DE19932962A1 - Zange mit Wegmeßeinrichtung und zugehörigen Verfahren zur Kraft-Weg-Messung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zange (1) mit zwei zur Bildung eines Zangenmauls (13) relativ zueinander bewegbaren Arbeitsbacken (4, 5), einer Kraftmeßeinrichtung (16) zur Messung einer im Zangenmaul (13) wirkenden Maulkraft (K) und einer Wegmeßeinrichtung 23; 24) zur Messung einer Maulöffnung (=) des Zangenmauls (13). Bei der Zange (1) ist die Wegmeßeinrichtung (23; 24) so mit der Zange (1) verbunden, daß sie die Maulöffnung (=) in einer Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5) mit höherer Ortsauflösung erfaßt als in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5). Hierdurch ist eine genauere Beurteilung der Qualität eines mit der Zange ausgeführten Bearbeitungsvorgangs möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Ermittlung des Verlaufs ei­ ner in einem Zangenmaul wirkenden Maulkraft in Abhängigkeit einer Maulöffnung des Zangenmauls gemäß den Oberbegriffen der nebengeord­ neten Ansprüche 1 und 18, auf eine Zange gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 6 sowie auf eine Wegmeßeinrichtung gemäß dem Anspruch 17.

Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 298 06 179.1 ist bereits eine Zange bekannt, die zwei zur Bildung eines Zangenmauls relativ zueinander be­ wegbare Arbeitsbacken, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der Maul­ kraft und eine Wegmeßeinrichtung zur Messung der Maulöffnung auf­ weist, um den Verlauf einer im Zangenmaul wirkenden Maulkraft in Ab­ hängigkeit der Maulöffnung des Zangenmauls ermitteln zu können.

Ein derart ermittelter Kraft-Weg-Verlauf wird gespeichert, um die Qualität der Bearbeitung eines im Zangenmaul vorhandenen Gegenstands beurtei­ len zu können. Hierzu wird der gespeicherte Kraft-Weg-Verlauf mit einem vorgegeben Kraft-Weg-Verlauf verglichen. Liegt Übereinstimmung vor, wird das Arbeitsergebnis als gut beurteilt. Andernfalls wird ein Fehlersignal erzeugt. Ein gemessener Kraft-Weg-Verlauf kann aber auch daraufhin überprüft werden, ob er innerhalb eines Bandes von Kraft-Weg-Verläufen zu liegen kommt, die zuvor empirisch ermittelt worden sind. Liegt er inner­ halb des Bandes, wird der Bearbeitungsvorgang als gut bezeichnet, wäh­ rend ansonsten wiederum ein Fehlersignal erzeugt wird.

Bei der bekannten Zange besteht allerdings ein Nachteil darin, daß sich der Kraft-Weg-Verlauf insbesondere in der Endphase des Bearbeitungs­ vorgangs, also in der Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken nur ungenau erfassen läßt. Eine Beurteilung der Güte des Arbeitsergeb­ nisses gerade in dieser Endphase ist daher nur unter Vorbehalt möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, die eine bessere Beurteilung der Bearbeitungs­ güte eines im Zangenmaul vorhandenen Gegenstandes zulassen. Ferner sollen eine hierzu geeignete Zange und Wegmeßeinrichtung zur Verfügung gestellt werden.

Die verfahrensseitigen Lösungen sind in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 18 angegeben. Dagegen finden sich die vorrichtungssei­ tigen Lösungen in den Ansprüchen 6 und 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Verlaufs einer in ei­ nem Zangenmaul wirkenden Maulkraft in Abhängigkeit einer Maulöffnung des Zangenmauls bei einer Zange, die zwei zur Bildung des Zangemauls re­ lativ zueinander bewegbare Arbeitsbacken, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der Maulkraft und eine Wegmeßeinrichtung zur Messung der Maulöffnung aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Maulöffnung durch die Wegmeßeinrichtung in einer Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken mit höherer Ortsauflösung erfaßt wird als in einer An­ fangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken.

Dabei kann nach einer Weiterbildung der Erfindung die Ortsauflösung in dieser Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken auch ständig oder stetig ansteigen.

Durch die verbesserte Ortsauflösung in der Endphase der Schließbewe­ gung der Arbeitsbacken wird erreicht, daß sich die jeweiligen Maulkräfte wesentlich besser den jeweiligen Schließstellungen der Arbeitsbacken zu­ ordnen lassen, und zwar infolge des höheren Ortsauflösungsvermögens, so daß eine wesentlich bessere Beurteilung des gemessenen Kraft-Weg- Verlaufs durch Vergleich mit vorgegebenen Kraft-Weg-Verläufen möglich ist. Somit läßt sich die Güte eines durch die Zange erhaltenen Arbeitser­ gebnisses besser erfassen, so daß eine genauere Qualifizierung des durch die Zange bearbeiteten Gegenstandes hinsichtlich seiner Güte möglich ist.

Eine bessere Beurteilung der Bearbeitungsgüte eines durch die Zange be­ arbeiteten Gegenstandes wird aber auch dadurch erzielt, daß zunächst bei den jeweiligen Maulöffnungswerten gemessene Maulkräfte mit Maulkraft- Grenzwerten verglichen werden, um bei Über- oder Unterschreiten der Maulkraft-Grenzwerte ein jeweiliges Statussignal zu erzeugen. Dabei wer­ den die Statussignale an aufeinanderfolgenden Maulöffnungswerten nur dann zur Erzeugung eines Fehlersignals herangezogen, wenn die Anzahl solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat, die auch einstellbar sein kann.

Dadurch lassen sich temporäre Abweichungen von gemessenen Kraft- Weg-Verläufen herausfiltern, und zwar in dem Sinne, daß sie nicht mehr zur Beurteilung der Bearbeitungsgüte des im Zangenmaul befindlichen Gegenstandes herangezogen werden. Ausschuß läßt sich daher vermei­ den. Temporäre Schwankungen in gemessenen Kraft-Weg-Verläufen tre­ ten zum Beispiel dann auf, wenn es sich um Zangen mit sogenanntem Rat­ schenantrieb handelt. Zwischen den jeweiligen Zangenhüben fällt bei Blockierung der Zange durch die Ratsche die im Zangenmaul gemessene Maulkraft vorübergehend ab, um dann beim nächsten Zangenhub wieder anzusteigen. Dies macht sich im Kraft-Weg-Verlauf durch in Richtung zu kleineren Kräften weisende Dellen bemerkbar. Diese gilt es herauszufil­ tern, um bei einem Vergleich des mit Dellen behafteten Kraft-Weg-Verlaufs mit vorgegebenen und keine Dellen aufweisenden Kraft-Weg-Verläufen nicht zu Fehlinterpretationen hinsichtlich der Güte des Bearbeitungser­ gebnisses zu kommen.

Eine erfindungsgemäße Zange mit zwei zur Bildung eines Zangenmauls relativ zueinander bewegbaren Arbeitsbacken, einer Kraftmeßeinrichtung zur Messung einer im Zangenmaul wirkenden Maulkraft und einer Weg­ meßeinrichtung zur Messung einer Maulöffnung des Zangemauls zeichnet sich dadurch aus, daß die Wegmeßeinrichtung so mit der Zange verbun­ den ist, daß sie die Maulöffnung in einer Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken mit höherer Ortsauflösung erfaßt als in einer Anfangs­ phase der Schließbewegung der Arbeitsbacken.

Wie bereits eingangs erwähnt, läßt sich hierdurch die Qualität eines im Zangenmaul bearbeiteten Gegenstandes besser beurteilen, da jetzt eine bessere Zuordnung der Maulkräfte zu den Maulöffnungswerten insbeson­ dere in der Endphase der Schließstellung der Arbeitsbacken möglich ist, in der die höchsten Kräfte auf den zu bearbeitenden Gegenstand einwirken. Hier handelt es sich gleichzeitig auch um diejenigen Kräfte, die das Ar­ beitsergebnis entscheidend beeinflussen.

Erfindungsgemäß wird die verbesserte Ortsauflösung durch die spezielle Anordnung der Wegmeßeinrichtung an der Zange erhalten. Dabei enthält die Zange ein Antriebselement, das die Wegmeßeinrichtung verstellt, wo­ bei das Antriebselement bei gleichen Schließschritten des Zangenmauls die Wegmeßeinrichtung um so stärker verstellt, je weiter sich das Zangen­ maul schließt.

Dabei kann als Antriebselement ein verschwenkbares Element zum Ein­ satz kommen, das zum Beispiel ein Arm eines Kniehebels sein kann. Grundsätzlich sind aber auch anders gestaltete Antriebselemente mög­ lich, die beim Schließen der Zange das gewünschte Geschwindigkeitsprofil aufweisen. Wichtig ist zunächst nur, daß sie sich zu Beginn der Schließbe­ wegung der Arbeitsbacken langsamer bewegen und in der Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken schneller.

Entsprechend wird dann die Wegmeßeinrichtung verstellt, die nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Blattfeder aufweisen kann, die vom An­ triebselement verbiegbar ist. Über die Blattfeder lassen sich dann die ver­ schiedensten Sensoren ansteuern bzw. betätigen. Dabei kann die Blattfe­ der zum Beispiel als Sensor einen Dehnungsmeßstreifen tragen oder ein piezoelektrisches Element beaufschlagen, das Teil der Wegmeßeinrich­ tung ist.

Möglich ist aber auch, daß die Wegmeßeinrichtung ein Potentiometer auf­ weist, das vom Antriebselement betätigbar ist.

Bei all diesen Ausführungsbeispielen liefert die Wegmeßeinrichtung elek­ trische Ausgangssignale, die skaliert werden. Die Skala kann zum Beispiel eine Widerstands- oder Spannungsskala, oder dergleichen, sein.

Wird zum Beispiel das Zangenmaul in äquidistanten Schritten (Längen- oder Winkelschritte) geschlossen, so wird bei diesem Vorgang infolge des nicht linear angetriebenen Antriebselements die Wegmeßeinrichtung mit jedem Schließschritt unterschiedlich weit verschoben, so daß in jeden äquidistanten Schließschritt des Zangenmauls ein unterschiedlich großer Skalenbereich fällt. Wird anschließend dieser Skalenbereich linearisiert, liegen auf dieser Skala die jeweiligen Schließschritte in unterschiedlichem Abstand voneinander, wobei die Abstände voneinander um so größer wer­ den, je weiter das Zangenmaul geschlossen wird. Auf diese Weise wird das höhere Ortsauflösungsvermögen in der Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken erhalten.

Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung die Wegmeßeinrichtung einen von außen auf die Zange aufsetzbaren Trägerkörper aufweisen, an dem die Blattfeder so befestigt ist, daß sie durch eine im Zangengehäuse vorhande­ ne Öffnung ins Innere der Zange ragt und dort vom Antriebselement beauf­ schlagt wird.

Durch diese besondere Ausgestaltung der Wegmeßeinrichtung kann er­ reicht werden, daß sich auch schon vorhandene und betriebsfertige Zan­ gen in einfacher Weise mit der Wegmeßeinrichtung nachrüsten lassen, und natürlich auch mit der Kraftmeßeinrichtung, um dann mit ihnen ebenfalls die eingangs genannten Verläufe zwischen Maulkraft und Maul­ öffnung aufnehmen zu können. Alte Zangen können somit für diesen Zweck nachgerüstet werden, was einen Neukauf von Zangen erübrigt und somit Kosten spart.

Dabei können in noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Wegmeß­ einrichtung und die Kraftmeßeinrichtung mit einer elektrischen Signal­ verarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung verbunden sein, die entweder auch auf der Zange montierbar ist oder sich separat zu dieser befindet. Im zuletzt genannten Fall könnten die Weg- und die Kraftmeßeinrichtung über Kabel mit der Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung ver­ bunden sein oder über eine andere geeignete Schnittstelle, etwa eine opti­ sche oder Infrarotschnittstelle.

Eine erfindungsgemäße Wegmeßeinrichtung zur Verwendung bei einer Zange zur Durchführung der eingangs genannten Verfahren enthält einen auf die Zange aufsetzbaren Trägerkörper und eine mit ihm verbundene und in die Zange einführbare Blattfeder, deren Verbiegung durch ein mit ihr in Kontakt stehendes elektrisches Sensorelement detektierbar ist. Die Blattfeder wird dabei durch das bereits eingangs genannte Antriebsele­ ment verstellt. Eine derartige Wegmeßeinrichtung läßt sich in einfacher Weise auf die Zange aufsetzen, etwa durch einen am Trägerkörper befestig­ ten Klemmbügel, der eine Zangenachse klemmend umgreifen kann, der­ art, daß dann die Blattfeder ins Innere der Zange hineinragt, wobei letztere zu diesem Zweck mit einer entsprechenden Öffnung versehen ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es sich bei der Zange um jede beliebi­ ge Zange handeln kann, in deren Zangenmaul ein Gegenstand zu bearbei­ ten ist. So kann die Zange zum Beispiel als Crimpzange ausgebildet sein, um mit Hilfe der gemessenen Kraft-Weg-Verläufe das Crimpergebnis über­ prüfen zu können. Die Zange kann aber auch eine Schneidzange sein, um etwa strangförmiges Gut zum Beispiel mit einem vorgegebenen Geschwin­ digkeitsprofil und damit Schneidkraftprofil zerschneiden zu können. Auch in diesem Fall müßte ein gemessener Kraft-Weg-Verlauf mit gespei­ cherten Kraft-Weg-Verläufen verglichen werden, um das Geschwindig­ keitsprofil beim Schneiden einhalten zu können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den vorderen Bereich einer erfindungsgemäßen Zange mit ver­ schiedenen Wegmeßeinrichtungen zur Messung einer Maulöffnung des Zangenmauls sowie mit einer Kraftmeßeinrichtung zur Messung der im Zangenmaul wirkenden Maulkraft;

Fig. 2 eine auf den vorderen Bereich der Zange aufsetzbare Wegmeßein­ richtung;

Fig. 3 bis 5 die Zange nach Fig. 1 bei verschiedenen Maulöffnungen α des Zangemauls;

Fig. 6 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen Maulkraft und Maulwinkel bei der erfindungsgemäßen Zange;

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer mit der Zange zusammenarbeitenden Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung; und

Fig. 8 einen vorgespeicherten Kraft-Weg-Verlauf für einen durchzufüh­ renden Crimpvorgang.

Entsprechend der Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Zange 1 zwei Handgriffe 2 und 3 auf, von denen hier aus Platzgründen nur der vordere Bereich angedeutet ist. Der eine und in Fig. 1 obere Handgriff 2 ist ein­ stückig mit einem oberen Arbeitsbacken 4 verbunden, an den in seinem unteren Bereich ein unterer Arbeitsbacken 5 angelenkt ist, und zwar über eine gemeinsame Schwenkachse 6. Der in Fig. 1 untere Handgriff 3 ist in seinem vorderen Bereich hinten am unteren Arbeitsbacken 5 angelenkt, und zwar über eine weitere gemeinsame Schwenkachse 7. Zwischen dem vorderen Bereich des unteren Handgriffs 3 und dem vorderen Bereich des oberen Handgriffs 2 ist ein Kniehebelarm 8 vorhanden. Dieser Kniehebe­ larm 8 ist in seinem oberen Ende über eine gemeinsame Schwenkachse 9 am oberen Handgriff 2 angelenkt sowie an seinem unteren Ende über eine gemeinsame Schwenkachse 10 am unteren Handgriff 3 angelenkt, und zwar kurz hinter dem unteren Arbeitsbacken 5. Im unteren und nach hin­ ten weisenden Bereich trägt der Kniehebelarm 8 eine Zahnreihe 11 für ein Ratschenglied 12, das in allgemein bekannter Weise zur Arretierung der Zangenposition dient, wenn das Zangenmaul noch nicht vollständig ge­ schlossen worden ist.

Das Zangenmaul, das in Fig. 1 zwischen den vorderen Enden der Arbeits­ backen 4 und 5 zu liegen kommt, trägt das Bezugszeichen 13. Im Bereich des Zangenmauls 13 weisen die Arbeitsbacken 4 und 5 weitere Achsele­ mente 14 und 15 auf, mit deren Hilfe sich nicht dargestellte Bearbeitungs­ elemente an den Arbeitsbacken 4 und 5 im Bereich des Zangenmauls 13 befestigen lassen, etwa Crimpstempel.

Die Schwenkachsen 7, 9 und 10 sowie die zwischen ihnen liegenden Berei­ che des Kniehebelarms 8 und des vorderen Teils des unteren Handgriffs 3 bilden einen Kniehebel, der zum Antrieb der Arbeitsbacken 4 und 5 bei Verschwenkung der Handgriffe 2 und 3 dient. Wird der Handgriff 3 in Fig. 1 vom oberen Handgriff 2 weggeschwenkt, so bewegt sich die Schwenkach­ se 10 auf einer Kreisbahn entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenk­ achse 9 herum, während sie sich gleichzeitig auch auf einer Kreisbahn um die Schwenkachse 7 im Uhrzeigersinn herumbewegt, was dazu führt, daß sich das Zangenmaul 13 öffnet. Der Kniehebel aus den Achsen 7, 9 und 10 wird somit zusammengeführt. Wird ausgehend von diesem Zustand der untere Handgriff 3 wieder auf den oberen Handgriff 2 zu verschwenkt, so wird der Kniehebel wieder gestreckt, was zur Schließung des Zangenmauls 13 führt. Dabei wird ausgehend vom gespreizten Zustand der Handgriffe 2 und 3 bei offenem Zangenmaul der Kniehebel 7, 9, 10 zunächst langsam gestreckt und bei weiterer Verschwenkbewegung der Handgriffe 2 und 3 aufeinander zu immer schneller gestreckt, bis schließlich das Zangen­ maul 13 seine Schließstellung (gezeigt in Fig. 1) erreicht hat. Hier liegen die aufeinanderzuweisenden Flächen der sich gegenüberliegenden Ar­ beitsbacken 4 und 5 parallel. Der Maulwinkel α beträgt hier 0°.

Im Bereich des Zangenmauls 13 befindet sich eine nur hier schematisch angedeutete Kraftmeßeinrichtung 16. Sie befindet sich in einem Teil des Zangenmauls, der bei Bearbeitung eines im Zangenmaul 13 liegenden Ge­ genstandes von der im Zangenmaul wirkenden Maulkraft beaufschlagt wird. Zur Messung der Maulkraft im Zangenmaul können grundsätzlich alle Arten von Kraftsensoren eingesetzt werden, die zum Beispiel den pie­ zoelektrischen Effekt oder die Magnetostriktion ausnutzen oder Deh­ nungsmeßstreifen. Dabei sind je nach Einbauort für die Messung der Maulkraft im Zangenmaul Dehnungsmeßstreifen und piezoelektrischen Kraftsensoren besonders geeignet. Die Kraftmeßeinrichtung 16 kann zum Beispiel für den Fall eines Dehnungsmeßstreifens in einem Bereich des oberen Arbeitsbackens 4 angeordnet sein, der bei Wirkung der Maulkraft im Zangenmaul 13 elastisch deformiert wird. Ist die Kraftmeßeinrichtung 16 ein piezoelektrischer Sensor, so könnte dieser zwischen dem oberen Ar­ beitsbacken 4 und dem mit ihm zu verbindenden Bearbeitungswerkzeug positioniert werden. Entsprechendes könnte man alternativ auch im Be­ reich des unteren Arbeitsbackens 5 vorsehen.

Als Wegmeßeinrichtung zur Messung der Maulöffnung α des Zangenmauls 13 können verschiedene Einrichtungen zum Einsatz kommen.

Beispielsweise könnte an die Verwendung eines Potentiometers 17 ge­ dacht werden, dessen Widerstand sich bei Verschwenkung der Handgriffe 2, 3 bzw. Verschwenkung der Arbeitsbacken 4, 5 ändert. Dieses Potentio­ meter kann zwischen dem hinteren Teil des oberen Arbeitsbackens 4 und der Schwenkachse 10 des Kniehebelantriebs angeordnet werden. So könn­ te beispielsweise eine Widerstandsstrecke des Potentiometers 17 am obe­ ren Arbeitsbacken 4 gelagert sein, während ein Abgriff des Potentiometers mit der Schwenkachse 10 verbunden ist und bei Bewegung der Schwenk­ achse 10 entsprechend mitgenommen wird. Da sich ausgehend von der voll geöffneten Stellung der Zange 1 bei Verschwenkung der Handgriffe 2 und 3 aufeinanderzu der Kniehebelarm 8 zunächst nur langsam um die Schwenkachse 9 im Uhrzeigersinn dreht, wird der Abgriff des Potentiome­ ters 17 zunächst nur pro Schließwinkelschritt der Maulöffnung 13 wenig verschoben. Mit weiterer Verschwenkung der Handgriffe 2 und 3 aufeinan­ derzu wird der Kniehebel stärker und stärker gestreckt, so daß pro Schließwinkelschritt der Maulöffnung 13 der Abgriff des Potentiometers 17 immer weiter verschoben wird. Dies führt schließlich dazu, daß sich ein besseres Ortsauflösungsvermögen bei der Wegmessung ergibt, das um so größer wird, je weiter das Zangenmaul 13 geschlossen wird. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.

Alternativ zu der als Potentiometer 17 ausgebildeten Wegmeßeinrichtung kann diese auch in der in Fig. 2 gezeigten Weise ausgebildet sein. Es han­ delt sich hier um eine Wegmeßeinrichtung mit einem Trägerkörper 18, der in einfacher Weise auf die bereits betriebsfertige Zange 1 aufgesetzt wer­ den kann, um diese nachträglich mit einer Wegmeßeinrichtung aufzurü­ sten. Hierzu weist der Trägerkörper 18 in seinem vorderen unteren Bereich einen Klemmbügel 19 auf, mit dem er über eine Schraube 20 verbunden ist, durch die der Klemmbügel 19 gegen den Trägerkörper 18 gezogen wer­ den kann. Bei Aufsetzen des Trägerkörpers 18 auf die Zange 1 kann der Klemmbügel 19 somit eine Querachse 21 oder einen Distanzbolzen der Zange 1 hintergreifen, die von außen zugänglich ist. Wird dann die Schraube 20 angezogen, wird die Querachse 21 zwischen Trägerkörper 18 und Klemmbügel 19 eingeklemmt, was zu einem festen Sitz des Trägerkör­ pers 18 auf der Zange 1 führt.

Der Trägerkörper 18 ist in seinem zum hinteren Zangenende weisenden Bereich mit einer Blattfeder 22 verbunden, die in Längsrichtung der Zange verläuft und vom Trägerkörper 18 absteht. Diese Blattfeder 22 kann einen Dehnungsmeßstreifen 23 tragen, der bei Verkrümmung der Blattfeder 22 seine elektrischen Eigenschaften ändert. Im Falle der Fig. 1 und 2 ist der Dehnungsmeßstreifen 23 an der unteren Seite der Blattfeder 22 ange­ bracht, weist also auf die Zange 1 zu. Alternativ zum Dehnungsmeßstrei­ fen 23 kann die Blattfeder aber auch beispielsweise ein piezoelektrisches Element 24 beaufschlagen, das zwischen Blattfeder 22 und Trägerkörper 18 angeordnet ist. Wird die Blattfeder 22 daher in den Fig. 1 und 2 nach oben verbogen, wird je nach Ausführungsform entweder der Deh­ nungsmeßstreifen 23 deformiert oder es wird das piezoelektrische Ele­ ment 24 druckbeaufschlagt. Die damit zusammenhängenden physikali­ schen Änderungen lassen sich durch eine geeignet gewählte Meßspan­ nung detektieren, die an die jeweiligen Elemente angelegt wird. Da dies Stand der Technik ist, soll hierauf nicht weiter im einzelnen eingegangen werden.

Wie insbesondere in Fig. 1 weiter zu erkennen ist, ragt das freie Ende der Blattfeder 22 ins Innere der Zange 1 hinein. Es kommt auf einem Ansatz 25 des Kniehebelarms zu liegen, wobei der Ansatz die Schwenkachse 9 in Richtung zum ersten Handgriff 2 überragt. An diesen Ansatz 25 greift im übrigen auch eine Zugfeder 26 an, deren anderes Ende an einem weiter vorn liegenden Bereich des oberen Arbeitsbackens 4 befestigt ist. Die Zug­ feder 26 ist also bestrebt, den Kniehebelarm 8 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 9 zu drehen.

In der Fig. 1 ist die Verbiegung der Blattfeder 22 am geringsten, wobei hier das Zangenmaul 13 seine Schließstellung erreicht hat. Wird das Zan­ genmaul wieder geöffnet, dreht sich der Kniehebelarm 8 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 9, so daß jetzt der Ansatz 25 des Kniehebelarms 8 die Blattfeder 22 nach oben in Fig. 1 verbiegt, was zu entsprechender Beaufschlagung entweder des Dehnungsmeßstreifens 23 oder des piezoelektrischen Elements 24 führt. Die sich in diesem Zusam­ menhang ergebenden Änderungen der elektrischen Eigenschaften von Dehnungsmeßstreifen 23 oder piezoelektrischen Element 24 sind dabei ein Maß für den Öffnungswinkel α des Zangenmauls 13.

Anhand der Fig. 3 bis 5 soll nachfolgend näher der Betrieb der erfin­ dungsgemäßen Zange bei Verwendung einer Wegmeßeinrichtung be­ schrieben werden, die mit einer Blattfeder 22 ausgestattet ist, bei deren Verbiegung sich ein Dehnungsmeßstreifen 23 oder ein piezoelektrisches Element 24 beaufschlagen lassen, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2.

Es sei angenommen, daß sich gemäß Fig. 3 die Zange in vollständig geöff­ netem Zustand befindet. Hier sind die Zangenhandgriffe 2 und 32 am wei­ testen voneinander gespreizt, während das Zangenmaul 13 eine Maulöff­ nung α von 18° aufweist. Der Kniehebel 7, 9, 10 befindet sich hier in seiner am wenigsten gestreckten Stellung. Der Kniehebelarm 8 ist dabei so ver­ schwenkt, daß sein die Schwenkachse 9 überragender Ansatz 25 die Blatt­ feder 22 am stärksten nach oben in Fig. 3 verbiegt. Der Dehnungsmeß­ streifen 23 bzw. das piezoelektrische Element 24 sind jetzt am stärksten beaufschlagt. Dies soll die Ausgangsstellung der Zange 1 sein. Im vorlie­ genden Fall beträgt der Winkel β zwischen der Verbindungsgeraden der Schwenkachsen 9 und 10 und der Horizontalen H (parallel zur unteren ebenen Aufnahmefläche des oberen Arbeitsbackens 4) 91°.

Wird jetzt der untere Handgriff 3 auf den oberen und stationär angenom­ menen Handgriff 2 zugeschwenkt, so wird der Kniehebel 7, 9, 10 zunächst ein wenig gestreckt. Dabei dreht sich die Schwenkachse 10 im Uhrzeiger­ sinn um die Schwenkachse 9. Hat der Winkel β zwischen der Verbindungs­ geraden der Schwenkachsen 9 und 10 und der Horizontalen H einen Wert von 99° erreicht, so ist vorliegend das Zangenmaul 13 schon um die Hälfte geschlossen worden, also um 9°. Der Maulwinkel α beträgt jetzt nur noch 9°. Dies wurde nach einer Winkeländerung Δβ von 8° erreicht. Dabei ist zu erkennen, daß nach wie vor die Blattfeder 22 durch den Ansatz 25 stark verbogen ist, wenn auch nicht mehr so stark wie im Fall der Fig. 3.

Bei weiterer Verschwenkung des Zangenhandgriffs 3 auf den Handgriff 2 zu, wird, wie in Fig. 5 gezeigt, das Zangenmaul 13 schließlich vollständig geschlossen, so daß der Maulwinkel α = 0° beträgt. Dies wird ausgehend vom Zustand nach Fig. 4 durch eine weitere Vergrößerung des Winkels β auf 118° erreicht, also nach einer weiteren Winkeländerung Δβ von 19°. Der Kniehebelarm 8 ist jetzt so weit verschwenkt, daß nunmehr der Ansatz 25 die Blattfeder 22 praktisch vollständig entlastet. Der Kniehebel 7, 9, 10 ist dabei am weitesten gestreckt.

Ein Vergleich der Winkel α und β in den Fig. 3 bis 5 zeigt, daß zu Anfang beim Schließen des Zangenmauls nur eine relativ geringe Veränderung des Winkels β von 8° erforderlich ist, um den Maulwinkel α von 18° auf 9° zu bringen, das Zangenmaul 13 also etwa um die Hälfte zu schließen. Die zweite Hälfte der Schließbewegung zur Veränderung des Maulwinkels α von 9° auf 0° erfordert dann eine Veränderung des Winkels β von 19°. Dies läßt erkennen, daß pro Winkelschließschritt von α = 1° beim Schließen des Zangenmauls 13 eine immer stärkere Verschiebung des Kniehebelarms 8 erfolgt und somit eine immer stärkere Verschwenkung seines Ansatzes 25, so daß zu Beginn der Schließbewegung die Blattfeder 22 pro Winkel­ schließschritt von α = 1° nur wenig entlastet und dann immer stärker ent­ lastet bzw. verschwenkt wird, je weiter sich das Zangenmaul schließt. Die­ ser Effekt kann dazu ausgenutzt werden, bei Aufnahme von Kraft-Weg- Verläufen das Ortsauflösungsvermögen in den jeweiligen Verlaufsdia­ grammen in Richtung zu kleineren Maulwinkeln α zu vergrößern.

Dies ist in Fig. 6 gezeigt. Dort ist die Maulkraft K über den Maulwinkel α aufgetragen. Über die gesamte Skala des Maulwinkels α wird ausgehend vom maximalen Maulwinkel α = 18° der Maulwinkel α = 9° schon nach sehr kurzer Verschwenkung der Arbeitsbacken 4, 5 erreicht, während der Be­ reich von α = 9° bis α = 0° relativ weit gestreckt ist. Gerade in diesem Be­ reich wirken aber die höheren Maulkräfte, da jetzt die Bearbeitungswerk­ zeuge an das zu bearbeitende Gut im Zangenmaul herangeführt sind und dieses beaufschlagen, so daß sich die Maulkräfte bezogen auf die jeweili­ gen Maulwinkel α viel genauer erfassen lassen. Dies führt zu einer besse­ ren Beurteilung der Güte des Arbeitsergebnisses durch Vergleich der pro Maulwinkel αi erfaßten Maulkraft Ki mit einer für diesen Winkel αi ent­ sprechenden vorgegebenen Maulkraft Gi.

Die Fig. 6 zeigt beispielsweise drei Kraft-Weg-Verläufe A, B und C. Der Verlauf A liegt innerhalb eines durch Punkte dargestellten Referenzban­ des und wird als gut eingestuft. Beim Verlauf B liegt zum Beispiel eine feh­ lerhafte Vercrimpung vor, da einige Adern nicht in die Aderendhülse ge­ langt sind, die auf die abisolierte Leitung aufgecrimpt worden ist. Der Ver­ lauf C zeigt ebenfalls eine fehlerhafte Vercrimpung, da hier das Kabel zu kurz abisoliert worden ist.

In der Fig. 7 ist eine mit der Zange 1 verbundene Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 gezeigt. Sie ist mit den bereits erwähnten Kraftsensoren 16 für die Messung der Maulkraft K und 23, 24 für die Mes­ sung des Maulwinkels α verbunden. Sie kann ferner mit einem Referenz­ sensor 28 verbunden sein, um eine Temperaturabhängigkeit der Aus­ gangssignale der Sensoren 16 bzw. 23, 24 ausgleichen zu können. Der Re­ ferenzsensor 28 ist in nicht näher dargestellter Weise so an der Zange an­ geordnet, daß er weder durch Verbiegungen noch durch Verschiebungen der einzelnen Elemente der Zange beeinflußt wird.

Um den Kraft-Weg-Verlauf zum Beispiel bei einer Crimpzange erfassen zu können, sind die Sensoren 16 bzw. 23, 24 ebenso wie der Referenzsensor 28 über eine geeignete Schnittstelle mit einer Auswerteschaltung 29 der Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 verbunden, wobei die Auswerteschaltung 29 einen Vergleichskreis 30 aufweist, der einzelne Kraft- und Wegdaten (Ki, αi) mit entsprechenden Kraft-Weg-Datenpaaren einer Kraft-Weg-Verlaufskurve 31i eines ausgewählten Crimpvorgangs vergleicht. Wie in Fig. 7 schematisch angedeutet, sind die Kraft-Weg- Verlaufskurven 31.1, 31.2, . . ., 31.n in einem Datenspeicher 32 gespei­ chert, der mit der Auswerteschaltung 30 in einem Auswertemodul 33 der Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 integriert ist. Der Ver­ gleichskreis 30 wird dabei zusammen mit der Auswerteschaltung 29 zum Beispiel von einem Mikroprozessor gebildet.

Der Kraft-Weg-Verlauf einer durchgeführten Crimpung sowie das von dem Vergleichskreis 30 gelieferte Vergleichsergebnis können im Datenspeicher 32 gespeichert werden, um für spätere Auswertungen zur Verfügung zu stehen.

Die Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 umfaßt neben einer bidirektionalen Infrarotschnittstelle 34 und einer LCD-Anzeige 35 bei­ spielsweise auch eine Leuchtdiodenanzeigen 36, die beispielsweise drei Leuchtdioden umfaßt, von denen eine grünes, eine andere gelbes und eine dritte rotes Licht aussendet. Leuchtet die rote Leuchtdiode auf, liegt eine Fehlermeldung vor, was heißt, daß eine Vercrimpung außerhalb des Tole­ ranzbandes liegt, welches in Fig. 6 beispielsweise gepunktet dargestellt ist. Grün zeigt an, daß die Vercrimpung in Ordnung ist. Dagegen zeigt gelb an, daß die Vercrimpung in Arbeit ist.

Zur Auswahl bestimmter Crimpverläufe und anderer für die einwandfreie Überwachung des Crimpvorgangs erforderlicher Befehle und/oder Infor­ mationen ist eine Eingabevorrichtung 37 vorgesehen, die mit der Auswer­ teschaltung 29 verbunden ist. Die Eingabevorrichtung ist nicht auf Tasta­ turen beschränkt, sondern kann jede geeignete Form aufweisen.

Um ein bestimmtes Kontaktelement durch Vercrimpen an einem bestimm­ ten Kabel zu befestigen, wird vor Durchführung der ersten Crimpung die Art der gewünschten Crimpung ausgewählt. Dazu wird beispielsweise der Drahtdurchmesser oder Querschnitt und der Typ des Kontaktelements in die Auswerteschaltung 29 über die Eingabevorrichtung 37 eingegeben. Anschließend kann dann der zulässige Toleranzbereich der Crimpung und ggf. eine Benutzeridentifikation eingegeben werden.

Die Auswerteschaltung 29 wählt dann aus dem Datenspeicher 32 den ent­ sprechenden Kraft-Weg-Verlauf aus, zum Beispiel 31k für den eingegebe­ nen Crimpungstyp, wobei dieser Kraft-Weg-Verlauf 31k in Fig. 8 gezeigt ist.

Wird nach dem Einlegen der zu verbindenden Teile zwischen die Crimpein­ sätze das Zangenmaul 13 geschlossen, so werden die Crimpeinsätze zu­ nächst ohne Auftreten einer Crimpkraft K aufeinanderzubewegt, bis beide Crimpeinsätze mit dem Kontaktelement in Berührung kommen. Dieses Schließen der Crimpzange ist als Wegabschnitt S in Fig. 8 dargestellt. Anschließend wird zunächst das Kontaktelement verformt, bis es im we­ sentlichen auf dem Draht oder der Ader eines Kabels liegt. Der entspre­ chende Kraftverlauf ist im Wegabschnitt B in Fig. 8 dargestellt. Sodann steigt beim Zusammenpressen von Kontakt und Draht die Crimpkraft über den Wegabschnitt P steil an, bis sie den für die hier beispielsweise betrach­ tete Crimpung erforderlichen Wert F_max erreicht, also in einem zulässigen Toleranzbereich um den Wert F_max liegt. Während des gesamten Crimp­ vorgangs überwacht die Auswerteschaltung 29 durch Vergleich der von den Kraftsensoren 16 bzw 23, 24 gelieferten Kraft-Weg-Datenpaare mit den entsprechenden Kraft-Weg-Datenpaaren der ausgewählten Kraft- Weg-Verlaufskurve 31k, ob die aktuelle Crimpkraft dem zu erwartenden Sollwert entspricht. Bleibt die Crimpkraft beispielsweise, wie im Abschnitt P in Fig. 8 durch die gestrichelte Kurve dargestellt, deutlich unter dem erwarteten Kraftverlauf, so liegt eine Fehlcrimpung vor, wie bereits oben erläutert. Der Fehler wird dabei angezeigt, sobald die gemessene Crimp­ kraft außerhalb des Toleranzbereichs liegt.

Steigt andererseits die Crimpkraft bereits beim Schließen des Zangen­ mauls (Wegabschnitt S) auf einen deutlich von Null verschiedenen Wert an, so wird ebenfalls ein Fehler gemeldet. In ähnlicher Weise werden auch andere Fehler frühzeitig erkannt, so daß der Benutzer durch Abbrechen des Crimpvorgangs den Fehler korrigieren und anschließend eine ein­ wandfreie Crimpung erhalten kann.

Am Ende eines Crimpvorgangs werden die entsprechenden Daten bezüg­ lich Erfolg oder Mißerfolg beim Crimpen im Datenspeicher 32 gespeichert, um später die Qualität der einzelnen durchgeführten Crimpungen proto­ kollieren und statistisch auswerten zu können.

Temporäre Kraftabfälle im Kraft-Weg-Diagramm, die zum Beispiel beim Ratschenbetrieb der Zange auftreten, wenn die Zange in einer Zwischen­ stellung durch die Ratsche arretiert wird, werden erfindungsgemäß her­ ausgefiltert. Derartige temporäre Kraftabfälle sind beim Ratschenbetrieb üblich und kein Hinweis auf eine Fehlcrimpung. Zur Durchführung dieses Filtervorgangs werden an den jeweiligen Maulöffnungswerten αi gemesse­ ne Maulkräfte Ki mit Maulkraft-Grenzwerten Gi verglichen, um bei Über- oder Unterschreiten der Maulkraft-Grenzwerte Gi ein Statussignal Si zu erzeugen. Die Statussignale Si sind allerdings noch nicht die Fehlersigna­ le, die zur Alarmmeldung führen. Vielmehr werden Statussignale an auf­ einanderfolgenden Maulöffnungswerten αi nur dann zur Erzeugung eines Fehlersignals F herangezogen, wenn die Anzahl solcher aufeinanderfol­ gender Maulöffnungswerte αi eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat, wobei die Schwelle durch die Eingabevorrichtung 37 auch vorgebbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß die Kraft-Weg-Verläufe nur für den Schließvorgang der Zange aufgezeichnet und gespeichert wer­ den. Kraft-Weg-Verläufe bei Öffnung des Zangenmauls werden nicht benö­ tigt und daher auch nicht aufgenommen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Ermittlung des Verlaufs einer in einem Zangenmaul (13) wirkenden Maulkraft (K) in Abhängigkeit einer Maulöffnung (α) des Zangenmauls (13) bei einer Zange (1), die zwei zur Bildung des Zangen­ mauls (13) relativ zueinander bewegbare Arbeitsbacken (4, 5), eine Kraft­ meßeinrichtung (16) zur Messung der Maulkraft (K), und eine Wegmeßein­ richtung (17; 23; 24) zur Messung der Maulöffnung (α) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Maulöffnung (α) durch die Wegmeßeinrichtung (17; 23; 24) in einer Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5) mit höherer Ortsauflösung erfaßt wird als in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ort­ sauflösung in dieser Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5) ständig ansteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeweiligen Maulöffnungswerten (αi) gemessene Maulkräfte (Ki) mit Maulkraft-Grenzwerten (Gi) verglichen werden, um bei Über- oder Unter­ schreiten der Maulkraft-Grenzwerte (Gi) ein Statussignal (Si) zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Status­ signale (Si) an aufeinanderfolgenden Maulöffnungswerten (αi) nur dann zur Erzeugung eines Fehlersignals (F) herangezogen werden, wenn die An­ zahl solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte (αi) eine vorbe­ stimmte Schwelle überschritten hat.

5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle einstellbar ist.

6. Zange (1) mit zwei zur Bildung eines Zangenmauls (13) relativ zuein­ ander bewegbaren Arbeitsbacken (4, 5), einer Kraftmeßeinrichtung (16) zur Messung einer im Zangenmaul (13) wirkenden Maulkraft (K) und einer Wegmeßeinrichtung (23; 24) zur Messung einer Maulöffnung (α) des Zan­ genmauls (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung (17; 23, 24) so mit der Zange (1) verbunden ist, daß sie die Maulöffnung in einer Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5) mit höherer Ortsauflösung erfaßt als in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken (4, 5).

7. Zange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein An­ triebselement (8) enthält, das die Wegmeßeinrichtung (17; 23; 24) ver­ stellt, wobei das Antriebselement (8) bei gleichen Schließschritten des Zangenmauls (13) die Wegmeßeinrichtung (17; 23; 24) um so stärker ver­ stellt, je weiter sich das Zangenmaul (13) schließt.

8. Zange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das An­ triebselement (8) als verschwenkbares Element ausgebildet ist.

9. Zange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das An­ treibselement (8) ein Arm eines Kniehebels (7-10) ist.

10. Zange nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung eine Blattfeder (22) aufweist, die vom An­ triebselement (8) verbiegbar ist.

11. Zange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfe­ der (22) einen Dehnungsmeßstreifen (23) trägt.

12. Zange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfe­ der (22) ein piezoelektrisches Element (24) beaufschlagt, das Teil der Weg­ meßeinrichtung ist.

13. Zange nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wegmeßeinrichtung ein Potentiometer (17) gehört, das vom An­ triebselement (8) betätigbar ist.

14. Zange nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wegmeßeinrichtung einen von außen auf die Zange (1) auf­ setzbaren Trägerkörper (18) aufweist, an dem die Blattfeder (22) so befe­ stigt ist, daß sie durch eine im Zangengehäuse vorhandene Öffnung ins Innere der Zange (1) ragt und dort vom Antriebselement (8) beaufschlagt wird.

15. Zange nach Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (24) zwischen Trägerkörper (18) und Blattfeder (22) liegt.

16. Zange nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wegmeßeinrichtung und die Kraftmeßeinrichtung mit einer elektrischen Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung (27) verbun­ den sind, die entweder auf der Zange (1) montiert oder separat zu dieser angeordnet ist.

17. Wegmeßeinrichtung zur Verwendung bei einer Zange (1) gemäß ei­ nem der Ansprüche 6 bis 12 und 14 bis 16, enthaltend einen auf die Zange (1) aufsetzbaren Trägerkörper (18) und eine mit ihm verbundene und in die Zange (1) einführbare Blattfeder (22), deren Verbiegung durch ein mit ihr in Kontakt stehendes elektrisches Sensorelement (23; 24) detektierbar ist.

18. Verfahren zur Ermittlung des Verlaufs einer in einem Zangenmaul (13) wirkenden Maulkraft (K) in Abhängigkeit einer Maulöffnung (α) des Zangenmauls (13) bei einer Zange (1), die zwei zur Bildung des Zangen­ mauls (13) relativ zueinander bewegbare Arbeitsbacken (4, 5), eine Kraft­ meßeinrichtung (16) zur Messung der Maulkraft (K) und eine Wegmeßein­ richtung (17; 23; 24) zur Messung der Maulöffnung (α) aufweist, wobei an jeweiligen Maulöffnungswerten (αi) gemessene Maulkräfte (Ki) mit Maul­ kraft-Grenzwerten (Gi) vergleichen werden, um bei Über- oder Unter­ schreiten der Maulkraft-Grenzwerte (Gi) ein Statussignal (Si) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß Statussignale (Si) an aufeinanderfolgen­ den Maulöffnungswerten (αi) nur dann zur Erzeugung eines Fehlersignals (F) herangezogen werden, wenn die Anzahl solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte (αi) eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle einstellbar ist.