DE102019128229B3

DE102019128229B3 - Werkzeug zum Fügen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102019128229B3
Application number: DE102019128229.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Polossek
Original assignee: Eckold GmbH and Co KG; Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Current assignee: Eckold GmbH and Co KG; Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2039-10-19
Also published as: DE202020005655U1; EP3812062A1; CN112676525A; US20210114084A1; EP3812062C0; CN112676525B; ES2972301T3; US11471933B2; EP3812062B1

Abstract

Ein Werkzeug zum Fügen von Bauteilen, insbesondere von mindestens zwei flächig aufeinanderliegenden Blechen (B1, B2), mit einem Gehäuse (1), in dem ein aus einem Stempel (9) und einem Niederhalter (7) bestehender Primärstößel (2) in axialer Richtung (A) antreibbar gelagert ist, einer dem Stempel (9) zugeordneten Matrize (3) und einer relativ zum Gehäuse (1) in axialer Richtung (A) bewegbaren Elementzuführung (4), über die dem Primärstößel (2) Hilfsfügeteile, insbesondere Niete zuführbar sind, zeichnet sich dadurch aus, dass von der Elementzuführung (4) mindestens eine zumindest mittelbar mit dem Primärstößel (2) gekoppelte Position (I) und mindestens eine vom Primärstößel (2) entkoppelte Position (II) einnehmbar ist, und die Elementzuführung (4) in der gekoppelten Position (I) zusammen mit dem Primärstößel (2) in axialer Richtung (A) bewegbar ist, und in der entkoppelten Position (II) bei einer Bewegung des Primärstößels (2) gegenüber dem Gehäuse (1) ortsfest verharrt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Fügen von Bauteilen, insbesondere von mindestens zwei flächig aufeinanderliegenden Blechen, mit einem Gehäuse, in dem ein aus einem Stempel und einem Niederhalter bestehender Primärstößel in axialer Richtung antreibbar gelagert ist, einer dem Stempel zugeordneten Matrize und einer relativ zum Gehäuse in axialer Richtung bewegbaren Elementzuführung, über die dem Primärstößel Hilfsfügeteile, insbesondere Niete zuführbar sind.
Ein solches Werkzeug ist beispielsweise aus der EP 2 644 298 B1 bekannt. Dabei handelt es sich um ein Setzwerkzeug zum Stanznieten. Über den Primärstößel wird ein Niet zum Verbinden in die beiden übereinander angeordneten Bauteile eingetrieben. Die Elementzuführung, über die der Niet mit dem Primärstößel in Verbindung gebracht wird, bewegt sich zusammen mit dem Stößel in Richtung der dieser zugeordneten Matrize. Der Antrieb des Werkzeugs kann hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Mit diesem Werkzeug können kurze Taktzeiten ausgeführt werden, weil der Primärstößel und der Niederhalter zusammen mit dem Elementzuführer zur Aufnahme des Niets nur einen geringen Weg von der Nietposition zur Nietaufnahmeposition und umgekehrt zurücklegen müssen. Nachteilig daran ist allerdings die schlechte Bauteilzugänglichkeit aufgrund der räumlichen Größe der Elementzuführung.
Um eine sehr gute Bauteilzugänglichkeit zu gewährleisten, ist bei der aus der EP 1 099 495 B1 bekannten Fügevorrichtung vorgesehen, dass die Elementzuführung (Nietzuführung) gehäusefest angeordnet ist und der Stempel nach dem Eintreiben des Niets komplett zurückfahren muss, um dem Stempel einen neuen Niet zuführen zu können. Dadurch verlangsamt sich die Taktzeit der Fügevorrichtung.
Die beiden bekannten Fügevorrichtungen haben also entweder den Nachteil der schlechten Bauzugänglichkeit mit dem Vorteil der kurzen Taktzeit oder den Vorteil der guten Bauteilzugänglichkeit mit dem Nachteil der langen Taktzeit kombiniert.
Die EP 3 242 760 B1 offenbart ein Werkzeug zum Fügen von Bauteilen mit einer Zuführeinheit zur Übergabe eines Verbindungselementes an den Setzkopf, die von einer Ausgangsposition in eine frei einstellbare Zwischenposition verfahrbar ist. Dadurch kann die Übergabe des Verbindungselementes an den Setzkopf an unterschiedlichen Positionen zwischen der Ausgangsposition und der Arbeitsposition erfolgen. Der Setzkopf und die Zuführeinheit sind unabhängig voneinander in einer Richtung zur Arbeitsposition verfahrbar.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Fügevorrichtung so zu verbessern, dass die beiden Vorteile der unterschiedlichen Fügevorrichtungen miteinander kombiniert und die beiden Nachteile kompensiert werden können.
Zur Problemlösung zeichnet sich ein gattungsgemäßes Werkzeug zum Fügen von Bauteilen dadurch aus, dass von der Elementzuführung mindestens eine zumindest mittelbar mit dem Primärstößel gekoppelte Position I und mindestens eine vom Primärstößel entkoppelte Position II einnehmbar ist, und die Elementzuführung in der gekoppelten Position I zusammen mit dem Primärstößel in axialer Richtung bewegbar ist, und in der entkoppelten Position II bei einer Bewegung des Primärstößels gegenüber dem Gehäuse ortsfest verharrt.
Durch diese Ausgestaltung kann in einem Fall die kurze Taktzeit realisiert werden, wenn die Bauteilzugänglichkeit eine untergeordnete oder gar nebensächliche Rolle spielt und die Elementzuführung jederzeit bereit ist, das Hilfsfügeteil dem Primärstößel zuzuführen und in einem anderen Fall kann die Elementzuführung dann ortsfest mit dem Gehäuse betrieben werden, wenn die Länge der Taktzeit eine untergeordnete Bedeutung hat, weil im Fügebetrieb eine gute Bauteilzugänglichkeit geschaffen werden muss.
Vorzugsweise erfolgt die Kopplung der Elementzuführung mit dem Primärstößel durch ein erstes Koppelelement, das bevorzugt ein Fluidzylinder und insbesondere ein Pneumatikzylinder ist. Auch kann das Koppelelement einen Elektroantrieb umfassen.
Der Primärstößel ist vorzugsweise von dem Sekundärstößel umgeben, an dem die Elementzuführung befestigt ist.
Der Sekundarstößel ist vorzugsweise zusammen mit dem Primärstößel in axialer Richtung bewegbar oder der Sekundarstößel ist im Gehäuse fixierbar, während der Primärstößel sich in axialer Richtung bewegen kann.
Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn der Sekundärstößel im Gehäuse in mindestens zwei unterschiedlichen Lagen fixierbar ist.
Zur Fixierung kann in dem rohrförmigen Sekundärstößel mindestens eine radial Vertiefung oder Bohrung vorgesehen sein, mit der insbesondere vorzugsweise eine Kolbenstange des Fluidzylinders in Eingriff bringbar ist.
Zwischen dem Primärstößel und dem Sekundärstößel ist vorzugsweise ein Niederhalter angeordnet, der mit dem Sekundärstößel koppelbar und entkoppelbar ist.
Die Kopplung des Niederhalters mit dem Sekundärstößel erfolgt vorzugsweise über ein zweites Koppelelement, das insbesondere vorzugsweise ein Fluidzylinder und ganz besonders vorzugsweise ein Pneumatikzylinder ist. Auch hier kann ein Elektroantrieb vorgesehen sein.
Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigen:

1 - die perspektivische Darstellung eines Fügewerkzeugs;
2 - die Seitenansicht des Fügewerkzeugs nach 1;
3a - die Seitenansicht des Fügewerkzeugs mit eingefahrenem Primärstößel;
3b - das Fügewerkzeug nach 3a mit der zusammen mit dem Primärstößel verschobenen Elementzuführung;
4a - das Fügewerkzeug nach 3a;
4b - das Fügewerkzeug nach 4a mit der ortsfest am Gehäuse angeordneten Elementzuführung;
5a - eine perspektivische Darstellung des Fügewerkzeugs mit am Sekundärstößel gekoppelten Elementzuführung;
5b - einen Teillängsschnitt durch das Fügewerkzeug nach 5a;
6a - eine perspektivische Darstellung des Fügewerkzeugs mit ortsfest angeordneter Elementzuführung;
6b - einen Teilschnitt durch das Fügewerkzeug nach 5a;
7 - den Schnitt nach 6b in vergrößerter Darstellung;
8a - einen Längsschnitt durch das Fügewerkzeug mit dem Primärstempel in seiner oberen Position;
8b - den Schnitt nach 8a mit dem Primärstößel in einer unteren Position;
9a - eine perspektivische Darstellung des Fügewerkzeugs;
9b - einen Schnitt entlang der Linie IXa-IXa in Teildarstellung;
10a - eine zu 8a korrespondierende Darstellung;
10b - eine zu 8b korrespondierende Darstellung mit noch weiter ausgefahrenem Stempel;
11 - eine vergrößerte Darstellung der 9a;
12a - einen weiteren Teilschnitt;
12b - eine Ausschnittsvergrößerung aus 12a;
13a - einen weiteren Teilschnitt;
13b - die Vergrößerung einer Einzelheit nach 13a;
14a - einen weiteren Teilschnitt;
14b - die Vergrößerung einer Einzelheit nach 14a;
15a - einen weiteren Teilschnitt;
15b - die Vergrößerung einer Einzelheit nach 15a.

Das Fügewerkzeug besteht aus dem C-förmig gebogenen Bügel 10 an dessen oberem Schenkel das Gehäuse 1 angeordnet ist, das den aus einem Stempel 9 und einem Niederhalter 7 bestehenden Primärstößel 2 aufnimmt. An dem unteren Schenkel des Bügels 10 ist die Matrize 3 angeordnet, die koaxial zu dem Primärstößel 2 verläuft. Zwischen dem Primärstößel 2 und der Matrize 3 werden die miteinander zu verbindenden Bleche B₁ , B₂ angeordnet.
Zum Beispiel 4 zeigt den Aufbau des oberen Werkzeugteils. Der Elektromotor 11 dient zum Antrieb des Werkzeugs. Über einen Zahnriemenantrieb 12 und einen nicht detailliert dargestellten Rollengewindetrieb 13 mit einer Verdrehsicherung im Gehäuse 1 wird die vom Elektromotor 11 eingeleitete Drehbewegung in eine Axialbewegung des Stempels 9 überführt. Der Stempel 9 wird koaxial umgeben von dem Niederhalter 7, der wiederum koaxial innerhalb eines Sekundärstößels 6 angeordnet ist. Der Sekundärstößel 6 ist entweder in seiner Lage ortsfest im Gehäuse 1 fixierbar oder kann die Antriebsbewegung in axialer Richtung A des Stempels 9 bzw. Niederhalters 7 und Primärstößels 2 mit ausführen.
An seinem freien, der Matrize 3 zugeordneten Ende des Sekundärstößels 6 ist der Elementzuführer 4.1 der Elementzuführung 4 angeordnet und kann über das Koppelelement 8 am Niederhalter 7 befestigt oder von diesem gelöst werden. Das Koppelelement 8 ist vorzugsweise ein Pneumatikzylinder, der mit seiner Kolbenstange in eine im Niederhalter 7 vorgesehene Bohrung oder Vertiefung eingreifen kann. Ist die Kolbenstange in die Vertiefung eingeführt, ist die Elementzuführung 4 mit dem Niederhalter 7 gekoppelt. Ist die Kolbenstange in dem Pneumatikzylinder eingefahren, ist die Elementzuführung 4 vom Niederhalter 7 entkoppelt. In einer im Gehäuse 1 vorgesehenen Ausnehmung 1.1 ist ein weiteres Koppelelement 5 angeordnet, das ebenfalls vorzugsweise als Pneumatikzylinder ausgebildet ist. Dieser Pneumatikzylinder 5 wirkt mit seiner Kolbenstange 5.1 mit mehreren in dem oberen, im Gehäuse 1 geführten Teil des Sekundärstößels 6 vorgesehenen Ausnehmungen oder Bohrungen 6.1, 6.2 zusammen. Ist die Kolbenstange 5.1 in eine der Bohrungen 6.1, 6.2 eingetaucht, ist der Sekundärstößel 6 innerhalb des Gehäuses 1 fixiert, sodass die obere Position des Sekundärstößels 6 und damit sein Abstand zur Matrize 3 festgelegt ist. Wird das Koppelelement 5 deaktiviert, also die Kolbenstange 5.1 des Pneumatikzylinders 5 außer Eingriff mit dem Sekundärstößel 6 gebracht, kann die Elementzuführung 4 zusammen mit dem Primärstößel 2 in Richtung der Matrize 3 verfahren werden. Wird das Koppelelement 8 aktiviert, wird die Elementzuführung 4 mit dem Niederhalter 7 gekoppelt, sodass beide nicht ortsfest gegenüber dem Gehäuse 1 verharren, sondern mit dem Primärstößel 2 und mit dem zuvor aufgenommenen Niet in Richtung der Matrize 3 axial verschoben werden, um in die Bleche B₁ , B₂ einzudringen und diese miteinander mittels des Hilfsfügeteils zu verbinden. Anstelle einen Pneumatikzylinder für die Koppelelemente 5 und 8 zu verwenden, kann der Antrieb eines in die Ausnehmungen bzw. Bohrungen eintauchenden Stiftes (Kolbenstange) auch von einem Elektroantrieb vorgenommen werden.
Die in axialer Richtung A ausführbaren Bewegungen von Sekundärstößel 6 und Primärstößel 1 können wie nachfolgend beschrieben gemeinsam oder nur vom Primärstößel 2 ausgeführt werden:

Wie zum Beispiel 13b gut erkennen lässt, ist der Elementzuführer 4.1 der Elementzuführung 4 am unteren Ende des Sekundärstößels 6 fest angebunden. Seitlich am Elementzuführer 4.1 ist ein Pneumatikzylinder 8 vorgesehen, dessen Kolbenstange 8.1 in einer radial im Elementzuführer 4.1 vorgesehenen Bohrung geführt ist.
Die Kolbenstange 8.1 kann mit einer im Niederhalter 7 vorgesehenen radialen Ausnehmung 7.1 zusammenwirken. Wenn die Kolbenstange 8.1 in die Ausnehmung 7.1 eingreift (vgl. 12a) ist die Elementzuführung 4 mit dem Niederhalter 7 verbunden. Gleichzeitig muss die Kolbenstange 5.1 des Pneumatikzylinders 5 aus der Bohrung 6.1 bzw. 6.2 des Sekundärstößels 6 entfernt sein, der Pneumatikzylinder 5 muss also deaktiviert sein. Wird nun der Stößel 2 angetrieben, fährt der Elementzuführung 4 zusammen mit dem Niederhalter 7 in Richtung Matrize 3, wie 14a, 14b zeigen. Wird der Pneumatikzylinder 8 deaktiviert und die Kolbenstange 8.1 aus der Ausnehmung 7.1 herausgefahren, ist die Elementzuführung 4 über seinen Elementzuführer 4.1 nicht mehr mit dem Niederhalter 7 gekoppelt. Wird dann der Pneumatikzylinder 5 aktiviert und seine Kolbenstange 5.1 in eine der Bohrungen 6.1, 6.2 eingefahren, wird dadurch der Sekundärstößel 6 im Gehäuse 1 fixiert und kann dem Niederhalter 7 und somit dem Stempel 9 nicht folgen. Die Elementzuführung 4 wird damit nicht in Richtung der Matrize 3 bewegt und es wird ein ausreichender Zugangsraum zu den Bauteilen (Bleche B1, B2) gewährleistet. Die Lage der Bohrungen 6.1, 6.2 bestimmt die ortsfeste Lage der Elementzuführung 4 in Bezug auf die Matrize 3 und damit die Größe des Zugriffsraums zu den miteinander zu verbindenden Werkstücken B1, B2.

Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1.1: Ausnehmung
2: Primärstößel
3: Matrize
4: Elementzuführung
4.1: Elementzuführer
5: Koppelelement / Fluidzylinder / Pneumatikzylinder
5.1: Kolbenstange
6: Sekundärstößel
6.1: Bohrung
6.2: Bohrung
7: Niederhalter
7.1: Bohrung / Ausnehmung
8: Koppelelement / Fluidzylinder / Pneumatikzylinder
8.1: Kolbenstange
9: Stempel
10: Bügel
11: Elektromotor
12: Zahnriemenantrieb
13: Rollengewindetrieb
I: Position
II: Position
A: Axialrichtung
B₁: Blech
B₂: Blech

Claims

Werkzeug zum Fügen von Bauteilen, insbesondere von mindestens zwei flächig aufeinanderliegenden Blechen (B₁, B₂), mit einem Gehäuse (1), in dem ein aus einem Stempel (9) und einem Niederhalter (7) bestehender Primärstößel (2) in axialer Richtung (A) antreibbar gelagert ist, einer dem Stempel (9) zugeordneten Matrize (3) und einer relativ zum Gehäuse (1) in axialer Richtung (A) bewegbaren Elementzuführung (4), über die dem Primärstößel (2) Hilfsfügeteile, insbesondere Niete zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass von der Elementzuführung (4) mindestens eine zumindest mittelbar mit dem Primärstößel (2) gekoppelte Position (I) und mindestens eine vom Primärstößel (2) entkoppelte Position (II) einnehmbar ist, und die Elementzuführung (4) in der gekoppelten Position (I) zusammen mit dem Primärstößel (2) in axialer Richtung (A) bewegbar ist, und in der entkoppelten Position (II) bei einer Bewegung des Primärstößels (2) gegenüber dem Gehäuse (1) ortsfest verharrt.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Elementzuführung (4) mit dem Primärstößel (2) durch ein erstes Koppelelement (5) erfolgt.
Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (5) ein Fluidzylinder, insbesondere ein Pneumatikzylinder ist.
Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärstößel (2) von einem Sekundärstößel (6) umgeben ist, an dem die Elementzuführung (4) befestigt ist.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärstößel (6) zusammen mit dem Primärstößel (2) in axialer Richtung (A) bewegbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärstößel (6) im Gehäuse (1) fixierbar ist, während sich der Primärstößel (2) in axialer Richtung bewegt.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärstößel (6) im Gehäuse (1) in mindestens zwei unterschiedlichen axialen Lagen fixierbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung im Sekundärstößel (6) mindestens eine radiale Vertiefung oder Bohrung (6.1, 6.2) vorgesehen ist.
Werkzeug nach Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenstange (5.1) des Fluidzylinders (5) mit der Vertiefung oder Bohrung (6.1, 6.2) in Eingriff bringbar ist.
Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zwischen dem Primärstößel (2) und dem Sekundärstößel (6) ein Niederhalter (7) angeordnet ist, der mit dem Sekundärstößel (6) koppelbar und entkoppelbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des Niederhalters (7) mit dem Sekundärstößel (6) durch ein zweites Koppelelement (8) vorzugsweise über einen Fluidzylinder (8), insbesondere einen Pneumatikzylinder erfolgt.