DE19731222B4

DE19731222B4 - Verfahren zum Ausbilden einer Stanznietverbindung sowie eine Fügevorrichtung für Stanzniete

Info

Publication number: DE19731222B4
Application number: DE19731222A
Authority: DE
Inventors: Hermann Röser; Dieter Mauer; Reinhold Opper
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: EP0893179A3; EP0970766A3; ES2392952T3; DE19731222C5; JP4129317B2; PT970766E; EP0970766A2; US20010003859A1; DE19731222A1; EP0893179A2; EP0893179B1; EP0970766B1; DE69800354D1; JPH1190575A; DE69800354T2

Abstract

Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung, bei dem
ein Stempel (4) und ein Niederhalter (5) über eine Übertragungseinheit (2) durch eine elektromotorische Antriebseinheit (1) angetrieben werden, die eine Rotationsbewegung der Antriebseinheit (1) in eine Translationsbewegung des Stempels (4) und des Niederhalters (5) umwandelt,
ein Verfahrweg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird und
eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße des Stempels (4) oder des Stempels (4) und des Niederhalters (5) in Abhängigkeit vom Weg des Stempels (4) oder vom Weg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) gemessen und der Dicke der Fügeteile zugeordnet wird.

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung sowie auf eine Fügevorrichtung für Stanzniete.
Zur Ausbildung einer Stanznietverbindung, durch die wenigstens zwei Fügeteile 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 Fügeteilen 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 matrizenseitigen 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 matrizenseitige 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 unproblematisch. Insbesondere aufgrund von Viskositätsänderungen kommt es bei hydraulisch 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 Zeitintervallen ein Austausch des Hydrauliköls notwendig ist.
Bei der Ausbildung einer Stanzverbindung mit einem Hohlniet, entsprechendes gilt auch für ein Halbhohlniet, durchdringt der Hohlniet das stempelseitige 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.
Aus EP 0 768 128 B1 ist ein Gerät zum Verbinden von Werkstücken durch Nieten bekannt, bei welchem zwei Werkzeuge im Wesentlichen synchron auf die entgegengesetzten Enden eines Nietes einwirken. Die beiden Nietstempel des Gerätes werden jeweils von einem Elektromotor angetrieben, dessen Drehbewegung auf eine Kugelumlaufspindel übertragen wird, wobei eine auf der Kugelumlaufspindel angeordnete Mutter den Nietstempel entlang seiner Bahn bewegt. Die Elektromotoren beider Nietstempel werden hierbei so gesteuert, dass die Nietstempel den umzuformenden Niet mit möglichst geringer Differenz an Zeit und kinetischer Energie treffen, um übermäßige Beanspruchungen der zu verbindenden Werkstücke zu vermeiden.
Es ist weiterhin aus DE 43 39 117 C2 ein Verfahren zur Überwachung des Setzvorgangs von Blindnieten und Blindnietmuttern bekannt, bei dem bei einem Setzvorgang eine Zugkraft mit Hilfe eines elektrischen Motors erzeugt wird. Zur Überwachung der Setzvorgänge ist hierbei vorgesehen, dass ein Sollstrombereich für den Eingangsstrom in Abhängigkeit von Material und Abmessungen des Blindniets bzw. der Blindnietmutter gewählt wird und überwacht wird, ob der Ist-Eingangsstrom während des Setzvorgangs einen Maximalwert erreicht, der in diesem Sollstrombereich liegt. Die Überwachung erfolgt mittels einer Strommesseinrichtung und einer mit dieser verbundenen Auswerteinrichtung, die einen mit einem Schwellwertgeber verbundenen Komparator aufweist.
Zur Überwachung des Setzvorgangs von Blindnieten oder Blindnietmuttern und zur Anzeige fehlerhafter Setzvorgänge ist weiterhin aus EP 0 454 890 A1 ein Nietsetzgerät bekannt, dass eine Kraftmesseinrichtung im Zugmechanismus und eine Überwachungseinrichtung aufweist, die die gemessenen elektrischen Größen mit einem in einem Speicher abgelegten und vorbestimmten Sollwert vergleicht. Eine weitere Messeinrichtung misst den Arbeitshub des Zugmechanismus, wobei aus dem Vergleich des ermittelten Arbeitshubes mit einem zuvor über ein Bedienungsfeld eingegebenen Arbeitshub Verlust von Druckmittel und Verschleiß an dem Spannmechanismus angestellt werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung anzugeben, durch welches der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens verringert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Überwachung der Ausbildung einer Stanznietverbindung anzugeben, durch die eine verbesserte Qualitätssicherung erreicht wird. Des weiteren soll eine Fügevorrichtung für Stanzniete angegeben werden, die konstruktiv einfach aufgebaut sein soll.
Diese Zielsetzung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1, oder 2 bzw. eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 erreicht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung wird vorgeschlagen, daß ein Stempel und ein Niederhalter über eine Übertragungseinheit angetrieben wird bzw. werden, die eine Rotationsbewegung einer Antriebseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels bzw. des Niederhalters umwandelt. Hierdurch können relativ große Herstellungskosten zur Durchführung des Verfahrens, wie sie für die bekannten Verfahren notwendig sind, wenn der Stempel und gegebenenfalls ein Niederhalter hydraulisch betrieben wird bzw. werden, vermieden werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß durch die Umwandlung der Rotationsbewegung einer Antriebseinheit in eine Translationsbewegung 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 erfindungsgemäßen 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 der Stempel 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 einstellbaren Drehzahl der Antriebseinheit ist auch daran zu sehen, daß beispielsweise der Stempel und der Niederhalter zunächst mit einer hohen Geschwindigkeit zur Anlage an die Fügeteile und danach der Stempel und 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 Auswirkungen auf die Taktzeiten einer Fügevorrichtung.
Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, daß der Stempel und der Niederhalter aus einer vorgebbaren Ruhelage verfahrbar ist. Die Ruhelage des Stempels und des Niederhalters wird in Abhängigkeit von der Gestalt der Fügeteile gewählt. Handelt es sich bei den Fügeteilen beispielsweise um glatte Bleche, so kann der Abstand zwischen einer Nieteinheit, die den Stempel und den Niederhalter umfaßt, und einer Matrize unwesentlich größer sein als die Dicke der aufeinanderliegenden 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 mögliche Endposition, die durch einen maximalen Abstand zwischen der Nieteinheit und einer Matrize definiert ist, verfahren wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Prozeßdaten während eines Stanznietvorgangs ermittelt. Insbesondere wird während eines Stanznietvorgangs ein Verfahrweg des Stempels und des Niederhalters ermittelt. Die Ermittlung des Verfahrweges des Stempels und 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 ermittelbar ist. Die Antriebseinheit kann hierzu mit an für sich bekannten Hilfsmitteln, beispielsweise eine Inkrementalscheibe, versehen sein. Es ist auch möglich, einen Schrittmotor als Antriebseinheit zu verwenden.
Weiterhin 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 während eines Stanznietvorgangs die Stromaufnahme der Antriebseinheit ermittelt wird. Die Stromaufnahme der Antriebseinheit ist im wesentlichen proportional 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 Stanznietvorgangs 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 die Stanznietverbindung getätigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß während eines Fügevorgangs eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße des Stempels und des Niederhalters in Abhängigkeit vom Weg des Stempels oder des Stempels und des Niederhalters gemessen wird. Diese Messung ergibt einen Ist-Verlauf. Dieser Ist-Verlauf wird mit einem Soll-Verlauf verglichen. Ergibt ein Vergleich, 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 durch eine Krafteinwirkung des Stempels auf einen Niet, der zur 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 ordnungsgemäßen 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 wesentlichen 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 vorgeschlagen, daß ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens 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 vorgegebene 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 Stempels 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 Ausbildung einer Stanznietverbindung verringert wird.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken wird eine Fügevorrichtung 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 Antriebseinheit über die Übertragungseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels oder des Stempels und des Niederhalters erreicht wird. Durch diese Ausgestaltung der Fügevorrichtung wird auch erreicht, daß stoßartige Beanspruchung der Fügevorrichtung, wie dies bei den bekannten hydraulisch betriebenen Fügevorrichtungen nicht eintritt. Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß die Fügevorrichtung sowohl mobil als auch stationär einsetzbar ist. Auch bei einem stationären Einsatz der Fügevorrichtung ist lediglich ein Stromanschluß für die elektromotorische Antriebseinheit notwendig. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist wirtschaftlich herstellbar.
Vorzugsweise ist die Fügevorrichtung so ausgestaltet, daß die Übertragungseinheit 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 Abhängigkeit 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 Reibungsverluste wird vorgeschlagen, daß der Spindelantrieb ein Kugelumlauf-Spindelantrieb ist.
Die Überwachungseinheit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen Sensor auf, der zur Erfassung von Prozeßdaten 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 aufnimmt.
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 Übertragungseinheit angeordnet bzw. zwischen dem Niederhalter und der Übertragungseinheit. 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 Antriebseinheit 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:
1 schematisch eine Fügevorrichtung,
2 eine Fügevorrichtung im Schnitt,
3 ein Kraft-Weg-Diagramm eines Stanznietvorgangs mit einem Vollniet und
4 ein Kraft-Weg-Diagramm eines Stanznietvorgangs mit einem Hohlniet.
1 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer Fügevorrichtung für Stanzniete. 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 Untersetzgetriebe. 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 Stanznietverbindung 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 Übertragungseinheit 2 gekoppelt.
Der Stempel 4 oder der Stempel 4 und der Niederhalter 5 sind mit der Übertragungseinheit 2 über einen Spindelantrieb 3 verbunden. Der Spindelantrieb 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 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 Überwachungseinheit 10 verbunden, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung von Prozeßdaten umfaßt. Schematisch ist in der 1 eine Verbindung der Überwachungseinheit mit der Antriebseinheit 1, der Übertragungseinheit 2 und dem Spindelantrieb 3 dargestellt. Die Antriebseinheit 1, die Überwachungseinheit 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 handeln, 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 dargestellten Ausführungsbeispiel den Spindelantrieb 3 in eine Translationsbewegung des Stempels 4 bzw. des Niederhalters 5 umgewandelt.
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 Übertragungseinheit 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 verschieblich. Die translatorische Bewegung der Stange 17a wird über einen Spindelantrieb 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 achsialen Richtung der Stange 17a bzw. 17b vorstehende Stifte 20 auf, die in Langlöcher 19 des Führungsteils 18 eingreifen. 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 angeordnet. 2 zeigt die Fügevorrichtung in einer Lage, in der der Stempel 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 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 entsprechenden 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 3 Bereiche gekennzeichnet, in denen ein Vergleich des Ist-Verlaufes der Kraft oder einer der Kraft entsprechenden 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 besteht.
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 erfindungsgemäßen Verfahren aus der Stromaufnahme des elektromotorischen Antriebs 1 ermittelt werden.
In der 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 Hohlnietes im wesentlichen vier Prozeßabschnitte erkennbar sind. Bis zum Punkt A ist ein erster Prozeßabschnitt erkennbar, der im wesentlichen einem Setzvorgang entspricht. Zwischen den Punkten A–D ist ein zweiter Prozeßabschnitt 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 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 4 im Abschnitt 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 Qualtität einer Stanzverbindung bestimmt werden.
In der 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.

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
17a, b: Stange
18: Führungsteil
19: Langloch
20: Stift
21: Federelement
22: Anschlagstücke
23: Zwischenstücke
24: Gestell
25: Gehäuse

Claims

Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung, bei dem ein Stempel (4) und ein Niederhalter (5) über eine Übertragungseinheit (2) durch eine elektromotorische Antriebseinheit (1) angetrieben werden, die eine Rotationsbewegung der Antriebseinheit (1) in eine Translationsbewegung des Stempels (4) und des Niederhalters (5) umwandelt, ein Verfahrweg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird und eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße des Stempels (4) oder des Stempels (4) und des Niederhalters (5) in Abhängigkeit vom Weg des Stempels (4) oder vom Weg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) gemessen und der Dicke der Fügeteile zugeordnet wird.
Verfahren zur Ausbildung einer Stanznietverbindung, bei dem ein Stempel (4) und ein Niederhalter (5) über eine Übertragungseinheit (2) durch eine elektromotorische Antriebseinheit (1) angetrieben werden, die eine Rotationsbewegung der Antriebseinheit (1) in eine Translationsbewegung des Stempels (4) und des Niederhalters (5) umwandelt, ein Verfahrweg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird und während eines Fügevorgangs eine Kraft oder eine der Kraft entsprechende Kenngröße des Stempels (4) und des Niederhalters (5) in Abhängigkeit 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.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Drehzahl der Antriebseinheit (1) veränderlich einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Stempel (4) und der Niederhalter (5) zunächst mit einer hohen Geschwindigkeit zur Anlage an die Fügeteile gebracht und danach der Stempel (4) und gegebenenfalls der Niederhalter (5) mit einer geringeren Geschwindigkeit verfahren werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Stempel (4) und gegebenenfalls der Niederhalter (5) aus einer vorgebbaren Ruhelage verfahrbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Stromaufnahme der Antriebseinheit (1) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Drehmoment der Antriebseinheit (1) und/oder der Übertragungseinheit (2) während eines Stanznietvorgangs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (V1, H1) erfolgt, in dem durch eine Krafteinwirkung des Stempels (4) auf einen Niet eine auf die Fügeteile bewirkte Setzung im wesentlichen erfolgt und ein Niet in das stempelseitige Fügeteil (7) eingedrungen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem ein Vergleich des Ist-Verlaufes mit dem Soll-Verlauf wenigstens in einem Bereich (V2) erfolgt, in dem durch eine Krafteinwirkung des Stempels (4) auf einen Niet, insbesondere einen Vollniet, eine Stanzung der Fügeteile (7, 8) im wesentlichen erfolgte und der Niederhalter (5) eine Kraft auf das stempelseitige Fügeteil (7) ausübt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, 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 Krafteinwirkung des Stempels (4) das stempelseitige Fügeteil (7) im wesentlichen durchdrang und eine Schließkopfbildung des Nietes einsetzte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 9, 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.
Fügevorrichtung für Stanzniete mit einer Matrize (6), einem Niederhalter (5), einem Stempel (4), einer mit dem Stempel (4) verbundenen Antriebseinheit (1), einer Steuerungseinheit (9) zur Steuerung wenigstens der Antriebseinheit (1), einer mit der Steuerungseinheit (9) verbundenen Überwachungseinheit (10) und einer elektromotorischen Antriebseinheit (1), die über eine Übertragungseinheit (2) treibend mit dem Stempel (4) und dem Niederhalter (5) verbunden ist, wobei die Überwachungseinheit (10) Sensoren zur Erfassung von Prozeßdaten aufweist, wobei wenigstens ein Sensor ein Wegaufnehmer ist, der den Weg des Stempels (4) und des Niederhalters (5) während eines Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar aufnimmt und wenigstens ein Sensor ein Kraftaufnehmer ist, der die Krafteinwirkung des Stempels (4) und des Niederhalters (5) während eines Fügevorgangs mittelbar oder unmittelbar aufnimmt und wobei die Überwachungseinheit (10) dazu eingerichtet ist, Ausgangssignale der Sensoren zu verarbeiten und Eingangssignale als Steuer- bzw. Regelgrößen an die Steuerungseinheit (9) abzugeben.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinheit (2) wenigstens ein Getriebe aufweist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Untersetzgetriebe ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (4) oder der Stempel (4) und der Niederhalter (5) mit der Übertragungseinheit (2) über einen Spindelantrieb (3) verbunden ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelantrieb (3) ein Kugelumlauf-Spindelantrieb ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer wenigstens ein Piezoelement aufweist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer eine Kraftmeßdose ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer zwischen dem Stempel (4) und der Übertragungseinheit (2) angeordnet ist und gegebenenfalls zwischen dem Niederhalter (5) und der Übertragungseinheit (2) angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinheit (2) sich an einem Gestell abstützt und der Kraftaufnehmer zwischen der Übertragungseinheit (2) und dem Gestell angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor die Stromaufnahme der Antriebseinheit (1) während eines Fügevorgangs aufnimmt.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor das Drehmoment der Antriebseinheit (1) und/oder der Übertragungseinheit (2) während eines Fügevorgangs aufnimmt.