DE102018205531A1 - Stanznietvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung (200) 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 Schwingsystem (39), aufweisend den Stempel (15) und einen Schwingungskonverter (30), der mit einem Schwingungserzeuger (32) derart gekoppelt oder koppelbar ist, dass das Schwingsystem (39) zum Schwingen anregbar ist, und mit einem Antrieb (50), mittels dessen das Schwingsystem (39) und damit der Stempel (15) mit einer Kraft (F) beaufschlagbar und in einer Fügerichtung (R) bewegbar sind, um einen zwischen dem Stempel (15) und einem dem Stempel zugewandten Bauteil (11) der wenigstens zwei Bauteile angeordneten Niet (20) mittels des Stempels (15) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) einzudrücken, wobei eine Antriebs- und Führungseinheit (70) zur Führung des Schwingsystems (39) in Fügerichtung (R) vorgesehen ist, die den Antrieb (50) aufweist und an einem Rahmen (60) der Stanznietvorrichtung angeordnet ist, und die das Schwingsystem (39) in einem sich in Fügerichtung (R) erstreckenden Abschnitt umschließt, und/oder die eine erste Komponente (55) aufweist, an der das Schwingsystem (39) in Bezug auf die Fügerichtung (R) zentrisch angeordnet ist, und die eine zweite Komponente aufweist, die die erste Komponente in einem sich in Fügerichtung (R) erstreckenden Abschnitt umschließt.The invention relates to a punch rivet device (200) for connecting at least two components (11, 12) by means of a rivet (20), with a punch (15) and an anvil (18), between which the at least two components (11, 12) and the rivet (20) can be arranged, with a vibration system (39), comprising the punch (15) and a vibration converter (30) which is coupled or coupleable to a vibration generator (32) such that the vibration system (39) can be excited to vibrate is, and with a drive (50), by means of which the oscillating system (39) and thus the punch (15) acted upon by a force (F) and in a joining direction (R) are movable to a between the punch (15) and a rivet (20) arranged on the stamp facing component (11) of the at least two components is pressed into the at least two components (11, 12) by means of the punch (15), a drive and guide unit (70) for guiding the oscillating system (39 ) in joining direction (R) vorges is hen, having the drive (50) and is arranged on a frame (60) of the punch riveting, and which surrounds the oscillating system (39) in a joining direction (R) extending portion, and / or a first component (55 ), on which the oscillating system (39) is arranged centrically with respect to the joining direction (R) and which has a second component which encloses the first component in a section extending in the joining direction (R).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung mit einem Schwingsystem, insbesondere eine sog. Ultraschallstanznietvorrichtung.The present invention relates to a punch riveting device with a vibrating system, in particular a so-called ultrasonic punch riveting 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, beispielsweise 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. Aus der
Weiterhin sind beispielsweise aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Stanznietvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a punch rivet device with the features of patent claim 1 is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Erfindung geht aus von einer Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets, mit einem Stempel und einem Gegenhalter, zwischen welchen die wenigstens zwei Bauteile und der Niet anordenbar sind. Dabei weist die Stanznietvorrichtung ein Schwingsystem auf, welches wiederum den Stempel und einen Schwingungskonverter aufweist, der mit einem Schwingungserzeuger derart gekoppelt oder koppelbar ist, dass das Schwingsystem zum Schwingen anregbar ist. Der Schwingungskonverter kann beispielsweise als elektro-mechanischer Wandler, insbesondere als Piezo-Konverter, ausgebildet sein und direkt oder indirekt über einen sog. Booster (bzw. Amplitudenverstärker) mit dem Stempel, der dann auch als Sontrode dient, verbunden bzw. gekoppelt sein. Bei dem Schwingungserzeuger kann es sich insbesondere um einen Frequenz- bzw. Schallgenerator, insbesondere um einen Ultraschallgenerator, jeweils bevorzugt auch in Form eines Funktionsgenerators handeln, der den Schwingungskonverter mit einem geeigneten Signal versorgt, sodass dieser entsprechend zum Schwingen angeregt wird.The invention is based on a punch riveting device for connecting at least two components by means of a rivet, with a punch and a counter-holder, between which the at least two components and the rivet can be arranged. In this case, the punch riveting on a vibrating system, which in turn has the punch and a vibration converter which is so coupled or coupled to a vibration generator that the vibrating system can be excited to vibrate. The oscillation converter can be designed, for example, as an electro-mechanical converter, in particular as a piezo converter, and can be connected or coupled directly or indirectly via a so-called booster (or amplitude amplifier) to the stamp, which then also serves as a sontrode. The vibration generator can in particular be a frequency or sound generator, in particular an ultrasonic generator, in each case preferably also in the form of a function generator which supplies the vibration converter with a suitable signal, so that it is excited accordingly to oscillate.
Die Stanznietvorrichtung weist weiterhin einen Antrieb auf, mittels dessen das Schwingsystem und damit der Stempel mit einer Kraft beaufschlagbar und in einer Fügerichtung bewegbar sind, um einen zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Bauteil der wenigstens zwei Bauteile angeordneten Niet mittels des Stempels in die wenigstens zwei Bauteile einzudrücken.The punch riveting apparatus further comprises a drive, by means of which the oscillating system and thus the punch can be acted upon by a force and movable in a joining direction to a arranged between the punch and a stamp facing component of at least two components arranged rivet by means of the punch in the at least push in two components.
Problematisch bei bekannten Stanznietvorrichtungen mit Schwingungseinkopplung kann sein, dass unerwünschte Kippmomente auftreten. Dies gilt besonders dann, wenn der Antrieb und das Schwingsystem in Fügerichtung gesehen in Reihe bzw. hintereinander angeordnet sind. Jedoch kann dies ebenso auftreten, wenn der Antrieb und das Schwingsystem zwar parallel oder zumindest in Fügerichtung gesehen überlappend angeordnet sind, der Antrieb jedoch regulär am Rahmen der Stanznietvorrichtung angebracht ist. Gleiches gilt für die erwähnte Ultraschall-Stanznietvorrichtung mit
Solche Kippmomente verursachen eine verstärkte Aufbiegung des gesamten Systems bzw. insbesondere des Rahmens der Stanznietvorrichtung, was dazu führt, dass die durch den Antrieb und das Schwingsystem erzeugten Kräfte bzw. Schwingungen nicht mehr senkrecht auf die Oberflächen der zu verbindenden Bauteile wirken. Dies kann zu unerwünschten Effekten im Fügeprozess führen und insbesondere die Symmetrie der erzeugten Nietverbindung negativ beeinflussen. Entsprechend wird auch die Verbindungsfestigkeit negativ beeinflusst.Such tilting moments cause an increased bending of the entire system or in particular of the frame of the punch riveting device, with the result that the forces or vibrations generated by the drive and the oscillating system no longer act perpendicular to the surfaces of the components to be joined. This can lead to undesirable effects in the joining process and in particular have a negative effect on the symmetry of the riveted joint produced. Accordingly, the connection strength is negatively affected.
Erfindungsgemäß ist eine Antriebs- und Führungseinheit zur Führung des Schwingsystems in Fügerichtung vorgesehen, die den Antrieb aufweist und an einem Rahmen der Stanznietvorrichtung angeordnet ist. Es wird somit eine kombinierte Einheit für den Anrieb und die Führung des Schwingsystems gebildet. Diese Antriebs- und Führungseinheit bzw. eine Komponente davon umschließt dabei das Schwingsystem in einem sich in Fügerichtung erstreckenden Abschnitt, oder aber die Antriebs- und Führungseinheit weist eine erste Komponente auf, an der das Schwingsystem in Bezug auf die Fügerichtung zentrisch angeordnet ist und die eine zweite Komponente der Antriebs- und Führungseinheit in einem sich in Fügerichtung erstreckenden Abschnitt umschließt. Ebenso können beide Varianten verwendet werden.According to the invention, a drive and guide unit is provided for guiding the oscillating system in the joining direction, which has the drive and is arranged on a frame of the punch riveting device. It is thus formed a combined unit for the drive and the leadership of the vibration system. This drive and guide unit or a component thereof encloses the oscillating system in a section extending in the joining direction, or else the drive and guide unit has a first component on which the oscillating system is arranged centrally with respect to the joining direction and the one second Component of the drive and guide unit encloses in a joining direction extending portion. Likewise, both variants can be used.
Es wird also vorgeschlagen, das Schwingsystem derart zu führen, dass das Schwingsystem oder zumindest eine (bzw. die erste) Komponente der Antriebs- und Führungseinheit, an die das Schwingsystem dann in Fügerichtung gesehen gekoppelt ist, von einer anderen (bzw. der zweiten) Komponente der Antriebs- und Führungseinheit umschlossen wird, was eine deutlich stabilere und verwindungssteifere Führung ermöglicht, als eine einfache Anbindung oder aber auch als eine seitlich angebrachte Führung. Insbesondere wird damit erreicht, dass ein Angriffspunkt der von dem Antrieb bereitgestellten Kraft an dem Schwingsystem in einer sich in Fügerichtung erstreckenden Achse des Schwingsystems liegen kann. Die erwähnten Nachteile werden auf diese Weise vermieden oder zumindest reduziertIt is therefore proposed to guide the oscillating system in such a way that the oscillating system or at least one (or the first) component of the drive and guide unit, to which the oscillating system is then coupled in the joining direction, is driven by another (or the second) Component of the drive and guide unit is enclosed, which allows a much more stable and torsion-resistant leadership, as a simple connection or as a laterally mounted guide. In particular, this achieves that a point of application of the force provided by the drive on the oscillating system can lie in an axis of the oscillating system extending in the joining direction. The mentioned disadvantages are avoided or at least reduced in this way
Vorzugsweise weist die Antriebs- und Führungseinheit eine Führungseinrichtung zur Führung des Schwingsystems auf, die als ein Teil bzw. eine Komponente der Antriebs- und Führungseinheit das Schwingsystem in dem sich in Fügerichtung erstreckenden Abschnitt umschließt. Dabei ist die Führungseinrichtung insbesondere eine von dem Antrieb getrennt ausgebildete Komponente. Diese Führungseinrichtung kann zudem insbesondere derjenige Teil der Antriebs- und Führungseinheit sein, der an dem Rahmen angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Führung des Schwingsystems möglich, da dieses direkt von der Führungseinrichtung umgeben ist. In der Führungseinrichtung können dann beispielsweise noch geeignete Lager wie Rollen-, Kugel- oder Gleitlager vorgesehen sein. Je nach Art des Schwingsystems kann dieses dann unmittelbar oder mittels einer Halterung in der Führungseinrichtung geführt sein. Mit einer Halterung kann beispielsweise eine einfachere Anpassung des Schwingsystems an die Führungseinrichtung, insbesondere hinsichtlich der Geometrie, die für das Schwingsystem oftmals sehr spezifisch sein kann, erreicht werden.The drive and guide unit preferably has a guide device for guiding the oscillating system, which surrounds the oscillating system in the section extending in the joining direction as a part or a component of the drive and guide unit. In this case, the guide device is in particular a separately formed from the drive component. This guide device can also be in particular that part of the drive and guide unit which is arranged on the frame. In this way, a particularly stable guidance of the vibration system is possible, since this is surrounded directly by the guide device. In the guide device can then be provided, for example, still suitable bearings such as roller, ball or sliding bearings. Depending on the type of vibration system, this can then be performed directly or by means of a holder in the guide device. With a holder, for example, a simpler adaptation of the oscillating system to the guide device, in particular with regard to the geometry, which can often be very specific for the oscillating system, can be achieved.
Die Führungseinrichtung kann insbesondere rohrförmig mit rundem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein. Damit wird einerseits eine besonders stabile Führungseinrichtung ermöglicht, anderseits aber auch eine besonders einfache Herstellung.The guide device may be formed in particular tubular with a round or rectangular cross-section. Thus, on the one hand a particularly stable guide device is made possible, but on the other hand, a particularly simple production.
Vorteilhafterweise ist der Antrieb an dem Rahmen angeordnet und mittels eines Hebels an das Schwingsystem gekoppelt. Damit ist für den Antrieb beispielsweise eine geringere Kraft, die er aufbringen können muss, ausreichend, da eine Übersetzung mittels des Hebels möglich ist. Hierzu kann der Hebel insbesondere zwischen einem Drehpunkt, an dem der Hebel an dem Rahmen drehbar gelagert ist, und einem Angriffspunkt des Antriebs an dem Hebel mit dem Schwingsystem gekoppelt sein, beispielsweise über ein Gelenk. Denkbar ist dabei auch, dass der Hebel über die Halterung, wenn vorhanden, an das Schwingsystem gekoppelt ist.Advantageously, the drive is arranged on the frame and coupled by means of a lever to the oscillating system. This is sufficient for the drive, for example, a lower force, which he must be able to muster, as a translation by means of the lever is possible. For this purpose, the lever may in particular be coupled between a pivot point on which the lever is rotatably mounted on the frame, and a point of application of the drive on the lever with the oscillating system, for example via a joint. It is also conceivable that the lever is coupled via the holder, if present, to the oscillating system.
Alternativ ist es bevorzugt, wenn der Antrieb in die Führungseinrichtung integriert ist, und insbesondere als Linearantrieb ausgebildet ist. Damit wird eine besonders kompakte Stanznietvorrichtung ermöglicht.Alternatively, it is preferred if the drive is integrated in the guide device, and in particular is designed as a linear drive. This allows a particularly compact punch riveting device.
Weiter alternativ - sowohl als Alternative zur Führungseinrichtung an sich oder aber auch zusätzlich zur Führungseinrichtung - ist es bevorzugt, wenn der Antrieb als hydraulischer Antrieb mit einem Zylinder und einem Kolben ausgebildet ist, wobei der Kolben dann die erwähnte erste Komponente bildet, an der das Schwingsystem in Bezug auf die Fügerichtung zentrisch angeordnet ist, und der Zylinder dann die zweite Komponente bildet, die (als Teil der Antriebs- und Führungseinrichtung) die erste Komponente in dem sich in Fügerichtung erstreckenden Abschnitt umschließt. Damit ist zunächst nicht notwendigerweise eine zusätzliche Führungsrichtung zum Antrieb nötig, da durch diese spezielle Art von Antrieb bereits eine Umschließung einer bewegten Komponente und damit eine stabile Führung ermöglicht werden. Dennoch kann durch eine zusätzliche - insbesondere getrennt vom Antrieb ausgebildete - Führungseinrichtung, die das Schwingsystem in einem entsprechenden Abschnitt umschließt, eine noch stabilere Führung des Schwingsystems erreicht werden.Further alternatively - both as an alternative to the guide device itself or in addition to the guide device - it is preferred if the drive is designed as a hydraulic drive with a cylinder and a piston, wherein the piston then forms the mentioned first component to which the oscillating system is centrally located with respect to the joining direction, and the cylinder then forms the second component which (as part of the drive and guide means) surrounds the first component in the joining direction extending portion. Thus, initially not necessarily an additional guide to the drive necessary, since this special type of drive already an enclosure of a moving component and thus a stable leadership are possible. Nevertheless, an even more stable guidance of the oscillating system can be achieved by an additional guide device, which is embodied separately from the drive and encloses the oscillating system in a corresponding section.
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 von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt vereinfacht und schematisch eine Fertigungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung.1 shows simplified and schematically a manufacturing device with a punch riveting device according to the invention. -
2 zeigt schematisch eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung.2 schematically shows a punch rivet device not according to the invention. -
3a und3b zeigen schematisch eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.3a and3b schematically show a punch riveting apparatus according to the invention in a preferred embodiment. -
4a und4b zeigen schematisch eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.4a and4b schematically show a punch riveting apparatus according to the invention in a further preferred embodiment. -
5 und6 zeigen schematisch erfindungsgemäße Stanznietvorrichtungen weiteren bevorzugten Ausführungsformen.5 and6 show schematically punch riveting according to the invention further preferred embodiments.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In
Die Fertigungseinrichtung
Weiterhin ist eine Recheneinheit
In
Die Stanznietvorrichtung
Ebenfalls ist der Niederhalter
Auf der dem Stempel
Der Niet
Der Stempel
Bei dem Antrieb
Beim Betrieb der Stanznietvorrichtung
Solche Querkräfte sind in
In den
In
Das Schwingsystem
Der Antrieb
Auf diese Weise ist das Schwingsystem
In
Zudem gezeigt ist eines der Lager mit Lagerelementen
Es sei angemerkt, dass das Schwingsystem ggf. auch ohne die Halterung
In
In
Da das Schwingsystem in aller Regel einen runden Querschnitt aufweist, ist hier der Einsatz der Halterung
Im Übrigen, d.h. insbesondere für andere Komponenten als den Antrieb
In
Der Antrieb
Der Kolben
In
Damit werden die durch den Antrieb
Ebenso kann hier zusätzlich, wie bei der Stanznietvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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