DE19842104A1 - Vorrichtung zur Durchführung des Stanznietverfahrens - Google Patents

Description

Einsatzgebiet der Erfindung ist das Stanznieten. Beim Stanznieten werden Werkstücke mit einem geeigneten Niet ohne Vorlochen der Werkstücke miteinander verbunden. Die zu verbindenden Werkstücke werden während des Nietvorgangs von Werkzeugen gehalten und eingespannt und ein Stempel führt die Nietbewegung aus. Bei dem Stanznietverfahren, bei dem die Erfindung eingesetzt wird, stanzt der Niet das Werkstück, daß dem Stempel zugewandt ist und verformt das Werkstück, daß dem Stempel abgewandt ist, plastisch, ohne es zu stanzen. Der Niet ist teilweise hohl und verformt sich ebenfalls plastisch und es entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen den Werkstücken und dem Niet. Der teilweise hohle Niet wird als Halbhohlniet bezeichnet und der Hohlraum des Niets nimmt das ausgestanzte Material des stempelseitigen Werkstücks auf. Die Durchführung des Stanznietverfahrens erfordert Druckkräfte von ca. 50 kN.

Vorteil des Stanznietverfahrens sind die Möglichkeiten, mehrere Werkstücke aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen ohne Vorlochen und ohne Entfernen von ausgestanztem Material miteinander zu verbinden.

Stanznietverfahren werden z. B. bei der Herstellung von Serienprodukten in automatisierten Fertigungseinrichtungen eingesetzt. Vorrichtungen, die das Stanznietverfahren ausführen, sind z. B. stationäre, feststehende Pressen oder bewegliche Stanznietzangen. Bei stationären Pressen werden die Werkstücke in die Presse eingelegt, während bewegliche Stanznietzangen an die Stanznietposition der Werkstücke zugestellt werden. Die Zustellung und Positionierung erfolgt dabei mittels Roboter oder anderer automatisierter Handlingeinrichtungen.

Vorrichtungen zum Stanznieten weisen zwei Werkzeuge zum Einspannen der Werkstücke während dem Stanznietvorgang sowie einen Stempel zum Bewegen des Niets auf. Die beiden Werkzeuge zum Einspannen werden als Niederhalter und Gegenhalter bezeichnet. Der Niederhalter befindet sich auf der Stempelseite der Werkstücke und drückt die Werkstücke mit ca. 10 kN auf den starren Gegenhalter, der sich auf der Seite befindet, die dem Stempel abgewandt ist. Der Gegenhalter hat die Funktion einer Matrize und die Form der Matrize bestimmt die plastische Verformung der Werkstücke und des Niets mit. Niederhalter und Stempel sind Bestandteile der eigentlichen Nieteinheit in der Vorrichtung zum Stanznieten. Vor dem eigentlichen Stanznietvorgang ist der Abstand zwischen starrem Gegenhalter einerseits und der Nieteinheit mit beweglichem Niederhalter mit Stempel andererseits um ein vielfaches größer als die Materialstärke der Werkstücke. Dadurch können die Werkstücke in die Vorrichtung zum Stanznieten eingelegt bzw. die Vorrichtung an die Nietposition zugestellt werden, ohne daß Kollisionsgefahr besteht. Vor dem eigentlichen Stanznietvorgang wird der Niet an das Stempelende zugeführt und Nieteinheit mit Niederhalter und Stempel von der Ausgangsposition in die Arbeitsposition zugestellt, so daß die Werkstücke zwischen Niederhalter und Gegenhalter eingespannt sind und der Stempel mit Niete sich in unmittelbarer Nähe der Werkstücke befindet. Anschließend führt der Stempel die Nietbewegung aus und nach dem Nietvorgang fahren die jeweiligen Bewegungen wieder in die Ausgangsposition. Der Stempeldruck während dem Nietvorgang bewirkt ein Biegemoment auf den Rahmen der Vorrichtung, so daß sich der Rahmen aufbiegt.

Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung der Antriebe für die Bewegungen der verschiedenen Bauteile in der Vorrichtung zur Durchführung des Stanznietverfahrens. Der Hub der Nieteinheit ist relativ groß im Vergleich zum Hub von Niederhalter bzw. Stempel. Die erforderliche Kraft zur Bewegung der Nieteinheit ist relativ klein im Vergleich zur Kraft, die Niederhalter und Stempel für den Nietvorgang aufbringen müssen. Der Antrieb für die Bewegung der Nieteinheit muß in der Arbeitsposition die große Kraft von Niederhalter und Stempel während dem Nietvorgang aufnehmen können. Der Niederhalter muß die Kraft zum Einspannen der Werkstücke aufbringen und der Niederhalterhub muß die Aufbiegung des Rahmens kompensieren, so daß die Werkstücke während dem Nietvorgang eingespannt bleiben. Niederhalter und Stempel sollen unabhängig voneinander und unabhängig von der Position der Nieteinheit linear verschiebbar sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Kabel bzw. schlauchlose Zuleitung der Antriebsenergie für die Bewegungen von Nieteinheit, Niederhalter und Stempel.

Die Nieten sollen am Stempelende während dem Zeitraum nach der Nietzuführung und vor dem eigentlichen Nietvorgang gehalten werden, so daß der Niet seine Lage nicht verändern kann. Aufgabe der Erfindung ist eine Haltemöglichkeit für den Niet am Stempelende zu schaffen.

Beim Einsatz der Vorrichtung in automatisierten Fertigungseinrichtungen ist hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Wiederholgenauigkeit gefordert. Dazu sollen die zu bewegenden Massen möglichst gering sein. Weitere Anforderungen sind geringe Abmessungen, damit auch schwer zugängliche Nietpositionen erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und der Unteransprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus C-förmigen Rahmen und daran befestigtem Gegenhalter, Nietzuführung, Gehäuse und darin linear verschiebbarer Nieteinheit, wobei die Nieteinheit Zylinder, Niederhalter und Stempel beinhaltet. Die Nieteinheit wird mittels Kniehebelantrieb von der Ausgangsposition in die Arbeitsposition verschoben, so daß die Werkstücke zwischen Niederhalter und Gegenhalter eingespannt sind und der Stempel mit Niete sich in unmittelbarer Nähe der Werkstücke befindet. In der Arbeitsposition ist der Kniehebel ausgestreckt und kann dadurch die relativ große Kraft von Stempel bzw. Niederhalter während dem Nietvorgang aufnehmen. Der Kniehebel wird von einem Linearantrieb betätigt, der mit geringer Antriebskraft sicherstellt, daß der Kniehebel bei großer Belastung in der Strecklage nicht ausknickt. Niederhalter und Stempel sind am Ende, daß dem Werkstück abgewandt ist, als Kolben ausgebildet und die Kolben werden mit Fluiddruck beaufschlagt um die Bewegungen auszuführen. Während dem Nietvorgang weitet sich der C-förmige Rahmen aufgrund elastischer Biegung auf und der Hub des Niederhalters kompensiert diese Aufbiegung, so daß die Werkstücke während des Nietvorgangs immer eingespannt sind. Die Zuleitung des Fluids vom Gehäuse zur Nieteinheit erfolgt über teleskopische Rohrleitungen, so daß die Kolben von Niederhalter und Stempel unabhängig voneinander und unabhängig von der Position der Nieteinheit immer mit Fluiddruck beaufschlagt werden können und keine Schlauchleitungen benötigt werden. Ebenso wird Unterdruck über eine teleskopische Rohrleitung vom Gehäuse zur Nieteinheit geleitet. Innerhalb der Nieteinheit wird der Unterdruck an das Stempelende geleitet und hält dort den Niet während dem Zeitraum nach der Nietzuführung und vor dem eigentlichen Nietvorgang, so daß der Niet seine Lage nicht verändern kann.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Gesamtansicht der Stanznietzange,

Fig. 2 Längsschnitt von Gehäuse und Nieteinheit der Stanznietzange, Ausgangsposition,

Fig. 3 Längsschnitt von Gehäuse und Nieteinheit der Stanznietzange, Arbeitsposition,

Fig. 4 Schnitt entlang der Linie F-F aus Fig. 2,

Fig. 5 Schnitt entlang der Linie C-C aus Fig. 4,

Fig. 6 Schnitt entlang der Linie G-G aus Fig. 5,

Fig. 7 Schnitt entlang der Linie D-D aus Fig. 2,

Fig. 8 Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 7,

Fig. 9 Schnitt entlang der Linie H-H aus Fig. 8.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Durchführung des Stanznietverfahrens als Stanznietzange (1) ausgeführt, die an einem Roboter oder einer anderen automatisierten Handlingeinrichtung angebracht ist, die in der Zeichnung nur angedeutet ist. In der Fig. 1 befindet sich die Stanznietzange in der Nietposition in der Nähe der beiden zu vernietenden Werkstücke (2, 3). Die Stanznietzange besteht aus C-Rahmen (4) mit Gegenhalter (29), Nietzuführung (5), Gehäuse (6) und darin integrierter Nieteinheit (7) mit Niederhalter (8) und Stempel (9). In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch Gehäuse (6) und Nieteinheit (7) dargestellt, wobei sich die Nieteinheit in der Ausgangsposition befindet. Die Nieteinheit ist über den Bolzen (10) an den Schenkel (11) des Kniehebels (12) angelenkt und der Kniehebel wird von dem Pneumatikzylinder (13) betätigt. Die Nieteinheit ist im Gehäuse (6) verschiebbar gelagert und beinhaltet die Zylinder (14, 15), die Zylinderdeckel (16, 17), den Niederhalter (8) und den Stempel (9). Niederhalter und Stempel sind am Ende, daß dem Werkstück abgewandt ist, als Kolben (18, 19) ausgebildet, die in den Zylindern (14, 15) gelagert sind. Der Niederhalter ist rohrförmig gestaltet und umschließt den Stempel. Stempel und Niederhalter bilden am Ende, daß dem Werkstück zugewandt ist, in der dargestellten Ausgangsposition eine zylindrische Aufnahme (20), in der die Niete (21) aufgenommen wird. Der Stempel (9) ist teilweise rohrförmig gestaltet und die Innenbohrung (22) wird mit Unterdruck beaufschlagt, so daß die Niete festgehalten wird. Der Unterdruck wird vom Gehäuseanschluß (23) über die teleskopische Rohrverbindung (24) und den Rohranschluß (25) zu der Innenbohrung geleitet. Die teleskopische Rohrverbindung (24) besteht aus Rohr (26), Gehäusebohrung (27) und Dichtringen (28), die Rohr und Gehäusebohrung abdichten. Der Unterdruck wird von einem Drucksensor überwacht. Anhand des Druckwertes kann erkannt werden, ob sich eine Niete in der zylindrischen Aufnahme (20) befindet.

In der Fig. 3 ist die Arbeitsposition zum Ende des Nietvorgangs dargestellt. Der Kniehebel (12) befindet sich in der Strecklage und die Nieteinheit befindet sich in der Arbeitsposition. Die Werkstücke (2, 3) sind zwischen dem Gegenhalter (29) und dem Niederhalter (8) eingespannt und der Stempel (9) hat den Nietvorgang ausgeführt, so daß die Niete (21) und die Werkstücke miteinander verbunden sind.

Die Schnitte in den Fig. 4, 5, 6 zeigen die Zuleitung des Hydrauliköls zu dem Zylinder (14) zum Antrieb des Niederhalterkolbens (18). Über die teleskopische Rohrverbindungen (30, 31) werden die beiden Seiten des Niederhalterkolbens (18) mit Hydrauliköl beaufschlagt.

Die Schnitte in den Fig. 7, 8, 9 zeigen die Zuleitung des Hydrauliköls zu dem Zylinder (15) zum Antrieb des Stempelkolbens (19). Über die teleskopischen Rohrverbindungen (32, 33) werden die beiden Seiten des Stempelkolbens (19) mit Hydrauliköl beaufschlagt.

Die teleskopischen Rohrverbindungen (31, 32, 33, 34) ermöglichen die Versorgung der jeweiligen Kolbenseiten mit Öldruck unabhängig von der Stellung der Nieteinheit (7) . Die teleskopischen Rohrverbindungen (31, 32, 33, 34) bestehen jeweils aus Rohr (34, 35, 36, 37), Gehäusebohrung (38, 39, 40, 41) und Dichtringen (42, 43, 44, 45).

Während der Durchführung des Stanznietverfahrens wird der Öldruck an der rückwärtigen Seite (46) des Stempelkolbens (19) mittels des Drucksensors (47) kontinuierlich gemessen und daraus die Einpreßkraft kontinuierlich ermittelt. Ebenso wird der Einpreßweg des Stempels mittels des Wegsensors (48) kontinuierlich gemessen und mit diesen Meßdaten kann die Durchführung des Stanznietverfahrens kontrolliert werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Durchführung des Stanznietverfahrens (1) mit Rahmen (4) und daran befestigtem Gegenhalter (29), Nietzuführung (5), Gehäuse (6) und darin linear verschiebbarer Nieteinheit (7), wobei die Nieteinheit wenigstens einen Zylinder (14, 15), Niederhalter (8) und Stempel (9) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nieteinheit (7) mittels einem Kniehebelantrieb (12) im Gehäuse (6) von einer Ausgangsposition in eine Arbeitsposition und zurück verschiebbar ist,
daß Niederhalter (8) und Stempel (9) jeweils unabhängig voneinander und unabhängig von der Position der Nieteinheit (7) mittels Antrieb durch Fluiddruck linear verschiebbar sind,
und daß die Zuleitungen der Antriebsenergie vom Gehäuse zur Nieteinheit (7) für die Bewegungen von Niederhalter und Stempel teleskopische Rohrleitungen (30, 31, 32, 33) sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecklage des Kniehebels (12) der Arbeitsposition und die Knicklage des Kniehebels der Ausgangsposition der Nieteinheit (7) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kniehebel durch einen Linearantrieb (13) betätigt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb (13) ein Pneumatikzylinder ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden von Niederhalter (8) und Stempel (9), die dem Werkstück abgewandt sind, als Kolben (18, 19) ausgebildet sind, daß die Kolben von Niederhalter und Stempel jeweils in einem Zylinder (14, 15) der Nieteinheit (7) unabhängig voneinander und unabhängig von der Position der Nieteinheit linear verschiebbar gelagert sind und beidseitig mit Fluiddruck beaufschlagbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hydrauliköl als Fluid für den Antrieb von Niederhalter und Stempel verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (8) rohrförmig ausgebildet ist und den Stempel (9) umschließt

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddruck an der rückwärtigen Seite (46) des Stempelkolbens (19) kontinuierlich von dem Drucksensor (47) gemessen wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelweg kontinuierlich von dem Wegsensor (48) gemessen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltekraft zur Aufnahme der Nieten am Stempelende, daß dem Werkstück zugewandt ist, mittels Unterdruck erzeugt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung des Unterdrucks vom Gehäuse (6) zur Nieteinheit für die Aufnahme der Niete am Stempelende eine teleskopische Rohrleitung (24) ist, daß das Stempelende, daß dem Werkstück zugewandt ist, rohrförmig ausgebildet ist und der Unterdruck im Innern des rohrförmigen Stempels von der Nieteinheit zum Stempelende geleitet wird.