DE102019122276A1

DE102019122276A1 - Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für einen Prozess bei Stanzen und/oder Nieten

Info

Publication number: DE102019122276A1
Application number: DE102019122276.1A
Authority: DE
Inventors: Bert Brahmer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-02-25
Also published as: WO2021032730A1; CN114269489A; US20220168801A1; DE112020003915A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Niederhalte für eine Fügeantrieb und Fügeantrieb mit einem Niederhalter. Der Niederhalter umfasst einen Niederhaltezylinder, wobei der Niederhaltezylinder eine Niederhaltekraft durch einen druckbeaufschlagten Druckraum bereitstellt. Vorzugsweise ist der Druckraum durch den Niederhaltezylinder und einen Stempel des Fügeantriebes ausgebildet. Die für die Bereitstellung der Niederhaltekraft erforderliche Druckbeaufschlagung wird mittels eines Hydraulikreises des Fügeantriebes bereitgestellt. In dem Fügebetrieb ist der Druckraum des Niederhalters mit einem Druckspeicher des Niederhalters verbunden, so dass eine Volumenveränderung des Druckraumes des Niederhalters keinen merklichen Einfluss auch den Druck im Druckraum hat.

Description

Der Nietvorgang oder das Nieten, beschrieben in Wikipedia unter Nietvorgang, ist ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe Fügen durch Umformen, welches die Herstellung einer Nietverbindung beinhaltet. Beim Nieten wird das Hilfsfügeteil, das Niet (die Niete), an einem Verbindungsloch plastisch umgeformt. Nieten ist ein Fügeverfahren, insbesondere für Bleche und ähnliche minderstarke Halbzeuge.
Ziel des Stanznietens ist das mittelbare, nicht lösbare Verbinden von Blechteilen ohne das beim gewohnten Vollnieten oder Blindnieten notwendige Vorlochen. Zu diesem Zweck kommt ein Nietelement (Hilfsfügeteil) zum Einsatz, das gleichzeitig als Stempel fungiert. Abhängig vom verwendeten Nietelement sind prinzipiell zwei Stanznietverfahren von Bedeutung: Stanznieten mit Vollniet oder Stanznieten mit Halbhohlniet. Gemeinsam ist beiden Verfahren, dass sie eine zweiseitige Zugänglichkeit der Bauteile erfordern und dass die Herstellung der Verbindung in einem einstufigen Setzvorgang geschieht.
Für eine gewünschte Fügequalität ist es notwendig, die beiden Bleche vor dem Beginn des Fügeprozesses mit einer gewissen Kraft zusammenzupressen. Beispielsweise wird dadurch verhindert, dass die Bleche durch entstehende Querkräfte sich seitlich verschieben. Diese Kraft wird von einem Niederhalter aufgebracht. Der Niederhalter bringt die Kraft auf, bevor die Niete mit der Fügekraft in die Bleche getrieben wird. Der Niederhalter wird vorteilhaft durch denselben Linearantrieb auf die Werkstücke geführt, welcher auch die Nietkraft aufbringt. Eine Federanordnung erzeugt und begrenzt die Niederhaltekraft.
Beispielsweise sind aus der DE 10 2018 200 012 A1 und aus der DE 10 2015 213 433 sind Stanznietvorrichtungen und Verfahren bekannt. Die Stanznietvorrichtung weist einen Stempel auf. Dem Stempel ist eine Matrize zugeordnet, wobei die Matrize und der Stempel auf gegenüberliegenden Seiten der zu fügenden Bauteilten angeordnet sind. Für die Erfassung der Position des Stempels ist ein Positionssensor vorgesehen. Koaxial wird der Stempel von einem Niederhalter umgeben. Der Niederhalter ist über ein Federelement mit einem Klemmring verbunden. Dadurch wird die Kraft von dem Antrieb wird über den Klemmring auf den Stempel übertragen. Weiterhin wird eine Anpresskraft auf die beiden zu fügenden Bauteile vom Antrieb über den Klemmring und das Federelement auf den Niederhalter übertragen.
Aus der EP 1 294 505 B1 ist ein Nietgerät und ein Verfahren zum Vernieten bekannt, bei dem der Niederhalter und der Stempel zum Nieten durch eine gemeinsame Druckkammer mit Druck beaufschlagt werden. Durch die Flächenverhältnisse werden die auf Niet und den Niederhalter wirkenden Kräfte eingestellt. Nachteilig ist, dass diese beiden auf das Werkstück wirkende Kräfte immer durch die mittels des Druckraumes mit Druck beaufschlagten Flächen von Stempelkolben und Niederhaltekolben festgelegt sind.
Aus der EP 1 034 055 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Stempelkraft und/oder Stempelweg der Niederhalter mit dem Stempel gekoppelt oder entkoppelt ist. Die Koppelung des Kolbens des Niederhalters mit dem Kolben des Stempels ist durch eine Fluidkammer erreicht, wobei das Fluid in der Fluidkammer inkompressible ist und der Druck in der Kammer veränderbar ist. Der Kolben des Stempels und der Kolben des Niederhalters sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Stempelkolben ist als Gleichgangzylinder ausgebildet und kann durch Druckbeaufschlagung der einzelnen Kammern axial verschoben werden. Alle Hydraulikkammern sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Eine weitere bekannte Fügetechnik ist das Clinchen. Clinchen wird auch als Durchsetzfügen bezeichnet. Weitere Synonyme sind: Druckfügen, Press Joining, oder auch Toxen. Diese Fügetechnik ist ein Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes wie beispielsweise ein Niet. Aus Wikipedia ist zu entnehmen, dass die statischen Festigkeiten im Bereich von etwa 2/3 bis hin zum 1,5 fachen einer vergleichbaren Punktschweißverbindung liegen. Die Dauerfestigkeit ist aufgrund von fehlender Kerbwirkung (bei nicht schneidenden Verbindungen) und nicht vorhandener Wärmeeinflusszone höher als bei Punktschweißverbindungen. Besonders wenn unterschiedliche Blechstärken verbunden werden müssen, bietet das Clinchen großes Potential. Wenn die Fügerichtung „Dick in Dünn“ eingehalten wird, sind statische Festigkeiten, die das Anderthalbfache der Festigkeit einer Punktschweißverbindung übersteigen, möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch verschiedenartige Materialien und/oder beschichtete Bleche gefügt werden können.
Dabei besteht ein Durchsetzfügewerkzeug aus einem Stempel und einer Matrize. Die zu verbindenden Bleche werden durch den Stempel ähnlich wie beim Tiefziehen unter plastischer Deformation in die Matrize gedrückt. Durch eine spezielle Gestaltung der Matrize entsteht eine druckknopfähnliche Form, die die Bleche form- und kraftschlüssig miteinander verbindet. Je nach System bewirkt entweder eine Vertiefung im Boden einer Starrmatrize oder das Nachgeben beweglicher Matrizensegmente, dass die Bleche eine Überschneidung ausbilden. Beim Clinchen erfüllt ein Niederhalter die gleiche Funktion wie beim Nieten oder Stanznieten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine kompakte Anordnung bereitzustellen bei der eine Niederhaltekraft auf einen vorbestimmten Wert dauerhaft einstellbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein einfaches Verfahren für eine Einstellung bzw. Nachstellung einer Niederhaltekraft auf einen vorbestimmten Wert zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Niederhaltevorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch eine Niederhalteeinheit gemäß Anspruch 4 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Niederhaltevorrichtung für einen Fügeantrieb ist ein Niederhaltezylinder vorgesehen, dessen Position oder die durch den Niederhaltezylinder ausgeübte Kraft durch eine Druckbeaufschlagung eines Druckraumes eingestellt ist. Der Druckraum ist mit einem Druckspeicher hydraulisch verbunden. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Druckraum und dem Druckspeicher kein Ventil erforderlich. Mit der Einstellung des Druckes im Druckspeicher erfolgt auch gleichzeitig eine Einstellung des Druckes im Druckraum. Durch den Druckspeicher ist ein großes Volumen mit kontantem Druck bereitgestellt, so dass ein eingestellter Druck zuverlässig anliegt. Dadurch sind kurzweilige Druckschwankungen verhindert, zumindestens aber vermindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druckspeicher eine Zuleitung mit einem Ventil aufweist. Dieser Zuleitung ist für eine Verbindung mit einer Hydraulikeinheit eines zugeordneten Fügeantriebs vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die Druckmittelversorgung durch die Hydraulikeinheit des Fügeantriebes vorzusehen. Somit ist für den Niederhalter keine eigene Druckmittelversorgung erforderlich. Damit ist auf der einen Seite die Niederhaltekraft des Niederhalters einstellbar, jedoch ist der Niederhalter kostengünstig, da eine Druckmittelversorgung eines Fügeantriebes genutzt werden kann. Weiterhin ist es auch vorteilhaft für den erforderlichen Bauraum.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Wegsensor zur Detektion der relativen Position des Niederhaltezylinders in Bezug zum Stempel und/oder ein Drucksensor zur Detektion des Druckes in dem Druckspeicher/Druckraum der Niederhaltevorrichtung und/oder ein Temperatursensor zur Detektion der Temperatur des Hydraulikmediums der Niederhaltevorrichtung vorgesehen. In Abhängigkeit der erfassten Signale und durch einen Abgleich mit vorbestimmten Signalwerten ist eine exakte Steuerung des Niederhalters möglich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen eine Einheit aus einer Niederhaltevorrichtung mit einem Niederhaltezylinder und einem Stempel zu bilden. Durch einen zwischen Niederhaltezylinder und Stempel radial angeordneten Druckraum wird eine besonders kompakte Bauform erreicht. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Druckraum koaxial zum Stempel angeordnet ist. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, den Niederhaltezylinder axial verschiebbar auf dem Stempel zu lagern. Durch Druckbeaufschlagung des Druckraumes führt die Niederhaltevorrichtung eine Relativbewegung zum Stempel aus. Auch kann durch den Niederhalter eine vom Stempel abweichende Kraft auf ein Bauteil, auch als Werkstück bezeichnet, ausgeübt werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Druckspeicher vorzusehen. Mit dem Druckspeicher ist der Druckraum im Fügebetrieb verbunden. Durch den können Druckschwankungen auch bei Volumenänderungen des Druckraumes verhindert, zumindestens vermindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgehen, dass der Stempel mit mindestens einem radial vorstehendem Bund zur Bildung eines Anschlages ausgebildet ist. Durch den Anschlag ist eine Begrenzung der relativen Position von Niederhalter und Stempel vorbestimmt. Durch vorsehen dieses Anschlages direkt am Stempel wird eine besonders kompakte Niederhalteeinheit bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Niederhaltevorrichtung mindestens einen Deckel, vorzugsweise zwei Deckel, aufweist, wobei der/die Deckel mit dem Niederhaltezylinder lösbar verbunden sind. Dadurch ist eine Montage von der Niederhaltevorrichtung und Stempel möglich. Auch kann ein Austausch des Stempels auf einfache Weise durchgeführt werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Niederhaltezylinder anstelle einer Lagerung auf dem Stempel auf einer Kolbenstange des Fügeantriebes gelagert. Durch vorsehen eines mit dem Niederhaltezylinder verbindbaren Niederhalters kann die Niederhaltekraft auf ein Werkstück übertragen werden. Anstelle des Stempels kann dann der Zylinder des Fügeantriebes mit einem Bund zur Bereitstellung eines axialen Anschlages ausgeformt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen einen Fügeantrieb mit einer Kolbenstange einzusetzen, die durch einen hydraulischen Antrieb antreibbar ist. Vorzugsweise ist ein Differentialzylinder vorgesehen, wobei durch den Kolbenraum die für den Fügeprozess erforderliche Kraft bereitgestellt wird. In der Gegenrichtung sind nicht so große Kräfte erforderlich, denn in der Gegenrichtung ist der Stempel lediglich aus dem Werkzeug herauszuziehen und in die Ausgangsposition zu bringen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolbenraum durch ein Ventil mit dem Hydraulikreis verbindbar ist. So ist es insbesondere möglich die Hydraulikeinheit für eine Druckbeaufschlagung des Speichers unabhängig von einer Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes zu nutzen. Insbesondere ist es möglich den Speicher mit Hydraulikmedium zu beaufschlagen, wobei weder Ringraum noch Kolbenraum mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden. Dadurch ist unabhängig von einer Druckbeaufschlagung des Fügeantriebes die Hydraulikeinheit nutzbar zur Einstellung eines gewünschten Druckes in dem Speicher.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Speicher der Niederhaltevorrichtung über mindestens ein Ventil schaltbar mit dem Fügeantrieb hydraulisch verbindbar ist. Vorzugsweise ist der Speicher über ein erstes Ventil mit der Zuleitung zur Leitung 7 zwischen Kolbenraum und Hydraulikeinheit 3 und über ein zweites Ventil mit der Zuleitung 8 zum Ringraum verbindbar. Dadurch kann der Druckspeicher sowohl über die Zuleitung zum Ringraum als auch über die Zuleitung zum Kolbenraum mit Hydraulikmedium von der Hydraulikeinheit versorgt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hydraulikeinheit eine Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung, vorzugsweise eine 4-Quadrantenpumpe, umfasst. Dadurch ist ein Ventil in der Zuführung zur Ringraum nicht erforderlich.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Niederhaltekraft auf 5 bis 20% der auftretenden Fügekraft zu dimensionieren. Eine entsprechende Auslegung kann durch Dimensionierung der in Richtung zu fügendem Bauteil gerichteten Fläche des Druckraumes erreicht werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Fügeantrieb mit steuerbarem und/oder regelbarem Niederhalter
2 Niederhalterzylinder mit Druckkammer
3 Niederhalter mit Niederhalterzylinder

Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben.
In 1 ist eine Fügevorrichtung 1 mit einem Fügeantrieb 2 mit einer Niederhaltevorrichtung 10 gezeigt. Der Fügeantrieb 2 weist einen Differentialkolben mit einem Kolbenraum 4 und einem Ringraum 5 auf. Der Kolbenraum ist mit einem Hydraulikreis über ein Zuleitung 7 verbunden. In der Zuleitung ist ein Ventil 6 vorgesehen. In der gezeigten Ausführung ist als Ventil 6 ein Wegeventil vorgesehen, durch das eine Verbindung von Hydraulikreis und Kolbenraum hergestellt und getrennt werden kann.
Der Ringraum ist über eine Zuleitung 8 mit dem Hydraulikreis verbunden. In dieser Zuleitung 8 ist kein Ventil vorgesehen. Zur Detektion der Stellung des Kolbens ist ein Positionssensor 55 vorgesehen. Der durch den Hydraulikeis bereitgestellten Druck P_A wird über den Drucksensor 52 detektiert. Die Temperatur T_A des Hydraulikmediums wird durch einen Temperatursensor 51 aufgenommen. Für eine Detektion des Druckes P_B in der Zuleitung 8 zum Ringraum ist der Drucksensor 53 vorgesehen. Zwischen Ventil 6 und Hydraulikreis ist ein hydraulischer Abzweig zu einem Speicher des Niederhalters vorgesehen. In dieser Zuleitung ist ein weiteres Ventil, hier Wegeventil 15 angeordnet. Durch dieses Ventil kann die Zuleitung von dem Hydraulikreis zum Speicher 13 bzw. Druckraum 12 des Niederhalters 10 getrennt werden. Der Druck P_X im Druckraum des Niederhalters wird durch einen Drucksensor 54 detektiert. Die Temperatur T_X des Hydraulikmediums kann durch einen vorgesehenen Temperatursensor 57 erfasst werden. Die Position des Niederhalters bzw. des Niederhaltezylinders 11 relativ zu dem Stempel kann durch vorsehen eines Wegesensors 56 erfasst werden. Mit dem Druckraum 12 ist der Speicher 13 verbunden. Durch den Speicher 13 kann erreicht werden, dass ein nahezu konstanter Druck im Druckraum anliegt unabhängig von der Position des Niederhaltezylinders 11.
Die Niederhaltekraft F_X wird durch den Hydraulikzylinder, auch als Niederhaltezylinder 11 bezeichnet, erzeugt. Der Druck für die Niederhaltekraft P_X wird in einem Druckspeicher 13 bereitgehalten. Die Einstellbarkeit der Kraft wird durch Änderung des Speicherdruckes P_X erreicht. Zur Einstellung des Speicherdruckes P_X wird der am hydraulischen Aktuator 20 vorhandene Betriebsdruck P_A, P_B für den Fügevorgang, verwendet. Als Aktuator ist hier ein Differentialzylinder vorgesehen.
Der hydraulische Fügeantrieb stellt die Linearbewegung an der Kolbenstange 21 dar. Alternativ zu dem hier gezeigten hydraulischen Aktuator kann auch ein elektromechanischer Antrieb mit Hubspindel oder eine Kombination aus beidem vorgesehen sein.
An die Kolbenstange wird ein Stempel 22, auch als Fügestempel bezeichnet, befestigt. Der Niederhalterzylinder 11 ist als Ringzylinder ausgebildet. Die aktive Bewegung („abwärts“) wird begrenzt durch einen Bund 26 am Fügestempel 22. Ebenso wird die Rückbewegung des Niederhalters in der Passivposition begrenzt durch den Zylinderboden 27 und den Bund 25. Die Niederhalterkraft wird erzeugt durch den Druck im Druckraum 12, welcher über den Druckanschluss 24 gespeist wird.
Am Niederhalterzylinder 11 ist ein Niederhalter 30 befestigt. Bei Abwärtsbewegung des Fügestempels 22 trifft er zuerst auf ein erstes Blech als erstes Bauteil 32, unter dem ein zweites Blech als zweites zu fügendes Bauteil 33 angeordnet ist. Wenn der Fügestempel 22 sich weiter zu den Blechen bewegt, wirkt durch den Druck im Druckraum 12 eine Kraft in Richtung der Bleche auf den Niederhaltezylinder 11 und den daran befestigten Niederhalter 30.

Kraft = Ringfläche * Druck_im_Druckraum
Ringfläche = (D_I ² * π/4) - (D_A ² * π/4)
D_I = Innendurchmesser des Niederhaltezylinders
D_A= Außendurchmesser des Fügestempels

Mit auf dem Blech aufsitzendem Niederhalter 30 wird die Hohlniete 31 in die Bleche 32, 33 getrieben und stellt die Fügeverbindung her. Beim Rückhub nimmt der Fügestempel 22 den Niederhaltezylinder 11 wieder mit dem Bund 26 nach oben mit.
Die Kolbenstange 21 des Nietantriebs als Fügeantrieb 1 wird angetrieben durch die Drücke P_A und P_B in den Druckräumen 4, 5. Die Erzeugung der Drücke geschieht in der Hydraulikeinheit H mit Bezugszeichen 3. Diese Hydraulikeinheit 3 kann eine Drosselsteuerung mit Druckerzeugung und Drosselventilen sein, oder eine Verdrängersteuerung, in welcher eine Pumpenanordnung direkt auf die Druckräume 4 und 5 wirkt.
Der Sensor 55 misst die Position S_A der Kolbenstange 21 des Nietantriebes 2. Die Sensoren 52 und 53 messen die Drücke P_A und P_B in den Druckräumen 4, 5 des Nietantriebes 2. Der Sensor 51 misst die Temperatur T_A des Fluids im Kolbenraum 4. Weitere Drucksensoren und Temperatursensoren können weiter Zustände des Systems erfassen. Eine nicht gezeigte Kontrolleinheit CNC/PLC sammelt die Sensorsignale und verwendet diese zur Zustandsüberwachung (condition monitoring) und zur Steuerung des Nietprozesses.
Der Zylinderhaltezylinder 11 ist koaxial zu dem Fügestempel 22 angebracht und und bewegt sich mit dem Fügestempel. Der Fügestempel ist am wirkseitigen Ende der Kolbenstange 21 angebracht und bewegt sich mit der Kolbenstange. Somit bewegt sich auch der Niederhaltezylinder mit der Kolbenstange. Der Druckraum 12 wird vom Druckspeicher 13 mit dem Druck C_X gespeist. Der Niederhaltezylinder 11 wird sich am unteren Anschlag, gehalten durch den Bund 26 befinden. Druck P_X und Temperatur T_X im Druckraum 12 werden gemessen mit den Sensoren 54, 57. Die Position S_X des Niederhaltezylinders 11 relativ zum Fügestempel 22 kann mit den Sensor 56 gemessen werden.
In einer ersten Ausführung kann der Druckraum 12 über das Ventil V₁, Bezugszeichen 15, mit der Leitung 7 zu Hydraulikeinheit 3 verbunden werden. Diese erste Ausführung kann mit einem Ventil V₃, Bezugszeichen 6, ergänzt werden, welche den Druckraum/Kolbenraum 4 von der Hydraulikeinheit 3 trennen kann.
In einer zweiten Ausführung kann der Druckraum 12 über das Ventil V₂, Bezugszeichen 16 mit der Leitung 8 zu Hydraulikeinheit 3 verbunden werden. Diese zweite Ausführung kann sinngemäß mit einem Ventil V₄ ergänzt werden (in der Skizze nicht gezeigt), wobei durch das Ventil der Druckraum/Ringraum 4 von der Hydraulikeinheit 3 getrennt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform, wie dargestellt in 1, können auch beide Ventile 15 und 16 vorgesehen sein.
Durch Messung der Position S_X des Niederhaltezylinders 11 kann detektiert werden, an welcher Position der Kolbenstange 21 das System auf die Bleche 32, 33 trifft. Mit der bekannten Geometrie/Position der Bleche 32, 33 und der Kolbenstange 21 kann eine Prozessüberwachung stattfinden. Falsche Blechdicke oder falsche Anzahl von Blechen kann ebenso detektiert werden wie ein Schaden am Niederhaltezylinder/ Niederhalter, Matritze 34 oder Fügestempel 22.
Erfindungsgemäß kann an Stelle des Positionssignals S_X ein Auftreffen des Niederhaltezylinders 11 auf dem Blech 32 auch durch Beobachtung des Drucksignals P_X erfolgen. Das Auftreffen des Niederhaltezylinders 11 wird einen plötzlichen Druckanstieg in dem Druckraum 12 der Niederhaltevorrichtung zur Folge haben.
Die Beobachtung des Druckes P_X ist vorteilhaft gegenüber der Beobachtung des Druckes P_A, weil der Kraftbereich der Niederhaltevorrichtung 10 nur 5..20% des Kraftbereiches des Nietantriebes/Fügeantriebes 2 beträgt. Somit hat der Sensor 54 im Bereich kleinerer Kräfte im Vergleich zu dem Drucksensor 52 des Kolbenraumes eine höhere Auflösung, was der Genauigkeit der Detektion zugutekommt. Beispielsweise ist beim indirekten Messen der Blechdicke nach diesem Verfahren gewünscht, möglich kleine Auftreffkräfte sicher erkennen zu können.
Nachfolgen wird das Verfahren zur Einstellung des Druckes P_X und zum Betrieb des Niederhalters kurz beschrieben.
Das Verfahren wird beschrieben für die erste der oben genannten Ausführungen mit einer Fügevorrichtung 1 mit dem Ventil 15. Das Ventil 15 wird aktiviert, so dass Druckräume 4 und 12 verbunden sind. Nun wird die Hydraulikeinheit 3 so angesteuert, dass der gewünschte Druck sich in PA und PX einstellt. Für diese Einstellung kann einer der Drucksensoren 52, 54 zur Messung des Druckes PA oder PX herangezogen werden. Während dieses Vorgangs kann sich die Kolbenstange des Fügeantriebs ausfahrend bewegen, wenn der einzustellende Druck PX entsprechend groß ist. Nachdem der gewünschte Druck erreicht ist, wird Ventil 15 deaktiviert und die Druckräume von Kolbenraum 4 und Druckraum 12 sind wieder getrennt. Der eingestellte Druck PX im Druckraum 12 der Niederhaltevorrichtung 10 wird vom Speicher 13 gehalten. Nun kann die Hydraulikeinheit 3 zur Steuerung des Fügeantriebs verwendet werden, während der Niederhaltevorrichtung die gewünschte Niederhaltekraft liefert. Änderungen des Drucks CX durch Temperaturschwankungen T_X oder Leckagen sind nachteilig. Diese können im Betrieb des Nietantriebs durch den Sensor 54 oder 57 festgestellt werden. Insbesondere kann, sobald eine Toleranzgrenze für P_X überschritten wird, der fortlaufende Nietprozess pausiert werden und mit dem beschriebenen Verfahren kann der Druck P_X im Speicher 13 wieder auf den geforderten Wert nachgeführt werden.
In manchen Fällen kann es sein, dass eine Bewegung der Kolbenstange 21 während der Druckeinstellung nachteilig ist und vermieden werden soll. In solchen Fällen kann in der Ausführung durch Vorsehen von dem Ventil 6 der Kolbenraum 4 von der Hydraulikeinheit 3 getrennt werden, in dem das Ventil 6 in die geschlossene Stellung gebraucht wird. Danach erst wird das Ventil 15 geöffnet. Anschließend wird durch die Hydraulikeinheit 3 der Druck in dem Druckraum 12 einstellt bzw. die Einstellung des Druckes in dem Druckraum 12 abgeschlossen. Nachdem die Hydraulikeinheit 3 den Druck in dem Speicher 13/Druckraum 12 eingestellt hat und Ventil 15 geschlossen wurde, kann Ventil 6 wieder geöffnet werden, um mit der Hydraulikeinheit 2 die gewünschte Bewegung der Kolbenstange 21 zu steuern. Das Ventil 6 ist in der geöffneten Stellung deaktiviert, wobei das Ventil 15 in der geschlossenen Stellung deaktiviert ist. Somit ist in dem Nietbetrieb keine aktive Schaltung einer dieser Ventile erforderlich.
Das beschriebene Verfahren kann ebenso angewendet werden in einer zweiten Anordnung, in welcher der Druckraum PX nicht mit Ventil 6 mit dem Kolbenraum 4 verbunden wird, sondern über ein Ventil 16 mit dem Ringraum 5 verbunden wird. Falls eine Bewegung der Kolbenstange während der Druckeinstellung vermieden werden soll, kann hier ein zusätzliches Ventil V4 den Ringraum 5 während der Druckeinstellung von der Hydraulikeinheit 3 und dem Druckraum 12 trennen.
Da der Druckraum von dem Stempel zusammen mit dem Niederhaltezylinder der Niederhaltevorrichtung begrenzt wird hätte korrekter Weise von der Niederhalteeinheit gesprochen werden müssen. Die Niederhalteeinheit besteht aus der Niederhaltevorrichtung und dem Stempel 22. Je nach axialer Längenausdehnung des Stempels kann die Niederhaltevorrichtung abweichend von der gezeigten Darstellung auch im Bereich des Kolbens 21 angeordnet werden, wobei dann die axiale Länge des Niederhalters 30, siehe 3 anzupassen ist.
Bezugszeichenliste

1: Fügevorrichtung = Fügeantrieb + Niederhalter
2: Fügeantrieb
3: Hydraulikeinheit
4: Kolbenraum
5: Ringraum
6: Ventil Kolbenraum
7: Zuleitung Kolbenraum
8: Zuleitung Ringraum
9 10: Niederhaltevorrichtung
11: Niederhaltezylinder
12: Druckraum
13: Druckspeicher
14: Hydraulische Zuleitung
15: Ventil Druckspeicher - Zuleitung Kolbenraum
16: Ventil Druckspeicher - Zuleitung Ringraum
17: 1. Deckel, fügeantriebsseitiger Deckel
18: 2. Deckel, werkstückseitiger Deckel
19 20: Zylinder des Nietantriebs, hydraulischer Aktuator
21: Kolbenstange des Nietantriebs
22: Fügestempel
24: Druckanschluss, Zuleitung Druckraum
25: Bund am Fügestempel
26: Bund am Fügestempel
27: Zylinderboden des Niederhaltezylinder
30: Niederhalter
31: Hohlniet
32: Erstes Bauteil
33: Zweites Bauteil
34: Matrize
51: Temperatursensor (Kolbenraum)
52: Drucksensor P_A (Kolbenraum)
53: Drucksensor P_B (Ringraum)
54: Drucksensor P_X (Niederhalter)
55: Positionssensor S_A (Kolbenstange)
56: Positionssensor S_X (Niederhalter)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018200012 A1 [0004]
DE 102015213433 [0004]
EP 1294505 B1 [0005]
EP 1034055 B1 [0006]

Claims

Niederhaltevorrichtung (10) für eine Fügeantrieb (2) umfassend einen Niederhaltezylinder (11) und einen Druckraum (12) für eine Einstellung einer Niederhaltekraft und/oder einer Position der Niederhalterhaltevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltevorrichtung (10) einen Druckspeicher (13) aufweist und der Druckraum (12) mit dem Druckspeicher (13), vorzugsweise dauerhaft, hydraulisch verbunden ist.
Niederhaltevorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (13) eine Zuleitung (14) mit einem Ventil (15,16) zur Verbindung mit einer Hydraulikeinheit (3) eines zugeordneten Fügeantriebs (2) versehen ist.
Niederhaltevorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wegsensor (56) zur Detektion der relativen Position des Niederhaltezylinders (11) in Bezug zu einem Stempel und/oder ein Drucksensor zur Detektion des Druckes in dem Druckspeicher/Druckraum (13, 12) der Niederhaltevorrichtung (10) und/oder ein Temperatursensor (57) zur Detektion der Temperatur des Hydraulikmediums der Niederhaltevorrichtung (10) zugeordnet sind.
Niederhalteeinheit bestehend aus einer Niederhaltevorrichtung (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Stempel (22), dadurch gekennzeichnet, dass durch die Niederhaltevorrichtung (10), insbesondere den Niederhaltezylinder (11) und den Stempel (22) der Druckraum (12) ausgebildet ist, wobei der Druckraum (12) vorzugsweise radial zwischen dem Niederhaltezylinder und Stempel (22) ausgebildet ist.
Niederhalteeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhaltezylinder (11) axial verschiebbar auf dem Stempel (22) gelagert ist und der Druckraum (12) vorzugsweise mit einem Druckspeicher (13) der Niederhaltevorrichtung verbindbar ist.
Niederhalteeinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (22) mit mindestens einem radial vorstehenden Bund (25, 26) zur Bildung eines Anschlages ausgebildet ist.
Niederhalteeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltevorrichtung (10) mindestens einen Deckel (17, 18), vorzugsweise zwei Deckel (17,18), aufweist, wobei der/die Deckel (17, 18) mit dem Niederhaltezylinder (11) lösbar verbunden sind.
Fügevorrichtung (1) für die Herstellung einer Stanz- /Nietverbindung mit einem Fügeantrieb (2) mit einer Hydraulikeinheit (3) und einer axial verschiebbaren Kolbenstange (21) und mit einer Niederhaltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, die Fügevorrichtung einen Differentialzylinder mit einem Kolbenraum (4) und einem Ringraum (5) zum Antrieb der Kolbenstange (21) aufweist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (4) durch ein Ventil (6) mit dem Hydraulikreis (3) verbindbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) der Niederhaltevorrichtung (10) über ein mindestens Ventil (15, 16) schaltbar mit dem Hydraulikreis (3) des Fügeantriebes hydraulisch verbindbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikeinheit (3) eine Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung, vorzugsweise eine 4-Quadrantenpumpe, umfasst.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhaltezylinder (11) auf der Kolbenstange (21) axial verschiebbar gelagert ist und wobei die Kolbenstange (21) und der Niederhaltezylinder (11) den Druckraum (12) zur Bereitstellung der Niederhaltekraft begrenzen.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (21) vorzugsweise einen radial vorstehenden Bund (26, 26a) zur Bereitstellung eines Anschlages zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit des Niederhaltezylinders (11) aufweist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltevorrichtung (10) mindestens einen Deckel (17, 18), vorzugsweise zwei Deckel (17, 18), aufweist, wobei der/die Deckel (17, 18) mit dem Niederhaltezylinder (11) lösbar verbunden sind.
Verfahren zum Betreiben eines Nietantriebes mit einem Fügeantrieb und einem Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einem Detektierten Druck im Druckspeicher (13) oder Druckraum zur Einstellung eines vorbestimmten Druckes der normale Fügebetrieb unterbrochen wird und eine vorgesehene Hydraulikeinheit (3) des Fügeantriebes (1) für eine Druckbeaufschlagung des Druckraumes(12 / Druckspeichers (13) angesteuert wird.