DE19731222A1

DE19731222A1 - Verfahren zum Ausbilden einer Stanznietverbindung sowie eine Fügevorrichtung für Stanzniete

Info

Publication number: DE19731222A1
Application number: DE19731222A
Authority: DE
Inventors: Hermann Roeser; Dieter Mauer
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: DE19731222C5; EP0970766A2; EP0970766A3; EP0893179A2; EP0893179B1; DE69800354D1; ES2392952T3; DE69800354T2; EP0970766B1; JPH1190575A; PT970766E; JP4129317B2; EP0893179A3; US20010003859A1; DE19731222B4

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbil dung einer Stanznietverbindung sowie auf eine Fügevorrichtung für Stanz niete.

Zur Ausbildung einer Stanznietverbindung, durch die wenigstens zwei Füge teile durch einen Niet miteinander verbunden werden, ist es nicht notwendig, daß die Fügeteile vorgelocht werden müssen. Es ist bekannt, daß eine Stanznietverbindung mittels eines Vollnietes oder eines Hohlnietes erfolgen kann.

Die Ausbildung einer Stanznietverbindung mit einem Vollniet erfolgt in der Weise, daß die Fügeteile auf eine Matrize gelegt werden. Oberhalb der Matrize wird ein Niederhalter zur Anlage an die Fügeteile gebracht. Die Fügeteile werden zwischen dem Niederhalter und der Matrize verspannt. Der Niederhalter ist hohlförmig ausgebildet. In ihm wird der Niet angeordnet. Auf den Niet wirkt ein Stempel ein, so daß der Stempel den Niet stanzend durch die Fügeteile hindurchdrückt. Hierbei stanzt der Niet in den Fügetei len ein Loch aus wodurch eine Vorlochung, wie dies bei konventionellen Nietvorgängen notwendig ist, entfällt. Nachdem der Niet in die Fügeteile eingedrungen ist, drückt der Niederhalter die Fügeteile gegen die Matrize, die einen Prägering hat. Durch die Krafteinwirkung des Niederhalters und die Geometrie der Matrize erfolgt eine plastische Deformation des matrizen seitigen Fügeteils, so daß dieses teilweise in eine Ringnut des Stanznietes fließt. Eine Umformung des Vollnietes findet nicht statt. Die Fügeteile werden durch die Geometrie des Kopfes des Nietes sowie durch die matri zenseitige Verbindung des Fügeteils mit den Niet in der Ringnut erreicht.

Zur Ausbildung einer solchen Stanznietverbindung werden Fügevorrichtungen verwendet, die hydraulisch betrieben werden. Der Stempel wird hierbei über eine hydraulische Zylindereinheit betätigt. Der apparative Aufwand solcher Fügevorrichtungen ist relativ hoch. Insbesondere ist die Prozeßsteuerung zur Erreichung qualitativ hochwertiger Stanznietverbindungen nicht unproblema tisch. Insbesondere aufgrund von Viskositätsänderungen kommt es bei hy draulisch betriebenen Fügevorrichtungen zu Schwankungen der vom Stempel ausgeübten Kraft. Die Änderungen der Viskosität des Hydraulikmediums sind im wesentlichen temperaturabhängig. Ein weiterer Nachteil hydraulisch betriebener Fügevorrichtungen ist, daß das Hydraulikmedium bei dem es sich um Öl handeln kann, hydroskopisch wirkt, so daß in vorgebenen Zeitinter vallen ein Austausch des Hydrauliköls notwendig ist.

Bei der Ausbildung einer Stanzverbindung mit einem Hohlniet, entsprechen des gilt auch für ein Halbhohlniet, durchdringt der Hohlniet das stempelseiti ge Fügeteil und dringt teilweise in das matrizenseitige Fügeteil hinein. Die Matrize ist so ausgebildet, daß das matrizenseitige Fügeteil sowie der Niet zu einem Schließkopf verformt werden. Ein Beispiel einer Ausgestaltung einer Fügevorrichtung zur Ausbildung einer Stanznietverbindung mit einem Hohlniet ist durch die DE 44 19 065 A1 bekannt. Auch zur Herstellung einer Stanznietverbindung mit einem Hohlniet werden Fügevorrichtungen verwendet, die hydraulisch betrieben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung anzugeben, durch welches der apparati ve Aufwand zur Durchführung des Verfahrens verringert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es eine Überwachung der Ausbildung einer Stanzniet verbindung anzugeben, durch das eine verbesserte Qualitätssicherung erreicht wird. Desweiteren soll eine Fügevorrichtung für Stanzniete angegeben wer den, die konstruktiv einfach aufgebaut sein soll.

Diese Zielsetzung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bzw. eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 erreicht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietver bindung wird vorgeschlagen, daß ein Stempel und gegebenenfalls ein Nie derhalter über eine Übertragungseinheit angetrieben wird bzw. werden, die eine Rotationsbewegung einer Antriebseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels bzw. des Niederhalters umwandelt. Hierdurch kann zur Durch führung des Verfahrens auf einen relativ großen apparativen Aufwand, wie er für die bekannten Verfahren notwendig ist, wenn der Stempel und gege benenfalls ein Niederhalter hydraulisch betrieben wird bzw. werden, ver zichtet werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß durch die Umwandlung der Rotationsbewegung einer Antriebseinheit in eine Trans lationsbewegung des Stempels eine relativ gute Steuerung des Verfahrens erreichbar ist, da als Antriebseinheit ein Elektromotor dienen kann. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung können auch unterschiedliche Geschwindigkeiten des Stempels verwirklicht werden. Ein weiterer Vorzug des Verfahrens ist, daß die Verfahrensführung unabhängig von äußeren Einflußgrößen ist. Spielt beispielsweise die Umgebungstemperatur bei einer hydraulischen Betätigung des Stempels eine Rolle, da diese Auswirkungen auf das Hydraulikmedium hat, so ist dieser Einfluß bei dem erfindungs gemäßen Verfahren nicht gegeben.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Drehzahl der Antriebseinheit veränderlich einstellbar ist. Durch diese Maßnahme kann die Geschwindigkeit des Stempels bzw. des Niederhalters, mit der des Stempels bzw. der Niederhalter auf die Fügeteile bzw. den Niet einwirkt, variiert werden. Hierbei kann die Drehzahl der Antriebseinheit in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Nietes und/oder den Eigenschaften der Fügeteile eingestellt werden. Der Vorzug der einstell baren Drehzahl der Antriebseinheit ist auch daran zu sehen, daß beispiels weise der Stempel und gegebenenfalls der Niederhalter zunächst mit einer hohen Geschwindigkeit zur Anlage an die Fügeteile und danach der Stempel und gegebenenfalls der Niederhalter mit einer geringeren Geschwindigkeit verfahren wird. Dies hat den Vorteil, daß eine relativ rasche Positionierung des Stempels und des Niederhalters erfolgen kann. Dies hat auch Auswirkun gen auf die Taktzeiten einer Fügevorrichtung.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, daß der Stempel und gegebenenfalls der Niederhalter aus einer vorgebbaren Ruhelage verfahrbar ist. Die Ruhelage des Stempels und gegebenenfalls des Niederhal ters wird in Abhängigkeit von der Gestalt der Fügeteile gewählt. Handelt es sich bei den Fügeteilen beispielsweise um glatte Bleche, so kann der Ab stand zwischen einer Nieteinheit, die den Stempel und den Niederhalter umfaßt und einer Matrize unwesentlich größer sein als die Dicke der aufein anderliegenden Fügeteile. Weist ein Fügeteil in Zuführrichtung des Fügeteils betrachtet ein Rippe auf, so wird die Ruhelage der Nieteinheit so gewählt, daß die Rippe zwischen der Nieteinheit und der Matrize durchführbar ist. Es ist daher nicht notwendig, daß die Nieteinheit stets in ihre maximale mögli che Endposition, die durch einen maximalen Abstand zwischen der Niet einheit und einer Matrize definiert ist, verfahren wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor geschlagen, daß die Prozeßdaten während eines Stanznietvorgangs ermittelt werden.

Insbesondere wird während eines Stanznietvorgangs ein Verfahrweg des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters ermittelt. Die Ermittlung des Verfahrweges des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters gestaltet sich besonders einfach, da aufgrund der bekannten Übertragungsverhältnisse der Rotationsbewegung der Antriebseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels bzw. des Niederhalters aus der Anzahl der Umdrehungen der Antriebseinheit der Verschiebeweg des Stempels bzw. Niederhalters ermittel bar ist. Die Antriebseinheit kann hierzu mit den an für sich bekannten Hilfsmitteln beispielsweise eine Inkrementalscheibe versehen sein. Es ist auch möglich einen Schrittmotor als Antriebseinheit zu verwenden.

Vorzugsweise wird während eines Stanznietvorgangs die Krafteinwirkung des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters auf die Fügeteile ermittelt. Aus dem Verlauf der Krafteinwirkung während des Fügevorgangs kann eine Qualitätsaussage über die Stanznietverbindung abgeleitet werden, wie dies im weiteren beschrieben ist.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, daß wäh rend eines Stanznietvorgangs die Stromaufnahme der Antriebseinheit ermittelt wird. Die Stromaufnahme der Antriebseinheit ist im wesentlichen proportio nal der Krafteinwirkung des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters auf die Fügeteile, so daß die Krafteinwirkung mittelbar ermittelt werden kann. Zur Ermittlung der Krafteinwirkung sind nicht zwingend zusätzliche Kraftmesser notwendig. Die Ermittlung der Stromaufnahme kann mittels einfacher Bauteile erfolgen.

Zusätzlich oder alternativ zu der Ermittlung der Stromaufnahme bzw. der Krafteinwirkung des Stempels wird vorgeschlagen, daß das Drehmoment der Antriebseinheit und/oder der Übertragungseinheit während eines Stanznietvor gangs ermittelt wird. Auch das Drehmoment der Antriebseinheit und/oder der Übertragseinheit ist proportional zur Krafteinwirkung des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters auf die Fügeteile. Aus dem Verlauf des Drehmomentes kann auch eine Qualitätsaussage über den Stanznietvorgang bzw. über Stanznietverbindung getätigt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß während eines Fügevorgangs eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Könngröße des Stempels und gegebenenfalls des Nie derhalters in Abhängigkeit vom Weg des Stempels oder vom Stempels und des Niederhalters gemessen wird. Diese Messung ergibt einen Ist-Verlauf. Dieser Ist-Verlauf wird mit einem Soll-Verlauf verglichen. Ergibt ein Ver gleich, daß der ermittelte Ist-Verlauf von dem Soll-Verlauf in wenigstens einem vorgegebenen Bereich um einen vorgegebenen Grenzwert abweicht, so wird ein Signal ausgelöst. Diese Verfahrensführung hat insbesondere den Vorteil, daß hierdurch eine qualitative Überwachung der Ausbildung einer Stanzverbindung ermöglicht wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich erfolgt, in dem eine durch eine Krafteinwirkung des Stempels auf einen Niet, der zu Anlage an die Fügeteile gelangte, eine Setzung im wesentlichen abgeschlossen und ein Niet in das stempelseitige Fügeteil eindrang. Aus dem Ist-Kraft-Weg-Verlauf im Vergleich zu dem Soll-Verlauf kann eine Aussage getroffen werden, ob ein Niet zugeführt und der Niet auch ordnungsgemäß zugeführt worden ist. Unter einer ordnungs gemäßen Zuführung wird eine Zuführung verstanden, durch die der Niet lagerichtig an dem Fügeteil anliegt. Aus dem Ergebnis dieses Vergleiches kann auch darauf geschlossen werden, ob beispielsweise eine automatische Zuführung von Nieten ordnungsgemäß arbeitet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich, in dem eine durch eine Krafteinwirkung des Stempels auf eine Niet, insbesondere einen Vollniet, eine Stanzung der Fügeteile im wesentli chen erfolgte und der Niederhalter eine Kraft auf das stempelseitige Fügeteil ausübt. Dies hat den Vorteil, daß überprüft werden kann, ob der Niet die Fügeteile tatsächlich durchdrang.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor geschlagen, daß ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenig stens in einem Bereich erfolgt, in dem ein Niet, insbesondere ein Hohlniet, durch eine Krafteinwirkung des Stempels das stempelseitige Fügeteil im wesentlichen durchdrang und eine Schließkopfbildung des Nietes einsetzte. Hierdurch kann auch überprüft werden, ob die Fügeteile auch eine vor gegebene Dicke aufweisen.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich vorgeschlagen, in dem eine Schließkopfbildung des Nietes, insbesondere eines Hohlnietes im wesentlichen erfolgte und eine Stauchung des Nietes einsetzte. Hierdurch kann überprüft werden ob der Niet Plan mit der Oberfläche des stempelseitigen Fügeteils abschließt.

Es wird auch vorgeschlagen, daß aus der Stromaufnahme eine Kraft des Stempels oder des Stempels und des Niederhalters auf die Fügeteile oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße ermittelt wird. Der ermittelte Verlauf der Kraft in Abhängigkeit vom Weg des Stempels oder des Stem pels und des Niederhalters kann bestimmten Parametern, wie beispielsweise Dicke der Fügeteile, Werkstoff der Fügeteile, Gestalt und Werkstoff des Stanznietes zugeordnet werden. Ein solcher Verlauf kann zur Ansteuerung einer Fügevorrichtung dienen, wenn ähnliche Fügeteile mittels vergleichbaren Stanznieten miteinander verbunden werden sollen. Dies hat den Vorteil, daß der Aufwand zur Ermittlung der günstigsten Prozeßparameter für die Aus bildung einer Stanznietverbindung verringert wird.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken wird eine Fügevorrich tung für Stanzniete mit einer Matrize, einem Niederhalter, einem Stempel, einer mit dem Stempel verbundenen Antriebseinheit, einer Steuerungseinheit zur Steuerung wenigstens der Antriebseinheit und einer Überwachungseinheit vorgeschlagen, bei der die Antriebseinheit elektromotorisch wirkend ist. Die elektromotorische Antriebseinheit ist über eine Übertragungseinheit mit dem Stempel oder mit dem Stempel und dem Niederhalter verbunden. Hierdurch wird erreicht, daß die Rotationsbewegung der elektromotorischen Antriebsein heit über die Übertragungseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels oder des Stempels und des Niederhalters erreicht wird. Durch diese Ausge staltung der Fügevorrichtung wird auch erreicht, daß stoßartige Beanspru chung der Fügevorrichtung, wie dies bei den bekannten hydraulisch betriebe nen Fügevorrichtungen nicht eintritt. Ein weiterer Vorzug der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist, daß die Fügevorrichtung sowohl mobil als auch stationär einsetzbar ist. Auch bei einem stationären Einsatz der Fügevor richtung ist lediglich ein Stromanschluß für die elektromotorische Antriebs einheit notwendig. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist wirtschaftlich herstellbar.

Vorzugsweise ist die Fügevorrichtung so ausgestaltet, daß die Übertragungs einheit wenigstens ein Getriebe aufweist. Das Getriebe ist vorzugsweise ein Untersetzgetriebe. Dies hat den Vorteil, daß eine Antriebseinheit mit einem relativ geringen Drehmoment verwendet werden kann. Das relativ geringe Drehmoment der Antriebseinheit wird durch das Untersetzgetriebe in Ab hängigkeit vom Untersetzverhältnis in ein entsprechend höheres Drehmoment bzw. Kraft auf den Stempel übertragen. Vorzugsweise ist das Getriebe so ausgelegt, daß es wenigstens ein vorgegebenes Untersetzverhältnis aufweist.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, daß der Stempel oder der Stempel und der Niederhalter mit der Übertragungseinheit über einen Spindelantrieb verbunden ist. Zur Vermeidung hoher Reibungsver luste wird vorgeschlagen, daß der Spindelantrieb ein Kugelumlauf-Spindel antrieb ist.

Die Überwachungseinheit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen Sensor auf, der zur Erfassung von Prozeß daten dient. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Sensor ein Wegaufnehmer ist, der den Weg des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters während eines Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar auf nimmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Fügevorrichtung wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Sensor ein Kraftaufnehmer ist, der die Krafteinwirkung des Stempels und gegebenenfalls des Niederhalters während des Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar aufnimmt. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der Kraftaufnehmer wenigstens ein Piezoelement aufweist. Alternativ kann der Kraftaufnehmer eine Kraftmeßdose sein.

Vorzugsweise ist der Kraftaufnehmer zwischen dem Stempel und der Über tragungseinheit angeordnet bzw. zwischen dem Niederhalter und der Über tragungseinheit. Die Übertragungseinheit stützt vorzugsweise an ein Gestell. Der Kraftaufnehmer ist zwischen der Übertragungseinheit und dem Gestell angeordnet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Fügevorrichtung wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Sensor die Stromaufnahme der Antriebs einheit während eines Fügevorgangs mißt.

Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Sensor das Drehmoment der Antriebseinheit und/oder der Übertragungseinheit während eines Fügevorgangs aufnimmt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Fügevorrichtung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausgestaltung einer Fügevorrichtung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Fügevorrichtung,

Fig. 2 eine Fügevorrichtung im Schnitt,

Fig. 3 ein Kraft-Weg-Diagramm eines Stanznietvorgangs mit einem Voll niet und

Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm eines Stanznietvorgangs mit einem Hohl niet.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer Fügevorrichtung für Stanz niete. Die Fügevorrichtung weist eine elektromotorisch betriebene Antriebs einheit 1 auf. Die Antriebseinheit 1 ist mit einer Übertragungseinheit 2 verbunden. Hierbei kann eine Antriebswelle der Antriebseinheit 1 mit der Übertragungseinheit 2 gekoppelt sein. Die Koppelung kann vorzugsweise lösbar ausgestaltet sein, so daß unterschiedliche Übertragungseinheiten 2 verwendbar sind. Die Übertragungseinheit 2 weist vorzugsweise wenigstens ein Getriebe auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Untersetzge triebe. Bevorzugt ist hierbei die Ausgestaltung eines Getriebes, welches wenigstens ein vorgegebenes Untersetzverhältnis aufweist.

Die Übertragungseinheit ist mit einem Stempel 4 oder mit dem Stempel 4 und dem Niederhalter 5 verbunden. Ob lediglich der Stempelhalter 4 oder auch zusätzlich der Niederhalter 5 mit der Übertragungseinheit 2 verbunden ist, hängt davon ab, ob die Fügevorrichtung zur Ausgestaltung einer Stanz nietverbindung mit einem Vollniet oder einem Hohlniet eingesetzt wird. Wird die Fügevorrichtung zur Ausbildung einer Stanznietverbindung mittels eines Vollnietes eingesetzt, so ist auch der Niederhalter 5 an die Übertragungsein heit 2 gekoppelt.

Der Stempel 4 oder der Stempel 4 und der Niederhalter 5 sind mit der Übertragungseinheit 2 über einen Spindelantrieb 3 verbunden. Der Spindel antrieb 3 kann auch ein Bestandteil der Übertragungseinheit 2 sein, so daß diese eine bauliche Einheit bilden. Der Spindelantrieb 3 ist vorzugsweise ein Kugelumlauf-Spindelantrieb.

Der Stempel 4 und der Niederhalter 5 sind entsprechend dem in der Fig. 1 dargestellten Pfeil verfahrbar. Unterhalb des Stempels 4 ist eine Matrize 6 angeordnet. Schematisch sind auf der Matrize 6 zwei Fügeteile 7, 8 angeordnet.

Die Fügevorrichtung weist ferner eine Steuerungseinheit 9 zur Steuerung der Antriebseinheit 1 auf. Mit der Steuerungseinheit 9 ist eine Überwachungsein heit 10 verbunden, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung von Prozeß daten umfaßt. Schematisch ist in der Fig. 1 eine Verbindung der Über wachungseinheit mit der Antriebseinheit 1, der Übertragungseinheit 2 und dem Spindelantrieb 3 dargestellt. Die Antriebseinheit 1, die Überwachungs einheit 2 sowie der Spindelantrieb 3 können entsprechende Sensoren zur Aufnahme bestimmter Kenngrößen aufweisen, deren Ausgangssignale in der Überwachungseinheit 10 verarbeitet werden. Die Überwachungseinheit 10 kann ein Teil der Steuerungseinheit 9 sein, wobei die Überwachungseinheit 10 Eingangsignale als Steuer- bzw. Regelgrößen an die Steuerungseinheit 9 abgibt. Bei den Sensoren kann es sich um Weg- und Kraftaufnehmer han deln, die den Weg des Stempels 4 bzw. die Krafteinwirkung des Stempels 4 auf die Fügeteile 7, 8 ermitteln. Es kann auch ein Sensor vorhanden sein, der die Stromaufnahme der elektromotorisch wirkenden Antriebseinheit 1 mißt.

Zur Ausbildung einer Stanznietverbindung der Fügeteile 7, 8 wird innerhalb des Niederhalters ein Stanzniet angeordnet. Der Stempel 4 ist relativ zum Niederhalter 5 verschieblich. Durch den Stempel 4 wird auf einen Stanzniet eine Kraft ausgeübt, durch die Stanznietverbindung erreicht wird. Hierzu wird die Antriebseinheit 1 in Gang gesetzt. Die Rotationsbewegung der Antriebseinheit 1 wird über eine Übertragungseinheit 2 und in dem darge stellten Ausführungsbeispiel den Spindelantrieb 3 in eine Translationsbewe gung des Stempels 4 bzw. des Niederhalters 5 umgewandelt.

Fig. 2 zeigt eine Fügevorrichtung im Teilschnitt. Die Fügevorrichtung weist eine elektromotorisch betriebene Antriebseinheit 1 auf. Die Antriebseinheit 1 ist mit der Übertragungseinheit 2 verbunden. Die Übertragungseinheit 2 ist in einem oberen Endbereich eines Gehäuses 25 angeordnet. Das Gehäuse 25 ist mit einem Gestell 24 verbunden.

Die Antriebswelle 11 der Antriebseinheit 1 ist mit einem Riemenrad 12 der Übertragungseinheit 2 verbunden. Das Riemenrad 12 treibt über einen endlosen Riemen 13, bei dem es sich um einen flexiblen Zahnriemen handeln kann, ein Riemenrad 14 an. Der Durchmesser des Riemenrades 12 ist wesentlich kleiner als der Durchmessers Riemenrades 14, wodurch eine Untersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 11 erfolgt. Das Riemenrad 14 ist mit einer Antriebshülse 15 drehbar verbunden. Statt einer Übertragungs einheit 2 mit Riementrieb kann auch ein Getriebe mit Zahnrädern verwendet werden. Andere Alternativen sind auch möglich. Innerhalb der Antriebshülse 15, die entsprechend gelagert ist, ist eine Stange 17a transversal verschieb lich. Die translatorische Bewegung der Stange 17a wird über einen Spindel antrieb 3 erreicht, der eine Spindelmutter 16 aufweist, die mit der Stange 17a zusammenwirkt. An dem der Übertragungseinheit 2 gegenüberliegenden Endbereich der Stange 17a ist ein Führungsteil 18 ausgebildet, in welches die Stange 17a einführbar ist. An die Stange 17a schließt sich eine Stange 17b an. Im Übergangsbereich zwischen der Stange 17a und der Stange 17b ist ein Zwischenstück 23 vorgesehen. Das Zwischenstück 23 weist im wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Stange 17a bzw. 17b vorstehende Stifte 20 auf, die in Langlöcher 19 des Führungsteils 18 ein greifen. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein Verdrehen der Stange 17a und 17b nicht erfolgt. Die Stange 17b ist mit einem Stempel 4 verbunden. Der Stempel 4 ist lösbar an der Stange 17b angeordnet, so daß dieser entsprechend den zu verwendeten Nieten ausgebildet sein kann. Am vorderen Endbereich der Stange 17b ist ein Anschlagstück 22 vorgesehen. Zwischen dem Anschlagstück 22 und dem Zwischenstück 23 sind Federelemente 21 angeordnet. Bei den Federelementen 21 handelt es sich um Tellerfedern. Die Federelemente 21 sind in einem hülsenförmigen Abschnitt des Führungsteils 18 angeordnet. Das Führungsteil 18 ist gleitend in dem Gehäuse 25 an geordnet. Fig. 2 zeigt die Fügevorrichtung in einer Lage, in der der Stem pel 4 und der Niederhalter 5 an den Fügeteilen 7, 8 anliegen. Wobei die Fügeteile 7, 8 auf der Matrize 6 aufliegen.

Bei einer Stanznietverbindung mittels eines Vollnietes, der eine Nut aufweist, wird der Niet, nachdem die Fügeteile 7, 8 zwischen der Matrize 6 und dem Niederhalter 5 eingespannt worden sind, durch den Stempel 4 durch die Fügeteile 7, 8 hindurchgedrückt. Während dieses Vorgangs stanzt der Niet ein Loch in die Fügeteile 7, 8.

Durch den Niederhalter 5 und den Stempel 4 tritt eine Setzung ein, die in dem Kraft-Weg-Diagramm Fig. 3 bis zum Punkt A der Kurve verläuft. Anschließend stanzt der Niet ein Loch in die Fügeteile 7, 8, dieser Vorgang findet in dem Abschnitt A-B statt. Nach erfolgter Stanzung drückt der Niederhalter gegen die Fügeteile 7, 8. Hierbei drückt der Niederhalter so gegen die Matrize, daß das matrizenseitige Fügeteil 8 aufgrund einer ent sprechenden Ausgestaltung der Matrize 6 in die Nut des Nietes hineinfließt. Dieser Verfahrensabschnitt liegt zwischen den Punkten B-C.

Mit V1, V2 und V3 sind in der Fig. 3 Bereiche gekennzeichnet, in denen ein Vergleich des Ist-Verlaufes der Kraft oder einer der Kraft entsprechen den Kenngröße in Abhängigkeit vom Weg mit einem Soll-Verlauf verglichen werden kann. Die Bereiche V1, V2 und V3 sind signifikant für die Qualität der Ausgestaltung der Stanznietverbindung. Statt ausgewählter Bereiche V1, V2 oder V3 kann aber auch der gesamte Ist-Verlauf mit dem Soll-Verlauf verglichen werden. Durch einen Vergleich im Bereich V1 kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob beispielsweise ein Vollniet mit einer richtigen Orientierung auf dem stempelseitigen Fügeteil 7 angeordnet ist. Desweiteren kann eine Aussage über das Setzverhalten der Fügeteile abgeleitet werden. Bei unterschiedlichen Setzverhalten kann daraus geschlossen werden, daß beispielsweise das stempelseitige Fügeteil aus einem falschen Material be steht.

Durch einen Vergleich in dem Bereich V2 kann eine Aussage getätigt werden darüber, ob beispielsweise eine vollständige Durchstanzung der Fügeteile 7, 8 erfolgte.

Ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf im Bereich V3 liefert eine Aussage darüber, ob das Material des matrizenseitigen Fügeteils 8 in eine Ringnut eines nicht dargestellten Nietes eingeflossen ist.

Der Verlauf der Kraft in Abhängigkeit vom Weg kann nach dem erfindungs gemäßen Verfahren aus der Stromaufnahme des elektromotorischen Antriebs 1 ermittelt werden.

In der Fig. 4 ist schematisch ein Kraft-Weg-Diagramm dargestellt, wie er bei einem Stanznietvorgang unter Verwendung eines Hohlnietes entsteht. Das Kraft-Weg-Diagramm zeigt, daß beim Stanznietvorgang mittels eines Hohlnie tes im wesentlichen vier Prozeßabschnitte erkennbar sind. Bis zum Punkt A ist ein erster Prozeßabschnitt erkennbar, der im wesentlichen einem Setzvor gang entspricht. Zwischen den Punkten A-D ist ein zweiter Prozeßab schnitt erkennbar, der im wesentlichen dem Schneidvorgang entspricht. Während des Schneidvorgangs liegt der Stempel 4 und somit auch ein Niet einen relativ großen Weg s zurück, wobei die Krafteinwirkung des Stempels 4 auf den Niet relativ gleichbleibend ist.

Nachdem der Niet das stempelseitige Fügeteil 7 schneidend durchdrang, wird unter zunehmender Krafteinwirkung des Stempels 4 der Niet in der Matrize 6 gespreizt. Dieser Verfahrensabschnitt liegt zwischen den Punkten D-E des Kraft-Weg-Diagramms nach Fig. 4. Das matrizenseitige Fügeteil 8 wird durch die Matrize 6 während dieses Vorgangs verformt.

Bei einer Fortsetzung der Krafteinwirkung durch den Stempel 4 auf den Niet wird dieser gestaucht. Der Stauchvorgang ist in der Fig. 4 im Ab schnitt E-F erkennbar. Liegt der Kopf des Stanznietes in der Ebene des stempelseitigen Fügeteils 7, so ist die Stanznietverbindung hergestellt.

Der Kraft-Weg-Verlauf kann aus den Prozeßdaten ermittelt werden. Bei bekanntem Kraft-Weg-Verlauf, der als Referenzverlauf dient, kann anhand des tatsächlichen Verlaufs der Kraft in Abhängigkeit vom Weg die in Qualität einer Stanzverbindung bestimmt werden.

In der Fig. 4 sind Bereiche H1-H4 dargestellt, in denen vorzugsweise eine Überprüfung des Ist-Verlaufes der Kraft in Abhängigkeit vom Weg mit einem Soll-Verlauf erfolgt. Die Bereiche H1-H4 sind an den signifikanten Übergangsstellen der Prozeßschritte, wie vorstehend beschrieben, ausgewählt. Hierdurch kann eine Qualitätsaussage über die Stanznietverbindung getätigt werden. Statt einzelner Bereiche H1-H4 kann auch eine Überprüfung des gesamten Ist-Verlaufes mit einem Soll-Verlauf erfolgen, wobei der Soll- Verlauf ein Band bildet, innerhalb dessen Grenzen der Ist-Verlauf liegen sollte.

Bezugszeichenliste

1

Antriebseinheit

2

Übertragungseinheit

3

Spindelantrieb

4

Stempel

5

Niederhalter

6

Matrize

7

,

8

Fügeteil

9

Steuereinheit

10

Überwachungseinheit

11

Antriebswelle

12

Riemenrad

13

Riemen

14

Riemenrad

15

Antriebshülse

16

Spindelmutter

17

a, b Stange

18

Führungsteil

19

Langloch

20

Stift

21

Federelement

22

Anschlagstücke

23

Zwischenstücke

24

Gestell

25

Gehäuse

Claims

1. Verfahren zum Ausbildung einer Stanznietverbindung bei dem ein Stempel (4) und gegebenenfalls ein Niederhalter (5) über eine Über tragungseinheit (2) angetrieben wird bzw. werden, die eine Rotations bewegung einer Antriebseinheit (1) in eine Translationsbewegung des Stempels (4) bzw. des Niederhalters (5) umwandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stempel (4) und gegebenen falls der Niederhalter (5) über eine Übertragungseinheit (2) durch eine elektromotorische Antriebseinheit (1) angetrieben wird bzw. werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Drehzahl der Antriebseinheit (1) veränderlich einstellbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Stempel (4) und gegebenenfalls der Niederhalter (5) zunächst mit einer hohen Geschwin digkeit zur Anlage an die Fügeteile und danach der Stempel (4) und gegebenenfalls der Niederhalter (5) mit einer geringeren Geschwindigkeit verfahren werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Stempel (4) und gegebenenfalls der Niederhalter (5) aus einer vorgebbaren Ruhelage verfahrbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Prozeßdaten während eines Stanznietvorgangs ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Verfahrweg des Stempels (4) und gegebenenfalls des Niederhalters (5) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Kraftein wirkung des Stempels (4) und gegebenenfalls des Niederhalters (5) wäh rend eines Stanznietvorgangs auf Fügeteile (7, 8) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Stromauf nahme der Antriebseinheit (1) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Drehmo ment der Antriebseinheit (1) und/oder der Übertragungseinheit (2) wäh rend eines Stanznietvorgangs ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem während eines Fügevorgangs eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße des Stempels (4) und gegebenenfalls des Niederhalters (5) in Abhängig keit vom Weg des Stempels (4) oder vom Weg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) gemessen und ein Ist-Verlauf ermittelt und dieser mit einem Soll-Verlauf verglichen und ein Signal ausgelöst wird, wenn der ermittelte Ist-Verlauf von dem Soll-Verlauf in wenigstens einem vorgegebenen Bereich um einen vorgegebenen Grenzwert abweicht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (V1, H1) erfolgt, in dem eine durch eine Krafteinwirkung des Stempels (4) auf einen Niet auf die Fügeteile bewirkte Setzung im wesentlichen erfolgte und ein Niet in das stempelseitige Fügeteil (7) eindrang.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem ein Vergleich des Ist- Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (V2) erfolgt, in dem eine durch eine Krafteinwirkung des Stempels (4) auf einen Niet, insbesondere einen Vollniet, Stanzung der Fügeteile (7, 8) im wesentlichen erfolgte und der Niederhalter (5) eine Kraft auf das stempelseitige Fügeteil (7) ausübt.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem ein Vergleich des Ist- Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (H2) erfolgt, in dem ein Niet, insbesondere ein Hohlniet, durch eine Kraft einwirkung dem Stempels (4) das stempelseitige Fügeteil (7) im wesentli chen durchdrang und eine Schließkopfbildung des Nietes einsetzte.

15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 oder 14, bei dem ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (H3) erfolgt, in dem eine Schließkopfbildung eines Nietes, insbesondere eines Hohlnietes, im wesentlichen erfolgte und eine Stauchung des Nietes einsetzte.

16. Fügevorrichtung für Stanzniete mit einer Matrize (6), einem Niederhalter (5), einem Stempel (4), einer mit dem Stempel (4) verbundenen An triebseinheit (1), einer Steuerungseinheit (9) zur Steuerung wenigstens der Antriebseinheit (1) und einer mit der Steuerungseinheit (9) ver bundenen Überwachungseinheit (10), gekennzeichnet durch eine elek tromotorische Antriebseinheit (1), die über eine Übertragungseinheit (2) mit dem Stempel (4) oder mit dem Stempel (4) und dem Niederhalter (5) verbunden ist.

17. Fügevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinheit (2) wenigstens ein Getriebe aufweist.

18. Fügevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Untersetzgetriebe ist.

19. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stempel (4) oder der Stempel (4) und der Niederhal ter (5) mit der Übertragungseinheit (2) über einen Spindelantrieb (3) verbunden ist.

20. Fügevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelantrieb (3) ein Kugelumlauf-Spindelantrieb ist.

21. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überwachungseinheit (10) wenigstens einen Sensor zur Erfassung von Prozeßdaten aufweist.

22. Fügevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenig stens ein Sensor ein Wegaufnehmer ist, der den Weg des Stempels (4) und gegebenenfalls des Niederhalters (5) während eines Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar aufnimmt.

23. Fügevorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor ein Kraftaufnehmer ist, der die Krafteinwir kung des Stempels (4) und gegebenenfalls des Niederhalters (5) während eines Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar aufnimmt.

24. Fügevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer wenigstens ein Piezoelement aufweist.

25. Fügevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer eine Kraftmeßdose ist.

26. Fügevorrichtung nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeich net, daß Kraftaufnehmer zwischen dem Stempel (4) und der Übertra gungseinheit (2) angeordnet ist und gegebenenfalls zwischen dem Nie derhalter (5) und der Übertragungseinheit (2) angeordnet ist.

27. Fügevorrichtung nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeich net, daß die Übertragungseinheit (2) sich an einem Gestell abstützt und der Kraftaufnehmer zwischen der Übertragungseinheit (2) und dem Gestell angeordnet ist.

28. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens ein Sensor die Stromaufnahme der Antriebs einheit (1) während eines Fügevorgangs aufnimmt.

29. Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens ein Sensor das Drehmoment der Antriebseinheit (1) und/oder der Übertragungseinheit (2) während eines Fügevorgangs aufnimmt.