DE102019205369A1

DE102019205369A1 - Verfahren zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil

Info

Publication number: DE102019205369A1
Application number: DE102019205369.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Nagels (20) in wenigstens ein Bauteil (11, 12), wobei Schwingungen in den Nagel (20) eingekoppelt werden, und wobei eine Kraft (F) in eine Fügerichtung zumindest mittelbar mittels eines zumindest zeitweise mit dem Nagel (20) in Kontakt stehenden Stempels (32) auf den Nagel (20) ausgeübt wird, sodass dieser in das wenigstens eine Bauteil (11, 12) eingedrückt wird, wobei ein Verlauf eines Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) während des Eindrückens ermittelt wird, sowie eine Vorrichtung zum Einbringen eines Nagels (20) in wenigstens ein Bauteil (11, 12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil unter Einkopplung von Schwingungen in den Nagel.
Stand der Technik
Fügeverfahren, wie Niet- oder Nagelverfahren, dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet als Fügeelement mittels eines Fügewerkzeugs bzw. einer Setzeinheit, das einen Stempel umfasst, in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, beispielsweise in Form einer Matrize, der mit dem Fügewerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt werden kann, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
Für schwer und insbesondere nur einseitig zugängliche Bauteile kommt die Nagel-Technik bzw. das Einpressen oder Einbringen von Nägeln in die Bauteile in Betracht. Hierbei trifft typischerweise ein Nagel, in der Regel angetrieben durch eine über Druckluftentladung beschleunigte Masse bzw. einen Stößel, impulsartig mit hoher Geschwindigkeit (meist 30 bis 45 m/s) auf die zu fügenden Bauteile und durchdringt diese mit seinem Schaft.
Zur Überwachung und Bewertung eines solchen Vorgangs, bei dem ein Nagel eingedrückt bzw. eingepresst wird, ist es beispielsweise aus der DE 10 2006 002 237 A1 bekannt, eine durch das Eindrücken in den Bauteilen hervorgerufene Reaktionskraft und/oder eine Endlage des Nagels in der fertigen Verbindung zu erfassen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen bzw. Einpressen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil, wobei Schwingungen in den Nagel eingekoppelt werden, insbesondere in longitudinaler Richtung (d.h. Schwingung in Fügerichtung), und wobei eine Kraft in eine Fügerichtung auf den Nagel ausgeübt wird, sodass dieser in das wenigstens eine Bauteil eingedrückt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Vorschubbewegung für den Nagel von einem Antrieb bereitgestellt wird und somit insbesondere gesteuert und/oder geregelt erfolgt. Insbesondere kann damit im Unterschied zum herkömmlichen Impulsnagelverfahren die Eintreibgeschwindigkeit des Nagels frei vorgegeben werden, was umfangreiche Anwendungsfelder neu erschließt.
Ein solches Verfahren ermöglicht insbesondere eine industrielle Anwendung, beispielsweise in der Serienfertigung, etwa in der Automobilindustrie bzw. im Karosseriebau. Weiterhin wird ein reproduzierbares und auch automatisierbares Vorgehen zum Einbringen bzw. Einpressen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass grundsätzlich auf diese Weise zwar ein Nagel auch in nur ein Bauteil eingebracht werden kann, besonders bevorzugt ist aber das Einbringen eines Nagels in zwei oder mehr Bauteile, um diese miteinander zu verbinden.
Besonders bevorzugt ist es auch, wenn der Nagel mittels eines in Schwingung versetzten Werkzeugs, wie beispielsweise des schon erwähnten Schwingsystems bzw. eines Teils davon, beispielsweise der Sonotrode oder eines Stempels, in das wenigstens eine Bauteil eingedrückt wird, und zwar insbesondere hämmernd bzw. in einer hämmernden Art und Weise. Unter einem hämmernden Eindrücken soll dabei ein Eindrücken mittels sehr hoher Anzahl (beispielsweise mehrere Tausend innerhalb kurzer Zeit wie einer Sekunde) an Schlägen bzw. Impulsen des Werkzeugs auf den Nagel verstanden werden.
Bei den Schwingungen handelt es sich vorzugsweise um Ultraschallschwingungen, d.h. die Schwingungen werden vorzugsweise als Ultraschallschwingungen erzeugt. Zweckmäßig sind Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 100 kHz, bevorzugt zwischen 15 kHz und 50 kHz. Hierzu kann als Schwingungserzeuger, wie später noch erläutert wird, ein geeigneter Ultraschallgenerator verwendet werden, der - im Sinne eines Funktionsgenerators - mit einem (elektro-mechanischen) Schwingungskonverter (z.B. Piezokonverter) eines Schwingsystems verbunden wird.
Bevorzugt ist auch, wenn die Schwingungen derart erzeugt werden, dass eine Amplitude der Schwingungen, insbesondere an einem dem Nagel zugewandten Ende des Schwingsystems, zwischen 10 µm und 100 µm, bevorzugt zwischen 20 µm und 75 µm, beträgt. Solche Amplituden sind mit Schwingsystemen, die typischerweise einen Schwingungskonverter, eine Sonotrode (die dabei insbesondere auch als Stempel dient bzw. die einen Stempel umfasst oder einen separaten Fügestempel oder Übertragungsstempel anregt) und ggf. einen Booster (Amplitudenverstärker) aufweisen, wie später noch näher erläutert, einfach bereitzustellen und zudem ausreichend für eine Reduzierung der nötigen Kraft zum Eindrücken des Niets.
Wie auch bei herkömmlichen Nagelverfahren ist es bei einem solchen schwingungsunterstützten Nageleinpressen wünschenswert, den Vorgang des Eindrückens bzw. Einpressens des Nagels zu bewerten bzw. zu überwachen, um so eine möglichst optimale Fügeverbindung sicherstellen zu können, bzw. solche Verbindungen zu erkennen und ggf. auszusortieren oder nachzubessern, die keine optimale oder zumindest keine hinreichend gute Fügeverbindung darstellen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird daher ein Verlauf eines Kontakts zwischen dem Stempel und dem Nagel während des Eindrückens ermittelt. Unter einem Verlauf eines Kontakts ist dabei insbesondere ein Verlauf über eine Information darüber, ob (aktuell) ein (direkter) Kontakt zwischen dem Stempel und dem Nagel besteht oder nicht, zu verstehen.
Wie sich herausgestellt hat, kann mit einem hämmernden Eindrücken - d.h. der Verlauf des Kontakts wechselt ständig zwischen Kontakt und keinem Kontakt - eine deutlich bessere Fügeverbindung erhalten werden als bei einem Eindrücken mit Dauerkontakt, d.h. einem Eindrücken, bei dem durchgängig ein (direkter) Kontakt zwischen dem Stempel und dem Nagel besteht. Anzumerken ist hierzu jedoch, dass selbst bei nur zeitweise hämmerndem Eindrücken ein besseres Ergebnis erreicht werden kann als mit dauerhaftem Dauerkontakt.
Anhand des erwähnten Verlaufs des Kontakts zwischen Stempel und Nagel kann nun besonders einfach beurteilt werden, ob bei dem betreffenden Eindrückvorgang ein hämmernder oder ein Dauerkontakt bestand, ggf. auch nur abschnittsweise bzw. zeitweise. Insbesondere kann der Verlauf des Kontakts also für eine Qualitätsbewertung eines Eindrückvorgangs, insbesondere mit einer Unterscheidung zwischen einem hämmernden Kontakt und einem Dauerkontakt zwischen Stempel und Nagel während des Eindrückens, verwendet werden.
Damit lässt sich ein Fügevorgang also besonders einfach und gut - insbesondere auch automatisiert - bewerten. Denkbar ist beispielsweise, dass bei einem Anteil eines hämmernden Kontakts von wenigstens 80% (hinsichtlich Zeit oder Weg) die Fügeverbindung als hinreichend gut eingestuft wird. Es versteht sich jedoch, dass die konkrete Beurteilung bzw. etwaige Kriterien oder Schwellwerte je nach Anwendung und/oder je nach Bedarf geeignet festgelegt werden können und sollten.
Zudem kann anhand einer Auswertung eines oder mehrerer Fügevorgänge hinsichtlich des Verlaufs des Kontakts zwischen Stempel und Nagel eine ggf. nötige Anpassung der Frequenz der Schwingungen erfolgen, sodass ein - bevorzugter - hämmernder Eindrückvorgang erreicht oder sichergestellt werden kann. Denkbar ist auch, dass eine solche Anpassung (automatisiert) innerhalb eines Eindrückvorgangs erfolgt, wenn beispielsweise zu Beginn des Eindrückvorgangs bereits festgestellt wird, dass kein hämmernder Kontakt vorliegt
Zweckmäßigerweise entspricht eine Abtastrate bei der Ermittlung des Verlaufs des Kontakts wenigstens einem Fünffachen, insbesondere wenigstens einem Zehnfachen einer Frequenz der Schwingungen. Damit kann sichergestellt werden, dass auch etwaige höhere Ordnungen der Eigenfrequenz des Nagels bzw. des Systems erfasst werden können. Bei einem solchen Fügevorgang gilt nämlich, dass dann, wenn die Frequenz der Schwingungen der Eigenfrequenz des Nagels oder einem Vielfachen davon entspricht, ein Dauerkontakt zwischen Stempel und Nagel besteht, da sich der Nagel mit der Schwingung mitbewegt. Es sollte daher ein ausreichend großer Abstand von der Eigenfrequenz bzw. einem Vielfachen davon für die Frequenz der einzukoppelnden Schwingung verwendet werden.
Vorzugsweise wird der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel und dem Nagel in einem wenigstens eine Kontaktstelle zwischen dem Stempel und dem Nagel umfassenden Bereich bzw. Kontaktbereich während des Eindrückens des Niets elektrisch ermittelt. Besonders bevorzugt wird hierbei der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel und dem Nagel durch Erfassen einer über den Bereich abfallenden Kontaktspannung und/oder eines über den Bereich fließenden Stromes ermittelt.
So kann die elektrische Spannung an dem Bereich beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass eine Spannungsquelle an den Bereich und einen dazu seriellen Widerstand angeschlossen wird. Die über den Bereich abfallende Kontaktspannung entspricht dann beispielsweise in etwa dem Spannungswert der Spannungsquelle, wenn kein Kontakt zwischen Stempel und Nagel vorhanden ist, und bemisst sich bei Kontakt zwischen Stempel und Nagel nach dem Verhältnis des Widerstands zu dem Widerstand des Bereichs. Wird beispielsweise zusätzlich ein weiterer Widerstand parallel zu dem Bereich geschaltet, so ist die über den Bereich (und den weiteren Widerstand) abfallende Kontaktspannung in etwa Null, wenn ein Kontakt zwischen Stempel und Nagel vorhanden ist, und bemisst sich ohne Kontakt zwischen Stempel und Nagel nach dem Verhältnis des Widerstands zu dem weiteren Widerstand. Der Strom ist beispielsweise dann Null, wenn kein Kontakt zwischen Stempel und Nagel besteht. Anstatt einer Spannungsquelle kann auch eine Stromquelle, bei der der Strom eingestellt werden kann, verwendet werden. Auf diese Arten kann auf einfache Weise der Verlauf des Kontakts ermittelt werden.
Die elektrische Spannung bzw. der elektrische Strom kann dabei zweckmäßigerweise zwischen dem Stempel und dem Nagel oder zwischen dem Stempel und dem wenigstens einen Bauteil (sofern hierüber eine elektrische Leitfähigkeit gegeben ist) angelegt werden. Insofern ist es zweckmäßig, wenn als das wenigstens eine Bauteil (also zumindest dasjenige Bauteil, an dem der Nagel anliegt) ein elektrisch leitfähiges Bauteil verwendet wird.
Bevorzugt ist es ebenfalls, wenn der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel und dem Nagel mittels Erfassens einer optischen Durchlässigkeit einer Kontaktstelle zwischen dem Stempel und dem Nagel während des Eindrückens ermittelt wird. Zweckmäßigerweise wird hierzu die optische Durchlässigkeit mittels Erfassens eines optischen Signals, das auf einen die Kontaktstelle umfassenden Bereich bzw. Kontaktbereich gerichtet ist, ermittelt. Insbesondere können hierbei auch eine Lichtquelle wie ein Laser oder eine LED und ein Sensor wie eine Fotodiode verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines den Nagel umgebenden Niederhalters können beispielsweise auch geeignete Öffnungen bzw. Ausnehmungen (insbesondere in Form eines bzw. mehrerer Längsschlitze) in dem Niederhalter vorgesehen sein, um einen Lichtstrahl hindurchtreten zu lassen.
Die elektrische und die optische Erfassung des Verlaufs des Kontakts können alternativ zueinander verwendet werden, denkbar ist jedoch auch die Verwendung beider Varianten, um beispielsweise eine Rückfalllösung im Falle eines Defekts und/oder eine genauere Messung zu gewährleisten.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil, mit einer Setzeinheit mit einem Schwingsystem, das in Schwingung versetzbar und über einen Stempel mit dem Nagel in Kontakt bringbar ist, wobei Erfassungsmittel vorgesehen sind, die zur Ermittlung eines Verlaufs eines Kontakts zwischen dem Stempel und dem Nagel während des Eindrückens eingerichtet sind. Die Vorrichtung kann dabei insbesondere dazu eingerichtet sein, das Schwingsystem gesteuert und/oder geregelt in einer Vorschubbewegung in eine Fügerichtung zu bewegen, sodass eine Kraft auf den Nagel ausgeübt wird. Eine solche Nagelvorrichtung weist im Unterschied zu einer Stanznietvorrichtung insbesondere keinen direkten Gegenhalter (insbesondere nicht als Teil der Stanznietvorrichtung) auf, der zusammen mit dem Niederhalter oder Stempel die zu verbindenden Bauteile einspannt.
Der Stempel kann dabei bevorzugt Teil der Sonotrode sein bzw. die Sonotrode kann als Stempel dienen. Ebenso ist es aber bevorzugt, wenn der Stempel als separates Bauteil bzw. als sog. Übertragungsstempel (fliegender Stempel) ausgebildet ist, der an der Sonotrode lose anliegt.
Bevorzugt ist dabei auch eine Halteeinrichtung vorgesehen, die insbesondere Teil der Setzeinheit ist, in welche der Nagel einbringbar und in Fügerichtung führbar ist. Dies erleichtert ein automatisiertes Vorgehen bei der Einbringung von Nägeln. Der Nagel kann in einer solchen Halteeinrichtung beispielsweise mittels Magnetkraft, Unterduck oder anderen Haltemitteln, auch mechanischen Haltemitteln, gehalten werden. Ebenso zweckmäßig ist eine geeignete Zuführung, mittels welcher Nägel der Setzeinheit bzw. der Halteeinrichtung zugeführt werden können, insbesondere automatisiert. Hierfür kann beispielsweise ein geeigneter Profilschlauch oder ein Nagelmagazin vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise weisen die Erfassungsmittel eine elektrische Spannungs- bzw. Stromquelle und ein Spannungsmessgerät und/oder ein Strommessgerät auf, wobei mittels der Spannungs- bzw. Stromquelle an einem wenigstens eine Kontaktstelle zwischen dem Stempel und dem Nagel umfassenden Bereich eine elektrische Spannung bzw. ein elektrischer Strom anlegbar ist. Es versteht sich, dass dann insbesondere durch eine elektrische Isolierung oder dergleichen ein Kontaktstromfluss nur über den in Schwingung versetzten Stempel, den Nagel und die Bauteile möglich und ein Nebenschluss des Kontaktstromes über andere Komponenten der Vorrichtung, insbesondere ein Maschinen- bzw. Vorrichtungsgestell, ausgeschlossen ist bzw. sein soll.
Bevorzugt ist es zudem, wenn die Erfassungsmittel eine optische Signalquelle, wie beispielsweise einen Laser oder eine LED, und einen optischen Sensor, wie beispielsweise einer Fotodiode, aufweisen, die derart angeordnet sind, dass eine Kontaktstelle zwischen dem Stempel und dem Nagel zwischen der optischen Signalquelle und dem optischen Sensor liegt.
Vorzugweise weist die Vorrichtung weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf und ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile und weiterer bevorzugter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei auf die Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
3 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
4 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
5 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
6 zeigt schematisch einen Vergleich zwischen verschiedenen Verfahren zum Eindrücken eines Nagels.
7 zeigt schematisch verschiedene Verläufe von Kraft und Kontakt bei verschiedenen Verfahren zum Eindrücken eines Nagels.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist vereinfacht und schematisch eine Vorrichtung 100 zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, mittels welcher auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. Bei der Vorrichtung 100 handelt es sich beispielhaft um einen Industrieroboter bzw. eine Fertigungseinrichtung, beispielsweise für einen Einsatz im automobilen Karosseriebau.
Die Vorrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und drei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Armglieder bzw. Komponenten 4, 5 und 6 auf, die zusammen einen motorisch bewegbaren Roboterarm bilden. Am Ende des Armes 6 ist eine Setzeinheit 10 angeordnet, wie sie beispielsweise in 2 noch detaillierter gezeigt wird und die hier nur grob schematisch angedeutet ist.
Weiterhin ist ein Schaltschrank 90 vorgesehen, in dem eine Steuer- und Regeleinheit 91 sowie ein als Ultraschallgenerator ausgebildeter Schwingungserzeuger 92 eingebracht sind. Während die Steuer- und Regeleinheit 91 zum Ansteuern sowohl des Roboterarms als auch der Setzeinheit 10 dient, kann der Ultraschallgenerator 92 an einen Schwingungskonverter der Setzeinheit 10 angeschlossen werden, wie später in Bezug auf 2 noch näher erläutert wird.
In 2 sind in Ansichten 2a und 2b schematisch jeweils ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt, nämlich insbesondere die Setzeinheit 10 bzw. 10"' aus 1. Die Setzeinheit 10 weist, wie in 2a gezeigt, ein Schwingsystem 39 auf, das vorliegend einen elektro-mechanischen Schwingungskonverter 30, beispielsweise einen Piezo-Konverter, einen sog. Booster 31 (auch als Amplitudenverstärker bezeichnet) sowie eine Sonotrode 32 aufweist.
Der Schwingungskonverter 30 ist dabei an den elektrischen Schwingungserzeuger 92, wie er in 1 gezeigt ist, angebunden bzw. angeschlossen bzw. kann daran angebunden werden. Auf diese Weise kann das Schwingsystem 39 in Schwingung versetzt werden.
Das Schwingsystem 39 ist, hier über den Booster 31, in einer Gehäuseeinheit 35 gehalten. Diese Gehäuseeinheit 35 wiederum ist mit einem Antrieb 50 verbunden, sodass das Schwingsystem 39 derart an den Antrieb 50 angebunden ist, dass darüber eine Kraft F sowie eine Vorschubbewegung auf das Schwingsystem 39 übertragen werden kann, und zwar in eine Fügerichtung R.
An dem Antrieb 50, der hier nur grob schematisch dargestellt ist, ist ein Flansch 51 vorgesehen, mittels welchem der Antrieb 50 beispielsweise an dem Roboterarm bzw. dem Armglied 6, wie in 1 gezeigt, angebracht werden kann.
Weiterhin ist an der Gehäuseeinheit 35 mittels Federelementen 17 eine Halterung 16 angebracht, die beispielhaft einen Teil des Schwingsystems 39 umgibt und einen Nagel 20 halten und führen kann. Mittels einer Zuführung 95 kann ein solcher Nagel 20 beispielsweise in die Halterung 16 automatisch eingebracht werden, sodass dieser vor der Sonotrode 32 platziert ist.
Weiterhin sind zwei Bauteile 11, 12 gezeigt, wie sie beispielsweise mittels des Nagels 20 und unter Verwendung der Vorrichtung 100 bzw. der Setzeinheit 10 verbunden werden können. Hierzu kann die Setzeinheit mittels des Roboterarms in die in 2 gezeigte Position gebracht werden, in welcher die Halterung 16 beispielsweise an dem Bauteil 11 anliegt - wobei die Halterung 16 in diesem Sinne auch als Niederhalter dient - und der Nagel 20 in geeigneter Ausrichtung zu den Bauteilen 11, 12 gehalten ist.
Um den Nagel 20 nun in die Bauteile 11, 12 einzubringen und so die Bauteile miteinander zu verbinden, wird das Schwingsystem 39 unter Verwendung des Schwingungserzeugers 92 in Schwingung versetzt und unter Verwendung des Antriebs 50 in Fügerichtung R auf den Nagel 20 zubewegt und so mit diesem in Kontakt gebracht. Insbesondere wird dabei ein Kontakt zwischen der als Stempel dienenden bzw. einen Stempel umfassenden Sonotrode 32 und dem Nagel 20 (zumindest zeitweise) hergestellt. Durch eine weitere, durch den Antrieb 50 erzeugte gesteuerte bzw. geregelte Vorschubbewegung kann der Nagel 20 somit in die Bauteile eingedrückt werden.
Aufgrund der Schwingungen, die sich vom Schwingsystem 39 auf den Nagel 20 und darüber ggf. auch auf die Bauteile 11, 12 übertragen, wird die nötige Kraft, um den Nagel in die Bauteile einzudrücken, deutlich reduziert (siehe auch 4). Die Art des Kontakts zwischen dem Stempel bzw. der Sonotrode 32 und dem Nagel 20 soll dabei, wie schon erwähnt, möglichst hämmernder Art sein.
Diese Vorschubbewegung und die zu erzeugende Kraft F können zusätzlich oder alternativ zu dem Antrieb 50 auch mittels des Roboterarms erzeugt werden. Wenn die Vorschubbewegung bzw. Kraft nur mittels des Roboterarms erzeugt werden soll, so kann der Antrieb 50 auch entfallen, d.h. die Setzeinheit weist keinen Antrieb auf, sondern die Gehäuseeinheit 35 kann vielmehr direkt an dem Roboterarm bzw. beispielsweise dem Armglied 6 wie in 1 gezeigt angebracht werden. Die Vorschubbewegung wird dann durch einen Antrieb des Roboterarms bereitgestellt.
In 2b ist ein Ausschnitt einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung mit einer alternativen Setzeinheit 10"' gezeigt. Die Setzeinheit 10"' entspricht im Grunde der Setzeinheit 10 gemäß 2a, jedoch mit dem Unterschied, dass die Sonotrode 32 hier nicht als Stempel dient. Vielmehr ist zwischen der Sonotrode 32 und dem Nagel 20 ein separater sog. Übertragungsstempel bzw. fliegender Stempel 32' vorgesehen. Der Niederhalter 16 kann dementsprechend etwas länger ausgebildet sein, wodurch eine Bauteilzugänglichkeit erhöht werden kann. Im Übrigen ist die Funktionsweise jedoch wie in Bezug auf 2a besch rieben.
In 3 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform, nämlich eine Setzeinheit 10, gezeigt. Die Setzeinheit 10 entspricht im Grunde der in der 2 gezeigten Setzeinheit 10. Während in 2 nur die grundlegende Funktion der Setzeinheit gezeigt wird, sind hier nun insbesondere auch Erfassungsmittel 70 gezeigt, mittels welcher ein Verlauf eines Kontakts zwischen Stempel bzw. Sonotrode 32 und Nagel 20 erfasst werden kann.
Hierbei ist insbesondere auch zu sehen, dass eine Innenseite des Niederhalters bzw. der Halterung 16 von der Außenseite des Stempels bzw. der Sonotrode 32 beabstandet ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem Stempel 32 und dem Niederhalter bzw. der Halterung 16 entsteht.
Weiterhin weist die Halterung 16 einen Isolationsring 41 auf, der aus elektrisch isolierendem bzw. nicht leitendem Material besteht. Weiterhin ist auch an der Unterseite der beiden Bauteile 11, 12 ein Isolationsmaterial 18 gezeigt, womit angedeutet werden soll, dass die zu verbindenden Bauteile gegenüber anderen Teilen der Vorrichtung isoliert sein sollten.
Insgesamt ist damit der zwischen Isolationsring 41 und Isolationsmaterial 18 gelegene Bereich der Setzeinheit 10, inkl. des Stempels 32 gegen andere Komponenten und Teile elektrisch isoliert.
Weiterhin ist als Erfassungsmittel 70 eine Schaltungsanordnung gezeigt, die eine Spannungsquelle 71 aufweist, die an den Stempel 32 und das Bauteil 12 elektrisch angeschlossen ist. Der Anschluss bzw. die Anbindung an das Bauteil 12 kann beispielsweise durch Kontaktierung eines elektrisch leitenden Bereichs des Bauteils 12 oder eines damit elektrisch leitend verbundenen Teils erfolgen. Anstatt des Bauteils 12 könnte auch das Bauteil 11 (oder auch der Nagel 20) kontaktiert werden.
Dabei ist zwischen dem Stempel 32 und der Spannungsquelle 71 ein Widerstand R₁ in Reihe zu dem den Stempel 32, den Nagel 20 und die Bauteile 11, 12 umfassenden Bereich bzw. Abschnitt angeordnet. Dieser Bereich umfasst dabei eine Kontaktstelle 27 zwischen dem Stempel 32 und dem Nagel 20 und hat dabei einen elektrischen Widerstand, der mit R₃ bezeichnet ist. Weiterhin ist ein Widerstand R₂ parallel zu dem Widerstand R₃ angeordnet. Mittels eines Spannungsmessgeräts 72 kann die über den Bereich bzw. R₃ und den dazu parallelen Widerstand R₂ abfallende Spannung ermittelt werden.
Die Erfassungsmittel 70 können dabei Teil der Steuer- und Regeleinheit 91, wie sie in 1 gezeigt ist, sein. Somit können also auch die Spannungsquelle 71, die vorzugsweise eine konstante Spannung bereitstellt, sowie das Spannungsmessgerät 72 Teil der Steuer- und Regeleinheit 91 sein. Die Steuer- und Regeleinheit 91 kann somit beispielsweise einfach über zwei Leitungen an Stempel 32 und die Bauteil 12 angeschlossen sein bzw. damit in Kontakt stehen. Es versteht sich, dass dazu auch am Stempel 32 geeignete Kontakt- bzw. Anschlussstellen vorzusehen sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform mit der in 3 gezeigten Setzeinheit 10 bzw. der zugehörigen Vorrichtung soll nun im Folgenden beschrieben werden.
Der Eindrückvorgang des Nagels 20 an sich, d.h. das Eindrücken des Nagels 20 in die Bauteile 11, 12 läuft dabei so oder ähnlich ab, wie vorstehend erläutert. Während des Eindrückvorgangs liegt nun jedoch ständig die durch die Spannungsquelle 71 bereitgestellte und hier über dem Widerstand R₂ abfallende Spannung zwischen dem Stempel 32 und der Bauteil 12 an.
Wenn ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stempel 32, dem Nagel 20 und den Bauteilen 11, 12 besteht, geht der Wert des Widerstands R₃ gegen Null. Dies bedeutet, dass durch das Spannungsmessgerät 72 keine Spannung gemessen wird, da die Spannung zusammenbricht.
An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass die an der Spannungsmessung beteiligten Komponenten zweckmäßigerweise elektrisch leitfähig sind. Dies ist für den Stempel 32 und den Nagel 20 in der Regel ohnehin der Fall. Wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile, hier die Bauteile 11, 12, sollte bei der hier gezeigten Ausführungsform demnach ebenfalls elektrisch leitfähig sein. Die Höhe der elektrischen Leitfähigkeit der Bauteile muss dabei nicht notwendigerweise sehr hoch sein, da eine niedrige Leitfähigkeit, d.h. ein nicht vernachlässigbarer Widerstand R₃ , lediglich zu einer endlichen, jedoch niedrigen Spannung führt. Dies ist beispielsweise bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) der Fall.
Besteht hingegen kein durchgehender elektrischer Kontakt zwischen dem Stempel 32, dem Nagel 20 und den Bauteilen 11, 12, so geht der Wert des Widerstands R₃ gegen unendlich. Dies bedeutet, dass eine durch das Spannungsmessgerät 72 gemessene Spannung der über dem Widerstand R₂ abfallenden Spannung entspricht. Für den Fall, dass die Widerstände R₁ und R₂ bspw. gleich groß sind, d.h. falls R₁ = R₂ , so wird die Hälfte der von der Spannungsquelle 71 bereitgestellten Spannung gemessen.
Im Falle eines nicht vernachlässigbaren Widerstands R₃ , d.h. schlecht elektrisch leitfähigen Bauteilen 11, 12, können die Widerstände R₁ und R₂ so gewählt werden, dass die Spannungswerte bei offenem und geschlossenem Kontakt zwischen Stempel und Nagel noch unterscheidbar sind.
Bei hämmerndem Eindrücken wird der elektrische Kontakt zwischen dem Stempel 32 und dem Nagel 20 regelmäßig unterbrochen. Diese Unterbrechung des Kontakts rührt dabei von dem durch den Schwingungserzeuger 30 in Schwingung versetzten Stempel 32 her, während der Nagel 20 in der Regel fest in wenigstens einem der Bauteile 11, 12 sitzt. Somit kann anhand des zeitlichen Verlaufs der Spannung, die über das Spannungsmessgerät 72 gemessen wird, ein zeitlicher Verlauf des Kontakts zwischen Stempel und Nagel ermittelt werden.
In 4 ist ein Teil einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, nämlich einer Setzeinheit 10', gezeigt. Die Setzeinheit 10' kann hier grundsätzlich wie die in 3 gezeigte Setzeinheit aufgebaut sein, sodass hierzu auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Jedoch sind hier anstatt der Erfassungsmittel 70 mit Schaltungsanordnung mit Spannungsquelle und Spannungsmessgerät Erfassungsmittel 70' mit einer Schaltungsanordnung mit Stromquelle 71' und Strommessgerät 72' vorgesehen. Auch die Erfassungsmittel 70' bzw. die Schaltungsanordnung können Teil der Steuer- und Regeleinheit 91 sein.
Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform wird hier nun während des Eindrückvorgangs ein durch die Stromquelle 71' eingeprägter Strom bereitgestellt. Wird nun zwischen dem Stempel 32 und dem Bauteil 12 eine leitfähige Verbindung bzw. ein elektrischer Kontakt hergestellt, beginnt der Strom zu fließen. Ein bestehender Stromfluss kann nun durch eine geeignete elektronische Auswerteschaltung bzw. ein Strommessgerät 72' überwacht werden und als digitales oder analoges Signal einer Messtechnik zugeführt werden. Im Übrigen sei auf die in Bezug auf 3 gemachten Ausführungen verwiesen, die hier entsprechend gelten.
In 5 ist ein Teil einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, nämlich einer Setzeinheit 10", gezeigt. Die Setzeinheit 10" unterscheidet sich hier von der in den 3 und 4 gezeigten Setzeinheiten in den Erfassungsmitteln, insbesondere darin, dass Erfassungsmittel 70" mit einer optischen Signalquelle 71", beispielsweise einem Laser oder einer leistungsfähige LED (High-Power LED), und ein optischem Sensor 72", beispielsweise einer Fotodiode, ggf. mit Verstärker mit Anstiegszeiten beispielsweise im ns-Bereich, vorgesehen sind.
Signalquelle 71" und Sensor 72" sind dabei beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Stempels 32 außerhalb der Halterung bzw. des Niederhalters 16 und auf Höhe des Kontaktbereichs 26 zwischen Stempel 32 und Nagel 20 angeordnet. Der Niederhalter 16 kann nun beispielsweise Ausnehmungen 73, beispielsweise in Form von Schlitzen, aufweisen, sodass mittels der Signalquelle 71" der Kontaktbereich zwischen Stempel und Nagel angestrahlt werden kann. Wenn kein Kontakt zwischen Stempel und Nagel besteht, erreicht das optische Signal bzw. das Licht der Signalquelle 71" den Sensor 72". Durch eine Anbindung des Sensors 72" an die Steuer- und Regeleinheit 91 kann beispielsweise der zeitliche Kontaktverlauf ermittelt werden.
Dabei sollte darauf geachtet werden, dass der Relativbewegung zwischen Stempel bzw. der Kontaktstelle und dem Niederhalter Rechnung getragen wird. So können die Signalquelle und der Sensor beispielsweise länglich und/oder flächig, insbesondere rechteckig, gewählt werden. Jedoch können die Signalquelle und der Sensor beispielsweise auch durch eine geeignete Anordnung mit der Stempelbewegung mitgeführt werden.
Zusätzlich sollte dabei auf eine planparallele Ausrichtung zwischen Stempel und Nagel bzw. der der dort jeweils einander zugewandten Seiten bzw. Flächen geachtet werden. Diese optischen Erfassungsmittel ermöglichen dabei eine besonders schnelle Auswertung und diese können auch bei nicht elektrisch leitenden Bauteilen verwendet werden.
In 6 ist schematisch ein Vergleich zwischen verschiedenen Verfahren zum Eindrücken eines Nagels 20 in beispielhaft und zur Veranschaulichung nur ein Bauteil 11 (in der Praxis werden, wie erwähnt, typischerweise zwei oder mehr Bauteile verbunden) dargestellt, und zwar in sog. Schliffbildern. In 6a ist dabei ein Fall ohne Einkopplung von Schwingungen, also ein herkömmliches Nageln, gezeigt. In 6b ist ein Fall mit Einkopplung von Schwingungen (mit einer Frequenz von 15 kHz und einer Amplitude von ca. 50 µm), jedoch mit Dauerkontakt zwischen Stempel und Nagel gezeigt. In 6c ist ein Fall mit Einkopplung von Schwingungen (mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Amplitude von ca. 50 µm), und mit hämmerndem Kontakt zwischen Stempel und Nagel gezeigt.
Hierbei ist deutlich zu sehen, dass zwar das Eindrücken des Nagels mit Einkopplung von Schwingungen besser als ohne Einkopplung von Schwingungen ist, da eine geringere Deformation des Bauteils vorliegt, auch wenn ein Dauerkontakt zwischen Stempel und Nagel besteht. Es ist jedoch auch zu sehen, dass bei einem hämmernden Kontakt das Ergebnis nochmals deutlich verbessert werden kann, d.h. eine kaum mehr sichtbare Deformation des Bauteils.
Um einen hämmernden Kontakt zwischen Stempel und Nagel zu erreichen, darf, wie schon erwähnt, die Frequenz der einzukoppelnden Schwingungen nicht der Eigenfrequenz des Nagels bzw. einem Vielfachen davon entsprechen. Es versteht sich, dass diese Eigenfrequenz letztlich von der spezifischen Anwendung bzw. dem konkreten Nagel abhängt und die oben genannten Werte daher nur beispielhaft zu verstehen sind.
In 7 sind schematisch verschiedene Verläufe von Kraft und Kontakt bei verschiedenen Verfahren zum Eindrücken eines Nagels dargestellt, wie sie teils auch in 6 bildlich gezeigt sind. Hierzu sind jeweils eine Kraft F, wie sie auf den Nagel ausgeübt wird, und eine Spannung bzw. Kontaktspannung U, wie sie beispielsweise mit einer Erfassungsvorrichtung gemäß 3 ermittelt wird, über einem Weg x des Nagels bzw. Stempels beim Eindrücken aufgetragen.
In 7a sind dabei Fälle ohne Einkopplung einer Schwingung (oberer Kraftverlauf Fa, vgl. auch 6a) und mit Einkopplung einer Schwingung mit einer Frequenz von 15 kHz und einer Amplitude von ca. 50 µm (Kraftverlauf Fb, vgl. auch 6b) dargestellt. Es ist zwar zu sehen, dass die nötige Kraft durch die Einkopplung der Schwingung reduziert werden kann, jedoch ist ebenso zu sehen, dass - aufgrund der konkreten Wahl der Frequenz der Schwingung - fast bis zum vollständigen Eindrücken des Nagels in das Bauteil ein Dauerkontakt zwischen Stempel und Nagel besteht.
Allenfalls gegen Ende des Eindrückvorgangs ist der Kontakt hämmernd, was auf eine veränderte Eigenfrequenz des dann fast vollständig in das Bauteil eingedrückten Nagels zurückzuführen ist. Dies ist anhand des Verlaufs Ub (vgl. auch 6b) für die Spannung U zu sehen.
In 7b sind Fälle ohne Einkopplung einer Schwingung (oberer Kraftverlauf Fa, vgl. auch 6a) und mit Einkopplung einer Schwingung mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Amplitude von mehr als 50 µm (Kraftverlauf Fc, vgl. auch 6c) dargestellt. Es ist hier zunächst zu sehen, dass die nötige Kraft durch die Einkopplung der Schwingung deutlich stärker reduziert werden kann als im Fall gemäß 7a.
Zudem ist aber auch zu sehen, dass - aufgrund der veränderten Frequenz der Schwingung - durchgehend während des Eindrückens des Nagels in das Bauteil ein hämmernder Kontakt zwischen Stempel und Nagel besteht. Darauf ist auch die deutlich reduzierte Kraft zurückzuführen. Dies ist anhand des Verlaufs Uc (vgl. auch 6c) für die Spannung U zu sehen.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasster Verlauf des Kontakts zwischen Stempel und Nagel kann dabei insbesondere online verarbeitet und ausgewertet werden (d.h. in Echtzeit). Damit ist eine automatisierte Entscheidung über i.O.-. / n.i.O.-Prozesse (d.h. als in Ordnung oder nicht in Ordnung eingestufter Fügeverbindungen) möglich, ebenso eine grafische Ausgabe beispielsweise auf einem Steuerungsbildschirm, genauso wie eine Dokumentation der hergestellten Fügeverbindungen.
Der Kontaktverlauf zwischen Stempel und Nagel kann als zusätzliche Prozess- und Qualitätsbewertungskenngröße beim (Ultraschall-)Nageleindrücken dienen. Es ist somit eine Bewertung des Kontaktverlaufs zwischen Nagel und Sonotrode bzw. Stempel über den gesamten Fügevorgang möglich.
Eine Erkennung des jeweiligen Kontakt-Regimes (d.h. Dauer- oder hämmernder Kontakt) ist entscheidend für die resultierende Bauteildeformation beim (Ultraschall-)Nageleindrücken, ebenso wie für die resultierende Fügekraftreduktion und die Prozessauslegung. Es können die Anzahl der Schläge zwischen Sonotrode bzw. Stempel und Nagel ermittelt und ausgegeben werden, auch können markante Prozesspunkte (z.B. Materialtrennung) oder Unstetigkeitsstellen im Prozessverlauf erkannt werden.
Das Verfahren ermöglicht ebenso eine Absicherung der Funktionsfähigkeit von Schwingungserzeuger bzw. Ultraschall-Generator und Schwingsystem, eine Bewertung der Spanntechnik bzw. Überwachung der Spannsituation (bei den zu verbindenden Bauteilen) und eine zusätzliche Bewertungsmöglichkeit für das Schwingverhalten des Versuchsaufbaus (treten z.B. zwischen Nagel und Sonotrode mehr Kontakte pro Sekunde auf als die ursprüngliche Erregerfrequenz der Sonotrode, dann liegen Schwingungen höherer Ordnungen vor).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006002237 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Einbringen eines Nagels (20) in wenigstens ein Bauteil (11, 12), wobei Schwingungen in den Nagel (20) eingekoppelt werden und wobei eine Kraft (F) in eine Fügerichtung (R) zumindest mittelbar mittels eines zumindest zeitweise mit dem Nagel (20) in Kontakt stehenden Stempels (32) auf den Nagel (20) ausgeübt wird, sodass dieser in das wenigstens eine Bauteil (11, 12) eingedrückt wird, wobei ein Verlauf eines Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) während des Eindrückens ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) in einem wenigstens eine Kontaktstelle (27) zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) umfassenden Bereich (26) während des Eindrückens des Niets (20) elektrisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) durch Erfassen einer über den Bereich (26) abfallenden Kontaktspannung (U) und/oder eines durch den Bereich fließenden Stromes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine elektrische Spannung und/oder ein elektrischer Strom zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) oder dem wenigstens einen Bauteil (11, 12) angelegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als das wenigstens eine Bauteil (11, 12) ein elektrisch leitfähiges Bauteil verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verlauf des Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) mittels Erfassens einer optischen Durchlässigkeit einer Kontaktstelle (27) zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) während des Eindrückens ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die optische Durchlässigkeit mittels Erfassens eines optischen Signals, das auf einen die Kontaktstelle (27) umfassenden Bereich (26) gerichtet ist, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Abtastrate bei der Ermittlung des Verlaufs des Kontakts wenigstens einem Fünffachen, insbesondere wenigstens einem Zehnfachen einer Frequenz der Schwingungen entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verlauf des Kontakts für eine Bewertung, insbesondere Qualitätsbewertung, eines Eindrückvorgangs, insbesondere mit einer Unterscheidung zwischen einem hämmernden Kontakt und einem Dauerkontakt zwischen Stempel (32) und Nagel (20) während des Eindrückens, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Nagel (20) mittels des in Schwingung versetzten Stempels (32) hämmernd in das wenigstens eine Bauteil (11, 12) eingedrückt wird.
Vorrichtung (100) zum Einbringen eines Nagels (20) in wenigstens ein Bauteil (11, 12), mit einer Setzeinheit (10, 10', 10", 10"') mit einem Schwingsystem (39), das in Schwingung versetzbar und über einen Stempel (32) mit dem Nagel (20) in Kontakt bringbar ist, wobei Erfassungsmittel (70, 70', 70") vorgesehen sind, die zur Ermittlung eines Verlaufs eines Kontakts zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) während des Eindrückens eingerichtet sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, mit einer Halteeinrichtung (16), die insbesondere Teil einer Setzeinheit (10, 10', 10", 10"') ist, in welche der Nagel (20) einbringbar und in Fügerichtung (R) führbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Erfassungsmittel (70, 70') eine elektrische Spannungs- bzw. Stromquelle (71, 71') und ein Spannungsmessgerät (72) und/oder ein Strommessgerät (72') aufweisen, wobei mittels der Spannungs- bzw. Stromquelle (71, 71') an einem wenigstens eine Kontaktstelle (27) zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) umfassenden Bereich eine elektrische Spannung (U) bzw. ein elektrischer Strom anlegbar ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Erfassungsmittel (70") eine optische Signalquelle (71") und einen optischen Sensor (72") aufweisen, die derart angeordnet sind, dass eine Kontaktstelle (27) zwischen dem Stempel (32) und dem Nagel (20) zwischen der optischen Signalquelle (71") und dem optischen Sensor (72") liegt.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiterhin mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit (91), wobei die Vorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.