DE20106207U1

DE20106207U1 - Antriebseinrichtung für ein Einpresswerkzeug

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Publication number: DE20106207U1
Application number: DE20106207U
Authority: DE
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: US20020144386A1; EP1247599B1; US6676000B2; EP1247599A1; DE50210619D1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Einpresswerkzeug, insbesondere ein Werkzeug zum Fügen von Werkstücken aus duktiblem Material, das einen Stempel für einen Einpressvorgang und einen relativ zu dem Stempel axial verschiebbaren Niederhalter zum Niederhalten eines oder mehrerer Werkstücke während des Einpressvorganges aufweist.

Bei vorbekannten Einpresswerkzeugen wie z.B. Werkzeugen zum Setzen

&iacgr;&ogr; von Stanznieten sind üblicherweise hydraulisch arbeitende Antriebseinrichtungen vorgesehen. Bei derartigen Antriebseinrichtungen wird die Kraft zum Betätigen des Stempels (Einpress- bzw. Fügekraft) mittels eines Hydraulikzylinders erzeugt, der den Hydraulikdruck direkt oder auch indirekt auf den Stempel überträgt, vgl. z.B. DE 199 24 310. Die vom Niederhalter auf die Werkstücke ausgeübte Niederhaltekraft kann entweder von einem zusätzlichen Hydraulikzylinder oder von dem Stempel durch Kraftübertragungsmittel in Form einer Feder ausgeübt werden. Wenn sich auch diese Antriebseinrichtungen im Prinzip bewährt haben, sind sie nicht für alle Anwendungszwecke gleichermaßen geeignet. Die Verwendung eines zusätzlichen Hydraulikzylinders erfordert einen entsprechenden konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand.Bei Verwendung einer Feder als Kraftübertragungsmittel besteht die Gefahr eines Federbruchs, was die Lebensdauer und die Betriebssicherheit des Einpresswerkzeuges entsprechend verringert. Außerdem ist die Niederhaltekraft durch die Feder vorgegeben und kann nicht verändert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für ein Einpresswerkzeug der oben angegebenen Gattung so weiter zu bilden, dass sie bei konstruktiver Einfachheit möglichst störungs- und verschleißfrei arbeitet. Außerdem soll die Niederhalterkraft veränderbar und einstellbar sein. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen die Kraftübertragungsmittel zwischen dem Stempel und dem Niederhalter aus einer volumenveränderlichen Druckluftkammer, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen Stempel und

Niederhalter während des Einpressvorganges zum Erhöhen der Niederhalterkraft komprimiert wird. Die pneumatische Feder in Form der Druckluftkammer erzeugt hierbei eine vorgegebene Niederhalterkraft.

Da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebseinrichtung keine Feder zur Übertragung der Kraft zwischen Stempel und Niederhalter benötigt wird, hat sie eine hohe Betriebssicherheit, einen geringen Verschleiß und eine hohe Lebensdauer. Darüber hinaus bietet die Erfindung die Möglichkeit, den Anfangsdruck in der Druckluftkammer stufenlos einzustellen. Hierdurch lässt sich die Niederhalterkraft individuell und schnell einstellen und an spezielle Anwendungen anpassen. Der &iacgr;&ogr; Druck in der Druckluftkammer lässt sich im übrigen auch durch eine veränderliche Drosselstelle oder eine Drucksteuereinrichtung beliebig steuern.

Als Antrieb kommen herkömmliche Stellvorrichtungen wie hydraulische Zylinder in Frage, die direkt oder indirekt auf den Stempel einwirken. Vorzugsweise weist der Antrieb jedoch einen elektrischen Motor und einen von dem elektrisehen Motor angetriebenen Spindelmechanismus auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Nietsetzwerkzeug in seiner Grundstellung,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das Nietsetzwerkzeug in seiner Nietstellung, und

Fig. 3 eine Schemaskizze einer Drucksteuereinrichtung für das Nietsetzwerkzeug.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einpresswerkzeug ist als Nietsetzwerkzeug zum Setzen von Stanznieten ausgebildet. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei anderen Einpresswerkzeugen wie z.B. Werkzeugen zum Durchsetzfügen (Clinchen) verwenden.

Die Antriebseinrichtung des dargestellten Nietsetzwerkzeuges weist einen elektrischen Motor 2 auf, der an der Außenseite eines rohrförmigen Gehäuses 4 des

eigentlichen Nietsetzwerkzeuges angebracht ist. Der elektrische Motor 2 ist über ein Untersetzungsgetriebe 6 aus zwei Planetenrädern 8 mit einem Spindelmechanismus 10 verbunden, der in dem aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzten Gehäuse 4 angeordnet ist. Die beiden miteinander kämmenden Planetenräder 8 sind, wie schematisch angedeutet, mittels Kugellager in zugehörigen Gehäuseabschnitten drehbar gelagert, wobei das eine Planetenrad 8 mit der Abtriebswelle des elektrischen Motors 2 und das andere Planetenrad 8 mit einer Spindel 12 des Spindelmechanismus 10 drehfest verbunden ist. Das Untersetzungsgetriebe 6 erhöht das vom elektrischen Motor 2 auf den Spindelmechanismus 10 übertragene Drehmoment um einen vorgegebenen Faktor und reduziert die Antriebsdrehzahl um denselben Faktor.

Die im Gehäuse 4 konzentrisch angeordnete Spindel 12 des Spindelmechanismus 10 ist mittels eines Kugellagers 14 drehbar und axial unverschiebbar im Gehäuse 4 gelagert. Die Spindel 12 kämmt mit einer Mutter 16. Die Mutter 16 ist fest verbunden mit einem Stempelteil 18 eines Stempels 20 zum Setzen der Stanzniete (nicht gezeigt). Die Mutter 16 und der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 sind relativ zum Gehäuse 4 drehfest und axial verschiebbar geführt. Eine Drehung der Spindel 12 bewirkt daher eine entsprechende Axialbewegung der Mutter 16 und des Stempels 20.

Der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 ist koaxial von einem Niederhalterteil 22 eines Niederhalters 24 umgeben. Der Niederhalter 24 mit dem Niederhalterteil 22 ist sowohl relativ zu dem Stempel 20 wie auch relativ zu dem Gehäuse 4 axial verschiebbar gelagert, um auf die zu vernietenden Bleche (nicht gezeigt) während des Nietvorganges eine Niederhalterkraft ausüben zu können, wie noch genauer erläutert wird.

Wie in den Figuren zu sehen ist, ist das Stempelteil 18 an der Oberseite mit einem Deckel 26 versehen, der die Mutter 16 im Inneren des Stempelteils 18 sichert. Das Niederhalterteil 22 ist an seiner Oberseite ebenfalls mit einem Deckel 28 versehen, mit dem das Niederhalterteil 22 in der Grundstellung (Fig. 1) des Nietsetzwerkzeuges an der Unterseite eines Gehäuseteils 4a anliegt.

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Das Stempelteil 18 und das Niederhalterteil 22 haben jeweils zwei zylindrische Abschnitte 18a, 18b bzw. 22a bzw. 22b, die abgedichtet ineinander so angeordnet sind, dass einander gegenüberliegende Umfangs- und Schulterflächen dieser Abschnitte eine Druckluftkammer 30 zwischen sich begrenzen. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die Abschnitte 18a und 22a bzw. 18b und 22b durch Dichtungen gegeneinander abgedichtet, so dass die Druckluftkammer 30 insoweit strömungsmitteldicht abgeschlossen ist.

Die Druckluftkammer 30 steht jedoch in dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel über eine Strömungsverbindung 32 mit einer (nicht gezeigten) Dmckluftquelle

&iacgr;&ogr; in Verbindung. Die Strömungsverbindung 32 besteht aus einem Druckluftanschluss 34, der an der Außenseite des Gehäuses 4 vorgesehen ist, einem zwischen dem Gehäuse 4 und dem Niederhalterteil 22 gebildeten Ringraum 36, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Abschnittes 22a erstreckt, sowie einem in dem Niederhalterteil gebildeten Durchlass 38, der den Ringraum 36 mit der Druckluftkammer 30 verbindet.

Das eigentliche Fügeteil 40 des Stempels 20 sowie das Mundstück 42 des Niederhalters 24 sind von herkömmlicher Bauart und können beispielsweise wie in der DE 199 24 310 ausgebildet sein, so dass sie nicht näher beschrieben werden. Die Funktionsweise des beschriebenen Nietsetzwerkzeuges ist wie folgt. Es sei angenommen, dass sich das Nietsetzwerkzeug in seiner in Fig. 1 gezeigten Grundstellung befindet. Wird nun der elektrische Motor 2 betätigt, so dreht er über das Untersetzungsgetriebe 6 die Spindel 12 des Spindelmechanismus 10. Hierdurch werden die Mutter 16 und das damit fest verbundene Stempelteil 18 axial nach unten bewegt. Hierbei nehmen sie über die als pneumatische Feder wirkende Druckluftkammer 30 den Niederhalter 24 mit dem Niederhalterteil 22 mit.

Wenn das Mundstück 42 des Niederhalters 24 auf der Oberseite der zu vernietenden Bleche (nicht gezeigt) aufsetzt, bleibt er stehen. Der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 wird jedoch über den Spindelmechanismus 10 weiter nach unten bewegt, bis das Fügeteil 40 des Stempels 20 den Niet in die Bleche eingedrückt hat

so (Fig. 2).

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Hierbei kommt es zu einer Kompression der Druckluftkammer 30, so dass sich der Druck in der Druckluftkammer 30 entsprechend erhöht. Dies führt zu einer entsprechenden Erhöhung der von dem Niederhalter 24 auf die Bleche ausgeübten Niederhalterkraft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Verdichtungsverhältnis in der Größenordnung von 3. Über die Strömungsverbindung 32 lässt sich der Anfangsdruck in der Druckluftkammer 30 auf einen vorgegebenen Wert einstellen. Somit lässt sich mit Hilfe der Druckluftkammer 30 ein beliebiger Wert der Niederhalterkraft erzeugen, so dass sich die Niederhalterkraft individuell und schnell dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen lässt.

&iacgr;&ogr; Liegt beispielsweise der in der Druckluftkammer 30 eingestellte Anfangsdruck bei 6 bar und das Verdichtungsverhältnis zur Druckluftkammer 30 bei 3, so ergibt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel eine maximal erreichbare Niederhalterkraft von 4 kN. Wird der Anfangsdruck in der Druckluftkammer 30 niedriger eingestellt, so ergeben sich entsprechend niedrigere Werte für die Niederhalterkraft am Anfang und Ende des Nietvorganges.

Damit der durch die Kompression erhöhte Druck in der Druckluftkammer 30 nicht über die Strömungsverbindung 32 zur Druckluftquelle zurückschlägt, wird zweckmäßigerweise ein entsperrbares Rückschlagventil (nicht gezeigt) vorgesehen, das ein Entweichen von Druck aus der Druckluftkammer 30 verhindert. Außerdem kann in der Strömungsverbindung 32 eine veränderliche Drosselstelle (nicht gezeigt) vorgesehen werden, durch die sich der Druck in der Druckluftkammer beliebig steuern lässt. Hierdurch lässt sich die Niederhalterkraft auch noch während des Nietvorganges in gewünschter Weise beeinflussen.

Die als pneumatische Feder wirkende Druckluftkammer 30 sorgt somit für eine schnelle und stufenlos einstellbare Niederhalterkraft bei minimalem Verschleiß der beteiligten Bauteile.

Um das Nietsetzwerkzeug aus der in der Fig. 2 gezeigten Nietstellung wieder in die in Fig. 1 gezeigte Grundstellung zurückzubewegen, wird der hinsichtlich seiner Drehrichtung reversible elektrische Motor 2 in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Hierdurch bewegt der Spindelmechanismus 10 die Mutter 16 und damit den Stempel 20 nach oben. Sobald sich der Deckel 26 des Stempelteils 18 an den

Deckel 28 des Niederhalterteils 22 anlegt, nimmt der Stempel 20 den Niederhalter 24 bei seiner Aufwärtsbewegung mit, bis der Stempel 20 und der Niederhalter 24 wieder ihre obere Endstellung (Grundstellung der Fig. 1) erreicht haben. Das Nietsetzwerkzeug ist dann für den nächsten Nietvorgang bereit.

In Fig. 3 ist eine Schemaskizze einer Drucksteuereinrichtung 46 gezeigt, die zum Steuern des Drucks in der Druckluftkammer 30 dient.

Die Drucksteuereinrichtung 46 hat einen Druckregler 48, der auf seiner Einlassseite mit einer Druckluftquelle 44 und auf seiner Auslassseite über eine Leitung 50, ein Rückschlagventil 52 und eine Leitung 54 mit dem Druckluftanschluss 34 der

&iacgr;&ogr; Druckluftkammer 30 verbunden ist. Die Drucksteuereinrichtung 46 hat ferner einen Druckübersetzer 56 in Form eines zweistufigen Druckluftzylinders mit einer zweistufigen Kolbenanordnung, die aus einem Kolben 58 kleineren Querschnitts und einem Kolben 60 größeren Querschnitts besteht. Der Druckübersetzer 56 ist auf der Seite des kleineren Kolbens 58 über die Leitung 54 mit dem Druckluftanschluss 34 der Druckluftkammer 30 verbunden, während er auf der Seite des größeren Kolbens 60 über ein Wegeventil 62 mit dem Druckregler 48 verbindbar ist. Der Druckübersetzer 56 ist ferner in seinem Bereich zwischen dem kleinen Kolben 56 und großen Kolben 60 über ein (schematisch angedeutetes) Filter mit der Atmosphäre verbunden.

Die Funktionsweise der Drucksteuereinrichtung ist wie folgt. Zu Beginn eines Nietsetzvorganges wird die Druckluftkammer 30 von der Druckluftquelle 44 über den Druckregler 48 und die Leitungen 50, 54 mit einem vorgegebenen Anfangsdruck beaufschlagt. Mit Hilfe des Druckübersetzers 46 wird nun während der Komprimierung der Druckluftkammer 30 der darin herrschende Druck in gewünschter Weise gesteuert.

Beispielsweise lässt sich die Druckbeaufschlagung des Druckübersetzers 56 mit Hilfe des Wegeventils 62 so steuern, dass sich die Kolbenanordnung 58, 60 zu Beginn des Nietsetzvorganges in ihrer (in Fig. 3) oberen Stellung befindet. Wird dann beim Ausführen eines Nietsetzvorganges die Druckluftkammer 30 komprimiert, so wird der kleinere Kolben 58 über die Leitung 54 mit dem aus der Druckluftkammer 30 verdrängten Druckluftvolumen beaufschlagt, so dass die Kolbenan-

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Ordnung 58, 60 nach unten fährt. Je nach dem Verhältnis der druckbeaufschlagten Flächen der Kolben 56 und 60 lässt sich auf diese Weise ein relativ flacher Druckanstieg oder auch ein konstanter Druck in der Druckluftkammer 30 erzielen.

Wird dagegen die Druckluftbeaufschlagung des Druckübersetzers 56 zu Beginn eines Nietsetzvorganges so gesteuert, dass die Kolbenanordnung 58, 60 zunächst in ihrer (in Fig. 3) unteren Stellung ist und dann während der Komprimierung der Druckluftkammer 30 nach oben verstellt wird, so ergibt sich ein entsprechend steilerer Druckanstieg in der Druckluftkammer.

Grundsätzlich lässt sich der Druck in der Druckluftkammer 30 über die Drucksteuereinrichtung 46 beliebig steuern, wenn der Druckübersetzer 56 über das Wegeventil 62 mit einem gesonderten Druckluftregler verbunden wird, dessen geregelter Druck unabhängig von dem der Druckluftkammer 30 zugeführten Druck ist.

Claims

1. Antriebseinrichtung für ein Einpresswerkzeug, insbesondere ein Werkzeug zum Fügen von Werkstücken aus duktiblem Material, das einen Stempel für einen Einpressvorgang und einen relativ zu dem Stempel axial verschiebbaren Niederhalter zum Niederhalten eines oder mehrerer Werkstücke während des Einpressvorganges aufweist, mit
einem Antrieb (2, 6, 10),
einem Stempelteil (18), das durch den Antrieb (2, 6, 10) zum Betätigen des Stempels (20) axial verstellbar ist, und
einem Niederhalterteil (22), das durch das Stempelteil (18) über Kraftübertragungsmittel (30) zum Betätigen des Niederhalters (24) axial verstellbar ist, wobei die Kraftübertragungsmittel eine volumenveränderliche Druckluftkammer (30) zwischen dem Niederhalterteil (22) und dem Stempelteil (18) aufweisen, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen Stempel (20) und Niederhalter (24) während des Einpressvorganges zum Erhöhen der Niederhalterkraft komprimiert wird.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftkammer (30) über eine Strömungsverbindung (32) mit einer Druckluftquelle zum Einstellen eines vorgegebenen Anfangsdrucks verbindbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (32) einen an einem Gehäuse (4) des Einpresswerkzeuges vorgesehenen Druckluftanschluss (34), einen zwischen Niederhalterteil (22) und Gehäuse (4) vorgesehenen Ringraum (36) und einen den Ringraum (36) mit der Druckluftkammer (30) verbindenden Durchlass (38) im Niederhalterteil (22) aufweist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (32) ein entsperrbares Rückschlagventil zum Verhindern des Entweichens von Druckluft aus der Druckluftkammer (30) aufweist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (32) eine veränderliche Drosselstelle zum Steuern des durch die Kompression der Druckluftkammer (30) erzeugten Luftdrucks aufweist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftkammer (30) mit einer Druckluftquelle (44) über eine Drucksteuereinrichtung (46) verbunden ist, durch die der Druck in der Druckluftkammer (30) während des Einpressvorganges beliebig steuerbar ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (46) einen mit der Druckluftkammer (30) verbundenen Druckübersetzer (56) und einen an der Druckluftquelle (44) angeschlossenen Druckregler (48) aufweist, die über ein Wegeventil (62) miteinander verbindbar sind.

8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stempelteil (18) und das Niederhalteteil (22) jeweils zwei rohrförmige Abschnitte (18a, b, 22a, b) unterschiedlichen Durchmessers aufweisen, die koaxial ineinander so angeordnet sind, dass die Druckluftkammer (30) von einander gegenüberliegenden Umfangs- und Schulterflächen der rohrförmigen Abschnitte begrenzt wird.

9. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6, 10) einen elektrischen Motor (2) und einen durch den elektrischen Motor (2) angetriebenen, in einem Gehäuse (4) angeordneten Spindelmechanismus (10) aufweist.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (12) des Spindelmechanismus (10) drehbar und axial unverschiebbar bezüglich des Gehäuses (4) gelagert ist und dass die Mutter (16) des Spindelmechanismus (10) zusammen mit dem Stempelteil (18) drehfest und axial verschiebbar bezüglich des Gehäuses (4) gelagert ist.

11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) hinsichtlich seiner Drehrichtung umkehrbar ist.

12. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) mit dem Spindelmechanismus (10) über ein Untersetzungsgetriebe (6) verbunden ist.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) außerhalb des rohrförmig ausgebildeten Gehäuses (4) angeordnet ist und das Untersetzungsgetriebe (6) als Planetengetriebe mit zwei Planetenrädern (8) ausgebildet ist.