DE4331403A1 - Verfahren zum Verbinden dünner Platten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Verbinden dünner Platten und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden
aufeinanderliegender dünner Platten nach der Gattung des
Anspruchs 1 und von einer Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 19.
Bei einem bekannten Kaltfügeverfahren dieser Art (DE 35 32 899)
werden die übereinanderliegenden Plattenstücke beim
gemeinsamen Durchsetzen entlang eines Teils ihrer Umrißlinien
gestanzt und aus der Plattenebene herausgedrückt. Anschließend
werden die herausgedrückten Plattenstücke durch eine
Gegenkraft breitgequetscht, wobei ein Stanznocken erzeugt
wird, welcher die zu verbindenden Plattenabschnitte
hintergreift. Bei einem anderen bekannten Verfahren dieser Art
(DE 35 32 900) werden aus den zu verbindenden
Plattenabschnitten Plattenstücke gemeinsam durchsetzt wobei infolge der Ausgestaltung der Matrize sich beim Stauchen der Plattenstücke ein Rückfließvorgang ergibt, der zu einer Hintergreifung der Plattenstücke an den übereinanderliegenden Plattenabschnitten führt.
Plattenabschnitten Plattenstücke gemeinsam durchsetzt wobei infolge der Ausgestaltung der Matrize sich beim Stauchen der Plattenstücke ein Rückfließvorgang ergibt, der zu einer Hintergreifung der Plattenstücke an den übereinanderliegenden Plattenabschnitten führt.
Derartige Verfahren werden in der industriellen
Massenproduktion eingesetzt, beispielsweise im Automobilbau.
Ein Überwachen der Qualität der Verbindungsstellen bzw. das
Sicherstellen bestimmter Güteanforderungen an solche
Verbindungsstellen, ist daher bei diesem Verfahren von
besonderer Bedeutung. Das Auftreten von Mängeln bei der
Durchführung dieses Verfahrens muß schnellstmöglich erkannt
und beseitigt werden, um den Ausschuß und die
Maschinenstillstandszeiten möglichst gering zu halten. Solche
Mängel können durch einen Materialbruch, insbesondere des
Stempels oder der Matrize, hervorgerufen sein. Es ist dabei
wichtig, jede fehlerhafte Verbindungsstelle zu erkennen, um
das entsprechende Teil aussortieren bzw. einen
Verbindungsvorgang wiederholen zu können. Ein Kriterium für
die Qualität der Verbindung bzw. deren Mangel ist dabei die
verbleibende Restmaterialstärke im Bereich der Fügestelle. Bei
den bekannten Verfahren besteht die Qualitätssicherung in
einer Überwachung der Stempelkraft bezüglich eines zulässigen
Maximalwert es und in einer nach erfolgter Verbindung
durchgeführten Messung der Restmaterialstärke. Dadurch wird
nur ein Teil der möglicherweise auftretenden Mängel erfaßt.
Die nachfolgende Messung der Restmaterialstärke ist zudem
umständlich und zeitaufwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 19
hat demgegenüber den Vorteil, daß in weit größerem Maße
auftretende Mängel erfaßt werden und daß keine separate
Messung der Restmaterialstärke mehr durchgeführt werden muß.
Auch muß die Preßkraft, das heißt die Stempel- oder
Matrizenkraft nicht während des gesamten Fügevorgangs in Form
einer Meßkurve Preßkraft gegen Arbeitshub aufgenommen werden.
Durch die Messung der Preßkraft bei einem vorgegebenen
Arbeitshub wird jede fehlerhafte Verbindung erkannt. Die
Überwachung erfolgt durch Vergleich mit vorgegebenen
Maximalwerten und Minimalwerten. Liegt die Preßkraft
unterhalb des vorgegebenen Minimalwerts, so wird
beispielsweise Stempel- oder Matrizenbruch angezeigt,
überschreitet sie dagegen den vorgegebenen Maximalwert, so
weist dies auf zu dicke Platten oder zu hartes Material der zu
verbindenden Platten hin.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
außer der Preßkraft auch die zum Abstreifen der verbundenen
Platten vom Stempel erforderliche Abstreifkraft gemessen.
Durch die Messung der Abstreifkraft wird ein Ausfuttern des
Materials festgestellt, was insbesondere bei der Verwendung
der Erfindung in Robotereinrichtungen wichtig ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt die Messung der Preßkraft unmittelbar nach Beendigung
des Quetschvorgangs. Weisen die durch den Fügeprozeß
verbundenen Platten am Fügepunkt nur noch die für den
Fügeprozeß charakteristische Restbodenstärke auf, so ist der
eigentliche Fügeprozeß abgeschlossen. Die dem betreffenden
Arbeitshub zugeordnete Preßkraft ist deshalb für den
Fügeprozeß besonders aufschlußreich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die gemessenen Kräfte mit einem vorgegebenen
Maximalwert und einem vorgegebenen Minimalwert verglichen.
Liegt der Meßwert innerhalb des durch Maximal- und Minimalwert
definierten Intervalls, so entspricht die erfolgte Verbindung
der vorgegebenen Güte, liegt er dagegen außerhalb des
Intervalls, so ist die Verbindung fehlerhaft. Der Vergleich
des Meßwerts mit dem Intervall ist damit zur Charakterisierung
der Verbindung ausreichend.
Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird
bei Überschreiten des vorgegebenen Maximalwerts und bei
Unterschreiten des vorgegebenen Minimalwerts ein Signal
erzeugt, welches zum Ansteuern einer optischen und/oder
akustischen Anzeigeeinrichtung dienen kann, um auf das
Vorliegen eines Mangels aufmerksam zu machen. Das Signal kann
auch zur Steuerung der Unterbrechung des Fügevorgangs
verwendet werden, wodurch der Ausschuß und die Stillstandzeit
der Fertigung verringert werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein
Signal erzeugt, falls der Stempel oder die Matrize beim
Fügevorgang nicht den vorgegebenen Arbeitshub zurücklegt.
Vorteilhafterweise ist das Signal ein Steuersignal, mit
welchem eine optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung
angesteuert wird. Das Signal kann ebenfalls zur Unterbrechung
des Fügevorgangs dienen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
liegen die Maximal- und Minimalwerte abrufbar in einem
elektrischen Speicher vor. Hierdurch können die Werte je nach
Bedarf angepaßt werden. Es können auch mehrere Sätze von
Werten im Speicher vorliegen, um unterschiedlichen
Anforderungen, beispielsweise bei Werkzeug- oder
Materialwechsel, schnell gerecht zu werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
liegt der vorgegebene Arbeitshub abrufbar in einem Speicher
vor. Neben der Möglichkeit, den Arbeitshub manuell zum
Beispiel mit Hilfe von Schaltern vorzugeben, kann somit auch
der Arbeitshub über einen den Speicher aufweisenden Rechner
eingestellt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale ist die
Eingabe der Werte in den Speicher geschützt. Hierdurch ist
gewährleistet, daß Änderungen nur durch Befugte vorgenommen
werden können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die Kräfte an mehreren Fügestellen gleichzeitig
gemessen, wobei die ermittelten Werte von einer gemeinsamen
Einrichtung ausgewertet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die ermittelten Meßwerte optisch angezeigt. Die
optische Anzeige erleichtert die Unterscheidung verschiedener
Fehlerarten, um dadurch die geeigneten Gegenmaßnahmen
vornehmen zu können. Hierfür können die ermittelten Meßwerte
gespeichert werden, um eine nachträgliche Auswertung zu
ermöglichen. Gleichzeitig dient die Speicherung der Meßwerte
der Qualitätskontrolle, indem bei späteren Reklamationen der
Fügevorgang nachgeprüft werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 19 ist an die
Verfahrenserfordernisse vorteilhaft angepaßt. Kraftmeßeinrich
tungen sind in der Matrizenaufnahme, bzw. im Stempelhalter,
oder am Abstreifer vorgesehen, wobei bevorzugt Dehnmeßstreifen
oder piezo-elektrische Geber verwendet werden, zum Beispiel
ein Piezo-Kraftaufnehmer in der Matrizenaufnahme, ein Piezo-
Quermeßdübel im Stempelhalter und ein Piezo-Meßring am
Abstreifer. Ein Positionsmelder sorgt dafür, daß die Messung
genau bei dem zuvor eingestellten Arbeitshub erfolgt.
Vorteilhafterweise kann der Positionsmelder in einen
Stempelhubbegrenzer aufgenommen sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den
Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Teilschnitt und
Fig. 2 ein Diagramm in dem die Stempelkraft (Ordinate) über
dem Stempelweg (Abszisse) aufgetragen ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Presse 1 weist einen C-förmigen Rahmen
2 auf, dessen unterer Teil als Pressentisch 3 dient, auf
welchem die Matrizenaufnahme 4 für die Matrize 5 angeordnet
ist. Am oberen Ausleger 6 des Rahmens 2 ist, der
Matrizenaufnahme 4 gegenüberliegend, ein Stempelhalter 7
vorhanden, zur Aufnahme des Stempels 8. Um den Stempelhalter 8
ist eine Abstreifeinrichtung 9 angeordnet, zum Abstreifen von
am Stempel hängenden Platten. Der Stempel 8 wird über einen
Druckzylinder 10 von einem auf der Oberseite des C-förmigen
Rahmens 2 vorhandenen Pressenantrieb 11 auf- und abbewegt.
In der Matrizenaufnahme 4 ist ein Piezo-Kraftaufnehmer
vorhanden, mit welchem die durch die Matrize ausgeübte
Matrizenkraft ermittelt wird. In dem Stempelhalter 7 ist ein
Piezo-Quermeßdübel 12 vorhanden zur Ermittlung der ausgeübten
Stempelkraft. Schließlich ist am Abstreifer 9 ein um den
Druckzylinder 10 angeordnet er Piezo-Meßring 13 vorhanden zur
Ermittlung der Abstreifkraft. Der Druckzylinder 10 weist einen
Positionsmelder 14 auf, der bei einem vorgegebenen Stempelweg
die Kraftmeßeinrichtungen aktiviert die Stempelkraft und
eventuell die Matrizenkraft zu messen. Der Positionsmelder
kann auch in den Hubbegrenzer 15 aufgenommen sein. Nicht
dargestellt sind die Auswerteeinrichtungen und die
elektrischen Verbindungen zwischen den Auswerteeinrichtungen
und den Meßeinrichtungen.
Das Diagramm von Fig. 2 zeigt beispielhaft den Verlauf der
Stempelkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg bei einem
Fügevorgang. Wie aus dem Schaubild ersichtlich steigt die
Stempelkraft zwar stetig bis zum Ende des Fügevorgangs an,
jedoch nicht linear, sondern je nach Fügephase
unterschiedlich. Die verschiedenen Fügephasen sind in der
Reihenfolge ihres Ablaufs beim Fügevorgang zunächst
kombiniertes Einsenken und Durchsetzen, gefolgt von Stauchen
und Breiten, dann Ausfüllen der oberen Kontur der
Matrizengravur, Füllen des Ringkanals der Matrize und
schließlich Napfrückwärtsfließpressen zum Verschränken der zu
verbindenden Plattenelemente ineinander. An dem mit I im
Diagramm markierten Wert des Stempelwegs wird die Stempelkraft
durch die Kraftmeßeinrichtung gemessen, der Meßwert ist mit II
gekennzeichnet. Durch den Minimalwert III und den Maximalwert
IV ist ein Intervall V festgelegt. Liegt der Meßwert II
innerhalb des Intervalls V, so entspricht der erfolgte
Fügevorgang der vorgegebenen Güte. Übersteigt dagegen der
Meßwert VI den vorgegebenen Maximalwert IV, so ist die Fügung
fehlerhaft. Mögliche Ursachen sind in diesem Fall zu große
Blechdicke, zuviel Blechlage, zu hohe Blechfestigkeit oder
falsche Werkzeugkombination. Eine fehlerhafte Fügung liegt
außerdem vor, wenn der Meßwert VII den Minimalwert III
unterschreitet. In diesem Fall können Stempel- oder
Matrizenbruch, eine fehlende Blechlage oder falsche
Werkzeugkombination die Ursache sein. Eine weitere Möglichkeit
einer fehlerhaften Fügung ist durch den mit VIII markierten
Punkt angezeigt. Hier konnte der Positionsmelder nicht die
Kraftmeßeinrichtung aktivieren, da der Stempel nicht den
vorgegebenen Stempelweg zurückgelegt hat. Die Ursache kann
entweder eine zu gering eingestellte Pressenkraft, ein nicht
komplett ausgeführter Pressenhub oder das nicht Erreichen der
Restbodenstärke im Fügepunkt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer bei Pressen mit hin-
und hergehender Stempelbewegung auch bei Verfahren mit einer
Drehbewegung des Stempels verwendet werden. Anstelle der
Hubbewegung wird dann die Drehbewegung mittels eines
Drehwinkelgebers ermittelt. Zusätzlich zu der Kräftemessung
kann noch eine Beschleunigungsmessung vorgenommen werden,
beispielsweise durch Messung des beim Hub erzeugten
Körperschalls, um auch hier die Einhaltung eines Sollwerts mit
Toleranzbereich zu gewährleisten. Zu große Beschleunigungen
führen zu hohem Materialverschleiß und erhöhter
Werkzeugbruchgefahr.
Alle in der Beschreibung, in den Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in
beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Presse
2 Rahmen
3 Pressentisch
4 Matrizenaufnahme
5 Matrize
6 Ausleger
7 Stempelhalter
8 Stempel
9 Abstreifer
10 Druckzylinder
11 Pressenantrieb
12 Piezo-Quermeßdübel
13 Piezo-Meßring
14 Positionsmelder
15 Stempelhubbegrenzer
I vorgegebener Stempelweg
II, VI, VII mögliche Meßwerte
III Minimalwert
IV Maximalwert
V Intervall
2 Rahmen
3 Pressentisch
4 Matrizenaufnahme
5 Matrize
6 Ausleger
7 Stempelhalter
8 Stempel
9 Abstreifer
10 Druckzylinder
11 Pressenantrieb
12 Piezo-Quermeßdübel
13 Piezo-Meßring
14 Positionsmelder
15 Stempelhubbegrenzer
I vorgegebener Stempelweg
II, VI, VII mögliche Meßwerte
III Minimalwert
IV Maximalwert
V Intervall
Claims (26)
1. Verfahren zum Verbinden aufeinanderliegender dünner
Platten, insbesondere Bleche, oder Plattenabschnitte
durch Kaltfügen, bei welchem übereinanderliegende
Flächenteile der zu verbindenden Platten oder
Plattenabschnitte bei einem Arbeitshub durch
Zusammenwirken eines Stempels (8) mit einer Matrize (5)
gemeinsam tiefgezogen und nachfolgend breitgequetscht
werden, mit oder ohne Teilstanzen der Flächenteile,
dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer durch
einen bestimmten Arbeitshub vorgegebenen Stellung der
Matrize und des Stempels die Preßkraft gemessen wird,
die der Stempel als Stempelkraft oder die Matrize als
Matrizenkraft auf die Platten ausübt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
außer der Preßkraft auch die zum Abstreifen der
verbundenen Platten oder Plattenabschnitte vom Stempel
erforderliche Abstreifkraft gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Messung der Preßkraft
unmittelbar nach Beendigung des Quetschvorgangs
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwerte der Preßkraft und/oder
der Abstreifkraft mit einem vorgegebenen Maximalwert und
einem vorgegebenen Minimalwert verglichen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Überschreiten eines für die überwachte Kraft
vorgegebenen Maximalwerts und bei Unterschreiten eines
vorgegebenen Minimalwerts ein Signal erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird,
falls der Stempel oder die Matrize beim Fügevorgang
nicht den vorgegebenen Arbeitshub zurücklegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Signal ein Steuersignal ist, mit
welchem eine optische und/oder akustische
Anzeigeeinrichtung angesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Signal zur Steuerung der
Unterbrechung eines entsprechenden Fügevorgangs
verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fortführung des Verfahrens nach Unterbrechung erst
nach Entriegelung möglich ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalwerte und
Minimalwerte abrufbar in einem elektrischen Speicher
vorliegen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Maximalwerte und Minimalwerte an der
Kraftmeßeinrichtung manuell oder über einen den Speicher
aufweisenden Rechner eingestellt werden können.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Speicher mehrere Sätze von
Maximalwerten und Minimalwerten gespeichert sind.
13. Verfähren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene
Arbeitshub abrufbar in einem elektrischen Speicher
vorliegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorgegebene Arbeitshub an einem Positionsmelder
manuell oder über einen den Speicher aufweisenden
Rechner eingestellt werden kann.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eingabe der Maximalwerte und
Minimalwerte und/oder des Arbeitshubs gegen Entnahme
oder Verlust geschützt ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte an mehreren
Kaltfügestellen gleichzeitig gemessen und von einer
gemeinsamen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Meßwerte
optisch angezeigt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Meßwerte
elektrisch gespeichert werden.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der vorhergehenden Ansprüche mit einer in einer
mechanischen Presse (1) angeordneten Matrize (5) und
einem quer zu den verbindenden Platten hin und her
angetriebenen Stempel (8), dadurch gekennzeichnet, daß
ein Positionsmelder (14) und mindestens eine
Kraftmeßeinrichtung vorhanden sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß
ein Geber bewegungsschlüssig mit dem Stempel (8)
verbunden ist (für eine Linear oder Drehendbewegung).
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kraftmeßeinrichtung ein oder
mehrere Piezo-Elemente dient bzw. dienen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kraftmeßeinrichtung ein oder
mehrere Dehnmeßstreifen dient bzw. dienen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kraftmeßeinrichtung (13) in
einer Aufnahme der Matrize (4) oder am Pressentisch
(3) vorhanden ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kraftmeßeinrichtung (14)
zwischen Stempel (8) und Antriebseinrichtung (10)
vorhanden ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kraftmeßeinrichtung (15) am Abstreifer (9)
vorhanden ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsmelder (14) in
einen Stempelhubbegrenzer (15) aufgenommen ist.
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