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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Crimpvorrichtung, eine Überwachungseinheit sowie Crimpvorrichtung. Eine solche Crimpvorrichtung wird zur Verbindung von Kontaktteilen und elektrischen Leitern eingesetzt. Beispielsweise werden ein Kontaktteil und ein Leiter durch plastische Verformung des Kontaktteils kraftschlüssig miteinander verbunden.
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Stand der Technik
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Es ist bereits bekannt, während eines Crimpvorgangs eine sogenannte Crimpkraftkurve zu ermitteln. Anhand der Crimpkraftkurve kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein erfolgreicher Crimpvorgang durchgeführt wurde, oder ob bei Durchführung des Crimpvorgangs gegebenenfalls kein Crimpkontakt in die Crimppresse eingelegt war oder eine Leitungslitze fehlte.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 101 44 322 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schneidklemmverbindung. Dabei wird in den Einpress- bzw. Fügeprozess vorzugsweise eine entsprechende Kraft- und/oder Wegsensorik eingebracht, um die sich während des Einpress- bzw. Fügeprozesses ergebenden Kräfte bzw. Wege zu erfassen, wobei die von der Sensorik gelieferten Messwerte einer Auswerteeinheit zugeführt werden, um daraus die Prozess-ist-Kurve zu ermitteln. Gemäß einer Ausgestaltung wird dabei einer jeweiligen Prozess-ist-Kurve ein prozessspezifischer Toleranzbereich zugewiesen und eine Schlecht- oder Fehlermeldung wird nur dann ausgegeben, wenn die ermittelte Prozess-ist-Kurve zumindest im Wesentlichen außerhalb dieses Toleranzbereichs liegt. Bei der Bemessung des Toleranzbereichs können insbesondere die jeweils zulässigen Prozessschwankungen berücksichtigt werden. Anhand des durchgeführten Prozesskurvenvergleichs können beispielsweise Fehler im Einpress- bzw. Fügeprozess, Materialfehler, ein jeweiliger Werkzeugbruch oder entsprechende Defekte der Einpress- bzw. Fügeeinrichtung, Kontaktierungsfehler und alle weiteren signifikanten Fertigungs- oder Produktionsfehler erfasst werden.
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Ein derartiges Vorgehen hat sich zwar im Allgemeinen im Bereich der Qualitätssicherung bewährt. Allerdings kann bei Erfassung einer Abweichung außerhalb des Toleranzbereichs erst dann reagiert werden, wenn der Fehler bereits eingetreten ist. Wird festgestellt, dass die Materialzufuhr versagt, da beispielsweise der entsprechende Werkstückspeicher entleert wurde, wird der Betrieb der Crimpvorrichtung angehalten. Dies führt zu unerwünschten Stillstandzeiten der Anlage.
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Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung zielt darauf ab, die Verfügbarkeit einer Crimpvorrichtung bei Einhaltung eines hohen Qualitätsniveaus sicherzustellen und Stillstandzeiten zu vermeiden oder zu reduzieren.
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Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt ein entsprechendes Verfahren bereit. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die Erfindung eine Überwachungseinheit sowie eine Crimpvorrichtung.
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Gemäß der Erfindung kann entsprechend frühzeitig die Produktion von Schlechtteilen (fehlerhaften Crimpverbindungen) verhindert werden. Ferner kann auf dieser Basis eine vorausschauende Instandhaltung für die Elemente einer Crimpvorrichtung, insbesondere Crimpstempel und Amboss, implementiert werden. Der Verschleißzustand und somit anstehende Wechsel kann modellbasiert vorhergesagt werden. Somit kann sich der Produktionsprozess vorab auf eine anstehende Wechselsituation einstellen und entsprechend Rüst- und/oder Stillstandzeiten deutlich reduzieren.
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Die nachfolgend genannte Crimpkraftkurve kann auch als Crimpprozesskurve bezeichnet werden.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Überwachung einer Crimpvorrichtung bereit, das die folgenden Schritte umfasst: Erfassen einer Crimpkraftkurve (oder auch Crimpprozesskurve genannt), Ermitteln zumindest eines Kennwerts der Crimpkraftkurve, Abgleich des ermittelten Kennwerts mit zumindest einem ersten Schwellwert, der einen (Verschleiß)Zustand eines oder mehrerer Werkzeuge, insbesondere des Crimpstempels oder des Amboss, der Crimpvorrichtung definiert.
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Insbesondere kann eine solche Crimpvorrichtung einen Crimpstempel und einen Amboss umfassen, die durch eine relative Bewegung zueinander ein Kontaktelement an einem Leiter anbringen. Die Crimpkraftkurve oder Crimpprozesskurve ist der Kraftverlauf während eines Arbeitszyklus oder eines Teils hiervon. Zur Ermittlung des Kraftverlaufs kann ein Kraft- oder Drucksensor im Bereich des Crimpstempels oder des Amboss oder der Exzenterpresse vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass als der Kennwert das Integral der Crimpkraftkurve ermittelt wird. Das Integral entspricht der durch die Crimpvorrichtung durchgeführten Arbeit, die bei einem konkreten Umformprozess umgewandelt wird. Mit fortschreitendem Verschleiß steigt die für den Crimpvorgang benötigte Arbeit/Energie, sodass sich ein Verschleißzustand entsprechend ableiten lässt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann als der Kennwert ein lokales Maximum ermittelt werden, das sich präzise aus der ermittelten oder dokumentierten Crimpkraftkurve/Crimpprozesskurve herauslesen lässt.
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Ferner ist es bevorzugt, dass als der Kennwert ein zeitlicher oder wegbasierter Abstand vom lokalen Maximum ermittelt wird.
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Es ist bevorzugt, dass mehrere Kennwerte ermittelt werden, und ein Abgleich des ermittelten Kennwerts jeweils mit einem zugeordneten ersten Schwellwert erfolgt. Auf diese Weise wird die Präzision weiter erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Crimpkraftkurve über einen Drehwinkel einer den Crimpstempel bewegenden Presse aufgetragen ist. Diese Werte lassen sich ohne erhöhten Aufwand bestimmen, so dass eine kostengünstige Lösung bereitgestellt wird.
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Der erste Schwellwert kann ein prozentualer Wert eines maximalen Verschleißwertes sein. Der prozentuale Wert wird beispielsweise empirisch, numerisch oder auf einer analytischen Basis ermittelt.
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In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der erste Schwellwert in einer herstellerseitigen Datenbank oder einer cloudbasierten Datenbank hinterlegt ist. Während des Betriebs der Crimpvorrichtung kann ein Schwellwert in einen lokalen Speicher der Crimpvorrichtung geladen werden. Die Hinterlegung in einer herstellerseitigen Datenbank ermöglicht einen besonders schnellen Zugriff. Eine cloudbasierte Datenbank hingegen hat dahingehend Vorteile, dass ein universaler Zugriff von unterschiedlichen Produktionsstandorten durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass mehrere Schwellwerte vorgesehen sind. Insbesondere kann bei Überschreiben eines ersten Schwellwerts eine Information an einen Nutzer erfolgen (beispielsweise durch eine Anzeige an einem Display der Maschine oder durch Übermittlung einer elektronischen Mitteilung), bei Überschreiten eines zweiten Schwellwerts eine Bestellung angefordert und bei einem dritten Schwellwert ein Stillstand der Maschine ausgelöst werden. Der dritte Schwellwert ist dabei derjenige, der dem Erreichen des Zeitpunkts des maximalen Verschleißzustandes am nächsten ist oder dem Wert des maximalen Verschleißzustandes entspricht. Somit kann der Nutzer rechtzeitig über einzuleitende Schritte informiert werden.
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Die Erfindung stellt ferner eine Überwachungseinheit zur Überwachung einer Crimpvorrichtung bereit. Die Überwachungseinheit ist eingerichtet, anhand einer Crimpkraftkurve einen Kennwert der Crimpkraftkurve zu ermitteln. Die Überwachungseinheit ist ferner eingerichtet, den ermittelten Kennwert mit zumindest einem ersten Schwellwert abzugleichen, der einen Zustand eines oder mehrerer Werkzeuge, insbesondere des Crimpstempels oder des Amboss, der Crimpvorrichtung definiert. Dabei kann die Überwachungseinheit zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der zuvor genannten Aspekte (oder der Ansprüche 1-10) eingerichtet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Crimpvorrichtung. Die Crimpvorrichtung umfasst einen Crimpstempel und einen Amboss, einen Sensor, der eingerichtet ist, eine Crimpkraft zu ermitteln, eine Überwachungseinheit, insbesondere die zuvor genannte Überwachungseinheit oder die Überwachungseinheit nach Anspruch 11, wobei die Überwachungseinheit eingerichtet ist, anhand einer Crimpkraftkurve einen Kennwert der Crimpkraftkurve zu ermitteln, wobei die Überwachungseinheit ferner eingerichtet ist, den ermittelten Kennwert mit zumindest einem ersten Schwellwert abzugleichen, der einen Zustand eines oder mehrerer Werkzeuge, insbesondere des Crimpstempels oder des Amboss, der Crimpvorrichtung definiert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine über den Drehwinkel einer Exzenterpresse beziehungsweise die (Prozess-)Zeit aufgetragene Crimpkraftkurve, die aus dem Crimpstempel-Hub resultiert, anhand derer verschiedene Kennwerte veranschaulicht werden.
- 2 zeigt eine über den Verfahrweg des Crimpstempels aufgetragene Crimpkraftkurve zum Vergleich einer Crimpvorrichtung im Ausgangszustand und einer Crimpvorrichtung mit einem verschlissenen Werkzeug.
- 3 veranschaulicht eine Interaktion einer Vorrichtung mit Datenbanken
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend wird anhand eines anschaulichen Beispiels die Erfindung näher beschrieben. Obwohl die nachfolgende Erläuterung beispielhaft, und nicht einschränkend, zu verstehen ist, können Merkmale der nachfolgenden Beschreibung auch einzeln zur Spezifizierung der Erfindung herangezogen werden.
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Wie einleitend erläutert, ist es grundsätzlich bekannt, während eines Crimpvorgangs, bei dem ein Kontaktteil mit einem elektrischen Leiter verbunden wird, eine Crimpkraftkurve zu ermitteln und basierend auf dem Erfassungsergebnis eine grundlegende Überwachung der Crimpvorrichtung sowie mögliche Verarbeitungsfehler vorzunehmen. Allerdings können hierdurch keine Aussagen darüber getroffen werden, ob sich eine nicht tolerierbare Verschlechterung der Verarbeitungsqualität oder gar ein Werkzeugversagen andeutet.
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Die Überwachung der Crimpvorrichtung kann in eine Überwachungseinheit der Crimpvorrichtung integriert werden, die zur Ermittlung des Crimpkraftverlaufs bereits an der Crimpvorrichtung vorgesehen ist, oder die Überwachungseinheit kann als separate Einheit ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Überwachungseinheit als Nachrüstlösung vorzusehen. Auf diese Weise können bestehende Crimpvorrichtungen erweitert werden.
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Zunächst wird bei der Inbetriebnahme der Crimpvorrichtung oder einem Werkzeugwechsel eine Referenz-Crimpkraftkurve ermittelt, die einen Sollwert der Crimpvorrichtung ohne weitere Verschleißerscheinungen definiert. Die Soll-Crimpkraftkurve wird in einer Speichereinrichtung der Crimpvorrichtung oder der Überwachungseinheit, oder alternativ in einer externen Speichereinrichtung, beispielsweise einer Cloud, abgelegt und dient für die weitere Qualitätsüberwachung als Referenz.
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Im Betrieb wird nachfolgend während jedes Crimpvorgangs eine Crimpkraftkurve ermittelt, die wie in den 1-2 dargestellt, über den Drehwinkel (die (Prozess-)Zeit) der Exzenterpresse oder den vom Crimpstempel zurückgelegten Weg aufgetragen werden kann. Die derart ermittelte Ist-Crimpkraftkurve wird für eine weitere Bewertung gespeichert.
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Es hat sich gezeigt, dass für die Bewertung eines Verschleißzustandes der Crimpvorrichtung, insbesondere des Crimpwerkzeugs, einer der nachfolgenden Kennwerte herangezogen werden kann.
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Insbesondere kann anhand der in 1 dargestellten, über den Drehwinkel der durch die Exzenterpresse aufgetragenen Crimpkraftkurve die Fläche unter der Kurve beziehungsweise das Integral des Crimpkraftverlaufs ausgewertet werden (Kennwert K1). Diese Fläche unter der Crimpkraftkurve entspricht der durch die Crimpvorrichtung durchgeführten Arbeit, die bei einem konkreten Umformprozess benötigt und umgewandelt wird. Mit fortschreitendem Verschleiß steigt die für den Crimpvorgang benötigte Arbeit/Energie, sodass sich dies entsprechend aus der ermittelten Fläche ableiten lässt.
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Als eine weitere Möglichkeit eines Kennwerts kann ein lokales Maximum herangezogen werden. Dies wird in 1 mit dem Kennwert K2 gekennzeichnet.
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Ferner hat sich gezeigt, dass anhand eines zeitlichen oder wegbasierten Abstands vom lokalen Maximum ein Kennwert ermittelt werden kann (Kennwert K3), der ebenfalls zur Bewertung des Werkzeugverschleißes herangezogen werden kann.
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Für jeden der zuvor genannten Kennwerte K1-K3 können ein oder mehrere Schwellwerte festgelegt werden, anhand derer festgestellt wird, dass die Werkzeuge der Crimpvorrichtung, also insbesondere der Crimpstempel und der Amboss, ersetzt werden sollten.
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Der oder die Schwellwerte können als feste Werte hinterlegt sein, beispielsweise in der Steuerung der Crimpvorrichtung, einer Datenbank des Nutzers der Crimpvorrichtung oder einem Cloud-Server. Die Kennwerte können empirisch oder numerisch ermittelt sein, oder auf einer analytischen Basis beruhen.
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Über die Lebensdauer einer Crimpvorrichtung kann ein Schwellwert auf Grund bestimmter Erkenntnisse zu aktualisieren sein. Um dies zu erleichtern, ist der aktualisierte Schwellwert gemäß einer Variante in einer Datenbank des Nutzers oder auf einem Cloud-Server zu hinterlegen, sodass der Schwellwert abgefragt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, ein Update der Steuervorrichtung der Crimpvorrichtung durchzuführen, um auf diese Weise den Schwellwert zu aktualisieren.
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Somit besteht anhand der vorliegenden Ausführungsform die Möglichkeit, Schlechtteile zu erkennen und bereits frühzeitig zu erkennen, ob eine Produktion mit reduzierter Qualität absehbar ist.
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Darüber hinaus ist es möglich, auf Grundlage der ermittelten Werte eine vorausschauende Instandhaltung für Verschleißteile der Crimpvorrichtung vorzusehen, so dass insbesondere der Crimpstempel und der Amboss gewechselt werden können. Der aktuelle Verschleißzustand und der entsprechende, mögliche Wechsel des Werkzeugs kann modellbasiert prognostiziert werden, sodass entsprechende erforderliche Werkzeugwechsel geplant und in einem bestimmten Zeitfenster durchgeführt werden können. Auf diese Weise werden überraschende Rüst- und Stillstandzeiten vermieden.
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Zur Integration einer modellbasierten Verschleißzustands-Prognose in einer Crimpkraftüberwachung/ Crimpprozessüberwachung kann zu Beginn der Fertigung ein Kennwert Ki
C1 der Neuteile dokumentiert werden. Dieser Wert dient als Referenz für einen Kennwert Ki
Ci zu einem beliebigen Zeitpunkt i vor Erreichen des Zeitpunkts des maximalen oder kritischen Verschleißzustandes (Ki
C2). Zur Erfassung des Verschleißfortschritts kann beispielsweise eine relative Differenz gebildet werden:
Für diese relative Differenz können ebenfalls Schwellwerte definiert werden, bei denen ein kritischer Verschleißzustand der Verschleißteile erreicht wird (zum Beispiel Ki
C2). Der Wert Ki
C2 kann hierbei beispielsweise auf Grund empirischer oder numerischer Basis oder auf Grundlage analytischer Berechnungen ermittelt worden sein.
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Für AKi zur Erfassung des Verschleißfortschritts kann somit ein Schwellwert gesetzt werden, bei dessen Überschreiten ein Verschleißteilwechsel gefordert wird. Um frühzeitiger reagieren zu können und somit Schlechtteile zu vermeiden, könnte eine Meldung z.B. bei Erreichen von 70% erfolgen (erster Schwellwert für eine Information an den Nutzer). Bei einer Annahme eines annähernd linearen Verschleißes über die Zeit kann beispielsweise durch Interpolation der Verschleißfortschritt angenähert werden. Alternativ kann hierbei auch ein nicht-linearer Verschleiß angenommen und entsprechend modelliert werden.
Insbesondere kann auf Grund des Überschreitens eines ersten Schwellwerts für eine Information des Nutzers eine Servicemitteilung in der Displayanzeige der Maschine erscheinen oder eine solche Nachricht an den Maschinenhersteller übermittelt werden.
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Zusätzlich zum genannten Schwellwert für eine Information an den Nutzer, die beispielsweise an einem Display der Maschine angezeigt oder dem Nutzer durch eine elektronische Mitteilung übermittelt wird, ist es möglich, einen weiteren (zweiten) Schwellwert zu definieren, der den Nutzer zur Bestellung eines bestimmten Ersatzteils auffordert. Das Niveau des Schwellwerts zur Aufforderung einer Bestellung liegt zwischen dem Wert KiC2 (kritischer Verschleißzustand) und dem Schwellwert für eine Information an den Nutzer.
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Auf diese Weise kann ein Bestellvorgang ausgelöst oder vorbereitet werden, um beispielsweise den Crimpstempel oder Amboss nachzubestellen. Somit erreicht das nachbestellte Werkzeug den Produzenten rechtzeitig bevor ein Austausch des entsprechenden Werkzeuges zwingend erforderlich wäre. Der Produzent kann den Zeitpunkt des Austausches des Werkzeuges in den täglichen Arbeitsablauf integrieren, beispielsweise wenn ohnehin ein Stillstand der Maschine aus anderen Gründen vorgesehen ist.
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Ferner kann ein dritter Schwellwert definiert werden, der zwischen dem Wert KiC2 (kritischer Verschleißzustand) und dem zweiten Schwellwert liegt. Bei Überschreiten des dritten Schwellwerts wird ein Stillstand der Maschine bedingt.
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2 zeigt eine Crimpkraftkurve, die über den Weg des Crimpstempels aufgetragen ist. Die Crimpkraftkurve C1 veranschaulicht den Verlauf eines Crimpvorgangs mit Crimpwerkzeugen (Crimpstempel und Amboss), die als neu betrachtet werden. Mit der Crimpkraftkurve C2 wird ein Crimpvorgang dargestellt, bei dem die Crimpwerkzeuge (Crimpstempel und Amboss) bereits verschlissen sind und in absehbarer Zeit ausgetauscht werden müssen.
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In 3 wird eine Kommunikation einer bei einem Nutzer betriebenen Crimpvorrichtung X1 anschaulich dargestellt. Insbesondere kann die Crimpvorrichtung X1 über ein lokales Netzwerk mit einer nutzerseitigen Datenbank X2 kommunizieren, in der vorrichtungsspezifische Informationen hinterlegt sind. Ferner liegt eine Kommunikationsschnittstelle vor, die es der Crimpvorrichtung X1 erlaubt, mit einer cloudbasierten Datenbank C zu kommunizieren. In der cloudbasierten Datenbank C können beispielsweise Kennwerte und Schwellwerte dokumentiert und verwaltet werden.
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Herstellerseitig wird eine Kommunikationsschnittstelle sowie eine herstellerseitige Datenbank Y bereitgehalten, die eine internetbasierte Kommunikation mit der cloudbasierten Datenbank C ermöglicht. Auf diese Weise können beispielsweise herstellerseitig ermittelte Daten in eine Neubewertung von Schwellwerten oder Ähnlichem, die in der cloudbasierten Datenbank C gespeichert sind, einfließen.
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In 3 ist ferner eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen der herstellerseitigen Datenbank Y und der Crimpvorrichtung X1 vorgesehen, die beispielsweise als Teleservice-Verbindung ausgebildet ist. Ferner kann der Nutzer ggf. einen Datenaustausch zwischen der nutzerseitigen Datenbank X2 und der herstellerseitigen Datenbank Y ermöglichen. Eine solche Kommunikation kann auch lediglich einseitig, insbesondere von der herstellerseitigen Datenbank Y zur nutzerseitigen Datenbank X2, ermöglicht werden, um dem Nutzer spezifische Daten für den Betrieb der Crimpvorrichtung X1 bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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