DE60314216T2

DE60314216T2 - Nietsetzgerät mit System zum automatischen Nachfüllen des entfernten Verstärkers

Info

Publication number: DE60314216T2
Application number: DE60314216T
Authority: DE
Inventors: James N. Milford Woyciesjes; David S. Brandford Calkins
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: EP1415738B1; DE60314216D1; US7024742B2; JP2004261867A; US20040148747A1; EP1415738A1; ATE363953T1

Description

Ein Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein Nietmaschinen und im besonderen ein Nietsystem, das einen Hydraulik-Fernverstärker mit einem automatischen Füll-/Nachfüllsystem aufweist, sowie auf Verfahren zum Betrieb des Nietsystems.
Die Erfindung betrifft einen Blindniet mit einem rohrförmigen Nietkörper, in dem am schmalen Ende des Schaftes ein Dorn mit einem Kopfteil befestigt ist, so dass beim Zurückziehen des Dorns in den Niet der Niet dadurch gestaucht wird. Wenn beim Zurückziehen des Dorns eine vorgegebene Kraft entgegen wirkt, reißt der Dorn ab. Eine mit Nieten dieser Art arbeitende Nietmaschine weist üblicherweise ein Gehäuse auf, an dessen vorderem Ende eine Öffnung ausgebildet ist, durch die der Nietdorn ergriffen wird. Im Innern des Gehäuses ist ein Spannfutter angeordnet, das den Dorn fest umgreift, sowie ein Betätigungsmechanismus bzw. Ziehkopf, der das Spannfutter zurück zieht, wodurch der Niet gestaucht und der Dorn abgerissen wird.
Bei Nietsetzmaschinen setzt der Bediener einen im Mundstück des Nietwerkzeugs gehaltenen Niet, indem er einen Auslöser betätigt. Der übrige, verbrauchte Dorn wird durch das Werkzeug gezogen und gelangt durch ein Auffangrohr in einen Sammelbehälter. Ein Näherungsschalter erkennt den verbrauchten Dorn, kurz bevor er in den Sammelbehälter gelangt.
Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeugarten, die sowohl manuell als auch fremdkraftbetrieben sind, um Blindbefestigungselemente vom Ziehtyp zu setzen. Für die industrielle Produktion ist der Einsatz eines fremdkraftbetriebenen Werkzeugs wünschenswert, das, eventuell mit Unterstützung von Druckluft/Hydraulik oder elektrischer Energie, den Dornschaft zieht. Dadurch wird der Nietsetzvorgang erleichtert.
Die Automatisierung der Beschickung des Nietwerkzeugs mit Nieten ist bereits bekannt, wie zum Beispiel in U.S. Patent Nr. 6,240,613, Nr. 4,754,643 und Nr. 4,747,294 der gleichen Anmelderin dargestellt. Es ist auch bekannt, den Vorgang des Dornauffangs zu automatisieren, zum Beispiel nach der Lehre von U.S. Patent Nr. 4,972,985 der ebenfalls gleichen Anmelderin. Die herkömmlichste Verfahrensweise für die automatische Zuführung von Nieten und Entsorgung arbeitet mit hydraulischen oder pneumatischen Antrieben zum Zuführen von Blindnieten an das Nietwerkzeug und zum Herausziehen abgerissener Dorne aus dem Werkzeug.
Vorrichtungen des Stands der Technik zum automatischen Zuführen von Nieten an das Nietwerkzeug leiden allgemein unter dem Nachteil, dass bei solchen Systemen Hydraulikfluid während Wartungs-, Instandhaltungs- und Umrüstarbeiten entweichen kann. Außerdem werden ständig Wege gesucht, um die Rüstzeiten zu verkürzen und den Nietsetzvorgang zu beschleunigen.
In US-A-4116036 ist eine hydraulisch betriebene Nietvorrichtung offenbart, die einen Pneumatik-/Hydraulikverstärker und einen Vorratsbehälter mit Hydraulikfluid zum Ausgleich von Verlust an Hydraulikfluid aufweist. Der Vorratsbehälter ist mit dem Hydrauliksystem über ein schnell ansprechendes Ansaugventil verbunden, das von der Pneumatikzuführung zu dem Verstärker betätigt wird. Dieses Ansaugventil öffnet und schließt, bevor sich der Druck in dem Hydrauliksystem aufgrund des Hydraulikverstärkers wirksam verändert. Bei diesem System wird das Nachfüllen lediglich durch die Abwärtskraft des Hydraulikfluids erreicht, wobei der Vorratsbehälter oberhalb des Hydrauliksystems angeordnet sein muss.
Weiterhin ist aus US-A-3541792 ein Fluiddruckverstärker bekannt, bei dem Luft unter niedrigem Druck verwendet wird, um Hydraulikfluid unter hohem Druck zu liefern. Der Verstärker weist einen Druckluftzylinder großen Durchmessers und einen Hydraulikfluidzylinder relativ kleinen Durchmessers auf. In dem Druckluftzylinder ist ein Kolben hin- und herbewegbar gelagert, der eine Stange aufweist, die mit dem in dem Hydraulikzylinder angeordneten Kolben einstückig ausge bildet ist. Konzentrisch zu dem Hydraulikzylinder ist ein Vorratsbehälter angeordnet. Um ausgetretenes Hydraulikfluid wieder aufzufüllen und das System zu entlüften, werden ein Ventil, das einen Hydraulikfluid-Strömungsweg steuert, sowie ein Druckluftventil von Hand geöffnet, so dass aufgrund der Kraft von Druckluft Hydraulikfluid von dem Vorratsbehälter zu dem Hydraulikzylinder und dem damit verbundenen System gefördert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein Nietsetzwerkzeug zu schaffen, das einen Automatikmodus zum Nachfüllen von Hydraulikfluid aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Nietsetzwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst.
Offenbart ist danach ein Nietsetzwerkzeug mit einem hydraulisch angetriebenen Ziehkopf, der einen Dorn eines Niets umgreift und nach Betätigung den Niet setzt. Das Nietsetzwerkzeug weist eine mit dem Nietkopf gekoppelte Hydraulikdruckquelle sowie einen mit der Hydraulikdruckquelle in Wirkverbindung stehenden Verstärker auf. Ein hydraulisches Nachfüllsystem ist mit der Hydraulikdruckquelle verbunden, wobei die Hydraulikdruckquelle mit Druck beaufschlagt wird, um das Hydrauliksystem nach Wartungsarbeiten aufzufüllen oder den Nietsetzkopf des Hydrauliksystems nachzufüllen.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Nietsetzwerkzeug mit einem Ziehkopf vorgesehen, der einen Hydraulikkolben aufweist, der mit einer den Niet umgreifenden Spannbacke gekoppelt ist. Ein eine Hydraulikdruckquelle ausbildender pneumatischer Verstärker ist mit einer Hydraulikleitung verbunden, die wiederum mit dem Hydraulikkolben gekoppelt ist. Die Hydraulikdruckquelle weist einen pneumatisch betätigten Kolben auf, der mit einer in einem Druckzylinder verschiebbar aufgenommenen Stange gekoppelt ist. Der Druckzylinder ist mit der Hydraulikleitung fluidisch verbunden. Der Verstärker weist außerdem eine Trennwand auf, die einen Hohlraum in dem Verstärker in eine Hydraulik fluidquelle und eine erste Kammer unterteilt. Die Hydraulikfluidquelle ist mit dem Druckzylinder fluidisch verbunden, wenn sich die Stange in einer Füllstellung befindet, und im wesentlichen fluiddicht von dem Druckzylinder getrennt, wenn sich die Stange in einer Betätigungsstellung innerhalb des Druckzylinders befindet. Bei Beaufschlagung einer ersten Seite des Kolbens mit Druckluft wird der Hydraulikkolben mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Bei Beaufschlagung einer zweiten Seite des Kolbens mit Druckluft kann sich die Stange von der Betätigungsstellung in eine Füllstellung bewegen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Nietsetzwerkzeug mit einem einen Hydraulikkolben aufweisenden Ziehkopf vorgesehen. Mit dem Hydraulikkolben ist ein eine Hydraulikdruckquelle aufweisender Verstärker gekoppelt. Der Verstärker hat eine Nachfüllvorrichtung, die bei Betätigung eine Fluidverbindung zwischen einer Hydraulikfluidquelle und dem Hydraulikkolben herstellt. Der Verstärker weist außerdem ein Mittel zur Beaufschlagung der Hydraulikleitung mit Hydraulikdruck auf, um eine Nietsetzvorrichtung zu betätigen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Während die ausführliche Beschreibung und speziellen Beispiele zwar das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung angeben, dienen diese jedoch lediglich Darstellungszwecken und bedeuten keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dient die ausführliche Beschreibung und die beigefügte Zeichnung. Darin zeigen:
1 eine Systemübersicht des Nietsetzsystems nach der Lehre der Erfindung;
2 eine Unterbaugruppe des Nietsetzsystems in seiner Betätigungsstellung;
3 eine Ansicht des in 1 dargestellten Nietsetzsystems in seiner Füllstellung; und
4 das Nachfüllen oder Befüllen des Hydrauliksystems.
Die nachfolgende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels/der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Benutzung keinesfalls einschränken.
Das Befestigungssystem 10 gemäß der Erfindung ist anhand der 1 dargestellt. Gezeigt ist ein Nietsetzwerkzeug 12, das mit einer elektronischen Steuerung 14, einer hydraulischen Steuerung 16, einer pneumatischen Steuerung 18, einer Nietzuführung 20, einem Hydraulik-Fernverstärker 22 und einem Dornauffangsystem 24 in Wirkverbindung steht.
Das Nietsetzwerkzeug 12 weist einen Ziehkopf 44 mit einem in einem bearbeiteten Aluminiumgehäuse 48 angeordneten Hydraulikkolben 46 auf. Der Hydraulikkolben 46 ist über eine Kupplung mit einem Futtergehäuse 50 verbunden, so dass bei Betätigung, d.h. bei Beaufschlagung der Stirnfläche des Hydraulikkolbens 46 über eine Hydraulikleitung 52 mit Hydraulikdruck, die Spannbacken 51 von einem Mundstück abheben und den Nietdorn umgreifen. Durch die Weiterbewegung wird ausreichend Kraft und Hub aufgebracht, um den durchschnittlichen Niet wirksam zu setzen. Über ein Pneumatikrohr 54 wird dem Ziehkopf 44 Druckluft zugeführt, mit dem die entgegengesetzte Seite des Hydraulikkolbens 46 beaufschlagt wird, um den Hydraulikkolben 46 in seine vollständig ausgefahrene Stellung zurück zu bringen, sobald kein Hydraulikdruck mehr ansteht.
Die Zuführleitung 52 für den Hydraulikdruck ist mit dem Fernverstärker 22 verbunden. Wie in 2 dargestellt, weist der Fernverstärker 22 einen Verstärkerraum 56 auf, der im Innern eines Verstärkerraumkörpers 58 ausgebildet ist. In dem Verstärkerraum 56 ist ein Druckluftkolben 60 verschiebbar aufgenommen und mit einer Dichtung 62 versehen, die an dem Verstärkerraumkörper 58 anliegt. An dem Druckluftkolben 60 ist eine Stange 64 befestigt, die sich durch eine in einer Zwischentrennwand 66 des Verstärkerraums ausgebildete abgedichtete zylindrische Öffnung erstreckt und in eine zylindrische Öffnung eindringt, die in einem mit Hydrauliköl 70 gefüllten Druckzylinder 68 ausgebildet ist. Ferner ist zwischen der Stange 64 und dem Druckzylinder 68 eine Dichtung 72 vorgesehen, die den Verstärkerraum 56 im wesentlichen fluiddicht von einer im Druckzylinder 68 ausgebildeten Bohrung 67 trennt. Eine Druckluftquelle in Form eines Pneumatikrohrs 74 ist mit einem Ventil 76 verbunden, das wiederum mit einem ersten Schnellauslassventil 78 verbunden ist, das mit einem ersten Ende 86 des Verstärkerraums 56 in Verbindung steht. Eine zweite Druckluftquelle in Form eines zweiten Pneumatikrohrs 80 steht mit einem zweiten Ende 112 des Verstärkerraums 56 in Verbindung. Ein zweites Schnellauslassventil 82 steht über eine Leitung 104 mit einem ersten Abschnitt 84 des Verstärkerraums 56 in Verbindung. Der Druckzylinder 68 ist mit der Hydraulikleitung 52 über eine Vielzahl von Verbindungsstücken verbunden.
Bei Beaufschlagung des Druckluftkolbens 60 mit Druckluft verdrängt die Stange 64 eine Säule von Hydrauliköl 70 kleinerer Querschnittsfläche. Die auf die Kolbenfläche wirkende Luftmenge drückt den Druckluftkolben 60 mit der Stange 64 nach oben. Aufgrund der Flächendifferenz zwischen dem Druckluftkolben 06 und der Oberseite der Stange 64 kann aus einem niedrigen Luftdruck ein hoher Hydraulikdruck erzeugt werden. Während der Aufwärtsbewegung des Druckluftkolbens 60 öffnet sich das erste Auslassventil 78, um den sich auf der Oberseite des Druckluftkolbens 60 aufbauenden Luftdruck abzulassen. Die unter hohem Druck stehende Ölsäule 70 fließt durch die Hydraulikleitung 52 und drückt den Hydraulikkolben 46 des Ziehkopfes 44 zurück, wodurch der Niet gesetzt wird.
Nach Abriss des Dorns stoppt die Steuerung 14 die Betätigung des Ventils 76 und startet die Betätigung eines (nicht dargestellten) Fernventils, das über das Schnellauslassventil 82 der Oberseite des Druckluftkolbens 60 eine geregelte Luftmenge zuführt. Die Kombination aus der Luft hinter dem Kolben 46 des in dem Nietsetzwerkzeug 12 angeordneten Ziehkopfes 44 und der Luftblase auf der Oberseite des Druckluftkolbens 60 bewirkt, dass der Ziehkopf 44 und das Futtergehäuse 50 schnell in die eingefahrene Stellung zurück bewegt werden. Die Entlüftung des zweiten Abschnitts 86 des Verstärkerraums 56 beschränkt diese Möglichkeit, indem der Druckaufbau begrenzt wird. Die Luftzufuhr zur Oberseite des Druckluftkolbens 60 wird von der Steuerung 14 des Nietsystems gesteuert und nach etwa einer Sekunde abgeschaltet.
3 stellt das erfindungsgemäße System 10 in seinem automatischen Nachfüllmodus dar. Nach Aktivierung der Nachfüllfunktion durch einen Bediener fordert die elektronische Steuerung 14 den Bediener auf, die Entlüftungsschraube 100 zu öffnen. Nach Bestätigung, dass eine Entlüftungsschraube 100 geöffnet worden ist, schickt die elektronische Steuerung 14 ein Signal an die pneumatische Steuerung 18, um den Nachfüllvorgang zu starten. Nun wird über die Pneumatikleitung 104 eine Oberfläche 102 des Druckluftkolbens 60 direkt mit Druckluft beaufschlagt. Dabei wird Druckluft über eine Pneumatikleitung 104 in einen ersten Hohlraum 84 geleitet, der zwischen dem Druckluftkolben 60 und der Trennwand 66 ausgebildet ist. Die Beaufschlagung mit Druckluft erfolgt so, dass die Stange 64 in eine Nachfüllstellung 108 zurückgezogen wird, damit die Fluidverbindung zwischen einer Hydraulikquelle 110 und dem Druckzylinder 68 hergestellt werden kann.
Wie dargestellt, ist ein Sperrventil 88 zwischen der Hydraulikfluidquelle 110 und der Bohrung 67 des Druckzylinders 68 fluidisch angeordnet. Das Sperrventil 88 befindet sich an einem ihm zugewandten Ende 114 des Druckzylinders 68. Zusätzlich kann der Druckzylinder eine zweite Öffnung (nicht dargestellt) aufweisen, um eine Fluidverbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle 110 und dem Druckzylinder 68 herzustellen. Die zweite Öffnung kann wahlweise ein Sperrventil aufweisen, über das Hydraulikfluid von der Hydraulikfluidquelle 110 in die Bohrung 67 gelangen kann, während die Fluidverbindung zwischen dem Druckzylinder 67 und der Hydraulikquelle beim Setzen der Niete geschlossen wird. Die Stange 64 und die Dichtung 72 der Zwischenwand trennen den ersten Hohlraum 84 fluidisch von dem die Hydraulikfluidquelle enthaltenden Raum 112.
Sobald die im Druckzylinder 68 ausgebildete Bohrung 67 mit einer Hydraulikfluidquelle 110 in Fluidverbindung steht, wird, wie aus 4 ersichtlich, Druckluft von der pneumatischen Steuerung 18 unmittelbar durch die Pneumatikleitung 80 gefördert, so dass Hydrauliköl aus dem die Hydraulikfluidquelle enthaltenden Raum 112 durch den Druckzylinder 68 und in das hydraulisch betätigte Nietsetzwerkzeug 12 gelangt, um die Hydraulikleitungen zu befüllen. Durch die Druckdifferenz wird das Sperrventil 88 geöffnet, um die Hydraulikfluidquelle 110 mit der Bohrung 67 fluidisch zu verbinden. Insbesondere wird der die Hydraulikfluidquelle enthaltende Raum 112 zwischen einer oberen Fläche des Raums 112 und der Oberseite 116 des Raums 112 mit Druckluft beaufschlagt. Dieser Druck treibt das Hydraulikfluid durch das am zugewandten Ende 114 des Druckzylinders 68 angeordnete Sperrventil 88 in die Bohrung 67.
Nachdem ausreichend Hydraulikfluid 70 durch die Entlüftungsschraube 100 entwichen ist, hält der Bediener den Nachfüllvorgang durch Betätigen einer Taste an der elektronischen Steuerung 14 an. Das System 10 beaufschlagt darauf eine Unterseite des Druckluftkolbens 60 mit Druckluft über eine Pneumatikleitung, die mit dem Boden des Fernverstärkers 22 verbunden ist. Dadurch kehrt der Druckluftkolben 60 in seine Betätigungsstellung zurück, wobei die Stange 64 in das Innere des Druckzylinders 68 zurück gesetzt wird, wie in 2 dargestellt.

Claims

Nietsetzwerkzeug (12), umfassend: einen Ziehkopf (44) mit einem in einem Gehäuse (48) angeordneten Hydraulikkolben (46), wobei der Kolben (46) mit einer Spannbacke (51) gekoppelt ist und die Spannbacke (51) nach Betätigung des Ziehkopfes (44) so betätigbar ist, dass sie einen Nietdorn ergreift, wobei der weitere Hub des Hydraulikkolbens (46) zum wirksamen Setzen des Niets eine Kraft liefert; und einen Verstärker (22), der mit einer mit dem Gehäuse (48) verbundenen Hydraulikleitung (52) in Wirkverbindung steht, wobei der Verstärker (22) eine Stange (64) umfasst, die in einem mit der Hydraulikleitung (22) [sic!] verbundenen Druckzylinder (68) verschiebbar aufgenommen ist, sowie einen in einem Verstärkerraum (56) angeordneten und mit der Stange (64) in Wirkverbindung stehenden Druckluftkolben (60), wobei der Verstärker ferner eine Nachfüllvorrichtung umfasst, die bei Betätigung eine Fluidverbindung zwischen einer Hydraulikfluidquelle (110) und der Hydraulikleitung (52) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachfüllvorrichtung eine mit dem Verstärker (22) in Wirkverbindung stehende pneumatische Steuerung (18) und eine mit der pneumatischen Steuerung (18) gekoppelte elektronische Steuerung (14) umfasst, wobei nach Auslösen einer Nachfüllfunktion durch einen Bediener die elektronische Steuerung (14) den Bediener auffordert, die Entlüftungsschraube (100) zu öffnen, und nach Bestätigung, dass eine Entlüftungsschraube (100) geöffnet ist, die elektronische Steuerung (14) der pneumatischen Steuerung (18) ein Signal liefert, dass sie einen Nachfüllvorgang starten soll, wobei der Druckluftkolben (60) mit Druckluft beaufschlagt wird, damit die Stange (64) in eine Nachfüllstellung (108) zurück gefahren wird und die Druckmittelverbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle (110) und dem Druckzylinder (68) hergestellt werden kann, wobei die Nachfüllvorrichtung weiterhin eine Druckluftquelle umfasst, die die Hydraulikfluidquelle (110) beaufschlagt, damit Hydraulikfluid von der Hydraulikfluidquelle (110) durch die Hydraulikdruckquelle in die Hydraulikleitung (52) fließen kann.
Nietsetzwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärkerraum (56) die Hydraulikfluidquelle (110) bildet.
Nietsetzwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker (22) eine Trennwand (66) aufweist, die eine erste Kammer (84) des Verstärkerraums (56) von der Kammer (112) trennt, die die Hydraulikfluidquelle (110) enthält.
Nietsetzwerkzeug nach Anspruch 3, wobei der Druckluftkolben (60) in der ersten Kammer (84) angeordnet ist.
Nietsetzwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die Stange (64) in einer in der Trennwand (66) ausgebildeten Öffnung verschiebbar aufgenommen ist.
Nietsetzwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Druckzylinder (68) in der Hydraulikfluidquelle (110) angeordnet ist.
Nietsetzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Druckluftkolben (60) so ausgebildet ist, dass er von einer Betätigungsstellung in eine Nachfüllstellung bewegbar ist, wobei die Stange (64) so verschoben werden kann, dass der Druckzylinder (68) mit der Hydraulikfluidquelle (110) in Fluidverbindung steht, wenn sich der Druckluftkolben (60) in der Nachfüllstellung befindet.
Nietsetzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Druckzylinder (68) ein Sperrventil (88) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es zwischen der Hydraulikfluidquelle (110) und der Hydraulikleitung (52) eine Fluidverbindung herstellt, wenn sich die Stange (64) in der Nachfüllstellung befindet.