DE60109886T2

DE60109886T2 - Verfahren zum Nieten oder Stanzen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE60109886T2
Application number: DE60109886T
Authority: DE
Inventors: Reinhold Opper; Joachim Moeser; Michael Blöcher
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: US7082663B2; EP1228824A2; US20020092145A1; JP4216505B2; US20050081360A1; DE60109886D1; EP1228824A3; ATE292532T1; US6857175B2; JP2002263777A; EP1228824B1; ES2239104T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nieten oder Stanzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Aus DE 197 31 222 A1 sind ein Verfahren zum Ausbilden einer Stanznietverbindung sowie eine Fügevorrichtung zum Stanznieten bekannt. Die beim Setzen eines Nietes oder beim Stanzen auf ein Werkstück einwirkenden großen Kräfte müssen von einer Gegenkraft ausgeglichen werden. Dies wird üblicherweise erreicht, indem das Werkstück an einer Gegenkraftstruktur abgestützt wird, welche vorzugsweise im wesentlichen die Form eines C aufweist und daher üblicherweise auch als C-Bügel bezeichnet wird.
Für das präzise Setzen eines Nietes oder ein genaues Stanzen ist es wichtig zu wissen, wie tief ein Niet oder ein Stempel in das Werkstück eingedrungen ist. Dieses Problem stellt sich insbesondere dann, wenn große Werkstücke verarbeitet werden, wo die Gegenkraftstruktur (der C-Bügel) sehr groß ist. In der Praxis kommen Armlängen von C-Bügeln bis zu 1,5 Meter vor. Insbesondere bei großen, auf das Werkstück einwirkenden Kräften kommt es zu einer Verformung der Gegenkraftstruktur, so dass die tatsächliche Stanztiefe oder der Nietkopfüberstand nur ungenau bestimmt ist. Dieses Problem ist dann besonders bedeutsam, wenn kurze Niete, harte Materialien und große Werkstücke verwendet werden. Die Verbiegung der Gegenkraftstruktur führt zu erheblichen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Stanztiefe oder des Nietkopfüberstands.
Aus DE-A-42 13 421, auf der der Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 6 beruht, ist ein Nietwerkzeug mit einem Nietkopf und einem Gegenhalter bekannt, bei dem die Fügekraft durch Messen der Verformung des Gegenhalters während eines Nietvorgangs mittels eines Dehnungsmessers erfasst wird. Der Nietkopf wird an dem Gegenhalter bewegbar geführt, und die Position des Nietkopfs gegenüber dem Gegenhalter wird von einem Linearsensor erfasst. Ein Prozessrechner vergleicht die gemessenen Werte mit vorbestimmten Werten zur Steuerung der Fügekraft und der Vorschubgeschwindigkeit des Nietvorgangs.
Bisher war es üblich, die Gegenkraftstruktur möglichst groß und biegesteif auszubilden. Um eine Verformung innerhalb eines akzeptablen Rahmens zu halten, waren erheblicher Aufwand und Kosten beim Bau der Gegenkraftbügel notwendig. Ein Ausgleich eventueller Verformungen des Gegenkraftbügels erfolgte manuell, nachdem der Fehler empirisch ermittelt wurde.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Nieten oder Stanzen anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile überwindet und einen besonders genauen Ablauf des Setz- oder Stanzvorgangs ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu beschreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Verfahrensansprüche und durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst. Weitere spezielle Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln oder in Kombination auftreten können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Nieten oder Stanzen mit einem Gegenkraftbügel wird die Verformung der Gegenkraftstruktur während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungseinheit erfasst und ein Bewegungsablauf während des Niet- oder Stanzvorgangs in Abhängigkeit von der Aufbiegung korrigiert. Die Erfassung der Verformung der Gegenkraftstruktur, die je nach Stanz- oder Setzkraft, verwendeten Materialien, verwendeten Nieten und anderen material- oder formspezifischen Parametern unterschiedlich sein kann, da unterschiedliche Kräfte auftreten, erlaubt eine flexible Anpassung an jede Betriebssituation. Durch die Korrektur des Bewegungsablaufes während des Niet- oder Stanzvorgangs in Abhängigkeit von der Aufbiegung wird die Position des Nietkopfs präzise erreicht. Die Ungenauigkeiten beim Niet- oder Stanzvorgang aufgrund der Verformung der Gegenkraftstruktur werden in gewissen Grenzen ausgeglichen. Eine vorteilhafte Folge dieses Verfahrens kann sogar sein, dass Gegenkraftstrukturen verwendet werden können, die eine geringere Steifigkeit oder höhere Verformbarkeit haben, was eine einfachere Bauform und somit Einsparungen bei den Herstellungskosten ermöglicht.
Typischerweise weist eine Setzvorrichtung eine Matrize, einen Aufnehmer und einen in dem Aufnehmer geführten Stempel auf, der unmittelbar oder mittelbar auf ein Werkstück drückt, welches sich zwischen Matrize und Aufnehmer befindet. Bei einem Kontakt des Aufnehmers mit dem Werkstück ist die Niettiefe aus der Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Stempel bestimmbar. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die für die Erfassung der Relativbewegung zwischen Stempel und Aufnehmer notwendigen Kabeldurchführungen unter der ständigen Bewegung sowohl des Aufnehmers als auch des Stempels im Langzeitbetrieb leiden und mit der Zeit Verschleißerscheinungen unterworfen sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einem ersten Sensor die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Gegenkraftstruktur und von einem zweiten Sensor die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Stempel oder zwischen Stempel und Gegenkraftstruktur gemessen, und die Tiefe der Nietung oder Stanzung wird mit Hilfe der beiden Messwerte korrigiert. Die beiden Sensoren sind vorzugsweise als Wegsensoren, insbesondere digitale Schrittzähler, ausgebildet. Wichtig hierbei ist, dass nicht allein die relative Verschiebung zwischen Aufnehmer und Stempel erfasst wird, sondern zusätzlich auch die Bewegung des Aufnehmers aufgrund von Verformungen der Gegenkraftstruktur.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Aufsetzen des Stempels und des Aufnehmers auf der Matrize oder auf einem Werkstück durch eine Kraftmessung am Antrieb des Stempels erfasst, Durch das Messen einer Referenzposition bei einer definierten Kraft beim Aufsetzen des Stempels und des Aufnehmers kann auf einfache Weise eine Kalibrierung vorgenommen werden. Die Kraftmessung erfolgt über das Gehäuse, so dass die vom Stempel und vom Niederhalter ausgeübten Kräfte gemeinsam gemessen werden. Mit dieser Information können danach die tatsächliche Tiefe der Nietung oder Stanzung wie auch die Nietlänge genau bestimmt werden. Diese Referenzmessungen können auch dazu benutzt werden, die Dicke von Werkstücken genau und schnell zu bestimmen. Die Relativverschiebung zwischen Stempel und Aufnehmer im tiefsten Punkt entspricht genau der Einpresstiefe oder dem Nietkopfüberstand.
Eine besonders bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt, dass ein aufgrund einer gewünschten Stanztiefe oder eines gewünschten Nietkopfüberstands vorgegebener Bewegungsweg des Stempels in Richtung auf das Werkstück um die während des Niet- oder Stanzvorgangs vom ersten Sensor gemessene Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur und Aufnehmer verlängert wird. Bei unterschiedlichen Härten des zu verarbeitenden Materials, aber auch schon bei unterschiedlichen Temperaturen usw. sind die während des Nietens oder Stanzens auftretenden Kräfte unterschiedlich, was zu nicht genau empirisch bestimmbaren Verformungen der Gegenkraftstruktur führt. Durch die erfindungsgemäße Kompensation mit der vom ersten Sensor gemessenen Relativbewegung, die genau der Verformung der Gegenkraftstruktur entspricht, kann trotzdem eine gleichbleibende Setz- oder Stanztiefe erzielt werden.
Darüber hinaus kann aber die Messung der Verformung der Gegenkraftstruktur auch weitere wertvolle Informationen liefern, so z.B. über die Qualität des zu verarbeitenden Materials, den Zustand der Gegenkraftstruktur, die Güte des durchgeführten Vorgangs selbst, usw. Dies stellt einen weiteren wesentlichen Vorteil der Erfindung dar.
Eine erfindungsgemäße Niet- oder Stanzvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, weist einen Aufnehmer und einen durch den Aufnehmer geführten Stempel auf, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize oder ein Werkstück bewegbar sind, wobei Matrize und Niet- oder Stanzvorrichtung über eine Gegenkraftstruktur, insbesondere einen C-förmigen Gegenkraftbügel, miteinander verbunden sind. Dadurch, dass ein erster Sensor vorhanden ist, der die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Gegenkraftstruktur misst, und ein zweiter Sensor, der die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Stempel oder zwischen Stempel und Gegenkraftstruktur misst, ist eine genaue Erfassung der tatsächlichen Position des Stempels relativ zur Matrize oder zum Werkstück möglich. Abweichungen von der Solllage können beim Bewegungsablauf erstmalig durch Regelung korrigiert werden und müssen nicht mehr aufgrund empirischer Beobachtungen manuell eingegeben werden.
Bevorzugt ist der erste Wegaufnehmer ein linearer Wegaufnehmer, vorzugsweise ein digitaler Zähler, der beispielsweise strichförmige Markierungen auf einer Art Lineal zählt. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Verarbeitung der Signale in einer Überwachungseinheit.
Weitere spezielle Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand einer Nietsetzmaschine in der folgenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist als spezielles, exemplarisches Beispiel der Erfindung zu verstehen, das diese jedoch nicht einschränken soll. Die Erfindung kann auch bei Stanzmaschinen und ähnlichen Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen ein Stempel in einer äußeren Führung, z.B. einem Niederhalter oder einem Aufnehmer, geführt wird.
Die Figur zeigt eine Nietvorrichtung 8 mit einer Gegenkraftstruktur 9, welche in Form eines C-förmigen Bügels ein Werkstück 6 umgibt. Das Werkstück 6 liegt auf einer Matrize 5 auf. Ein Aufnehmer 4 nimmt Niete auf, welche mit Hilfe eines von einer Antriebseinheit angetriebenen Stempels 3 in das Werkstück 6 eingetrieben werden. Ein erster Sensor 1 misst die Relativbewegung zwischen Aufnehmer 4 und Gegenkraftstruktur 9. Dieser Sensor ist vorzugsweise ein linearer Wegaufnehmer, der aus einer Art Lineal besteht, welches die Bewegung des Aufnehmers 4 mitmacht, und aus einem Zähler, der an der Gegenkraftstruktur 9 befestigt ist und an ihm vorbeiwandernde Markierungen auf dem Lineal zählt. Ein zweiter Sensor 2 misst die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur 9 und Stempel 3. Solche Sensoren sind an sich bekannt und meistens in die Antriebseinheit 10 des Stempels 3 integriert. Bei Spindelantrieben sind es z.B. Schrittzähler. Der erste Sensor 1 und der zweite Sensor 2 sind mit einer Überwachungseinheit 7 verbunden, die dadurch die Aufbiegung der Gegenkraftstruktur 9 bei Krafteinwirkung des Stempels 3 und des Aufnehmers 4 auf das Werkstück 6 erfassen kann. Mit der Kenntnis der so ermittelten Aufbiegung der Gegenkraftstruktur 9 kann die Bewegung des Stempels 3 so geregelt werden, dass eine gleichbleibende Eindringtiefe der Niete stets sichergestellt ist. Aufgrund der Korrektur kann der Gegenkraftbügel 9 eventuell sogar leichter, kleiner und preisgünstiger gebaut werden.
Das Verfahren zum Nieten oder Stanzen, bei dem die Verformung der Gegenkraftstruktur 9 während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungseinheit 7 erfasst wird und ein Bewegungsablauf während des Niet- oder Stanzvorgangs in Abhängigkeit von der Aufbiegung korrigiert wird, ist besonders dazu geeignet, eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Setztiefe oder des Nietkopfüberstandes zu gewährleisten und dabei noch zusätzliche Informationen über den Arbeitsvorgang zu gewinnen.

Claims

Verfahren zum Nieten, Stanzen oder Stanznieten mit einer Gegenkraftstruktur (9), insbesondere einem etwa C-förmigen Gegenkraftbügel (9), bei dem die Verformung der Gegenkraftstruktur während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungseinheit (7) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsablauf während des Niet- oder Stanzvorgangs in Abhängigkeit von der Verformung korrigiert wird.
Verfahren zum Nieten, Stanzen oder Stanznieten mittels einer Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen durch den Aufnehmer (4) geführten Stempel (3) aufweist, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize (5) oder ein Werkstück (6) bewegbar sind, wobei Matrize (5) und Niet- oder Stanzvorrichtung (8) über eine Gegenkraftstruktur (9) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass von einem ersten Sensor (1) die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Aufnehmer (4) und von einem zweiten Sensor (2) die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Stempel (3) oder zwischen Stempel (3) und Gegenkraftstruktur (9) gemessen werden, und die Tiefe der Nietung oder Stanzung oder der Nietkopfüberstand mit Hilfe der beiden Messwerte korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kalibrieren das Aufsetzen des Aufnehmers (4) und des Stempels auf der Matrize (5) oder auf dem Werkstück (6) durch eine Kraftmessung erfasst wird, wobei die Messwerte der beiden Sensoren (1 und 2) bei einer vorbestimmten Kraft als Referenzwerte aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein aufgrund einer gewünschten Stanztiefe oder eines gewünschten Nietkopfüberstands vorgegebener Bewegungsweg des Stempels (3) in Richtung auf das Werkstück (6) um die während des Niet- oder Stanzvorgangs vom ersten Sensor (1) gemessene Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Aufnehmer (4) verlängert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Verformung der Gegenkraftstruktur (9) als Qualitätssignal für den Zustand der Gegenkraftstruktur, die Beschaffenheit des Werkstücks, der Niete und der Matrize und/oder die Güte des durchgeführten Vorgangs aufgezeichnet wird.
Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen durch den Aufnehmer (4) geführten Stempel (3) aufweist, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize (5) oder ein Werkstück (6) bewegbar sind, wobei Matrize (5) und Niet- oder Stanzvorrichtung (8) über eine Gegenkraftstruktur (9), insbesondere einen etwa C-förmigen Gegenkraftbügel (9), miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (1) vorhanden ist, mit dem die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Gegenkraftstruktur (9) gemessen werden kann, sowie ein zweiter Sensor (2), mit dem die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Stempel (3) oder zwischen Stempel (3) und Gegenkraftstruktur (9) gemessen werden kann, und dass Mittel zur Korrektur der Tiefe der Nietung oder Stanzung oder des Nietkopfüberstands mit Hilfe der beiden Messwerte vorgesehen sind.
Niet- oder Stanzvorrichtung (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (1) ein linearer Wegaufnehmer, vorzugsweise ein digitaler Zähler ist.
Niet- oder Stanzvorrichtung (8) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit (7) vorhanden ist, der im Betrieb die Messwerte der beiden Sensoren (1 und 2) zugeführt werden und die aus den Messwerten die Verformung der Gegenkraftstruktur (9) ermitteln und aufzeichnen und/oder eine Antriebseinheit (10) für den Stempel (3) entsprechend ansteuern kann.