DE20206575U1 - Taumelnietmaschine - Google Patents

Taumelnietmaschine

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    • B21J15/12Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
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Description

Anmelder: Erchinger, Karl-Heinz, 78 609 Tuningen Anmelder-Nr.:
Bezeichnung: Taumelnietmaschine
Die Erfindung betrifft eine Taumelnietmaschine mit einem über einem Niettisch angeordneten Döpper als Nietwerkzeug, der in einer vertikale Arbeitshübe ausführenden und elektromotorisch drehend angetriebenen Arbeitsspindel in Schrägstellung zu deren Drehachse befestigt ist, wobei die Arbeitsspindel in einem den elektrischen Antriebsmotor tragenden Werkzeugkopf gelagert ist, der von einem neben, insbesondere hinter dem Niettisch angeordneten Ständer getragen ist.
Taumelnietmaschinen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. In der Fachwelt werden sie gelegentlich auch als Rollnietmaschinen bezeichnet.
Eine solche Rollnietmaschine ist beispielsweise in der DE-29 06 922 C2 beschrieben. Bei diesen bekannten Rollnietmaschinen bzw. Taumelnietmaschinen wird die Arbeitsspindel, in welcher der Döpper in einer schrägstehenden Döpperwelle gelagert ist, von einem Elektromotor drehend
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angetrieben, so daß er in Folge seiner Schrägstellung eine zur Achse der Arbeitsspindel kegelförmige Taumelbewegung ausführt. Die vertikale Bewegung der Arbeitsspindel wird mittels einer pneumatischen Vorschubeinrichtung erzeugt, welcher ein pneumatischer Steuerteil mit elektromagnetischen Steuerventilen zugeordnet ist.
Abgesehen davon, daß solche Taumelnietmaschinen nur dort eingesetzt werden können, wo eine pneumatische Druckquelle zur Verfügung steht, ist die Axialbewegung der Arbeitsspindel im unbeweglichen Werkzeugkopf, der an einem Ständer befestigt ist, durch die pneumatische Vorschubeinrichtung vorgegeben und nicht veränderbar. Lediglich zur anpassenden Korrektur der vertikalen Arbeitsposition der Döpperspitze ist eine Verstellvorrichtung vorgesehen, mit welcher der Werkzeugkopf in vertikaler Richtung in gewissen Grenzen verstellt werden kann. Während der einzelnen Nietvorgänge findet jedoch keine Axialverstellung des Werkzeugkopfes statt. Auch die Leerhübe des Döppers bzw. der Arbeitsspindel werden bei stillstehendem Werkzeugkopf durch den vorgegebenen Arbeitshub der pneumatischen Vorschubeinrichtung in vorgegebener Hublänge ausgeführt .
Wegen der Kompressibilität der Luft, steht bei diesen pneumatischen Nietmaschinen am Anfang des Nietvorganges,
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worunter die mechanische unter Druck stattfindende Verformung
des Nietschaftes zu einem Nietkopf zu verstehen
ist, nicht der volle Arbeitsdruck zur Verfügung. Dieser
wird erst allmählich während des Nietvorganges aufgebaut und steht erst an dessen Ende zur Verfügung. Deshalb und aus anderen Gründen wird bei diesen Maschinen der Nietvorgang
zeitabhängig gesteuert. Man läßt also den Döpper unter Druck eine gewisse, empirisch ermittelte Zeit, auf das Niet einwirken. Dabei ist in dieser Zeit auch ein Sicherheitsfaktor enthalten, was bedeutet, daß in den meisten Fällen der Nietvorgang länger dauert als er eigentlich müßte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Taumelnietmaschine
der eingangs genannten Art zu schaffen, die rationeller und besser arbeitet, die für die axiale Bewegung der Arbeitsspindel keinen pneumatischen Antrieb benötigt und bei der die Arbeitsspindel auf unterschiedlich große Leerhübe und Arbeitshübe eingestellt werden kann
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß
der Werkzeugkopf zur Ausführung der vertikalen Bewegungshübe im Ständer mittels vertikalen Linearführungen axial
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beweglich gelagert und über einen Gewindespindelantrieb mittels eines Elektromotors antreibbar ist.
Eine solche Taumel- bzw. Rollnietmaschine hat wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Nietmaschinen der gattungsgemäßen Art, bei denen die Arbeitsspindel in axialer Richtung pneumatisch angetrieben wird.
Abgesehen davon, daß zum Betrieb der erfindungsgemäßen Nietmaschine keine pneumatische Energiequelle, d.h. keine Druckluftquelle benötigt wird, können die Arbeitszeiten, die zur Bildung eines qualitativ einwandfreien Nietkopfes benötigt werden, auf ein Minimum reduziert werden, weil einerseits schon am Beginn des Nietvorganges der volle Arbeitsdruck zur Verfügung steht und das Ende des jeweiligen Nietvorganges nicht durch eine Zeitvorgabe, sondern durch das Erreichen einer bestimmten Arbeitsposition des Döppers, die dem fertigen Nietkopf entspricht, festgelegt werden kann. Man erreicht dadurch gegenüber den herkömmlichen Maschinen eine erhebliche Zeitersparnis und somit eine rationellere Arbeitsweise. Außerdem läßt sich, insbesondere unter Berücksichtigung der Maßtoleranzen, der Arbeitshub sehr exakt einstellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Leerhübe des Werkzeugkopfes relativ schnell, d.h. in relativ kurzer Zeit, mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit ausgeführt werden können, während
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der eigentliche relativ kleine Arbeitshub innerhalb des Nietvorganges mit einer sehr geringen Bewegungsgeschwindigkeit ausgeführt werden kann, wenn, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 vorgesehen ist, beispielsweise ein NC-gesteuerter Stellmotor als Antriebsaggregat für den Gewindespindelantrieb verwendet wird.
Mit den Ausgestaltungen der Erfindung nach den Ansprüchen 3 und 4 ist es möglich, den Antrieb des Werkzeugkopfes sowohl bezüglich der Leerhübe als auch bezüglich der Arbeitshübe auf sehr einfache Weise sehr präzise einzustellen, so daß auch eine hohe Wiederholgenauigkeit innerhalb der jeweils gleichen Einstellungen der Steuereinheit gewährleistet ist.
Mit den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 5 bis 11 ist eine exakte, praktisch spielfreie Führung und Lagerung des Werkzeugkopfes im Ständer gewährleistet, die Voraussetzung für ein exaktes und langfristig präzises Arbeiten der Maschine ist.
Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Taumelnietmaschine in isometrischer Gesamtansicht;
Fig. 2 eine Prinzipskizze der Schalt- und Steuereinheit;
Fig. 3 eine größtenteils geschnittene Seitenansicht
der in Fig. 1 dargestellten Taumelnietmaschine;
Fig. 4 in teilweise geschnittener Ansicht des Ständers eine Draufsicht der Taumelnietmaschine aus Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt V-V aus Fig. 4;
Fig. 6 in vereinfachter isometrischer Darstellung eine teilweise geschnittene Kompaktführung in vergrößertem Maßstab.
Die in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Taumelnietmaschine weist einen Niettisch 1 auf, der zur auswechselbaren und fixierbaren Aufnahme verschiedener Nietuntersätze 2 mit einer quer verlaufenden T-Nut 3 versehen ist. In einer Konsole 4 des Niettisches sind auf den sich gegenüberliegenden Außenseiten jeweils Handschalter 5 und 6 angebracht, die mit den beiden Händen des Bedieners
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während des gesamten Nietvorganges aus Sicherheitsgründen betätigt werden müssen.
Über dem Niettisch 1 befindet sich ein vertikal beweglicher Werkzeugkopf 7 mit einem oben aufgesetzten Elektromotor 8. Dieser Elektromotor 8 treibt eine Arbeitsspindel 9 an, die um eine vertikale Achse 10 drehbar im Werkzeugkopf 7 gelagert ist.
In die untere Stirnseite 11 der Arbeitsspindel 9 ist ein Döpper 12 in Schrägstellung zur Achse 10 festsitzend, jedoch auswechselbar eingesetzt, so daß seine Achse 13 mit der Achse 10 einen Winkel &agr; von etwa 5° bis 10°, vorzugsweise 6°, bildet. Dabei sitzt der Döpper 12 in einem von der Arbeitsspindel 9 abschraubbaren Arbeitskopf 14, der größtenteils von einem zylindrischen, hülsenartigen Schutzgehäuse 15 umschlossen ist.
Die Arbeitsspindel 9 ist mittels kombinierter Kugel- und Nadellagern 16, 17 in dem mit einer vertikalen Zentralbohrung 19 und einer dazu koaxialen oberen, im Durchmesser größeren, zylindrischen Ausnehmung 20 angeordnet und gelagert. Über eine Wellenkupplung 21 steht sie mit der Motorwelle 22 in drehfester Verbindung, so daß der Döpper 12, wenn der Elektromotor 8 eingeschaltet ist, um die
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Achse 10 rotiert und dabei die Mantelfläche eines auf dem Kopf stehenden Kegels bestreicht.
Der Werkzeugkopf 7, in dem die Arbeitsspindel 9 gelagert ist und auf dem oberseitig auch der Elektromotor 8 angeordnet ist, steht über einen horizontalen Verbindungsarm 25 mit einem Schlitten 26 in starrer Verbindung. Dieser Schlitten 26 hat die Form eines in vertikaler Richtung länglichen Quaders mit zwei zueinander parallel verlaufenden vertikalen Seitenflächen 27 und 28. An jeder dieser Seitenflächen 27 und 28 sind jeweils zwei übereinanderliegend angeordnete Führungswagen 31, 32 bzw. 33 und 34 mittels mehrerer Schrauben 35 und 36 befestigt. Diese Führungswagen 31 bis 34 sind jeweils Bestandteile von Kompaktführungen, d.h. Linearführungen, welche jeweils aus zwei Führungswagen 31 und 32 bzw. 33 und 34 und einer vertikalen Führungsschiene 40 bzw. 41 bestehen.
Mit Hilfe von Kugelketten 38, 39 sind diese Führungswagen 31 bis 34 jeweils leichtgängig und spielfrei an den Führungsschienen 40 bzw. 41 geführt. Solche Kompaktführungen sind hochpräzise Bauelemente, die handelsüblich zur Verfügung stehen.
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Die beiden Führungsschienen 40 und 41 sind direkt gegenüberliegend an den Innenseiten 42 bzw. 43 zweier parallel zueinander verlaufender, vertikaler Ständerplatten 44 bzw. 45 eines Ständers 55 mittels Schrauben 46 starr befestigt. Die Ständerplatten 44 und 45 sind ihrerseits auf der horizontalen Deckelplatte 47 eines Sockelgehäuses befestigt. Dabei sind die Ständerplatten 44 und 45 jeweils mit L-förmigen Sockelleisten 50 bzw. 51 versehen, die mittels Befestigungsschrauben 49 (Fig. 4) mit der Deckelplatte 47 verschraubt sind.
Die Rückseite des Ständers 55 ist mit einer Rückwand 68 versehen. Vorderseitig ist der Ständer 55 oberhalb und unterhalb des Verbindungsarms 25 durch eine elastische Faltenwand 69 verschlossen.
Um den Schlitten 2 6 gemeinsam mit dem Werkzeugkopf 7 und dessen Elektromotor 8 vertikal in dem von den beiden Ständerplatten 44 und 45 gebildeten Ständer 55 vertikal bewegen zu können, ist am oberen Ende des Schlittens 26 konzentrisch zu einer zentralen Vertikalbohrung 56 ein Kugelgewindetrieb 57 angeordnet, über welchen der Schlitten 26 mit einer vertikalen, die Vertikalbohrung 56 frei durchragenden Gewindespindel 58 in Eingriff steht. Diese Gewindespindel 58 ist nur an ihrem unteren Ende mittels eines Wälzlagers 59 im Sockelgehäuse 48 bzw. in dessen
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Deckelplatte 47 gelagert. Im übrigen ist die Gewindespindel 58 nur in dem Kugelgewindetrieb 57 geführt.
Die Gewindespindel 58 steht über ein Zahnriemengetriebe
60 direkt und spielfrei mit der Motorwelle 61 eines Servo- oder Stellmotors 62 in Antriebsverbindung. Dabei besteht das Zahnradgetriebe 60 aus einer Zahnscheibe 63, die drehfest auf dem unteren Endabschnitt 64 der Gewindespindel 58 befestigt ist, einem Zahnriemen 65 und einer kleineren Zahnscheibe 66, die drehfest auf der Motorwelle
61 befestigt ist. Zwischen der Motorwelle 61 und der Gewindespindel 58 besteht ein drehzahlmäßiges Untersetzungsverhältnis 2:1.
Zur Programmierung und Betätigung einer CNC-/SPS-Steuerreinheit SM 5, die über einen AC-Servoverstärker den AC-Servomotor 62 steuert, sind in der Frontplatte eines Steuerungskastens 71 mehrere Schaltelemente angeordnet, nämlich ein Hauptschalter 75, ein Drehschalter 76, ein Schlüsselschalter 77, ein Ein- Ausschalter 78, zwei Tastschalter 79 und 80 sowie zwei weitere Tastschalter 81 und 82. Außerdem befinden sich in dieser Frontplatte 70 zwei Kontrolleuchten 83 und 84. Die CNC-/SPS-Steuereinheit SM 5 ist mit einem Prozessor und mehreren
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Speichereinheiten versehen, die zum Programmieren unterschiedlicher Arbeitsweisen, insbesondere unterschiedlicher Leer- und Arbeitshübe, vorgesehen sind.
Mit Hilfe dieser Schaltelemente läßt sich der AC-Servomotor 62 und somit der vertikale Bewegungsablauf des Werkzeugkopfes 7 auf folgende Weise steuern:
Mit dem Hauptschalter 75, der auch als Not-Ausschalter benutzt werden kann, wird die Maschine auf Betriebsbereitschaft eingestellt. In diesem Zustand leuchtet die Kontrolleuchte 83 auf. Die Kontrolleuchte 84 zeigt den jeweiligen Betriebszustand der Maschine an.
Mit Hilfe des Drehschalters 76 ist es möglich, über die Steuereinheit SM 5 den jeweils benötigten Leerhub des Werkzeugkopfes 7 exakt einzustellen, wobei mit Hilfe des Schlüsselschalters 77, der zwei Betriebsstellungen besitzt, die Steuereinheit SM 5 entweder auf Programmieren oder auf Betrieb, d.h. automatischer Betriebsablauf, eingestellt werden kann.
Mit dem Ein-Ausschalter 78 wird der Elektromotor 8 ein- und ausgeschaltet, der die Arbeitsspindel 9 mit dem Döpper 12 antreibt. Mit den beiden Tastschaltern 79 und erfolgt die vertikale Positionsprograininierung des Döppers im bezug auf den Anfang und das Ende des während des
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Nietvorganges auszuführenden Arbeitshubes, wobei mit Hilfe des Tastschalters 79 die Einstellbewegung nach oben und mit Hilfe des Tastschalters 80 die Einstellbewegung nach unten korrigierbar ist.
Wenn mit Hilfe der beiden Tastschalter 79 und 80 die obere Endposition, die Nullposition bzw. der Beginn des Arbeitshubes eingestellt ist, wird diese Position mit Hilfe des Tastschalters 81 bestätigt. Danach wird bei drehendem Döpper 12 während der Bearbeitung eines Probenietkopfes der Werkzeugkopf 7 soweit nach unten gefahren, bis der Döpper den Nietkopf in der gewünschten Weise fertiggestellt hat und am Ende des Arbeitshubes in seiner tiefsten Arbeitsstellung angekommen ist. Diese Position wird durch den Tastschalter 82 bestätigt und in der SPS-Steuereinheit gespeichert.
Somit ist in einem einzigen Probelauf die Maschine auf die Bearbeitung eines bestimmten Niettyps eingestellt und im Programmspeicher festgehalten, so daß die nachfolgenden Nietvorgänge automatisch exakt nach den vorgegebenen Einstellungen ablaufen.
Mittels eines Positionsschalters 53 wird der Steuereinheit SM 5 jeweils die obere Endposition des Schlittens gemeldet.
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Der sog. Leerhub ist erforderlich, um den Werkzeugkopf 7 soweit nach oben zu fahren, bis der Nietuntersatz 2 zum Einsetzen eines neuen Werkstückes frei ist. Das Durchlaufen des Leerhubes sowohl nach oben als auch nach unten erfolgt gewöhnlich in wesentlich höherer Geschwindigkeit als der Ablauf des Arbeitshubes, der sich ja nur im Bereich von wenigen Millimetern abspielt.
Da die Abwärtsbewegung des Werkzeugkopfes 7 mit dem Döpper 12 über die motorisch angetriebene Gewindespindel 58 bewerkstelligt wird, steht schon am Beginn des Arbeitshubes, also wenn der Döpper 12 zuerst mit dem zu verformenden Nietschaft in Berührung kommt, der volle Arbeitsdruck, der zur Verformung des Nietschaftes zu einem Nietkopf erforderlich ist, zur Verfügung. Außerdem erfolgt das Umschalten auf den nach aufwärts gerichteten Leerhub in dem Augenblick, in dem der Döpper das untere Ende des vorbestimmten Arbeitshubes erreicht hat, so daß keinerlei Zeitverzögerung in Kauf genommen werden muß.
Mit den beiden Handschaltern 5 und 6, die an den beiden Seiten der Konsole 4 angeordnet sind, muß der Nietvorgang
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jeweils in Gang gehalten werden, wie das bekanntlich aus Sicherheitsgründen vorgeschrieben ist.
Mit den verwendeten Kompaktführungen läßt sich ohne weiteres eine ausreichend exakte Führung des Werkzeugkopfes 7 im Ständer 55 gewährleisten und es lassen sich mit einem Servomotor geeigneter Stärke auch die erforderlichen Arbeitsdrücke erreichen. Die Maschine kann somit auf eine insgesamt hohe und lange Arbeitsleistung ausgelegt werden.

Claims (11)

1. Taumelnietmaschine mit einem über einem Niettisch (1) angeordneten Döpper (12) als Nietwerkzeug, der in einer vertikale Arbeitshübe ausführenden und elektromotorisch drehend angetriebenen Arbeitsspindel (9) in Schrägstellung zu deren Drehachse (10) befestigt ist, wobei die Arbeitsspindel (9) in einem den elektrischen Antriebsmotor (8) tragenden Werkzeugkopf (7) gelagert ist, der von einem neben, insbesondere hinter dem Niettisch (1) angeordneten Ständer (55) getragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (7) zur Ausführung der vertikalen Bewegungshübe im Ständer (55) mittels vertikalen Linearführungen (31 bis 34, 40, 41) axial beweglich gelagert und über einen Gewindespindelantrieb (57/58) mittels eines Elektromotors (62) antreibbar ist.
2. Taumelnietmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (62) ein NC- gesteuerter Stellmotor (Servomotor) ist.
3. Taumelnietmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Stellmotors (62) eine elektronische Steuereinheit (SM 5) mit wenigstens einem Mikroprozessor und mehreren Speichereinheiten vorgesehen ist, die zum Einstellen von Leer- und Arbeitshüben des Werkzeugkopfes (7) mittels mehrerer manueller Programmierungsschalter (78 bis 82) programmierbar ist.
4. Taumelnietmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierungsschalter wenigstens folgende Schalter umfassen:
einen Aktivierungsschalter (77) für die Programmierung,
einen Leerhubschalter (77),
einen Tastschalter (79) zum Verfahren des Werkzeugkopfes (7) nach oben;
einen Tastschalter (80) zum Verfahren des Werkzeugkopfes (7) nach unten;
einen Bestätigungsschalter (81) für die Nullposition des Döppers (12);
einen Bestätigungsschalter (82) für die Endposition des Döppers (12).
5. Taumelnietmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (7) an einem Schlitten (26) befestigt ist, der über ein Kugelgewindetrieb (57) und eine Gewindespindel (58) mit dem Elektromotor (62) in getrieblicher Verbindung steht.
6. Taumelnietmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Gewindespindel (58) des Kugelgewindetriebs (57) nur im Bereich ihres antriebsseitigen Endabschnitts im Ständer (55) gelagert ist und über ein spielfreies Zahnriemengetriebe (60) mit der Motorwelle (61) des Stellmotors (62) in getrieblicher Verbindung steht.
7. Taumelnietmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel im Sockelbereich des Ständers (55) gelagert ist.
8. Taumelnietmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (26) von wenigsten zwei Führungswagen (31 bis 34) an vertikalen Führungsschienen (40, 41) von Kompaktführungen geführt ist.
9. Taumelnietmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (26) auf mit sich gegenüberliegenden Seitenflächen (27, 28) an jeweils zwei Führungswagen (31, 32 bzw. 33, 34) befestigt ist, die jeweils paarweise mit einer Führungsschiene (40, 41) in Eingriff stehen.
10. Taumelnietmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaktführungen mit Kugelketten (38, 39) versehen sind.
11. Taumelnietmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (40, 41) sich direkt gegenüberliegend an den Innenseiten (42, 43) zweier vertikaler Ständerplatten (44, 45) befestigt sind.
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