DE19635184A1 - Vorrichtung zum Steuern einer Hubbewegung einer Nietmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Hubbewegung einer Nietmaschine mit einem Nietkopf und einem Nietstempel zum Herstellen einer Nietung mit einer Schließkopfhöhe.

Unter einem Niet wird ein Bolzen aus einem leicht verform­ baren Material zum unlösbaren form- und teilweise auch kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen verstanden. Er besteht aus einem Setzkopf unterschiedlicher Form und einem massiven, hohlen oder angebohrten Nietschaft. Zum Nieten wird der Nietschaft durch die gestanzten oder gebohrten und entgrateten Nietlöcher gesteckt und je nach Art und Zugänglichkeit des Niets umgeformt. Ein Vollniet wird am bereits vorhandenen Setzkopf mit einem Gegenhalter festgehalten und das freie Ende des Schaftes durch Druck- oder Schlagwirkung direkt oder mit Hilfe eines Kopfstempels (Döpper) indirekt zu einem Schließkopf verformt. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 28 48 917 bekannt.

Enge Toleranzen von funktionellen Anforderungen an Niet­ verbindungen verlangen eine immer genauere Einhaltung aller Eingangsgrößen von Komponenten und Einstellwerten der Nietmaschinen. Zunehmen wird auch Prozeß-Sicherheit, Pro­ zeßüberwachung oder "dokumentierte" Prozeß-Sicherheit verlangt. Dies kann geschehen durch:

• - Feststellen der Abweichung verschiedener Eingangsgrößen, wie Dimension des Niets, Materialfestigkeit, Maschinenpa­ rameter und Anzeige mit Meldegerät
• - Unterbrechen des Bearbeitungsprozesses bei festgestell­ ter Abweichung (Maschine unterbricht Bearbeitungsprozeß, Bediener muß Fehler quittieren, um weiterzufahren)
• - automatische Korrektur der Abweichungen oder Kompensa­ tion der Abweichungen durch entsprechend veränderte Pro­ zeßwerte der Nietmaschine (Niethub, Nietzeit, Nietkraft, Umformweg)
• - Kombination dieser Möglichkeiten, z. B. Kompensation und Registratur diverser Kennwerte, Abschalten der Anlage bei Überschreiten von gesetzten Grenzwerten.

Besondere Schwierigkeiten stellt die Forderung dar, bei der Durchführung einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Nietungen immer eine möglichst gleichbleibende Schließ­ kopfhöhe (Toleranz kleiner 0,1 mm) einzuhalten, und zwar unabhängig von der relativen Höhe des zu vernietenden Bau­ teils.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben genannten Art zu entwickeln, mit der eine gleichbleibende Schließkopfhöhe innerhalb eines vorbestimmten geringen Toleranzspielraumes eingehalten wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß dem Nietstempel eine Einrichtung zum Umschalten der Hubbewegung des Nietkopfes nach Erreichen der vorbestimmten Schließkopfhöhe zugeord­ net ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung handelt es sich um ein sogenanntes Niethub-Endschalter-Gerät, bei dem sich die Ermittlung und Einstellung von Nietzeit und Nietspin­ delhub der Nietmaschine erübrigt. Bei gegebenem Luftdruck (Nietspindelkraft) und geforderter Schließkopfhöhe wird automatisch immer mit der kürzestmöglichen Nietzeit gear­ beitet.

Innerhalb von Teilefamilien mit unterschiedlichen Höhen jedoch mit gleicher Nietverbindung (gleichartig und gleichdimensioniert) sind keine Umstellungen an der Niet­ maschine erforderlich.

Bevorzugt weist die Einrichtung einen Tastarm auf, der mit zumindest einer Referenzspitze zum Aufsetzen auf einer Re­ ferenzoberfläche versehen ist. Diese Referenzspitze soll in einem vertikalen Abstand von einem Druckpunkt des Niet­ stempels angeordnet sein, der größer als die Schließ­ kopfhöhe ist. Durch den Tastarm werden auch die zu nietenden Werkstücke niedergehalten.

Dieses Übermaß des Abstandes zwischen Referenzspitze und Druckpunkt entspricht nun wiederum einem Abstand, der zwischen einem Schaltstift und einem Kontaktstift eingehalten wird. Dabei ist der Schaltstift dem Tastarm zugeordnet. Tastarm und Schaltstift sind zusammen vertikal bewegbar, beispielsweise an einem Hubschlitten festgelegt, der in entsprechenden Führungen vertikal geführt ist. Hierbei kann es sich um Kugellager-Rollen- od. dgl. -führungen handeln. Die Führungen selbst sind von untergeordneter Bedeutung, weshalb vom vorliegenden Erfindungsgedanken alle möglichen Führungen umfaßt sein sollen.

Dieser bewegbare Tastarm, der mit seiner Referenzspitze beim Aufsetzen auf einer Referenzebene, bevorzugt auf einer Werkstückoberfläche, sich vertikal bewegt, kann folgende Fehlereinflüsse automatisch kompensieren:

• - Toleranz der Werkstückhöhe.
  Während bisher bei Nietung auf Anschlag (in 99% aller Fälle wird diese Einstellung angewendet) die Höhentole­ ranz des Werkstückes gleich wie die Verstellung eines Hubanschlags um diesen Wert wirkt, spielt eine Werk­ stückhöhe oder auch Unterschiede in der Werkstückhöhe keinerlei Rolle.
• - Toleranz des Nietschaftüberstandes.
  Ein größerer Nietschaftüberstand bewirkte bisher ein größeres Schließkopfvolumen, was wiederum ein Anstei­ gen der Umformkraft und somit der Nietzeit nach sich zog. Bei knapp eingestellter Nietzeit verhinderte ein zu großer Nietschaftüberstand die fertige Ausbildung eines Schließkopfes. Gemäß der vorliegenden Erfindung spielt die Nietzeit überhaupt keine Rolle, so daß es immer zu einer vollendeten Nietung kommt.
• - Toleranz in physikalischen Werkstoffeigenschaften, z. B. Härte und Zähigkeit, was sich in unterschiedlichem Um­ formwiderstand äußert.
  Gleiche Auswirkung wie bei Toleranz des Nietschaft­ überstandes.
• - Toleranz des Luftdruckes und der inneren Reibung der Nietmaschine.
  Bisher mußte die Nietzeit mit Sicherheitszugabe ein­ gestellt werden, da sonst bei niedrigem Druck der Schließkopf nicht fertig ausgebildet wurde. Im umge­ kehrten Fall wurde zu lange auf Anschlag ausgenietet, was wiederum negative Auswirkungen haben konnte. Da im vorliegenden Fall die Nietzeit keine Rolle spielt, wird immer der Schließkopf fertig ausgebildet, dann aber kommt es sofort zum Umschalten der Hubbewegung.
• - Toleranz der Nietspindelgeschwindigkeit (Stellung des Drosselventils).
  Gleiche Auswirkung wie bei Toleranz des Luftdruckes.
• - Durchfederung des Systems Maschine/Werkstück während Einwirkung der Nietkraft.
  Die Durchfederung ist proportional zum auftretenden Um­ formwiderstand. Da viele Faktoren den Umformwiderstand verändern, ist diese Fehlerquelle groß. Der Veränderung der Durchfederung mußten Hubeinstellung und Nietzeit dauernd angepaßt werden. Extrem problematisch war dies vor allem dann, wenn innerhalb eines Werkstückes mehrere Nietpositionen vorkamen, und die Nietstellen nicht di­ rekt abgestützt werden konnten. Das Werkstück weist dann je nach Nietposition unterschiedliche Federaten auf. Da nach der vorliegenden Erfindung weder Nietzeit noch Nietspindelhub eine Rolle spielen, tritt dieses Problem in den Hintergrund.

Damit das oben genannte Übermaß des Abstandes zwischen Referenzspitze und Druckpunkt eingestellt werden kann, sollte entweder der Schaltstift gegenüber dem Kontakt­ stift oder der Kontaktstift gegenüber dem Schaltstift ebenfalls vertikal bewegbar angeordnet sein. Im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel wird der Kontaktstift gegen­ über dem Schaltstift bewegbar angeordnet. Hierzu kann beispielsweise der Kontaktstift oder ein Schlitten, an dem der Kontaktstift angeordnet ist, in den gleichen, dann aber verlängerten Führungen angeordnet sein, wie der Schaltstift bzw. der Hubschlitten für den Tastarm.

Die vertikale Lageveränderung des Kontaktstiftes wird durch einen Justierstab mit einem Spindelgewinde ermög­ licht, wobei dem Justierstab ein Drehknauf mit einer entsprechenden Skalierung zugeordnet ist. Wird an dem Drehknauf gedreht, wandert der Schlitten entlang dem Justierstab nach oben oder nach unten.

Das erfindungsgemäße Niethub-Endschalter-Gerät wirkt dynamisch messend und kompensiert Maschinen- und Werk­ stückfehler während des Nietvorganges. Umformgrad und Formänderungsbeanspruchung des Nietwerkstoffes bleiben unter allen Bedingungen konstant und somit auch die Ei­ genschaften der Nietverbindung.

In Kombination mit dem aktiven Teil der Prozeß-Sicher­ heit (Niethub-Endschalter-Gerät) sind für die Prozeß-Kontrolle und Auswertung (reaktiver Teil der Prozeß-Sicherheit) pneumatische Logik-Glieder mit Grenz-Druck­ schalter einsetzbar.

Aus den entstehenden Eingangssignalen (Niethub, Druck bei oberem und unterem Grenzwert) können folgende Aussagen für die Prozeßkontrolle interpretiert werden:

• - Nietung o.k., d. h., alle Grenzwerte sind innerhalb der eingestellten Fenstergrößen.
• - Nietung fehlerhaft, da unterer Grenzwert nicht erreicht wurde:
• - Kein Niet da;
• - Niet zu klein (Überstand, Durchmesser, Volumen);
• - Nietmaterial zu weich;
• - Nietung fehlerhaft, da obere Grenzwerte überschritten wurde:
• - Fügeteil liegt nicht richtig auf;
• - Niet zu groß (Überstand, Durchmesser, Volumen);
• - Nietmaterial zu hart.

Die Auswertungssignale können für beliebige Steueraktio­ nen weiterverarbeitet werden:

• - Aufzeichnung, Speicherung, Protokoll;
• - Anzeige mit Signallampe;
• - Anhalten des Prozesses;
• - Aussortieren, Gut/Ausschuß.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann im übrigen jede, auch bisher sich schon auf dem Markt befindliche Nietmaschine nachgerüstet werden. Ferner ist die Nietlage im Raum gleichgültig, da die erfindungsgemäße Einrichtung immer mit dem Nietkopf folgt, egal ob sich dieser vertikal von oben nach unten, unten nach oben oder horizontal bewegt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine teilweise schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Steuern einer Hubbewegung einer Nietmaschine.

Von einer Nietmaschine ist im vorliegenden Ausführungs­ beispiel ein Nietkopf 1 angedeutet, aus dem ein Nietstem­ pel 2 herausragt. Dieser Nietstempel 2 ist im Verhältnis zu einer Nietachse 3 schräg gestellt, da beispielsweise in den heute üblichen Radial-Nietmaschinen die Nietstempel 2 räumlich schwingen, um die Nietung zu verbessern. Selbst­ verständlich könnte dieser Nietstempel auch in der Niet­ achse 3 verlaufen.

Dem Nietkopf 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung E zum Umschalten der Hubbewegung des Nietkopfes 1 in Richtung y zugeordnet, wobei diese Einrichtung E über ein Ver­ bindungselement 4 mit dem Nietkopf 1 verbunden ist. Diese Einrichtung E weist eine Tragplatte 5 auf, an der ein Tastarm 6 angeordnet ist. Dieser Tastarm 6 ist gegenüber der Tragplatte 5 in Richtung des Doppelpfeiles 7 bewegbar angeordnet, wobei ein entsprechender Hubschlitten 8 in nicht näher dargestellten, jedoch handelsüblichen Verti­ kalführungen entlang der Tragplatte 5 bewegbar ist.

Von dem Hubschlitten 8 kragt der Tastarm 6 etwa horizon­ tal ab, wobei er endwärtig eine konische Öffnung 9 auf­ weist, welche zumindest teilweise den Nietstempel 2 um­ fängt. Randwärtig besitzt diese Öffnung 9 zumindest eine Referenzspitze 10. Der Tastarm 6 ist über beliebige Be­ festigungsmittel mit dem Hubschlitten 8 verbunden.

Vom Hubschlitten 8 ragt ein Schaltstift 11 auf, der eben­ falls zusammen mit dem Hubschlitten 8 vertikal in Richtung des Doppelpfeiles 7 bewegbar ist. Bei seiner Bewegung trifft der Schaltstift 11 auf einen Kontaktstift 12, der wiederum aus einem weiteren ebenfalls vertikal in Rich­ tung des Doppelpfeiles 7 verstellbaren Schlitten 13 heraus­ ragt. Auch dieser Schlitten 13 wird bevorzugt in nicht näher gezeigten vertikale Führungen geführt, wobei diese Führungen die Fortsetzung der Führungen für den Hubschlit­ ten 8 sein können. Die Führung ist im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel nur schematisch mit der Bezugszahl 14 ge­ kennzeichnet.

Der Schlitten 13 ist weiterhin einem Spindelgewinde 15 eines Justierstabes 16 aufgesetzt und bei Drehung des Justierstabes 16 vertikal verstellbar. Der Justierstab 16 dreht in einer Halteplatte 17, die mit der Tragplatte 5 verbunden ist. Eine Drehung erfolgt über einen Drehknauf 18, der auch eine Skalierung 19 besitzt, über die ein Abstand x zwischen dem Kontaktstift 12 und dem Schaltstift 11 eingestellt werden kann. Dieser Wert x entspricht dem Abstand eines Druckpunktes 20 der Stirnfläche 21 von der Referenzspitze 10 des Tastarmes 6 abzüglich einer gewünschten Schließkopfhöhe h eines Schließkopfes 22 eines Niets 23, mit dem im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel zwei plattenförmige Werkstücke 24 und 25 miteinander verbunden werden. Im vorliegenden Ausführungs­ beispiel sind die Werkstücke 24 und 25 der Übersichtlich­ keit halber relativ weit von dem Tastarm 6 angeordnet, in der Praxis wird sich der Tastarm 6 relativ nahe oberhalb der Werkstücke 24 und 25 befinden.

Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgen­ de:
Nach Montage der Einrichtung E an dem Nietkopf 1 wird der Hubschlitten 8 mit dem Tastarm 6 beispielsweise von Hand bis zu dem leicht fühlbaren Kontaktstift 12 vertikal nach oben verschoben. Bei eingeschalteter Steuerung ist bei Berührung des Kontaktstiftes 12 ein leichtes Schalter­ klicken beispielsweise eines My-Com-Schaltverstärkers zu hören. Am skalierten Drehknauf 18 ist der fühlbare Anschlag so weit nach oben oder unten zu verstellen, bis der vom Auge geschätzte Abstand zwischen Druckpunkt 20 und Refe­ renzspitze 10 des Tastarmes 6, welcher der Höhe h des Schließkopfes 22 entspricht, erreicht wird. Nunmehr er­ folgt die Auslösung des Nietvorganges.

Nach der ersten Vernietung ist die Schließkopfhöhe h zu messen und die Differenz zum angestrebten Sollmaß am Drehknauf 18 nachzustellen. Die Skalierung beträgt bevor­ zugt 0,05 mm pro Teilstrich, so daß die Einstellung in sehr kleinen Schritten erfolgen kann.

Die einmal gewählte Einstellung bleibt für die gleichblei­ bende Schließkopfhöhe h erhalten, bis eine Änderung ge­ wünscht wird.

Bezugszeichenliste

1 Nietkopf
2 Nietstempel
3 Nietachse
4 Verbindungselement
5 Tragplatte
6 Tastarm
7 Doppelpfeil
8 Hubschlitten
9 Öffnung
10 Referenzspitze
11 Schaltstift
12 Kontaktstift
13 Schlitten
14 Führung
15 Spindelgewinde
16 Justierstab
17 Halteplatte
18 Drehknauf
19 Skalierung
20 Druckpunkt
21 Stirnfläche
22 Schließkopf
23 Niet
24 Werkstück
25 Werkstück
E Einrichtung
h Schließkopfhöhe
x Abstand
y Hubbewegung.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Steuern einer Hubbewegung einer Niet­ maschine mit einem Nietkopf (1) und einem Nietstempel (2) zum Herstellen einer Nietung mit einer Schließkopfhöhe (h), dadurch gekennzeichnet, daß dem Nietstempel (2) eine Einrichtung (E) zum Umschal­ ten der Hubbewegung des Nietkopfes (1) nach Erreichen der vorbestimmten Schließkopfhöhe (h) zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (E) einen Tastarm (6) aufweist, der mit zumindest einer Referenzspitze (10) zum Aufsetzen auf einer Referenzoberfläche versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspitze (10) in einem vertikalen Abstand von einem Druckpunkt (20) des Nietstempels (2) angeordnet ist, der größer als die Schließkopfhöhe (h) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß (x₁) des Abstandes zwischen Referenz­ spitze (10) und Druckpunkt (20) einem Abstand (x) ent­ spricht, der zwischen einem Schaltstift (11) und einem Kontaktstift (12) eingehalten ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift (11) dem Tastarm (6) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Tastarm (6) und Schaltstift (11) an einem Hub­ schlitten (8) festliegen, der vertikal bewegbar in Füh­ rungen (14) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (12) ebenfalls ver­ tikal bewegbar angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (12) ebenfalls in den Führungen (14) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kontaktstift (12) an einem Schlitten (13) angeordnet und dieser mit einem Spindelgewinde (15) eines Justierstabes (16) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Justierstab (16) ein Drehknauf (18) mit einer Skalierung (19) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (6) den Nietstempel (2) mit einer Öffnung (9) umfängt.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (6) eine Niederhalterfunktion für zu nietende Werkstücke erfüllt.