DE102017210458A1 - Punching device with vibration generator - Google Patents

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DE102017210458A1
DE102017210458A1 DE102017210458.9A DE102017210458A DE102017210458A1 DE 102017210458 A1 DE102017210458 A1 DE 102017210458A1 DE 102017210458 A DE102017210458 A DE 102017210458A DE 102017210458 A1 DE102017210458 A1 DE 102017210458A1
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Florian Woelke
Armin Karle
Steven Maul
Reiner Ramsayer
Christoph Kauth
Martin Dieterle
Andre Philipskoetter
Patrick Nickel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung (10) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20), mit einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18), zwischen welchen die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und der Niet (20) anordenbar sind, mit einem Antrieb (50), der an einem Rahmen (60) der Stanznietvorrichtung (10) angeordnet ist und mittels dessen eine Kraft auf den Stempel (15) in Fügerichtung (R) ausübbar ist, mit einem Schwingsystem (39), das an dem Antrieb (50) befestigt und mittels des Antriebs (50) relativ zu dem Rahmen (60) bewegbar ist und das den Stempel (15) umfasst, und mit einem Schwingungserzeuger (32), der mit dem Schwingsystem (39) derart gekoppelt ist, dass dieses beim Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) in Schwingung versetzbar ist, wobei der Antrieb (50) und das Schwingsystem (39) in Fügerichtung (R) wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind, sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung (10).The invention relates to a punch rivet device (10) for connecting at least two components (11, 12) by means of a rivet (20), with a punch (15) and a counter holder (18), between which the at least two components (11, 12) and the rivet (20) can be arranged with a drive (50) which is arranged on a frame (60) of the punch riveting device (10) and by means of which a force on the punch (15) in the joining direction (R) is exercisable, with a A vibration system (39) mounted on the drive (50) and movable by means of the drive (50) relative to the frame (60) and comprising the punch (15) and a vibrator (32) connected to the vibrating system (39) is coupled in such a way that it is oscillatable when the rivet (20) is pressed into the at least two components (11, 12), the drive (50) and the oscillating system (39) being at least partially joined in the joining direction (R) are arranged overlapping, and a manufacturing device with such Punch riveting device (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einen Schwingungserzeuger aufweisende Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung.The present invention relates to a punch-riveting apparatus having a vibration generator for connecting at least two components by means of a rivet and to a production apparatus having such a punch-riveting apparatus.

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 EP 2 318 161 B1 oder der DE 10 2014 203 357 A1 sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bzw. -vorrichtungen bekannt, bei denen ein Schwingungserzeuger, wie beispielsweise ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird beispielsweise die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.Furthermore, for example, from the EP 2 318 161 B1 or the DE 10 2014 203 357 A1 so-called ultrasonic punch riveting methods or devices are known in which a vibration generator, such as an ultrasonic generator is used to enable one or more components in connecting the components in vibration. By this vibration, for example, the force to be applied for pressing the rivet is reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Stanznietvorrichtung und eine Fertigungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a punch riveting device and a production device with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung dient zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets und weist einen Stempel und einen Gegenhalter auf, zwischen welchen die wenigstens zwei Bauteile und der Niet anordenbar sind. Weiterhin weist die Stanznietvorrichtung einen Antrieb auf, der an einem Rahmen der Stanznietvorrichtung angeordnet ist und mittels dessen eine Kraft auf den Stempel in Fügerichtung ausübbar ist. Zudem weist die Stanznietvorrichtung ein Schwingsystem auf, das an dem Antrieb befestigt und mittels des Antriebs relativ zu dem Rahmen bewegbar ist. Das Schwingsystem umfasst dabei den Stempel, welcher insbesondere wiederum als Teil einer in dem Schwingsystem verwendeten Sonotrode ausgebildet sein kann. Diese Sonotrode kann dabei auch den Stempel bilden bzw. als Stempel dienen. Weiterhin weist die Stanznietvorrichtung einen Schwingungserzeuger auf, der mit dem Schwingsystem derart gekoppelt ist, dass dieses beim Eindrücken des Niets in die wenigstens zwei Bauteile in Schwingung versetzbar ist. Bei dem Schwingungserzeuger kann es sich vorzugsweise um einen Schall-Generator, insbesondere einen Ultraschall-Generator handeln. 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. Bevorzugt weist die Stanznietvorrichtung auch einen Antrieb auf, mittels dessen eine Kraft auf den Stempel in Richtung der Bauteile ausübbar ist.A punch riveting device according to the invention serves for connecting at least two components by means of a rivet and has a punch and a counter-holder, between which the at least two components and the rivet can be arranged. Furthermore, the punch riveting device has a drive which is arranged on a frame of the punch riveting device and by means of which a force can be exerted on the ram in the joining direction. In addition, the punch riveting device has a vibrating system which is attached to the drive and movable relative to the frame by means of the drive. The oscillating system in this case comprises the stamp, which in turn may in particular be formed as part of a sonotrode used in the oscillating system. This sonotrode can also form the stamp or serve as a stamp. Furthermore, the punch riveting device has a vibration generator, which is coupled to the oscillating system in such a way that it can be set into oscillation when the rivet is pressed into the at least two components. The vibration generator may preferably be a sound generator, in particular an ultrasound generator. 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. Preferably, the punch riveting device also has a drive by means of which a force can be exerted on the punch in the direction of the components.

Erfindungsgemäß sind nun der Antrieb und das Schwingsystem in Fügerichtung wenigstens teilweise überlappend angeordnet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass eine zur Fügerichtung senkrechte Ebene existiert, die sowohl den Antrieb als auch das Schwingsystem schneidet. Dies bedeutet insbesondere auch, dass der Antrieb und das Schwingsystem nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen bzw. hintereinander angeordnet sind. Eine solche Anordnung von Antrieb und Schwingsystem hintereinander, wie es bei Stanznietvorrichtungen mit Schwingungseinkopplung bislang üblich ist, bedingt einen verhältnismäßig großen Rahmen für die Stanznietvorrichtung, in dem die einzelnen Komponenten angeordnet sind, insbesondere hinsichtlich dessen Öffnungsweite. According to the invention, the drive and the oscillating system are now arranged in the joining direction at least partially overlapping. In other words, this means that there is a plane perpendicular to the joining direction, which intersects both the drive and the vibration system. This means, in particular, that the drive and the oscillating system do not lie on a common axis or are arranged one behind the other. Such an arrangement of the drive and the oscillating system in succession, as has hitherto been customary in stamped riveting devices with vibration coupling, requires a comparatively large frame for the stamped riveting device, in which the individual components are arranged, in particular with respect to their opening width.

Dementsprechend sind ein solcher Rahmen und damit die gesamte Stanznietvorrichtung verhältnismäßig schwer, was zu einer schwierigen Handhabung, insbesondere Bewegung der Stanznietvorrichtung, beispielsweise mittels einer Fertigungsvorrichtung bzw. einem Fertigungsroboter, führt.Accordingly, such a frame and thus the entire punch riveting apparatus are relatively heavy, which leads to a difficult handling, in particular movement of the punch riveting apparatus, for example by means of a production apparatus or a manufacturing robot.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung von Antrieb und Schwingsystem hingegen kann die Öffnungsweite des Rahmens gegenüber der herkömmlichen Anordnung deutlich reduziert werden, was entsprechend mit einer Gewichtsreduktion einhergeht. Neben einer deutlich einfacheren bzw. leichteren Handhabung der Stanznietvorrichtung, führt dies darüber hinaus auch aufgrund der geringeren Größe dazu, dass verschiedenste Bearbeitungsstellen mit der Stanznietvorrichtung deutlich einfacher erreicht werden können. Auf diese Weise werden also die Einsatzmöglichkeiten der Stanznietvorrichtung deutlich erhöht.In the proposed arrangement of drive and vibration system, however, the opening width of the frame compared to the conventional arrangement can be significantly reduced, which is associated with a corresponding weight reduction. In addition to a much simpler or easier handling of the punch rivet, this also leads due to the smaller size to the fact that a variety of processing points can be achieved much easier with the punch riveting. In this way, therefore, the possible uses of the punch riveting apparatus are significantly increased.

Vorzugsweise weist der Antrieb eine Spindel auf, mittels welcher das Schwingsystem bewegbar ist und die sich (also insbesondere hinsichtlich ihrer Längsachse) in Fügerichtung erstreckt. Bei solchen Antrieben sind die Abmessungen in Fügerichtung besonders groß, weshalb sich hier die vorgeschlagene überlappende Anordnung von Antrieb und Schwingsystem besonders deutlich in einer Größen- und Gewichtsreduzierung niederschlägt.Preferably, the drive has a spindle, by means of which the oscillating system can be moved is and (ie in particular with respect to its longitudinal axis) extends in the joining direction. In such drives, the dimensions in the joining direction are particularly large, which is why the proposed overlapping arrangement of drive and vibration system particularly clearly reflected in a size and weight reduction.

Vorteilhafterweise ist eine Haupterstreckungsrichtung des Schwingsystems in Fügerichtung ausgerichtet. Unter einer Haupterstreckungsrichtung ist hierbei diejenige Richtung zu verstehen, in welcher das Schwingsystem, insbesondere entlang einer zentralen Achse, die größte Abmessung aufweist. Auch auf diese Weise kann erreicht werden, dass die vorgeschlagene Anordnung von Antrieb und Schwingsystem eine besonders gute Größen- und Gewichtsreduzierung ermöglicht, da das Schwingsystem in Haupterstreckungsrichtung in aller Regel besonders lang ist, und durch die Überlappung mit dem Antrieb eine besonders große Material- und Gewichtseinsparung für den Rahmen ermöglicht.Advantageously, a main extension direction of the oscillating system is aligned in the joining direction. A main direction of extension here is to be understood as that direction in which the oscillating system, in particular along a central axis, has the largest dimension. Also in this way it can be achieved that the proposed arrangement of drive and vibration system allows a particularly good size and weight reduction, since the vibration system in the main extension direction is usually very long, and by the overlap with the drive a particularly large material and Saves weight on the frame.

Es ist von Vorteil, wenn eine Schwingungsrichtung des Schwingsystems in Fügerichtung ausgerichtet ist. Eine solche Ausrichtung der Schwingungsrichtung bedingt in aller Regel, dass alle Komponenten des Schwingsystems mit ihrer längsten Abmessung in Fügerichtung ausgerichtet sind, was zu einem besonders langen Schwingsystem in Fügerichtung führt, dementsprechend wird durch die vorgeschlagene Anordnung von Antrieb und Schwingsystem eine besonders große Material- und Gewichtseinsparung für den Rahmen ermöglicht.It is advantageous if a vibration direction of the oscillating system is aligned in the joining direction. Such an orientation of the vibration direction usually requires that all components of the vibration system are aligned with their longest dimension in the joining direction, resulting in a particularly long vibration system in the joining direction, accordingly, the proposed arrangement of drive and vibration system is a particularly large material and Saves weight on the frame.

Als Komponenten kann das Schwingsystem dabei insbesondere einen Schwingungskonverter aufweisen, der mit einer Sonotrode verbunden ist. Die Sonotrode kann dabei, wie bereits erwähnt, den Stempel umfassen, insbesondere auch als Stempel ausgebildet sein bzw. verwendet werden. Der Schwingungskonverter bildet dabei die Komponente des Schwingsystems, die mit dem Schwingungserzeuger gekoppelt ist. Zudem kann das Schwingsystem insbesondere auch noch einen Booster (Amplitudenverstärker) aufweisen, über den der Schwingungskonverter mit der Sonotrode verbunden ist. Ein solcher Booster dient dabei der Verstärkung der von dem Schwingungskonverter bereitgestellten Schwingungsamplitude. Je nach Situation kann jedoch auch ein Schwingungssystem ohne solchen Booster verwendet werden.As components, the oscillating system can in particular have a vibration converter which is connected to a sonotrode. The sonotrode can, as already mentioned, include the stamp, in particular also be designed or used as a stamp. The vibration converter forms the component of the vibration system which is coupled to the vibration generator. In addition, the oscillating system may in particular also have a booster (amplitude amplifier) via which the oscillation converter is connected to the sonotrode. Such a booster serves to amplify the oscillation amplitude provided by the oscillation converter. Depending on the situation, however, a vibration system without such a booster can be used.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn das Schwingsystem mittels einer Haltevorrichtung an dem Antrieb befestigt ist. Eine solche Haltevorrichtung kann dabei insbesondere derart ausgestaltet sein, dass das Schwingsystem einerseits in vorgeschlagener Weise überlappend mit dem Antrieb angeordnet sein kann und andererseits eine gute Kraftübertragung von dem Antrieb auf den Stempel, der Teil des Schwingsystems ist, möglich ist.It is furthermore preferred if the oscillating system is fastened to the drive by means of a holding device. Such a holding device can be designed in particular such that the oscillating system can be arranged on the one hand in a proposed manner overlapping with the drive and on the other hand, a good power transmission from the drive to the stamp, which is part of the oscillating system is possible.

Vorzugsweise weist die Stanznietvorrichtung weiterhin eine Führungseinrichtung auf, mittels welcher das Schwingsystem bei einer Bewegung relativ zum Rahmen führbar ist. Bei einer solchen Führungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Führungsschiene handeln. Eine solche Führungseinrichtung kann dabei insbesondere am Rahmen oder aber auch am Antrieb angeordnet sein. Bei der Anordnung am Rahmen wiederum kann die Führungseinrichtung einerseits zwischen Rahmen und Schwingsystem, andererseits aber auch auf dem Rücken des Rahmens angeordnet sein. Je nach konkreter Ausgestaltung bzw. Geometrie der Stanznietvorrichtung kann dabei mit der einen oder mit der anderen Variante eine gute Stabilisierung des Schwingsystems erreicht werden. Durch eine solche Stabilisierung kann etwaigen Kräften, die beim Eindrücken des Niets senkrecht zur Fügerichtung auf den Stempel wirken, die aufgrund der versetzten Anordnung von Antrieb und Schwingsystem auftreten können, entgegengewirkt werden.Preferably, the punch riveting device further comprises a guide device, by means of which the oscillating system can be guided during a movement relative to the frame. Such a guide device may be, for example, a guide rail. Such a guide device can be arranged in particular on the frame or else on the drive. In the arrangement on the frame, in turn, the guide means can be arranged on the one hand between the frame and the oscillating system, but on the other hand also on the back of the frame. Depending on the specific configuration or geometry of the punch riveting device, good stabilization of the oscillating system can be achieved with one or the other variant. By means of such stabilization, it is possible to counteract any forces which act on the ram when the rivet is pressed in perpendicular to the joining direction and which can occur due to the staggered arrangement of the drive and the oscillating system.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Fertigungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung. Eine solche Fertigungseinrichtung kann beispielsweise bewegliche Arme aufweisen, mittels welchen die Stanznietvorrichtung im Raum bewegt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Fertigungseinrichtung um einen Fertigungsroboter bzw. einen Industrieroboter, insbesondere einen sog. 6-Achs-Roboter, handeln. Hinsichtlich der Vorteile und bevorzugter Ausgestaltungen der Fertigungseinrichtung sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur Stanznietvorrichtung verwiesen.The invention further relates to a production device with a punch riveting device according to the invention. Such a manufacturing device may, for example, have movable arms, by means of which the punch riveting device can be moved in space. For example, such a production device may be a production robot or an industrial robot, in particular a so-called 6-axis robot. With regard to the advantages and preferred embodiments of the production device, reference is made to the above remarks on the punch riveting apparatus in order to avoid repetition.

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.

Figurenliste list of figures

  • 1 zeigt schematisch eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung. 1 schematically shows a punch rivet device not according to the invention.
  • 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform. 2 schematically shows a punch riveting apparatus according to the invention in a preferred embodiment.
  • 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform. 3 schematically shows a manufacturing device according to the invention in a preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' gezeigt, wie sie herkömmlicher Weise ausgebildet sein kann, schematisch 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 einer Fertigungseinrichtung befestigt sein.In 1 is a punch rivet device not according to the invention 10 ' shown as it may be conventionally formed, shown schematically. The punch riveting device 10 ' has a frame 60 on, which is preferably in the form of a C-frame or C-bracket, on which the individual components are arranged in a punch riveting usually in order to take the desired position to each other can. About the frame 60 can the punch rivet device 10 ' For example, be attached to an arm of a manufacturing facility.

Die Stanznietvorrichtung 10' weist eine Sonotrode bzw. einen Stempel 15 auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Die Sonotrode15 ist hier beispielhaft zudem von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Niederhalter ist beispielhaft mittels einer Feder an der Sonotrode 15 befestigt.The punch riveting device 10 ' has a sonotrode or a stamp 15 on, by way of example with a round cross-section. The sonotrode 15 Here is also an example of a (sleeve-shaped) hold-down 16 radially surrounded and arranged movable relative to this in the longitudinal direction. The hold-down is exemplary by means of a spring on the sonotrode 15 attached.

Auf der der Sonotrode 15 (und dem Niederhalter 16) gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein Gegenhalter in Form einer Matrize 18 angeordnet. Die Sonotrode 15 und die Matrize 18 sind in vertikaler Richtung, in der auch der Niederhalter 16 beweglich ist, 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 bzw. die Sonotrode 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken.On the sonotrode 15 (and the hold-down 16 ) opposite side of the two components 11 . 12 is a counterholder in the form of a die 18 arranged. The sonotrode 15 and the matrix 18 are in the vertical direction, in which also the hold-down 16 is movable, relatively movable. The hold down 16 and the matrix 18 serve to the two components 11 . 12 between the hold down 16 and the matrix 18 during processing by the punch or sonotrode 15 clamp or compress.

Ein Niet 20, der zwischen dem Bauteil 11 und der Sontrode bzw. dem Stempel 15 angeordnet werden kann, 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 (Sonotrode) 15 angeordnet, der an der Oberseite des Niets 20 flächig anliegt.A rivet 20 that is between the component 11 and the sontrode or the stamp 15 can be arranged, here by way of example a Halbhohlniet, preferably consists of a relation to the materials of the two components 11 . 12 harder material, at least in the area of a rivet shaft. The component 11 facing away, flat top of the rivet is in operative connection with the punch (sonotrode) 15 Arranged at the top of the rivet 20 lies flat.

Die Sonotrode 15 ist mit einem (mechanischen) Schwingungskonverter 30, der über einen Schwingungserzeuger 32, insbesondere einen Ultraschallgenerator, zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen anregbar ist, verbunden. Insbesondere kann es sich bei dem Schwingungskonverter 30 dabei um einen Piezokonverter handeln. 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. Diese Schwingungen werden von dem Schwingungskonverter 30 über einen Booster 31 und die Sonotrode bzw. den Stempel 15 in den Niet 20 eingekoppelt. Der Schwingungskonverter 30 bildet dabei zusammen mit dem Booster 31 und der Sontrode 15 ein Schwingsystem 39.The sonotrode 15 is with a (mechanical) vibration converter 30 that's about a vibrator 32 , In particular, an ultrasonic generator, for generating vibrations or vibrations can be excited connected. In particular, it may be in the vibration converter 30 thereby act around a piezo converter. In particular, ultrasonic vibrations with an amplitude (distance between the maximum positive and negative amplitude of a vibration) between 10 .mu.m and 110 .mu.m (corresponding to an amplitude of 5 .mu.m to 55 .mu.m) and a frequency between 15 kHz and 35 kHz or possibly higher generated , These vibrations are from the vibration converter 30 via a booster 31 and the sonotrode or the stamp 15 in the rivet 20 coupled. The vibration converter 30 forms together with the booster 31 and the sontrode 15 a vibration system 39 ,

Weiterhin ist das Schwingsystem 39 und an einem Antrieb 50, insbesondere an einer Spindel 51 des Antriebs 50, befestigt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F in Fügerichtung aufzubringen. Der Antrieb 50 kann beispielsweise mittels einer Recheneinheit 80 gesteuert werden, welche dabei als Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10' dient.Furthermore, the vibration system 39 and at a drive 50 , in particular on a spindle 51 of the drive 50 , fixed, which serves, one for pushing in the rivet 20 in the two components 11 . 12 required force F Apply in the joining direction. The drive 50 For example, by means of a computing unit 80 be controlled, which in this case as a control unit for the punch riveting 10 ' serves.

Bei dem Antrieb 50 kann es sich beispielsweise um einen Antrieb mit Kugel-, Rollen- oder Planetengewindetrieb oder dergleichen handeln, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 aufzubringen.At the drive 50 it may be, for example, a drive with ball, roller or planetary screw drive or the like, which is adapted to a force F for pressing the rivet 20 into the components 11 . 12 applied.

Der Antrieb 50 und das Schwingsystem 39 sind hier in Fügerichtung R hintereinander bzw. auf einer gemeinsamen Achse A1 angeordnet. Hierzu ist das Schwingsystem 39 mit dem Schwingungskonverter 30 direkt an der Spindel 51 des Antriebs 50 befestigt. Wie anhand der Figur dabei deutlich zu sehen ist, muss der Rahmen 60 hierzu eine besonders große Öffnungsweite aufweisen, also besonders groß sein, um alle Komponenten aufnehmen zu können. Dies bedingt folglich eine verhältnismäßig schwierige Handhabung und Erreichbarkeit von bestimmten Bearbeitungsstellen.The drive 50 and the vibration system 39 are here in joining direction R consecutively or on a common axis A 1 arranged. This is the vibrational system 39 with the vibration converter 30 directly on the spindle 51 of the drive 50 attached. As can clearly be seen from the figure, the frame must be 60 For this purpose, have a particularly large opening width, so be particularly large to accommodate all components can. This therefore requires a relatively difficult handling and accessibility of certain processing points.

In 2 ist nun eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10 in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist im Grunde alle Komponenten auf, wie sie auch bei der Stanznietvorrichtung 10' gemäß 1 vorgesehen sind. Gleiche Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Insofern sei zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf dortige Ausführungen verwiesen. Es versteht sich, dass aufgrund der nachfolgend noch zu erläuternden, abweichenden Anordnung einiger Komponenten zueinander geringfügige Anpassungen nötig sein können.In 2 is now a punch riveting device according to the invention 10 shown schematically in a preferred embodiment. The punch riveting device 10 basically has all the components, as with the punch riveting device 10 ' according to 1 are provided. The same components are provided with the same reference numerals. In this respect, reference is made to localities to avoid repetition. It is understood that due to the deviating arrangement of some components to be explained below, slight adjustments to each other may be necessary.

Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Stanznietvorrichtung 10' sind bei der hier gezeigten Stanznietvorrichtung 10 nun der Antrieb 50 und das Schwingsystem 39 in Fügerichtung R überlappend angeordnet. Insbesondere liegen der Antrieb 50 und das Schwingungssystem 39 auf zwei verschiedenen, jedoch parallelen Achsen A2 und A3 . Unlike the in 1 shown punch riveting 10 ' are in the punch rivet shown here 10 now the drive 50 and the vibration system 39 in joining direction R arranged overlapping. In particular, the drive are 50 and the vibration system 39 on two different but parallel axes A 2 and A 3 ,

Das Schwingsystem 39 ist dabei mittels einer Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50, hier insbesondere an der Spindel 51 des Antriebs 50, befestigt. Auf diese Weise kann weiterhin mittels des Antriebs 50 die Kraft F auf das Schwingsystem 39 und damit auf den Stempel bzw. die Sonotrode 15 in Fügerichtung R ausgeübt werden. Aufgrund der überlappenden Anordnung kann die Öffnungsweite, also die Größe des Rahmens 60, gegenüber der herkömmlichen Art der Anordnung deutlich reduziert werden, was bei einem Vergleich von 1 und 2 deutlich zu sehen ist.The vibration system 39 is by means of a holding device 35 on the drive 50 , especially at the spindle 51 of the drive 50 , attached. In this way can continue by means of the drive 50 the power F on the vibration system 39 and thus on the stamp or sonotrode 15 in joining direction R be exercised. Due to the overlapping arrangement, the opening width, ie the size of the frame 60 , compared to the conventional type of arrangement can be significantly reduced, resulting in a comparison of 1 and 2 can be clearly seen.

Weiterhin ist eine Führungseinrichtung 70, hier in Form einer Führungsschiene vorgesehen. Beispielhaft ist diese Führungsschiene 70 an dem Antrieb 50 befestigt. Sie dient dabei der Führung des Schwingsystems 39 bei einer Bewegung relativ zum Rahmen 60 sowie in Fügerichtung R. Auf diese Weise können etwaige Kräfte senkrecht zur Fügerichtung R, die aufgrund der versetzten Anordnung des Antriebs 50 und des Schwingsystems 39 auftreten können, abgestützt werden.Furthermore, a guide device 70 , provided here in the form of a guide rail. An example is this guide rail 70 on the drive 50 attached. It serves to guide the vibration system 39 when moving relative to the frame 60 as well as in joining direction R , In this way, any forces perpendicular to the joining direction R due to the staggered arrangement of the drive 50 and the vibration system 39 can be supported.

Zudem ist in 2 beispielhaft eine (automatische) Nietzuführeinheit bzw. ein Nietzuführsystem 99 gezeigt, das einen sog. Vereinzeler 97 aufweist, in dem Niete vereinzelt und dann in einen Schlauch 98 gegeben werden können. Über eine geeignete Anbringung am Niederhalter 16 können die Niete dann an eine geeignete Position vor dem Stempel 15 gebracht werden.Moreover, in 2 an example of an (automatic) Nietzuführeinheit or a rivet feed system 99 shown a so-called singler 97 has, in the rivet isolated and then in a hose 98 can be given. About a suitable attachment to the hold-down 16 The rivets can then be moved to a suitable position in front of the stamp 15 to be brought.

In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung 100 mit einer Stanznietvorrichtung 10, wie sie in 2 gezeigt ist, dargestellt. Bei der Fertigungseinrichtung 100 kann es sich bspw. um einen Industrieroboter in einer Fertigungshalle, beispielsweise für einen automobilen Karosseriebau, handeln.In 3 schematically is a manufacturing device according to the invention 100 with a punch riveting device 10 as they are in 2 shown is shown. At the manufacturing facility 100 it may, for example, be an industrial robot in a production hall, for example for an automotive body shop.

Die Fertigungseinrichtung 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 die Stanznietvorrichtung 10 angeordnet.The manufacturing facility 100 in this case has a support structure arranged on a floor 3 and two arms connected and movable thereon 4 and 5 on. At the end of the arm 5 is the punch riveting device 10 arranged.

Weiterhin ist die Recheneinheit 80 gezeigt, die nicht nur als Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10, sondern zudem auch als Steuereinheit für die gesamte Fertigungseinrichtung, d.h. neben der Stanznietvorrichtung insbesondere auch für die Ansteuerung der beweglichen Arme vorgesehen sein. Weiterhin sind Anzeigemittel 90, bspw. ein Display, vorgesehen, auf denen bspw. aktuelle Betriebsparameter der Stanznietvorrichtung 10 angezeigt werden können.Furthermore, the arithmetic unit 80 shown not only as a control unit for the punch riveting device 10 but also as a control unit for the entire production facility, ie, in addition to the punch riveting device, in particular also be provided for the control of the movable arms. Furthermore, display means 90 , For example, a display provided on which, for example, current operating parameters of the punch riveting 10 can be displayed.

Durch die kleine bzw. kompakte und leichte Ausgestaltung der Stanznietvorrichtung 10 ist nunmehr eine deutlich einfachere Handhabung bzw. Bewegung dieser unter Verwendung der Fertigungseinrichtung 100 möglich. Zudem können durch die kompakten Maße auch deutlich mehr Bearbeitungsstellen erreicht werden.Due to the small or compact and lightweight design of the punch riveting device 10 is now a much easier handling or movement of these using the manufacturing facility 100 possible. In addition, the compact dimensions also significantly more processing points can be achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2318161 B1 [0003]EP 2318161 B1 [0003]
  • DE 102014203357 A1 [0003]DE 102014203357 A1 [0003]

Claims (10)

Stanznietvorrichtung (10) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20), mit einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18), zwischen welchen die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und der Niet (20) anordenbar sind, mit einem Antrieb (50), der an einem Rahmen (60) der Stanznietvorrichtung (10) angeordnet ist und mittels dessen eine Kraft auf den Stempel (15) in Fügerichtung (R) ausübbar ist, mit einem Schwingsystem (39), das an dem Antrieb (50) befestigt und mittels des Antriebs (50) relativ zu dem Rahmen (60) bewegbar ist und das den Stempel (15) umfasst, und mit einem Schwingungserzeuger (32), der mit dem Schwingsystem (39) derart gekoppelt ist, dass dieses beim Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) in Schwingung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (50) und das Schwingsystem (39) in Fügerichtung (R) wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.Punch riveting device (10) for connecting at least two components (11, 12) by means of a rivet (20), with a punch (15) and a counter-holder (18), between which the at least two components (11, 12) and the rivet (20 ) can be arranged, with a drive (50) which is arranged on a frame (60) of the punch rivet device (10) and by means of which a force on the punch (15) in the joining direction (R) is exercisable, with a vibration system (39) fixed to the drive (50) and movable by means of the drive (50) relative to the frame (60) and comprising the punch (15), and to a vibrator (32) connected to the oscillating system (39) is coupled, that this is when the rivet (20) in the at least two components (11, 12) vibrated, characterized in that the drive (50) and the oscillating system (39) in the joining direction (R) at least partially overlapping are arranged. Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Antrieb eine Spindel (51) aufweist, mittels welcher das Schwingsystem bewegbar ist und die sich in Fügerichtung erstreckt.Punch riveting device (10) after Claim 1 wherein the drive comprises a spindle (51) by means of which the oscillating system is movable and which extends in the joining direction. Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Haupterstreckungsrichtung des Schwingsystems (39) in Fügerichtung (R) ausgerichtet ist.Punch riveting device (10) after Claim 1 or 2 , Wherein a main extension direction of the oscillating system (39) in the joining direction (R) is aligned. Stanznietvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Schwingungsrichtung des Schwingsystems (39) in Fügerichtung (R) ausgerichtet ist.A punch riveting apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein a vibration direction of the vibrating system (39) is aligned in the joining direction (R). Stanznietvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schwingsystem (39) einen Schwingungskonverter (30) aufweist, an den der Schwingungserzeuger (32) gekoppelt ist und der mit einer Sonotrode, die den Stempel (15) umfasst, verbunden ist.A punch riveting apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the oscillating system (39) comprises a vibration converter (30) to which the vibrator (32) is coupled and which is connected to a sonotrode comprising the punch (15). Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei das Schwingsystem (39) weiterhin einen Booster (31) aufweist, über den der Schwingungskonverter (30) mit der Sonotrode verbunden ist.Punch riveting device (10) after Claim 5 wherein the oscillating system (39) further comprises a booster (31) via which the oscillation converter (30) is connected to the sonotrode. Stanznietvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schwingsystem (39) mittels einer Haltevorrichtung (35) an dem Antrieb (50) befestigt ist.Punching riveting device (10) according to one of the preceding claims, wherein the oscillating system (39) is fastened to the drive (50) by means of a holding device (35). Stanznietvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Führungseinrichtung (70), mittels welcher das Schwingsystem (39) bei einer Bewegung relativ zum Rahmen (60) führbar ist.Punch riveting apparatus (10) according to any one of the preceding claims, further comprising guide means (70) by means of which the oscillating system (39) can be guided in a movement relative to the frame (60). Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Führungseinrichtung (70) am Rahmen (60) oder am Antrieb (50) angeordnet ist.Punch riveting device (10) after Claim 8 wherein the guide means (70) on the frame (60) or on the drive (50) is arranged. Fertigungseinrichtung (100) mit einer Stanznietvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Manufacturing device (100) with a punch rivet device (10) according to one of the preceding claims.
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