führungsmittel in der Nietkopfauflage 22 vorgesehen. Vorzugsweise ist die Messsonde 24 in einer äußeren Endstellung und wird bei der manuellen Bewegung der Nietkopfauflage 22 gegen die Nietkopfoberseite 14 in die Nietkopfauflage 22 zurückgedrückt, bis letztere auf der Nietkopfoberseite 14 aufliegt.
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Die Position der Messsonde 24 in Bezug auf die Nietkopfauflage 22 wird mittels einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung 28 erfasst, die vorzugsweise eine Information über die Nietkopfhöhe H enthält, so dass aus der Höhe der Nietkopfoberseite 14 über dem Auftreffpunkt A der Sondenspitze 26 auf dem Bauteil 12 die Spalthöhe S dadurch ermittelt werden kann, dass die Nietkopfhöhe H von diesem Messwert abgezogen wird. Die Auswerteeinrichtung 28 kann eine nicht dargestellte Signalisierungseinheit umfassen, beispielsweise eine Messuhr oder eine Digitalanzeige oder nur Leuchten (LEDs) zur Anzeige eines zulässig (grün) oder unzulässig (rot) breiten Spaltes S. Alternativ oder zusätzlich können auch akustische Signalisierungsmittel vorgesehen werden.
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In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer zweiten Ausführung der Spaltmessvorrichtung 20b dargestellt, die als einfache gebogene Sonde 30 ausgebildet ist, deren Sondenspitze 32 eine vorgegebene Ausbildung, insbesondere Dicke, aufweist, so dass diese bei einem zulässig kleinen Spalt 18 nicht in diesen tiefer eindringen kann, wie in der 2 dargestellt ist. Alternativ können auch Markierungen an der Sonde 30 angebracht sein. Am anderen Ende der Sonde 30 ist vorzugsweise ein nicht dargestellter Handhabungsgriff angebracht.
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Sofern der Spalt 18 jedoch unzulässig groß bzw. breit ist, kann die Sonde 30 mit Spiel oder formschlüssig tiefer in diesen eindringen. Der Benutzer bemerkt dieses Verhalten und kann beispielsweise mittels einer anderen der hier dargestellten Ausführungsformen eine genauere Spalthöhenmessung vornehmen, denn diese Ausführungsform ist zwar baulich extrem einfach aber auch entsprechend ungenau.
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In 3 ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer dritten Ausführung der Spaltmessvorrichtung 20c dargestellt, die in der Art einer Zange ausgebildet ist mit einem Drehpunkt 33, an dem mindestens zwei Arme 34 (nur einer dargestellt) angebracht sind, deren Enden gebogen sind zur Ausbildung von gegeneinander gerichteten Sondenspitzen 26. Die Sondenspitzen 26 sind derart geformt, dass diese umso tiefer in den Spalt 18 eindringen können, je breiter dieser ist. Damit lässt sich der Winkel α zwischen den beiden Armen 34 messen. Sofern dieser einen Grenzwert unterschreitet, also die Sondenspitzen 26 zu tief in die Spalte 18 eindringen können, ist von einem unzulässig großen Spalt auszugehen. Der Winkel α kann in einer Messuhr 36 angezeigt werden oder die Messuhr zeigt das Spaltmaß direkt an.
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In 4 ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nietverbindung mit einer vierten Ausführung der Spaltmessvorrichtung 20d dargestellt, die eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Messsonden 38 umfasst, die parallel zueinander in einer Führung 40 angeordnet sind und in eine vordere Endstellung kraftbeaufschlagt (z.B. mittels Federn, magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch) werden. Jede der Messsonden 38 ist mit einem Sensor verbunden, der ein Positions- oder Inkrementalsensor sein kann, um die axiale Verschiebung der jeweiligen Messsonde 38 zu erfassen. Diese Sensoren sind alle mit einer nicht dargestellten Auswertungseinrichtung verbunden, die vorzugsweise auch Daten über die Höhe H des Nietkopfes umfasst. Durch eine Auswertung der Sensorwerte der Messsonden 38 kann festgestellt werden, wie groß die Spalthöhe S ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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