DE3917507A1 - Einrichtung zum automatischen wechseln von werkzeugen zum herstellen von blindnietverbindungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Werkzeuge zur Verarbeitung von Blindnieten, wie bspw. Dornbruch-Blindnieten oder Blindbolzen besitzen bspw. in ihrem hinteren Bereich eine pneumatische oder hydraulische Antriebseinheit sowie eine innere und eine äußere Hülse, die relativ zueinander bewegbar sind. Die äußere Hülse, die mit einem der Kopfform des Niets angepaßten Mundstück versehen ist, ist mit dem Zylinder der Antriebseinheit verschraubt. Die innere Hülse, die den Dorn des Blindniets bzw. Blindbolzens kraft- oder formschlüssig, bspw. mit Hilfe von Spannbacken umfaßt, ist mit der Kolbenstange der Antriebseinheit verschraubt. Mit anderen Worten, der die Antriebseinheit enthaltene hintere Bereich des Werkzeugs ist mit dem das Mundstück und die innere Hülse und Teile der äußeren Hülse enthaltenen vorderen Bereich des Werkzeugs fest verschraubt.

Bei der Herstellung einer Blindnietverbindung wird der Dorn des Blindniets mittels der inneren Hülse nach hinten bewegt, während der Setzkopf des Nietes durch das Mundstück der äußeren Hülse fixiert ist. Dadurch formt dieser Nietdorn durch seine wulstige Ausformung auf der dem Mundstück gegenüberliegenden Seite des Werkstücks am Nietschaft einen Setzkopf. Diese Setzkopfbildung am Niet an der gegenüberliegenden, meist unzugänglichen Seite wird dann beendet, wenn die für die Verformung erforderlichen Kräfte größer als diejenigen Kräfte werden, die über die Sollbruchstelle des Nietdorns übertragbar sind. Der Nietdorn reißt ab und wird durch Absaugen entsorgt.

Sollen mit demselben Werkzeug Verbindungen von Blindnieten anderer Geometrie bzw. Art hergestellt werden, so muß das Werkzeug angepaßt werden. Dies erfolgt beim bekannten Werkzeug dadurch, daß sowohl die äußere Hülse mit dem darauf befindlichen nietspezifischen Mundstück als auch die innere Hülse mit den nietspezifischen Spannbacken losgeschraubt und durch andere Hülsen ersetzt werden. Will man also einen Werkzeugwechsel bspw. an einem Industrieroboter vornehmen, um mit diesem Blindniete unterschiedlicher Geometrie und Art verarbeiten zu können, so muß man, wie oben erwähnt, andere Hülseneinheiten aufschrauben, was ein sehr umständliches und manuelles Umrüsten durch den Bedienenden bedeutet. Ein vollautomatischer Betrieb ist nicht möglich. Alternativ hierzu ist es möglich, das komplette Werkzeug zu ersetzen. Hierzu muß sehr hoher technischer Aufwand betrieben werden, da außer dem kompletten anderen Werkzeug selbst entweder eine oder mehrere weitere Energieversorgungseinheiten zu installieren sind, oder es muß mit entsprechendem Aufwand für weitere energetische Schnittstellen gesorgt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es bei nur geringem Umrüstaufwand möglich ist, Verbindungen mit Blindnieten unterschiedlicher Geometrie und/oder Art herzustellen, und wobei nur ein Teil des Werkzeugs gewechselt werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen der genannten Art, die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Einrichtung zum automatischen Wechseln derartiger Werkzeuge geschaffen, bei dem das jeweils benötigte nietspezifische vordere Teil auf den nietneutralen hinteren Teil des Werkzeugs, welcher sich am Wechselflansch des bspw. Industrieroboters befindet und die Antriebseinheit trägt, in einfacher Weise aufgebracht und von diesen abgenommen werden kann. Das Umrüsten von einem Werkzeug zum anderen zur Herstellung von Verbindung mittels Blindnieten unterschiedlicher Geometrie und/oder Art kann somit vollautomatisch erfolgen und die Umrüstdauer beträgt nur wenige Sekunden, wobei gleichzeitig dafür gesorgt ist, daß der technische Aufwand minimal ist, da hier nur eine rein mechanische Schnittstelle notwenig ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist erreicht, daß die Werkzeugwechselaufnahme für das jeweilige vordere Werkzeugteil gleichzeitig für die Kupplung und Entkupplung der beiden Werkzeugteile eingesetzt werden kann.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Entkupplungs- und Kupplungsmöglichkeit durch die Werkzeugwechselaufnahme ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 3.

Für eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung der lösbaren Verbindung sind die Merkmale gemäß Anspruch 4 vorgesehen. Dabei ist es zweckmäßig, gleichzeitig die Merkmale gemäß Anspruch 5 vorzusehen.

Bevorzugte konstruktive Ausführungen von Kupplungsvorrichtung und Entriegelungsvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen gemäß Anspruch 6 und/oder 7 und/oder 8.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 in längsgeschnittener Darstellung eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Blindnietverbindungen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, in einer Position, in der der vordere Werkzeugteil vom hinteren Werkzeugteil gerade aufgenommen werden soll,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch in einer Position, in der der hintere Werkzeugteil mit dem vorderen Werkzeugteil verbunden ist, und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch in einer Position, in der der vordere Werkzeugteil vom hinteren Werkzeugteil abgekuppelt und abgelegt werden soll.

Die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung in der Zeichnung in ihren wesentlichen Teilen dargestellte Einrichtung 10 dient zum automatischen Wechseln von Werkzeugen 11 zum Herstellen von Verbindungen von Blindnieten, insbesondere Dornbruch-Blindnieten oder -Blindbolzen. Derartige Blindnieten sind zweiteilig ausgebildet, wobei der eine hülsenförmige Teil am Ende seines Schaftes einen vorbereiteten Nietkopf aufweist. Der andere Teil des Dornbruch-Blindniets besitzt einen Dorn und einen einendig angeformten Verformungskopf, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Schaftes des einen Teils entspricht.

Die Einrichtung 11 besitzt außer dem Werkzeug 11, das aus einem vorderen auswechselbar gehaltenen Werkzeugteil 12 und einem hinteren, in der Werkzeugmaschine bspw. einem Roboterarm fest eingespannten (nicht dargestellt) hinteren Werkzeugteil 13 zusammengesetzt ist, Werkzeugwechselaufnahmen 14 zum speichernden Aufnehmen jeweils eines vorderen Werkzeugteils 12. Die Werkzeugwechselaufnahmen 14 sind in einer der benötigten Anzahl verschiedener Werkzeuge entsprechenden Vielzahl vorgesehen, wobei es sich versteht, daß sie an verschiedenen Orten einzeln oder an einem Ort zusammengefaßt und ggf. als Einheit derart angeordnet sein können, daß sie von bspw. Roboterarm erreicht werden können.

Der hintere Werkzeugteil 12 besitzt eine nur teilweise dargestellte pneumatische oder hydraulische Antriebseinheit 16, die einen Zylinder 17 und eine an einem nicht dargestellten Kolben befestigte Kolbenstange 18 aufweist. Der Zylinder 17 ist in nicht dargestellter Weise an einer Werkzeugmaschine bspw. an einem Roboterarm befestigt und mit pneumatichen oder hydraulischen Energiezufuhreinrichtungen verbunden. Im doppelt wirkenden Zylinder 17, der an seinem vorderen Ende eine konzentrisch zur Kolbenstange 18 angeordnete Sacklochbohrung 19 besitzt, ist über den Kolben die hohle Kolbenstangen 18 auf­ und abbewegbar.

Der in der Werkzeugwechselaufnahme 14 ablegbare und mit dem hinteren Werkzeugteil 13 kuppelbare bzw. von diesem entkuppelbare vordere Werkzeugteil 12 besitzt eine hier mehrteilige äußere Hülse 21, die mit dem Zylinder 17 in Verbindung ist, und eine hier mehrteilige innere Hülse 22, die mit der Kolbenstange 18 über eine automatisch betätigbare Kupplungsvorrichtung 23 verbunden ist.

Die äußere Hülse 21 besitzt ein hinteres Führungsteil 26, dessen im Außendurchmesser kleinerer Endbereich 27 in der Sacklochbohrung 19 des Zylinders 17 zentrierend und ein- und ausfahrbar aufgenommen ist und der in einem mittleren Bereich vier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete axiale Schlitze 28 aufweist. An seinem anderen Ende ist der Führungsteil 26 mit einem im Innendurchmeser größeren Innengewindeteil 29 versehen, der mit einem Halteteil 31 der äußeren Hülse 21 verschraubt ist. Das Halteteil 31 ist an seinem unteren Ende verjüngt und nimmt in einer Gewindebohrung 32 seiner Stirnplatte 33 ein Mundstück 34 auf, dessen Form an den betreffenden Niet- bzw. Setzkopf des verwendeten Blindniets bzw. Blindbolzens stirnseitig angepaßt ist.

Die konzentrisch zur äußeren Hülse 21 angeordnete innere Hülse 22, die mit ihrem unteren Ende das innere Ende des hohlen Mundstücks 34 umgreift, besitzt einen Innenkonusbereich 36 und einen sich daran anschließenden zylindrischen Bereich 35, in welchen Bereichen entsprechend geformte Spannbacken 37 axial bewegbar gehalten sind. Die innere Hülse 22 ist an ihrem anderen Ende mit einem hohlen Zwischenstück 38 verschraubt, dessen anderes Ende über die außenumfangsseitig angreifende Kupplungsvorrichtung 23 mit einem Kupplungsdorn 39 kuppelbar verbunden ist, welcher auf das vordere Ende der Kolbenstange 18 aufgeschraubt ist. Die innere Hülse 22 ist relativ zur äußeren Hülse 21 axial bewegbar und gegenüber dieser mittels einer Druckfeder 41 vorgespannt. Die Druckfeder 41 stützt sich dabei einerseits an einer oberen Ringplatte 42, die zwischen dem Führungsteil 26 und dem Haltteil 31 der äußeren Hülse 21 eingeklemmt ist, und andernends an einer unteren Ringplatte 43 ab, die in einem längsmittigen Bereich der inneren Hülse 22 an dieser mittels eines Sprengrings 44 gehalten ist. Innerhalb der inneren Hülse 22 und des Zwischenstücks 38 ist eine Führungshülse 46 axial beweglich geführt, deren unteres Ende auf die obere Stirn der Spannbacken 37 mit Hilfe einer an einer Ringschulter 48 angreifenden Druckfeder 47 gedrückt ist. Andernends stützt sich die Druckfeder 47 an der unteren Stirn des Zwischenstücks 38 ab.

Die Kupplungsvorrichtung 23 besitzt vier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete schwenkbare Kupplungsklauen bzw. -haken 51, die mittels Nuten 52 an einem Ringwulst 53 am oberen Ende des Zwischenstücks 38 schwenkbar bzw. klappbar derart gehalten sind, daß ihr oberes hakenförmiges Ende 54 radial bewegbar ist. Oberhalb und unterhalb des Ringwulstes 53 bzw. der Nuten 52 sind um die vier Kupplungshaken 51 jeweils ein Federring 56 bzw. 57 gelegt. Am unteren Betätigungsende 58 der Kupplungshaken 51 greifen Keile 59 an, die die axialen Schlitze 28 im Führungsteil 26 der äußeren Hülse 28 durchdringen. Die Keile 59 sind über eine obere Nase 60 zwischen den Federringen 56 und 57 gehalten. Zur Kupplungsverbindung bzw. zum Einhaken der Kupplungshaken 51 in den mit der Kolbenstange 18 fest verschraubten Kupplungsdorn 39 ist dieser mit einer Umfangsnut 61 versehen.

Die Werkzeugwechselaufnahme 14 ist nach Art eines Topfes 65 ausgebildet, dessen Innendurchmesser nur etwas größer als der Außendurchmesser des vorderen Teils 12 des Werkzeugs 11 ist. Auf dem Boden 66 des Topfes 65 liegt eine Ringplatte 67, in der das eine Ende einer Druckfederstütze 68 aufgenommen ist. Beim Ablegen und Speichern eines vorderen Werkzeugteils 12 innerhalb der Topfes 65 der Werkzeugwechselaufnahme 14 liegt ein Ringbereich der Stirnplatte 33 der äußeren Hülse 21 des vorderen Werkzeugteils 12 auf dem anderen Ende der Druckfederstütze 68 auf, so daß das vordere Werkzeugteil 12 je nach der axial auf sie ausgeübten Kraft mehr oder weniger weit gegen die Federwirkung in die Werkzeugwechselaufnahme 14 eingebracht werden kann. Das obere Ende des Topfes 65 der Werkzeugwechselaufnahme 14 besitzt einen Innenkonus 69, der als Vorrichtung zum Lösen der Kupplungsvorrichtung 23 dient.

Im folgenden sei das Aufnehmen eines in der Werkzeugwechselaufnahme 14 abgelegten vorderen Werkzeugteils 12 mit dem Hilfe des betreffenden hinteren Werkzeugteils 13 anhand der Fig. 1 beschrieben. Bei gegenüber dem Zylinder 17 eingefahrenem Kolben bzw. Kolbenstange 18 wird das hintere Werkzeugteil 13 in Richtung zum in der Werkzeugwechselaufnahme 14 abgelegten und auf der Druckfedersützte 68 aufsitzenden vorderen Werkzeugteil 12 gefahren. Zunächst nimmt die Sacklochbohrung 19 des Zylinders 17 den Endbereich 27 der äußeren Hülse 21 zentrierend auf. Das Stirnende des Zylinders 17 gelangt an eine Ringschulter 25 des Führungsteils 26 der äußeren Hülse 21 als Anschlag. Diese Position zeigt Fig. 1. Dann wird die Kolbenstange 18 in axialer Richtung nach unten bewegt, worauf das vordere konische Ende des Kupplungsdorns 39 die vier Kupplungshaken 51 radial auseinanderdrückt. Wird diese Bewegung nach unten fortgesetzt, so rasten die vier Schwenkhaken 51 aufgrund der Kraft des oberen Federrings 56 in die Umfangsnut 61 des Dorns 39. Diese Position ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Kuppeln von hinterem Werkzeugteil 13 und vorderem Werkzeugteil 12 erfolgt in einer Position, in der die Kupplungsvorrichtung 23 oberhalb des Innenkonus 69 des Topfes 65 der Werkzeugwechselaufnahme 14 liegt. Durch Anheben des Zylinders 17 mittels bspw. des Roboterarms kann dann das vordere Werkzeugteil 12 aus der Werkzeugwechselaufnahme 14 herausgefahren werden.

Im folgenden sei nun das Ablegen eines vorderen Werkzeugteils 12 in einer Werkzeugwechselaufname 14 beschrieben. Nachdem der Roboterarm mit einem Werkzeug 11 zu einer Werkzeugwechselaufnahme 14 gefahren ist, wird gemäß Fig. 2 das vordere Werkzeugteil 12 in den Topf 65 eingetaucht und entgegen der Kraft der Druckfederstütze 68, soweit eingefahren, bis die vier Keile 59 der Kupplungsvorrichtung 23 des vorderen Werkzeugteils 12 am als Entriegelungsvorrichtung dienenden Innenkonus 69 des Topfes 65 entlanggleiten, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die vier Keile 59 radial nach innen bewegt werden und dadurch auf die Betätigungsenden 58 der vier Kupplungshaken 51 drücken, so daß die hakenförmigen Enden 54 radial nach außen bewegt werden und so aus der Umfangsnut 61 des Kupplungsdorns 39 frei kommen. Dieses Einfahren des vorderen Werkzeugsteils 12 erfolgt bei gegenüber dem Zylinder 17 zumindest teilweise ausgefahrener Kolbenstange 18. Ist die Kupplungsvorrichtung 23 geöffnet, so wird die Kolbenstange 18 mit dem Kupplungsdorn 39 nach oben zurückgefahren. Dabei drückt der Zylinder 17 über die äußere Hülse 21 nach wie vor auf das vordere Werkzeugteil 12. Ist der Kupplungsdorn 39 aus dem Eingriffsbereich der Kupplungsvorrichtung 23 ausgefahren, so kann auch der Zylinder 17 zurückgefahren werden. Zunächst bewegt dabei sich auch das vordere Werkzeugteil 12 mit nach oben, entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Position, worauf dann der Zylinder 17 außer Führungseingriff mit der äußeren Hülse 21 des vorderen Werkzeuteils 12 kommt. Das hintere Werkzeugteil 13 kann dann mit dem bspw. Roboterarm zu einer anderen Werkzeugwechselaufnahme 14 zur Aufnahme eines anderen Werkzeugvorderteils 12 gefahren werden.

Auf diese Weise bleibt also der mit der Antriebseinheit versehene hintere Werkzeugteil 14 am Roboterarm und damit mit der Energieversorgung verbunden. Der nietspezifische vordere Werkzeugteil 12 mit dem nietspezifischen Mundstück 34 und den nietspezifischen Spannbacken 37 kann dagegen in einfacher Weise rein mechanisch ausgewechselt werden. Zu erwähnen bleibt noch, daß zur Herstellung einer Blindnietverbindung der Nietdorn durch eine Relativbewegung der inneren Hülse 22 gegenüber den Spannbacken 37 bzw. gegenüber der Führungshülse 46 zwischen die Spannbacken 37 geklemmt wird und daß durch eine Relativbewegung zwischen der äußeren Hülse 21, deren Mundstück auf den Nietkopf drückt und diesen festhält, und der inneren Hülse 22 mit den Spannbacken 37 der andere Teil des Blindniets zur Verformungsbewegung nach oben gezogen wird. Somit dienen die Bewegungen von Kolbenstange 18 und Zylinder 17 relativ zueinander oder gemeinsam nicht nur zur Herstellung der Nietverbindung sondern auch zur Durchführung des Werkzeugwechselns. Die hohle Ausbildung von von innerer Hülse 22, Zwischenstück 38, Kupplungsdorn 39 und Kolbenstange 18 dient zum Entsorgen des nach der Herstellung der Blindnietverbindung abgerissenen Nietdorns.

Claims (8)

1. Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen, bei der ein mit einer Antriebseinheit versehener hinterer Werkzeugteil des betreffenden Werkzeugs an einem Maschinenteil, bspw. einem Roboterarm befestigt und ein vorderer Werkzeugteil mit einem der Kopfform des Nietes angepaßten Mundstück versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Werkzeugteil (12) und der hintere Werkzeugteil (13) des Werkzeugs (11) automatisch lösbar miteinander verbunden sind und daß eine Werkzeugwechselaufnahme (14) vorgesehen ist, in der der vordere Werkzeugteil (12) beim Einsetzen vom hinteren Werkzeugteil (13) entkoppelbar und ablegbar ist und in der der hintere Werkzeugteil (13) mit dem vorderen Werkzeugteil (12) koppelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem hinteren Werkzeugteil (13) und dem vorderen Werkzeugteil (12) eine mechanisch lösbare und einrückbare Kupplungsvorrichtung (23) vorgesehen ist und daß die Werkzeugwechselaufnahme (14) eine Entkupplungsvorrichtung (69) aufweist, mit der beim Einfahren des vorderen Werkzeugteils (12) die Kupplungsvorrichtung (23) lösbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwechselaufnahme (14) für das vordere Werkzeugteil (12) ein in dessen Einfahrrichtung bewegbares Auflager (68) aufweist, in dessen den vorderen Werkzeugteil (12) haltender Ruheposition der am vorderen Werkzeugteil (12) angeordnete Teil der Kupplungsvorrichtung (23) außerhalb des Eingriffsbereichs der Entkupplungsvorrichtung (69) liegt und in dessen eingefahrener Position die Entkupplungsvorrichtung (69) zur Wirkung kommt.

4. Einrichtung, bei der die Antriebseinheit des hinteren Werkzeugteils eine in einem Zylinder geführte Kolbenstange besitzt und der vordere Werkzeugteil eine mit dem Zylinder des hinteren Werkzeugteils in Wirkverbindung stehende äußere Hülse, die mit dem Mundstück versehen ist, und eine in der äußeren Hülse axial bewegbar angeordnete innere Hülse, die mit der Kolbenstange in Wirkverbindung ist, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (23) zwischen der Kolbenstange (18) und der inneren Hülse (22) vorgesehen ist, und daß die äußere Hülse (21) sich bei aufgenommenem vorderen Werkzeugteil (12) am Zylinder (17) abstützt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülse (21) im Zylinder (17) zentrierend einführbar aufgenommen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (23) mit durch Federn vorgespannte, außenumfangsseitig an einem mit der inneren Hülse (22) verbundenen Zwischenstück (38) schwenkbar angeordnete Klauen (51) versehen ist, die in oder über ein Element (39) an der Kolbenstange (18) greifen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (51) durch Entriegelungselemente (59) schwenkbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entriegelungselemente (59) am Zwischenstück (38) angeordnet sind und die äußere Hülse (21) durchdringen und überragen und daß die Entkupplungsvorrichtung der Werkzeugwechselaufnahme (14) Schrägflächen (69) besitzt, durch die die Entriegelungselemente (59) radial bewegbar sind.