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Die Erfindung betrifft ein handhaltbares Nietgerät zum Setzen von Blindnietelementen, wie Blindnieten und Blindnietmuttern, aufweisend einen Antrieb mit einem Elektromotor, der zur Durchführung des Setzvorganges eines Blindnietelementes einen Zugdorn vermittels eines Umsetzers, insbesondere eines Spindelantriebs, axial bewegt, und aufweisend eine Steuereinheit zur Kontrolle des Setzvorganges.
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Solche manuell betreibbaren mithin handhaltbaren Nietgeräte sind beispielsweise aus der
DE 10 2013 105 703 A1 bekannt. Mit ihnen lassen sich handelsübliche Blindnietelementen setzen, deren Niethülse einen Schaftdurchmesser zwischen etwa 2,4 mm bis 9,8 mm aufweist. Beim Setzen solcher Blindniete müssen je nach Material der Niethülse Setzkräfte von einigen 100 Newton bis über 30.000 Newton aufgewendet werden. Setzkräfte ähnlicher Größe werden beim Setzen von Blindnietmuttern mit Gewindegrößen zwischen M3 und M12 benötigt.
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Setzkräfte dieser Größenordnungen werden im Falle elektrischer Nietgeräte, insbesondere im Falle der mit Batterie respektive Akku betriebenen Handnietgeräte, meist mittels eines Gleichstrom-Motors, insbesondere eines Bürstenmotors oder eines bürstenlosen Motors erzeugt, der über eine Getriebeuntersetzung eine Kugelumlaufspindel antreibt. Das Getriebe ist insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet und weist üblicherweise mehrere Zahnradpaarungen auf. Zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung können Kugelumlaufspindeln oder ein Rollengewindetrieb eingesetzt werden. Auch der Einsatz von Kurbelgetrieben ist bekannt.
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Da der Motor zur Erzeugung seines höchsten Wirkungsgrades mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird, bestimmt sich die Setzkraft allein durch die Untersetzung des Getriebes sowie der Steigung der Kugelumlaufspindel.
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Dabei gilt: Je kleiner die Steigung der Kugelumlaufspindel und je größer Untersetzung ist, desto größere Setzkräfte können erzeugt werden.
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Aus diesem Zusammenhang ergibt sich der Nachteil, dass eine Steigerung der Setzkraft mit einer reduzierten Zuggeschwindigkeit einher geht, so dass nicht nur der Setzprozess sondern auch der Rückhub und damit der gesamte Setzvorgang langsam wird.
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Um den unterschiedlichen Setzkräften gerecht zu werden, bieten die Hersteller Geräte mit jeweils unterschiedlicher Spindelsteigung und Untersetzung an. Mit solcherlei unterschiedlichen Geräten können Niete mit einer Setzkraft von 10.000 Newton doppelt so schnell gesetzt werden, wie solche, die eine Setzkraft von 20.000 Newton erfordern.
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Die
EP 3 335 815 A1 und die
EP 3 210 690 A1 zeigen jeweils handhaltbare Nietgeräte, die die Setzgeschwindigkeit dadurch erhöhen, dass deren jeweilige Elektromotoren jeweils einen Umsetzer über ein schaltbares Getriebe antreiben, wobei zwischen zwei unterschiedlichen Untersetzungen hin und her geschaltet werden kann, um die Setzgeschwindigkeit zu erhöhen. Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein robustes und komfortabel zu handhabendes Handnietgerät zur Verfügung zu stellen, das höhere Setzgeschwindigkeiten über einen größeren Kraftbereich zur Verfügung stellt.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektrisch betriebenes Handnietgerät nach Anspruch 1 gelöst.
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Der grundlegende Gedanke der Erfindung liegt darin, das elektrisch betriebene Handnietgerät mit einem schaltbaren Getriebe auszustatten, das sich zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Untersetzungen hin und her schalten lässt und das zwischen den Elektromotor und den Umsetzer, der die rotatorische Bewegung in eine Linearbewegung umsetzt, angeordnet ist. Weiterhin weist das das Nietgerät einen besonders schnellen Rückwärtsgang mit entsprechend geringer Untersetzung auf, der eine entsprechend hohe Geschwindigkeit beim Rückhub ermöglicht. Da der Rückhub nach dem Setzten des Niets kaum Kraft benötigt, sind quasi nur die Reibungskräfte der Mechanik zu überwinden. Mit einem solchen „schnellen Rückwärtsgang“ kann der Rückhub erheblich beschleunigt und damit die Arbeitszyklen verkürzt werden.
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In einer einfachen Ausführungsform kann das Umschalten des schaltbaren Getriebes manuell durch Betätigung eines Schalters erfolgen. In einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrisch betriebenen Handnietgerätes ist jedoch eine Schaltautomatik vorgesehen, die das Umschalten zwischen den verschiedenen Getriebestufen automatisch bewerkstelligt. Ein solches erfindungsgemäßes Handnietgerät deckt wegen des schaltbaren Getriebes einen großen dynamischen Bereich an Setzkräften bei gesteigerter Setzgeschwindigkeit ab und ist damit besonders vielseitig einsetzbar.
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Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Schaltautomatik kann beispielsweise die Stromaufnahme des Gleichstrommotors dienen. In diesem Fall verfügt das Nietgerät über eine elektronische Steuerung, die das Erreichen oder Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes der Stromaufnahme des Motors erkennt und der Schaltautomatik ein Schaltsignal zum Umschalten zur nächst größeren Untersetzung gibt. Das Umschalten selber kann mittels eines elektrischen Schalters, beispielsweise eines Magnetschalters, erfolgen. Dasselbe kann natürlich auch vice versa geschehen; die elektronische Steuerung erkennt das Erreichen oder Unterschreiten der vorgebbaren Schwellwertes und veranlasst vermittels des Schaltsignales ein Zurückschalten in die kleinere Untersetzung.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Schaltautomatik von einem Kraft- oder Wegsensor angesteuert werden, der bei Erreichen eines in der elektronischen Steuerung hinterlegten Kraft- oder Wegwertes das Schaltsignal und damit den Schaltvorgang auslöst. Mit einem solchen Kraft- oder Wegsensor ist eine besonders präzise Bestimmung des Schaltpunkts möglich.
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Um das Umschalten bei größerer Belastung zu ermöglichen, kann das Getriebe eine Schrägverzahnung oder verschiedene Verzahnungsarten aufweisen. Allerdings ist es zur Schonung des Getriebe vorteilhaft, wenn der Elektromotor kurz, beispielsweise wenige Millisekunden, vor dem Schaltvorgang gestoppt wird, um unmittelbar nach dem Schaltvorgang wieder eingeschaltet zu werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Schaltvorgang an die Setzkurve angepasst, um die Getriebebelastung zu reduzieren.
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Bei bekannten Nietgeräten wird für den Rückhub die Drehrichtung des Motors geändert, was mit einem Abbremsen und einem erneuten Beschleunigen und damit mit einer hohen thermische Belastung des Motors einhergeht. Um das zu vermeiden, ist es vorteilhaft, für den Rückhub einen gesonderten „Rückwärtsgang“ vorzusehen, bei dem die Drehrichtung über das Getriebe umgekehrt wird. Die elektronische Steuerung kann das Schalten in den Rückwärtsgang durch ein entsprechendes Signal veranlassen, wenn ein starker Abfall der Stromaufnahme nach dem Abriss des Nietdorns festgestellt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen typischen Verlauf der Stromaufnahme beim Setzen eines Blindniets (Setzkurve) und
- 2 ein elektrisch betriebenes Nietgerät.
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In 1 ist der Hub der Zugvorrichtung (x-Achse) gegen die Stromaufnahme und damit die Setzkraft (y-Achse) schematisch aufgetragen, wobei die Setzkraft und der Hub vom Nullpunkt gemessen werden. Der Kraftanstieg bis zum ersten Maximum A entspricht der anfänglichen Setzkraft über den entsprechenden Hub, die benötigt wird, um den Kopf des Nietdorns in die Hülse des Blindniets hinein zu ziehen. Beginnend mit dem nachfolgenden Minimum B werden die zu vernietenden Bauteile aneinander gepresst. An dem zweiten Maximum C reißt der Nietdorn ab; der Nietvorgang ist beendet. In diesem Fall stellt das Minimum B der Stromaufnahme einen guten Zeitpunkt für die Initiierung des Schaltvorgangs dar, weil an diesem Punkt die Belastung für das Getriebe relativ gering ist.
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In dem Diagramm ist mit D die Startkraft eingetragen, bei der der Setzvorgang beginnt. Bis dahin führt das Nietgerät einen Nullhub E bis zum Nullpunkt F aus. Danach beginnt der Krafthub-Messweg G. Nullhub E und Krafthub G bilden den Gesamthub H. Im Betrieb wird zunächst die Nietdorneinschlupfphase I durchlaufen, bevor die beiden zu vernietenden Bauteile mit der Anzugskraft J zusammengefügt werden.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisch betriebenes Nietgerät 16 für Blindniete. Das Nietgerät 16 hat ein Gehäuse 15, in dem ein Gleichstrommotor 1 über ein schaltbares Getriebe 2 eine Kugelumlaufspindel 4 antreibt. Das Getriebe 2 kann über einen elektrischen Schalter (Solenoid) 3 geschaltet werden. Das Nietgerät 16 verfügt weiterhin über eine Steuerungselektronik 9 mit einem Mikroprozessor 17, einem Display 11 und einer Tastatur 10, wobei die Steuerungselektronik 9 eine Schaltautomatik realisiert. In der vorderen Hülse 5 befindet sich der nicht dargestellte Spannmechanismus zur Ergreifen der Blindniete. Unter der vorderen Hülse 5 ist ein Kraftringsensor 7 angeordnet. Seitlich an der Kugelumlaufspindel 4 ist ein Sensor zur Wegmessung 8 angebracht. Im Handgriff 18 des Gehäuses 15 ist die Leistungselektronik 12 für den Motor 1 und den elektrischen Schalter 3 verbaut. An der Unterseite des Gehäuses 15 ist die wiederaufladbare Batterie 14 angebracht. Zudem verfügt das Nietgerät 16 über einen Stiftauffangbehälter 6, in dem die abgerissenen Nietdorne gesammelt werden. Das Nietgerät 16 wird über den Auslöser 13 betätigt.
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Für das Setzen eines Blindniet wird dieser in das Mundstück 19 des Nietgeräts 16 eingeführt. Durch Drücken des Auslösers 13 wird über die Steuerungselektronik 9 und die Leistungselektronik 12 der Motor 1 aktiviert. Der Spannmechanismus fährt nach hinten und greift mit dem Schließen den Nietdorn des Blindniets. Durch den nachfolgenden Umformprozess der Niethülse steigt die Stromaufnahme mit dem Hub an. Die Steuerungselektronik 9 misst über die Stromaufnahme und/oder den Kraftsensor 7 die Setzkraft und über den Wegsensor 8 den Weg. Wird ein vorgegebener Schwellwert für die Stromaufnahme erreicht, erzeugt die Steuerungselektronik ein Schaltsignal für die Schaltautomatik, die das Getriebe 2 über den Schalter 3 in die nächst größere Untersetzung schaltet, so dass eine höhere Setzkraft aufgewendet werden kann. Sobald der Nietdorn des Blindniets abreißt, erkennt die Steuerungselektronik 9 das zweite Maximum und schaltet über den elektronisch angesteuerten Schalter 3 zurück in die kleinste Untersetzung des Getriebes 2. Für den Rückhub wird entweder mittels des Getriebes 2 die Drehrichtung geändert oder mittels der Steuerungselektronik 9 die Drehrichtung des Motors 1 umgeschaltet. Der abgerissene Nietdorn gelangt über den Kanal 20 in den Dornauffangbehälter 6.
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Nachfolgend sei die Berechnung für drei Gänge aufgeführt, wobei der Wirkungsgrad des Getriebes, sowie die Umkehr- und Schaltzeiten vernachlässigt werden.
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Für den Motor wird eine Drehzahl von 20.000 Umin
-1 angenommen. Die Steigung P der Kugelumlaufspindel beträgt 4 mm und der Hub H des Nietgerätes ist 25 mm. Als Getriebeuntersetzung i werden angenommen: i
1 = 25; i
2 = 50; i
3 = 10. Aus der nachstehenden Formel ergibt sich die benötige Zeit für den Hub von 25 mm
zu t
1 = 0,47s, t
2 = 0,94s und t
3 = 0,19s.
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Demnach würde ein Nietgerät mit 10.000 Newton 2 * t1 = 0,94s für den Zyklus benötigen, während ein Nietgerät mit 20.000 Newton 2 * t2 = 1,88s benötigt.
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Hingegen würde ein Nietgerät mit einem dreistufigen Getriebe für eine Kraft bis 10.000 Newton lediglich t1 + t3 = 0,66s und für eine Kraft bis 20.000 N unter der Annahme, dass jeweils die Hälfte des Hubs in den Untersetzungen t1 und t2 verfahren wird, lediglich t1 / 2 + t2 / 2 + t3 = 0,90s benötigen.
