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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Überwachung
der Verarbeitung von Blindbefestigern bei welchem während des
Setzprozesses eine Kraftkomponente gemessen wird, und die gewonnenen
Meßsignale
zwischen dem Prozessende und dem nächstfolgenden Setzprozess in
einem Soll-Ist-Vergleich mit Referenzwerten ausgewertet werden.
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Durch die
EP 0 454 890 B1 wurde eine
Vorrichtung zur Überwachung
von Bearbeitungsgeräten für Blindbefestiger
bekannt, die ein Blindnietsetzgerät mit einem Zugmechanismus
zum Aufbringen einer Zugkraft auf den Blindbefestiger eines zu setzenden
Blindnietes aufweist.
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Hierbei ist im Zugmechanismus eine
mit einer Überwachungseinrichtung
verbundene Kraftmesseinrichtung vorgesehen, die mechanische Spannungen
in elektrische Größen umwandelt,
die von der Überwachungseinrichtung
mit einem vorbestimmten und in einem Speicher abgelegten Sollwert
verglichen werden. Weicht die jeweils ermittelte elektrische Größe von ihrem
vorbestimmten Sollwert ab, so erzeugt die Überwachungseinrichtung ein
optisches oder akustisches Signal, das anzeigt, daß der Setzvorgang
in Bezug auf die aufgebrachte Zugkraft fehlerhaft ist.
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Hiermit läßt sich zwar überwachen,
ob im Zugmechanismus die vorgegebene Zugkraft erzeugt wurde, es
ist aber keine Sicherheit dafür
gegeben, daß auch
die vorgegebene Zugkraft auf den Blindbefestiger aufgebracht wurde.
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Um sicher zu stellen, daß nicht
nur die im Zugmechanismus erzeugte Zugkraft, sondern die auf den
Blindbefestiger tatsächlich
wirkende Kraft dem Soll-Ist-Vergleich zu Grunde gelegt werden kann,
ist bei der gattungsgemäßen Einrichtung
gemäß
DE 44 01 134 C2 vorgesehen,
außerhalb
des Zugmechanismus des Setzgerätes
die durch den Blindbefestiger geflossene umgelenkte und der Zugkraftrichtung entgegengesetzte
Kraftkomponente zu messen und die so gewonnenen Messwerte in dem
Soll-Ist-Vergleich mit einer Idealkurve zu vergleichen. Dies ermöglicht,
auch den Setzprozess in die Überwachung einzubeziehen
und festzu stellen, ob der Umformungsprozess in der gewünschten
Weise abgelaufen ist.
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Mit den vorbeschriebenen Vorrichtungen
läßt sich überprüfen, ob
der Setzvorgang hinsichtlich der aufgebrachten bzw wirksamen Zugkraft
einwandfrei erfolgt ist, d.h. es läßt sich feststellen, ob die
für einen ordnungsgemäßen Abriß des Blindbefestigers
vorgesehene Abrißkraft
auch tatsächlich
erreicht wurde. Nicht überprüfen lassen
sich jedoch sonstige, die Qualität
des Setzvorganges bestimmenden Begleitumstände des Setzvorganges. Dabei
lassen sich insbesondere solche Umstände und Vorgänge wie
beispielsweise Schlupf zwischen dem Zugmechanismus und dem Blindbefestiger
nicht berücksichtigen,
die im Bereich des Anfangs des zu messenden Weges auftreten und
den Setzprozess beeinflussen.
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Um auch solche Fehlerquellen erkennen
zu können,
ist in der
DE 44 29
225 C2 ein Verfahren beschrieben, wonach die Zugkraft in
Abhängigkeit
von dem beim Abziehen des Blindbefestigers zurückgelegten Weg gemessen wird
und die gemessenen Zugkraftwerte mit in Abhängigkeit vom Abziehweg vorgegebenen
Zugkraftwerten verglichen werden. Hierbei ist vorgesehen, daß der Meßvorgang
erst dann beginnt, wenn der Zugmechanismus bzw der Blindbefestiger
eine bestimmte Wegstrecke zurück gelegt
hat, und ein vorgegebener Schwellwert der Zugkraft überschritten
ist.
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Mit dieser Lösung wird zwar der Einfluß der am
Anfang der Bewegung des Zugmechanismus bzw des Blindbefestigers
auftretenden Störeinflüsse auf
den Meßvorgang
eliminiert, jedoch hat die hier beschriebene Lösung wiederum den Nachteil,
daß nicht
die vom Blindbefestiger selbst zurück gelegte Wegstrecke, sondern
die vom Zugmechanismus zurück
gelegte Wegstrecke der Beurteilung zugrunde gelegt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, ein Verfahren zur Überwachung
der Verarbeitung von Blindbefestigern zu schaffen, das einerseits
eine möglichst
genaue Ermittlung der Abrißkraft
des Blindbefestigers zuläßt, und
andererseits eine Aussage hinsichtlich des ordnungsgemäßen Ablaufs
des Setzprozesses erlaubt.
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Ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren
wird diese Aufgabe durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst.
Ausziehen
des Blindbefestigers bis auf diesen eine Kraft vorbestimmbarer Größe (Schwellwert)
wirkt;
Starten des Messvorganges und Setzen eines von einem
Rechner getakteten Impulszählers;
Messen
der während
des Ausziehens des Blindbefestigers auf diesen bis nach dem Abriß wirkenden Kraft
in Abhängigkeit
der vom Impulszähler
ausgehenden Impulse;
Umwandeln der ermittelten Messwerte in
einem Rechner zuführbare
und von diesem verarbeitbare Signale;
Speichern der Werte der
erzeugten Signale zusammen mit den jeweiligen Werten des Impulszählers;
Vergleichen
der Werte der erzeugten Signale und der jeweiligen Werte des Impulszählers mit
im Speicher abgelegten Werten eines Referenz-Setzprozesses;
Ausgeben
und/oder Speichern eines das Ergebnis des Vergleiches dokumentierenden
Signals.
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Da beim erfindungsgemäßen Verfahren
der eigentliche Meßvorgang
erst unmittelbar dann gestartet wird, wenn die auf den Blindbefestiger
wirkende Kraft einen vorbestimmten Wert (Schwellwert) erreicht bzw überschritten
hat, wird der Einfluß sämtlicher
vor Erreichung des Schwellwertes wirksamer Störfaktoren vom Meßvorgang
ferngehalten, d.h. diese können
den Meßvorgang
nicht verfälschen.
Damit liegt der theoretische Beginn des Meßvorganges unabhängig von
wirksamen Störfaktoren
auf einer Parallelen zur Abszisse stets an der gleichen Stelle,
die gleichzeitig den Startpunkt für den vom Rechner getakteten
Zähler
bildet, sodaß von
diesem nur diejenige Anzahl von Takten gezählt wird, die beginnend vom
Schwellwert bis zur Erreichung der Maximalkraft bzw der Abrißkraft des
Blindbefestigers vom Rechner ausgehen.
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Die Maßnahme, anstelle des unmittelbaren Messens
der Dehnung des Blindbefestigers die Anzahl der Zeitintervalle zu
zählen,
ergibt ein überraschend
genaues Beurteilungskriterium für
den Setzprozess.
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Umfangreiche Messungen haben bestätigt, daß die Dehnung
als nahezu gleichförmige
Bewegung erfolgt, sodaß Weg
und Zeit in einem proportionalen Verhältnis zueinander stehen und
die Zeit daher ein aussagekräftiges
und absolut ausreichend genaues Kriterium für den Dehungsweg darstellt. Dies
ermöglicht,
die Auswertung der Kraft-Kurve auf den Bereich zwischen dem Schwellwert
und dem Auftreten der Maximalkraft bzw der Abrißkraft zu beschränken, wobei
dennoch ein sehr aussagekräftiges Ergebnis
erreicht wird, das es zudem erlaubt, sichere Rückschlüsse auf die Dicke der miteinander
verbundenen Materiallagen zu ziehen.
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Die Genauigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzielbaren Ergebnisse bietet die Möglichkeit, Materiallagen mit
unterschiedlichen Kriterien für
den Setzprozess, beispielsweise unterschiedlicher Dicke, durch Auswerten
des Meßergebnisses
voneinander zu unterscheiden. Dies kann dadurch erreicht werden,
daß für unterschiedlich
dicke Materiallagen unterschiedliche Referenzwerte für den Schwellwert,
die Maximalkraft bzw die Abrißkraft und
den Impulszähler
gespeichert und mit den entsprechenden ermittelten Werten der jeweiligen
Materiallage verglichen werden. Dies läßt sich in einfacher Weise
dadurch erreichen, daß bei
einem Werkstück, dessen
Materiallagen an den miteinander zu verbindenden Bereichen unterschiedliche
Dicken aufweisen, der Verarbeitungsfolge entsprechend, jeweils unterschiedliche
Referenzwerte mit den entsprechenden Ist-Werten verglichen werden.
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Hierbei kann entsprechend einer Weiterbildung
des Verfahrens nach Vorliegen sämtlicher
Vergleichsergebnisse ein für
alle Setzprozesse gemeinsames Freigabesignal oder gegebenenfalls
ein oder mehrere Fehlersignale ausgegeben werden.
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Um sicherzustellen, daß bei Vorliegen
auch nur eines Fehlersignals dieses nicht einfach übergangen
und weiter gearbeitet wird, wird das Fehlersignal gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Verfahrens an eine Kontrollstelle weitergeleitet,
die eine unmittelbare Einleitung eines weiteren Setzprozesses verhindert.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung einer beispielsweisen Durchführung des
erfindungsge mäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren
wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt: 1: eine Darstellung einer Nietsituation
I mit einem Werkstück
und einem daran zu befestigenden ersten Teil;
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2:
eine stark symbolisierte Referenzkurve mit der Darstellung des Toleranzfeldes;
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3:
die Referenzkurve mit der Darstellung der Ist-Kurven zweier fehlerbehafteten
Setzprozesse;
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4:
eine Darstellung einer Nietsituation II mit einem Werkstück und zwei
daran zu befestigenden Teilen;
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5:
eine stark symbolisierte Referenzkurve mit der Darstellung des gegenüber der 2 verschobenen Toleranzfeldes;
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6:
eine stark symbolisierte Referenzkurve zusammen mit den Ist-Kurven
beim Fehlen von jeweils einem der beiden am Werkstück zu befestigenden
Teile;
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit
handelsüblichen
Blindnietsetzgeräten
durchführen,
die mit einem Zugmechanismus zum Aufbringen einer Zugkraft auf den
Blindbefestiger ausgestattet sind, wobei die während des Setzprozesses auf
diesen wirkende Kraft von einer Kraftmeßeinrichtung ermittelt wird,
und die mechanischen Spannungen in einem Rechner zuführbare und
von diesem verarbeitbare Signale gewandelt werden. Hierbei kann, wie
dies beispielsweise bei der gattungsgemäßen Einrichtung nach
EP 0 454 890 B1 der
Fall ist, die vom Zugmechanismus aufgebrachte Kraft innerhalb des
Blindnietsetzgerätes
gemessen werden, oder es kann, wie dies bei der Einrichtung nach
DE 44 01 134 C2 geschieht,
außerhalb
des Zugmechanismus des Blindnietsetzgerätes die durch den Blindbefestiger geflossene
umgelenkte und der Zugkraftrichtung entgegengesetzte Kraftkomponente
gemessen werden.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst
davon ausgegangen, daß jeweils
zwei Materiallagen miteinander verbunden werden sollen, wobei die
eine Materiallage von einem Bereich des Werkstückes A und die andere Materiallage
von einem Bereich eines hieran zu befestigenden Teiles B gebildet
wird. Diese Konstellation wird nachstehend als Nietsituation I bezeichnet.
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Hierzu werden zunächst die Referenzwerte für die Nietsituation
I empirisch ermittelt, d.h. es wird zunächst eine bestimmte Anzahl
von Probe-Setzprozessen durchgeführt,
wobei der Schwellwert so gewählt
wird, daß bei
ohne Blindbefestiger durchgeführten
Setzprozessen der Schwellwert in keinem Fall erreicht und damit
der Meßvorgang
nicht gestartet wird.
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Die sich aus den Probe-Setzprozessen
ergebenden Werte werden in einem Koordinatensystem aufgezeichnet,
auf deren Abszisse die Anzahl der vom Rechner ausgehenden Impulse
und auf deren Ordinate die Kraft- bzw Druckeinheiten angegeben sind.
Hiervon ausgehend wird einerseits der Schwellwert bestimmt, und
andererseits werden die Referenzwerte für den Druck bzw die Kraft mit
der jeweils zugehörigen
Anzahl der vom Rechner ausgegebenen Impulse ermittelt und in diesem
gespeichert. Gleichzeitig werden die ermittelten Referenzwerte in dem
als 2 gezeigten Koordinatensystem
als Zeit-/Kraftdiagramm als Referenzkurve I dargestellt und die
bei den nachfolgenden Setzprozessen zulässigen Toleranzabweichungen
festgelegt, die ebenfalls im Rechner gespeichert werden.
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Hierzu sei erwähnt, daß der Rechner zwar schon von
dem Zeitpunkt an, von dem vom Zugmechanismus eine Zugkraft ausgeübt wird,
Zählimpulse sendet,
diese aber so lange weder erfaßt
noch in den Meßvorgang
einbezogen werden, bis der Schwellwert erreicht ist.
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Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sei zunächst
davon ausgegangen, daß die
beiden zuerst durchgeführten
Setzprozesse ordnungsgemäß abgelaufen
sind und bei der Nietsituation I ein Schwellwert S und eine Maximalkraft
Pmax erreicht wurden. Dabei sei bei dem Referenz-Setzprozess die
Maximalkraft nach 40 Impulsen erreicht worden, während bei den beiden ersten Setzprozessen
die Maximalkraft nach 50 Impulsen (Kurve K1) bzw nach 30 Impulsen
(Kurve K 2) erreicht wurden Da diese Werte gleichzeitig die Referenzgrenzwerte
darstellen sollen, sind alle Setzprozesse mit Ist-Werten, die die
Impulszahl 50 nicht überschreiten
und die Impulszahl 30 nicht unterschreiten, als ordnungsgemäß anzusehen.
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Der beim Vergleich der Ist-Werte
mit den Referenzwerten allein wichtige Wert ist die Anzahl der während des
Setzprozesses vom Erreichen des Schwellwertes bis zum Erreichen
der Maximalkraft vom Zähler
gezählten
Impulse, die den zeitlichen Abstand vom Erreichen des Schwellwertes
bis zum Erreichen der Maximalkraft im Blindbefestiger wiedergibt.
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Damit ist offensichtlich, daß die vor
Erreichen des Schwellwertes am Blindbefestiger herrschenden Verhältnisse
keinen Einfluß auf
den eigentlichen Meßvorgang
haben können,
und die von diesem abgeleiteten Ergebnisse daher gegenüber allen
vor Erreichen des Schwellwertes eventuell herrschenden Störfaktoren
immun sind.
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Bei den beiden in 3. in unterschiedlich langen Strichlinien
dargestellten Kurven ist bei der in langen Strichlinien dargestellten
Kurve K3 der Abstand zwischen dem Schwellwert und dem Erreichen der
Maximalkraft im Blindbefestiger bzw dem Erreichen der Abrißkraft am
Blindbefestiger relativ groß (60
Impulse), während
bei der in kurzen Strichlinien dargestellten Kurve K4 der Abstand
zwischen dem Schwellwert und dem Erreichen der Maximalkraft im Blindbefestiger
bzw dem Erreichen der Abrißkraft
am Blindbefestiger relativ klein (20 Impulse) ist.
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Da der jeweilige zeitliche Abstand
zwischen dem Erreichen der Maximalkraft (bzw der Abrißkraft) zum
jeweiligen Schwellwert entweder zu groß (Kurve K3) oder zu klein
(Kurve K4), ist, ist davon auszugehen ist, daß der Setzprozess fehlerbehaftet
ist. Daher erfolgt in beiden Fällen
die Ausgabe eines Fehlersignals.
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Aus der Tatsache, daß bei der
Kurve K3 der zeitliche Ist-Abstand zwischen dem Erreichen des Schwellwertes
und dem Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft größer als der Referenzabstand ist
und hieraus zu schließen
ist, daß – ausgehend vom
Schwellwert – das
Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft längere Zeit in Anspruch genommen
hat, als dies beim Referenz-Setzprozess der Fall war, ist davon
auszugehen daß entweder
die Dicke der Materiallagen zu gering war oder der Verformungsvorgang
zu lange andauerte.
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Eine zu geringe Dicke der Materiallagen kann
bei der vorgegebenen Nietsituation I in erster Linie bedeuten, daß das Teil
B nicht am Werkstück befestigt
wurde, es somit unterlassen wurde, das Teil B für den Nietvorgang richtig zu
positionieren.
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Ein anderer Grund für die längere Dauer
bis zum Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft kann darin zu sehen
sein, daß der
Bohrungsdurchmesser – insbesondere
im Teil B – zu
groß war,
und der Blindbefestiger vor Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft innerhalb
der Bohrung mehr verformt wurde, als dies bei richtiger Bohrungsgröße der Fall
ist.
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Selbstverständlich können auch noch andere Ursachen
wie beispielsweise Verkanten der Teile beim Setzprozess, Verwenden
eines falschen Nietes bzw Blindbefestigers oder Materialfehler an
diesen zur Fehlerhaftigkeit des Setzprozesses führen. Unabhängig von der Fehlerursache
läßt sich
durch das erfindungsgemäße Verfahren
feststellen, daß in
diesem Fall der Setzprozess längere
Zeit als der Referenz-Setzprozess dauerte und dies Ursache für den nicht
ordnungsgemäßen Ablauf
des Setzprozesses ist, was zur Ausgabe eines Fehlersignals führt.
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Demgegenüber ist bei der Kurve K4 der 3 aus dem gegenüber dem
Referenzwert kleineren zeitlichen Ist-Abstand zwischen Schwellwert
und Maximalkraft bzw Abrißkraft
zu schließen,
daß – ausgehend
vom Schwellwert – das
Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft kürzere Zeit in Anspruch genommen
hat, als dies beim Referenz-Setzprozess der Fall war. Da die Maximalkraft
bzw die Abrißkraft aber
erreicht wurde, wurde die Verbindung von Werkstück A und Teil B zwar erreicht,
jedoch ist aus dem gegenüber
dem Referenzabstand kleineren Ist-Abstand zwischen Schwellwert und
Erreichen der Maximalkraft bzw der Abrißkraft zu schließen, daß die Dicke
der Materiallagen größer war,
als die Dicke der Materiallagen bei der Festlegung des Referenzwertes.
Es ist daher wahrscheinlich, daß mit
dem Werkstück
A nicht nur eines der Teile B, sondern zwei Teile B verbunden wurden.
Demzufolge wird auch hier ein Fehlersignal ausgegeben.
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In 4 ist
eine Nietsituation II dargestellt, bei der an einem Werkstück C zwei
Teile unterschiedlicher Dicke befestigt werden sollen, wobei das
Teil D eine größere Dicke
aufweist als das Teil E. Ferner ist die Gesamtdicke der bei der
Nietsituation II miteinander zu verbindenden Teile kleiner als die
Gesamtdicke der bei der Nietsituation I miteinander zu verbindenden
Teile.
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Die übrigen Rahmenbedingungen (Festigkeit der
Materialien der zu verbindenden Werkstücke und Teile) sollen bei der
Nietsituation II die gleichen sein wie bei der Nietsituation I.
Auch soll bei der Nietsituation II der Meßvorgang bei dem gleichen Schwellwert
wie bei der Nietsituation I starten, wobei auch die Maximalkraft
Pmax bzw die Abrißkraft
den gleichen Wert haben soll wie bei der Nietsituation I.
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Wie hierzu aus 5 hervorgeht, beträgt bei der Referenzkurve II
der zeitliche Abstand zwischen dem Erreichen des Schwellwertes und
der Maximalkraft Pmax nicht wie bei der Nietsituation I nur 40 Impulse,
sondern 50 Impulse. Dieser Unterschied ist keinesfalls willkürlich gewählt, sondern
ist eine Folge der unterschiedlichen Geamtdicke der in beiden Fällen miteinander
zu verbindenden Materiallagen. Weisen die miteinander zu verbindenden
Materiallagen bei gleichen sonstigen Rahmenbedingungen unterschiedliche
Gesamtdicken auf, so verändert
sich in Abhängigkeit
hiervon der zeitliche Abstand vom Erreichen des Schwellwertes bis
zum Erreichen der Maximalkraft, wobei bei größerer Gesamtdicke der Materiallagen
die Maximalkraft früher
erreicht wird, als bei demgegenüber
kleinerer Gesamtdicke der Materiallagen.
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Dies ist in 6 dargestellt, die die Referenzkurve
II für
die Verbindung von Werkstück
C mit den beiden Teilen D und E zusammen mit den beiden Kurven K7
und K8 zeigt.
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Bei den Kurven K7 und K8 ist der
zeitliche Abstand vom Erreichen des Schwellwertes S bis zum Erreichen
der Maximalkraft jeweils größer als
bei der Referenzkurve II, wobei bei der Kurve K7 das Erreichen der
Maximalkraft insgesamt 5 Zeitintervalle mehr als bei der Kurve K8
erfordert.
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Da die Gesamtdicke von Werkstück C und Teil
D größer ist
als die Gesamtdicke von Werkstück C
und Teil E, ist aus den Kurven K7 und K8 zu schließen, daß bei der
Konstellation der Kurve 7 das Teil D und bei Kurve 8 das
Teil E nicht mit dem Werkstück C
verbunden wurde. Für
beide Setzprozesse wird daher ein Fehlersignal ausgegeben.
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Würde
beim miteinander Verbinden von Werkstück C mit den Teilen D und E
ein zweites Teil D oder auch ein zweites Teil E in den Teileverbund eingebracht
und die Gesamtdicke des Teileverbundes dementsprechend erhöht werden,
so würde
sich die Zeit, die vom Erreichen des Schwell wertes bis zum Erreichen
der Maximalkraft im Blindbefestiger erforderlich ist, dementsprechend
verringern und einen Wert annehmen der außerhalb der zulässigen Abweichung
vom Referenzwert liegt, sodaß – wie auch
im Fall der Kurve K4 der 3 – auch in
jedem dieser Fälle
ein Fehlersignal ausgegeben werden würde.
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Vorstehende Ausführungen zeigen, daß mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
nicht nur das Erreichen einer ordnungsgemäßen Befestigung der miteinander
zu verbindenden Teile überwacht
werden kann. Vielmehr kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch überwacht
werden, ob auch alle mit einem Werkstück zu verbindenden Teile tatsächlich an
diesem befestigt wurden. Gleichzeitig kann festgestellt werden,
ob mehr Teile miteinander verbunden wurden, als dies vorgesehen
war.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde vorstehend
für solche
Fälle erläutert, bei
denen entweder ein oder zwei Teile an einem Werkstück befestigt
werden sollen.
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In der Praxis kommt es häufig vor,
daß an
einer Stelle eines Werkstückes
nur ein Teil und an einer anderen Stelle des gleichen Werkstückes zwei
oder gar mehr Teile befestigt werden sollen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch hier
insoweit eine Überwachungsmöglichkeit, als
für jede
der geforderten Möglichkeiten
eine Referenzkurve gebildet wird und diese bzw die hierfür maßgeblichen
Daten im Rechner gespeichert und entsprechend der Bearbeitungsfolge
bzw durch ein vorgegebenes Programm nacheinander zum Vergleich mit
den jeweiligen Ist-Werten abgerufen werden können.