DE102017209274A1 - Punch riveting device with counter vibration coupling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung (100) mit einer Stanznietvorrichtung (10), die zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20) dient und einen Stempel (15) und einen Gegenhalter (18) aufweist, wobei zwischen dem Stempel (15) und dem Gegenhalter (18) die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und der Niet (20) anordenbar sind, wobei mittels eines Schwingungserzeugers (32) wenigstens eine bei Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) beteiligte Komponente (15) in Schwingung versetzt wird, wobei mittels wenigstens eines Aktors (70, 71, 72, 73) während eines Betriebs der Stanznietvorrichtung (10) Gegenschwingungen (G) in wenigstens ein Bauteil (60, 5) der Fertigungseinrichtung (100) derart eingekoppelt werden, dass durch den Betrieb der Stanznietvorrichtung (10) in dem wenigstens einen Bauteil (60, 5) hervorgerufene Schwingungen (S) wenigstens teilweise kompensiert werden. The invention relates to a method for operating a production device (100) with a punch rivet device (10) which serves to connect at least two components (11, 12) by means of a rivet (20) and has a punch (15) and a counter holder (18) , wherein between the punch (15) and the counter-holder (18) the at least two components (11, 12) and the rivet (20) can be arranged, wherein by means of a vibration generator (32) at least one upon pressing the rivet (20) in the at least two components (11, 12) involved component (15) is vibrated, wherein by means of at least one actuator (70, 71, 72, 73) during operation of the punch riveting (10) counter vibrations (G) in at least one component (60 , 5) of the production device (100) are coupled in such a way that vibrations (S) caused by the operation of the punch riveting device (10) in the at least one component (60, 5) are at least partially compensated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung, die zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets dient und bei der während des Betriebs Schwingungen eingekoppelt werden, sowie eine solche Fertigungseinrichtung.The present invention relates to a method for operating a production device with a punch rivet device, which serves for connecting at least two components by means of a rivet and in which oscillations are coupled during operation, as well as such a production device.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren und Vorrichtungen zum Stanznieten dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile. Ein Stanznietverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet sich in einer bestimmten Art und Weise innerhalb der miteinander zu verbindenden Bauteile verformt, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen und gleichzeitig ein Durchdringen des dem Niet abgewandten Bauteils zu vermeiden.Methods and devices for punch riveting serve for connecting at least two in a connecting region in particular flat trained components. A punch riveting method is characterized in that a pre-punching of the components to be joined together is not required. Rather, a rivet is pressed by means of a punch or a punch tool in the at least two components, being ensured by a correspondingly shaped counter-holder, for example. In the form of a die, which cooperates with the punch tool, that the rivet in a certain way deformed within the components to be joined together to produce a positive and positive connection between the components while avoiding penetration of the component facing away from the rivet.
Weiterhin sind bspw. aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung sowie eine Fertigungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a production device and a production device having the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung, die zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets dient, und welche Stanznietvorrichtung einen Stempel und einen Gegenhalter aufweist, wobei zwischen dem Stempel und dem Gegenhalter die wenigstens zwei Bauteile und der Niet anordenbar sind. Der Stempel und der Gegenhalter können dabei an einem Rahmen der Stanznietvorrichtung angeordnet sein. Mittels eines Schwingungserzeugers wird wenigstens eine beim Eindrücken des Niets in die wenigstens zwei Bauteile beteiligte Komponente (Stempel, Gegenhalter, Bauteile, Niet) in Schwingung versetzt. Um den Niet in die Bauteile einzudrücken, kann ein Antrieb vorgesehen sein, der beispielsweise an dem Rahmen der Stanznietvorrichtung angeordnet ist, mittels dessen eine Kraft auf den Stempel in Fügerichtung ausübbar ist. Der Rahmen selbst kann insbesondere in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegen. Als die wenigstens eine Komponente, die beim Eindrücken des Niets in Schwingung versetzt wird, kommen insbesondere der Niet und/oder der Stempel und/oder der Gegenhalter und/oder wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile in Betracht. Als Schwingungserzeuger kann insbesondere ein Schall-Generator, vorzugsweise ein Ultraschall-Generator, verwendet werden. Zweckmäßig kann es auch sein, wenn ein Niederhalter vorgesehen ist, mittels dessen die wenigstens zwei Bauteile gegen den Gegenhalter drückbar sind bzw. an dem Gegenhalter fixierbar sind.A method according to the invention serves to operate a production device with a punch rivet device, which serves for connecting at least two components by means of a rivet, and which punch riveting device has a punch and a counter holder, wherein the at least two components and the rivet can be arranged between the punch and the counter holder. The punch and the counter holder can be arranged on a frame of the punch riveting device. By means of a vibration generator at least one involved in pressing the rivet into the at least two components component (stamp, anvil, components, rivet) is vibrated. In order to press the rivet into the components, a drive may be provided, which is arranged, for example, on the frame of the punch rivet device, by means of which a force can be exerted on the ram in the joining direction. The frame itself may in particular be in the form of a C-frame or C-bracket. In particular, the rivet and / or the punch and / or the counterholder and / or at least one of the at least two components come into consideration as the at least one component which is set in vibration when the rivet is pressed in. As a vibration generator, in particular a sound generator, preferably an ultrasonic generator can be used. It may also be expedient if a holding-down device is provided, by means of which the at least two components can be pressed against the counter-holder or can be fixed to the counter-holder.
Der Schallerzeuger kann dabei vorzugsweise auch mit einem Schwingungskonverter verbunden sein, welcher wiederum zu Schwingungen angeregt wird, die, zweckmäßigerweise über einen Booster (Amplitudenverstärker), auf den Stempel übertragen werden. Der Stempel kann dann als Sonotrode dienen. Bei der Fertigungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Industrieroboter handeln, an dem die Stanznietvorrichtung befestigt ist.The sound generator can preferably also be connected to a vibration converter, which in turn is excited to oscillations, which are expediently transmitted to the stamp via a booster (amplitude amplifier). The stamp can then serve as a sonotrode. The production device may be, for example, an industrial robot to which the punch riveting device is fastened.
Weiterhin werden nun mittels wenigstens eines Aktors während eines Betriebs der Stanznietvorrichtung Gegenschwingungen in wenigstens ein Bauteil der Fertigungseinrichtung derart eingekoppelt, dass durch den Betrieb der Stanznietvorrichtung in dem wenigstens einen Bauteil hervorgerufene Schwingungen wenigstens teilweise kompensiert werden. Die mittels des wenigstens einen Aktors in das wenigstens eine Bauteil eingekoppelten Gegenschwingungen können auch als Gegenschall bezeichnet werden. Als Aktoren kommen hier beispielsweise Piezo-Aktoren in Frage. Vorzugsweise ist der Aktor an dem wenigstens einen Bauteil angeordnet. Als das wenigstens eine Bauteil kommen insbesondere ein Trägerbauteil für die Stanznietvorrichtung, also beispielsweise ein Arm der Fertigungseinrichtung oder eine Verbindungsstelle eines solchen Arms zum Rahmen der Stanznietvorrichtung (dann eine Lagerstelle), oder aber auch der Rahmen der Stanznietvorrichtung in Frage.Furthermore, by means of at least one actuator during an operation of the punch riveting device, counter oscillations are coupled into at least one component of the production device such that oscillations caused by the operation of the stamp riveting device in the at least one component are at least partially compensated. The counter oscillations coupled into the at least one component by means of the at least one actuator can also be referred to as counter sound. As actuators come here, for example, piezo actuators in question. Preferably, the actuator is arranged on the at least one component. As the at least one component in particular a support member for the punch riveting, so for example, an arm of the manufacturing facility or a junction of such an arm to the frame of the punch riveting (then a bearing point), or even the frame of the punch rivet in question.
Während des Betriebs einer solchen Stanznietvorrichtung werden die Schwingungen, die aktiv in die erwähnte wenigstens eine Komponente eingekoppelt werden, um den Nietvorgang zu verbessern, unvermeidlich auch in Bauteile der Fertigungseinrichtung übertragen. Diese in das Bauteil und insbesondere in den Rahmen bzw. das Trägerbauteil eingetragene Schwingungsenergie steht dem Prozess damit nicht mehr zur Verfügung und versetzt das Bauteil selbst in Schwingung. Solche Schwingungen des Bauteils können sich nachteilig auf das Fügeergebnis auswirken, da diese Schwingungen als Störgröße auf den Prozess bzw. Nietvorgang wirken können. Zudem führen diese Schwingungen beispielsweise im Rahmen oder einem Trägerbauteil zu nachteiligen Schallemissionen. Dies bedeutet insbesondere Probleme für anwesende Personen. Zudem können durch die Schwingungen in der Fertigungseinrichtung Schäden in der Fertigungseinrichtung entstehen, z.B. wenn Lagerstellen durch die Schwingungen geschädigt werden oder vorzeitig altern.During operation of such a punch riveting apparatus, the vibrations which are actively coupled into the mentioned at least one component to enhance the riveting operation are inevitably transmitted to components of the manufacturing apparatus. These in the component and In particular, in the frame or the support member registered vibration energy is thus no longer available to the process and puts the component itself in vibration. Such vibrations of the component can adversely affect the joining result, since these vibrations can act as a disturbance to the process or riveting process. In addition, these vibrations, for example in the context or a carrier component to disadvantageous sound emissions. This means in particular problems for people present. In addition, damage to the production device can occur due to the vibrations in the production device, for example if bearing points are damaged by the vibrations or age prematurely.
Durch die hier vorgeschlagene aktive Einkopplung von Gegenschwingungen in das Bauteil kann erreicht werden, dass dieses Bauteil weniger bis gar nicht schwingt. Neben der Reduktion von Schallemissionen hat dies insbesondere den Vorteil, dass das Material des Bauteils weniger schnell ermüdet, wodurch die Lebensdauer bzw. Standzeit der Stanznietvorrichtung bzw. der Fertigungseinrichtung deutlich erhöht werden kann.By the here proposed active coupling of counter-vibrations in the component can be achieved that this component less or does not vibrate. In addition to the reduction of noise emissions, this has the particular advantage that the material of the component less fatigued, whereby the life or service life of the punch riveting or the manufacturing device can be significantly increased.
Denkbar ist weiterhin, dass beispielsweise ein wiederkehrendes Muster der Schwingungen in dem Bauteil, welche bei dem Betrieb der Stanznietvorrichtung hervorgerufen werden, aufgezeichnet wird und basierend darauf ein entsprechendes Muster für die aktiv einzukoppelnden Gegenschwingungen erzeugt wird. Dies ermöglicht es sehr einfach, wiederkehrende Schwingungen zu eliminieren, ohne ständig „online“ messen zu müssen.It is also conceivable that, for example, a recurring pattern of the vibrations in the component, which are caused in the operation of the punch riveting apparatus, recorded and based on a corresponding pattern for the actively coupled counter-vibrations is generated. This makes it very easy to eliminate recurring vibrations without having to constantly measure "online".
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die in dem Bauteil hervorgerufenen Schwingungen mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere eines Beschleunigungssensor, insbesondere kontinuierlich, erfasst werden. Basierend auf den erfassten Schwingungen kann dann wenigstens ein Kompensationssignal ermittelt werden, wobei basierend auf diesem wenigstens einen Kompensationssignal mittels des wenigstens einen Aktors die Gegenschwingungen in das Bauteil eingekoppelt werden. Damit können insbesondere individuell auftretende Schwingungen direkt während des Betriebs der Fertigungseinrichtung kompensiert werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang zudem, dass die Gegenschwingungen, die in das Bauteil eingekoppelt werden, im Sinne einer Regelung aktiv angepasst werden.However, it is particularly preferred if the vibrations caused in the component are detected by means of at least one sensor, in particular an acceleration sensor, in particular continuously. At least one compensation signal can then be determined on the basis of the detected oscillations, the countervibrations being coupled into the component based on this at least one compensation signal by means of the at least one actuator. In particular, individually occurring vibrations can thus be compensated directly during operation of the production device. It is also conceivable in this connection that the countervibrations which are coupled into the component are actively adapted in the sense of a regulation.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Sensor dabei an dem Bauteil angeordnet bzw. es wird ein an dem Bauteil angeordneter Sensor verwendet. Damit können Schwingungen, die im Bauteil hervorgerufen werden, besonders schnell und genau erfasst werden. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders bevorzugt, wenn solche Sensoren an Positionen bzw. Stellen am Bauteil angeordnet werden, an denen ein besonders gutes Signal/-RauschVerhältnis vorliegt, an denen also andere Störsignale besonders gering sind.In this case, the at least one sensor is preferably arranged on the component or a sensor arranged on the component is used. This allows vibrations that are caused in the component to be detected particularly quickly and accurately. In this context, it is also particularly preferred if such sensors are arranged at positions or locations on the component at which a particularly good signal / noise ratio is present, at which therefore other interference signals are particularly low.
Vorteilhafterweise sind der wenigstens eine Sensor und der wenigstens eine Aktor voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise können die Sensoren und Aktoren über die gesamte Fertigungseinrichtung, insbesondere den Rahmen und Trägerbauteile wie Arme, verteilt werden. Dies bedeutet eine gewisse Laufzeit zwischen der Erfassung einer Schwingung und der nachfolgenden Betätigung des Aktors, während welcher beispielsweise die Verarbeitung des erwähnten Kompensationssignals erfolgen kann. Dies führt zu einer besseren Kompensationsgüte.Advantageously, the at least one sensor and the at least one actuator are arranged at a distance from one another. For example, the sensors and actuators can be distributed over the entire production device, in particular the frame and support components such as arms. This means a certain transit time between the detection of a vibration and the subsequent actuation of the actuator, during which, for example, the processing of the aforementioned compensation signal can take place. This leads to a better compensation quality.
Es ist zudem von Vorteil, wenn die erfassten Schwingungen für eine Auswertung und/oder Bewertung des Betriebs der Stanznietvorrichtung, insbesondere des Stanznietvorgangs, verwendet werden. Auf diese Weise können etwaige Fehler beim Betrieb der Stanznietvorrichtung erkannt werden, beispielsweise wenn ein Verlauf der erfassten Schwingungen von einem erwarteten Verlauf abweicht. Zusätzlich oder alternativ zu den erfassten Schwingungen selbst kann auch das daraus ermittelte Kompensationssignal verwendet werden.It is also advantageous if the detected oscillations are used for an evaluation and / or evaluation of the operation of the punch riveting apparatus, in particular of the punch riveting operation. In this way, any errors in the operation of the punch riveting can be detected, for example, if a course of the detected vibrations deviates from an expected course. In addition or as an alternative to the detected vibrations themselves, the compensation signal determined therefrom can also be used.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuereinheit für eine Fertigungseinrichtung mit Stanznietvorrichtung, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control unit for a production device with punch riveting device is, in particular programmatically, adapted to carry out a method according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets, die einen Stempel und einen Gegenhalter aufweist, wobei zwischen dem Stempel und dem Gegenhalter die wenigstens zwei Bauteile und der Niet anordenbar sind. Zudem weist eine solche Stanznietvorrichtung einen Schwingungserzeuger auf, mittels dessen wenigstens eine beim Eindrücken des Niets in die wenigstens zwei Bauteile beteiligte Komponente in Schwingung versetzbar ist, sowie wenigstens einen Aktor zum Erzeugen von Gegenschwingungen. Hier ist nun eine erfindungsgemäße Recheneinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Auf diese Weise ist auch die Fertigungseinrichtung, die die Recheneinheit als Komponente bzw. Bestandteil umfasst, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen der Stanznietvorrichtung sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen.The invention furthermore relates to a production device with a punch riveting device for connecting at least two components by means of a rivet, which has a punch and a counter holder, wherein the at least two components and the rivet can be arranged between the punch and the counter holder. In addition, such a punch riveting device has a vibration generator, by means of which at least one component involved in the at least two components when the rivet is pressed into vibration, and at least one actuator for generating countervibrations. Here now an arithmetic unit according to the invention is provided which is adapted to perform a method according to the invention. In this way, the production device, which includes the arithmetic unit as a component or component, is adapted to carry out a method according to the invention. With regard to the advantages and refinements of the punch riveting apparatus, reference is made to the above statements on the method in order to avoid repetition.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.1 shows simplified and schematically a manufacturing device according to the invention with a punch riveting in a preferred embodiment. -
2 zeigt die Stanznietvorrichtung aus1 , mit der auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, in einer detaillierteren Ansicht.2 shows the punch riveting out1 with which a method according to the invention can also be carried out, in a more detailed view. -
3 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.3 schematically shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In
Es versteht sich, dass die Stanznietvorrichtung nur beispielhaft in Verbindung mit einer Fertigungseinrichtung in Form eines Industrieroboters veranschaulicht ist und dass die Stanznietvorrichtung auch an anderen Handlings- bzw. Handhabungseinrichtungen (im Sinne einer Fertigungseinrichtung) angebracht werden und damit verwendet werden kann.It is understood that the punch riveting apparatus is illustrated only by way of example in connection with a production device in the form of an industrial robot and that the punch riveting device can also be attached to other handling or handling devices (in the sense of a production device) and used therewith.
In
Die Stanznietvorrichtung
Auf der dem Stempel
Der Niet
Der Stempel
Bei dem Antrieb
Weiterhin sind nun beispielhaft Schwingungen
Beispielhaft sind nun drei Sensoren
Diese Sensoren
Weiterhin sind beispielhaft vier Aktoren
Die Sensoren und Aktoren sind hier über die Fertigungseinrichtung
In
Hierbei kann dann ein Kompensationssignal
Daneben können die erfassten Schwingungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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