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Die
Erfindung betrifft eine Presse und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine
Presse zum Einbringen von buchsenartigen Verbindungselementen in
Substrate wie beispielsweise ein Lochplattenmaterial, zum Beispiel
zur Verwendung beim Verbinden von Komponenten eines Gegenstandes
entlang einer Montagelinie. Eine solche Presse ist in der WO-A-81
/01871 offenbart.
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Es
ist bekannt, hydraulische Pressen mit einem Ölspeicher, einer Pumpe und
einem Hydraulikkolben sowie verschiedenen Steuergeräten, die
eine Steuerung der Bewegung eines durch den Kolben gehaltenen Presswerkzeugs
zum Positionieren und/oder Einbringen eines Verbindungselements
in eine Substrat an einer Betriebspressstellung an der Pressmaschine
zu bewirken, vorzusehen.
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Solche
hydraulischen Pressen leiden jedoch an verschiedenen Nachteilen,
einschließlich
der Anforderung für
einen großen
Speicherbehälter
für Hydraulikfluide
wie beispielsweise Öl,
einer geringen Betriebsgeschwindigkeit aufgrund des Aufbauens eines
Drucks vor dem Lösen
des Hydraulikkolbens, eines übermäßigen Lärms, eines
großen
Hubs oder Bewegungswegs des Werkzeugs, was Sicherheitsprobleme beinhaltet,
und Schwierigkeiten bei der Reparatur und Wartung. Ebenso leiden
hydraulische Pressen an dem Nachteil, dass das Presswerkzeug während seines
gesamten Hubs virtuell unter seiner vollen Maximallast ist, was
wieder inhärente
Sicherheitsprobleme vorsieht.
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Die
vorliegende Erfindung versucht, eine Presse vorzusehen, die eines,
wenn nicht sogar mehrere der obigen Probleme oder weitere Probleme des
Standes der Technik überwindet
oder zumindest mindert. Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Presse zum Einbringen von buchsenartigen
Verbindungselementen in Substrate wie beispielsweise ein Lochplattenmaterial
vorgesehen, mit einem Nockenstößel zum
Antreiben einer Pressvorrichtung wie beispielsweise eines Werkzeugs
zu einer Betriebspressstellung, und einem getriebenen Nocken mit
einer Nockenfläche
zum Bewirken einer Bewegung des Nockenstößels und einer Ausnehmung zum
Aufnehmen des Nockenstößels in
dem Nocken. Die Ausnehmung ist bevorzugt zwischen der Vorder- und
der Hinterkante der Nockenfläche
positioniert und/oder sieht keine eigene Nockenwirkung vor.
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Vorteilhafterweise
ist deshalb die Länge
oder der Weg oder der Hub des Nockenstößels und damit des Werkzeugs
unter Last von dem getriebenen Nocken auf die Exzentrizität der Nockenfläche minimiert,
während
der Nocken einen größeren Weg
des Nockenstößels erlaubt,
ohne die Last darauf auszuüben,
indem der Nockenstößel in der
Ausnehmung aufgenommen werden kann.
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Vorzugsweise
ist eine Einrichtung zum Ermöglichen
einer Positionierung der Pressvorrichtung an einer Position nahe
der Betriebspressstellung und/oder der Werkzeugposition vorgesehen,
wobei der Nockenstößel im Wesentlichen
aus der Ausnehmung in dem Nocken entfernt wird. Vorteilhafterweise
ist daher die Last auf das Werkzeug im Wesentlichen gleich dem Gewicht
des Werkzeugs und verbundener Komponenten wie beispielsweise des
Nockenstößels, welches
deutlich geringer als die Last ist, welche auf das Werkzeug während eines
Einbringvorgangs eines Verbindungselements ausgeübt werden kann, was in der
Größenordnung
von zum Beispiel 4 bis 8 Tonnen liegen kann.
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Vorzugsweise
weist die Schwerkraftpositioniereinrichtung zu dem Nockenstößel bzw.
dem Nocken gehörende
zusammenwirkende Komponenten wie beispielsweise einen Schieber und
eine Schieberführung
auf. Vorzugsweise liegt die Länge
der Ausnehmung in der Größenordnung
des Durchmessers des Nockenstößels oder
größer. Bevorzugt
ist die Ausnehmung in der Größenordnung
des Zwei- oder Mehrfachen des Durchmessers des Nockenstößels.
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Vorzugsweise
ist die Länge
der Ausnehmung ausreichend, um eine Ausrichtung der Drehachse des
Nockenstößels und
der Drehachse des getriebenen Nockens zu ermöglichen, wodurch vorteilhafterweise
vorgesehen wird, dass, falls der Nocken angetrieben wird, wenn der
Nockenstößel in seiner
Stauposition ist, er keine Bewegung des Nockenstößels und daher keine Bewegung
des Werkzeugs bewirkt.
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Vorzugsweise
ist die Exzentrizität
der Nockenfläche
geringer als 5 mm, und bevorzugter in der Größenordnung von weniger als
2 mm. Vorteilhafterweise ist deshalb der Hub des Werkzeugs unter
Arbeitslast geringer als die Dicke eines Fingers. Vorzugsweise ist
der Nocken ein Steignocken mit einer bei einer Drehung von mehr
als 180° und
bevorzugt bei etwa 270° Drehung
erreichten maximalen Exzentrizität.
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Vorzugsweise
ist ein Positionssensor in Wirkverbindung mit einer Steuerung vorgesehen,
um dadurch zu gewährleisten,
dass der Nockenstößel im Wesentlichen
aus der Ausnehmung entfernt wird, bevor eine Betätigung des getriebenen Nockens
starten kann. Vorzugsweise sind zwei Positionssensoren vorgesehen
und die Steuerung führt
einen Logiktest durch, um sicherzustellen, dass beide Sensoren ein wesentliches
Entfernen des Nockenstößels aus
der Ausnehmung in einer vorbestimmten Zeitdauer erfassen, bevor
eine Betätigung
der getriebenen Nockenplatte stattfinden kann. Vorzugsweise sind
die Sensoren angrenzend aneinander und/oder bevorzugt an der im
Wesentlichen gleichen Achsenposition bezüglich der Bewegungsachse des
Nockenstößels angeordnet.
Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeitdauer weniger als eine halbe
Sekunde, und liegt bevorzugter in der Größenordnung von 100 Millisekunden
oder weniger. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die vorbestimmte
Zeit in der Größenordnung
von 50 Millisekunden.
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Vorzugsweise
ist die Steuerung mit einer solchen Logikfolge programmiert, dass
eine Betätigung des
getriebenen Nockens nur stattfindet, falls Sensor 1 und 2 eine Bewegung
des Nockenstößels im
Wesentlichen aus der Ausnehmung in einer vorbestimmten Zeit voneinander
erfassen, um dadurch eine Schaltung wie beispielsweise eine Zustandsänderung
einer monostabilen Vorrichtung zu bewirken, und die Energie zu dem
getriebenen Nocken nur andauert, solange beide Sensoren geschlossen
sind und sich der Schalter oder die monostabile Vorrichtung in ihrem
aktivierten Zustand befindet. Vorzugsweise wird, sobald einer der
Sensoren öffnet,
die Energie zu dem getriebenen Nocken entfernt und der Schalter
oder die monostabile Vorrichtung wird zurückgesetzt.
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Vorzugsweise
ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine Ausrichtung der Nockenausnehmung
in einer gewünschten
Stellung wie beispielsweise kopfüber
zu er möglichen,
um dadurch einen Schwerkraftsvorschub des Nockenstößels und
ein Pressen des Werkzeugs in eine untere Betriebsstellung zu ermöglichen.
Vorzugsweise weist die Positioniereinrichtung einen gelappten Kreisring,
der an der Antriebswelle des Nockens fest angebracht ist, und einen
Sensor zum Erfassen der Position des Lappens um den Umfang des Kreisrings
auf. Der Sensor kann zum Beispiel ein Induktionssensor sein, und
der Lappen kann einen radialen Metallvorsprung von dem Kreisring
aufweisen. Vorzugsweise sind zwei Lappen im Wesentlichen benachbart
zueinander und durch eine Ausnehmung beabstandet vorgesehen. Vorzugsweise
ist die Ausnehmung relativ eng und/oder der Kreisring ist so auf
der Welle angeordnet, dass er die obere mittlere Totpunktstellung
des Nockens oder eine andere bevorzugte Stellung zum Entfernen des Nockenstößels aus
der Ausnehmung anzeigt, wenn der Sensor die Ausnehmung zwischen
den Lappen erfasst. Vorzugsweise ist die Ausnehmung in der Größenordnung
von 10° der
Umfangsweite. Bevorzugt ist/sind der Lappen oder die Lappen in der
Größenordnung
von 25° des
Weitenumfangs.
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Vorzugsweise
ist eine Einrichtung zum Neupositionieren des Nockenstößels in
der Ausnehmung vorgesehen. Die Einrichtung kann ein Kolben wie beispielsweise
ein Druckluftkolben sein.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Verbindungselement-Einbringmaschine
mit einem oder mehreren der Merkmale der oben erläuterten Presse
vor.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen Nocken mit einer Ausnehmung
zum Aufnehmen eines Nockenstößels vor.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht eines Teils der Presse gemäß der Erfindung;
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2 und 3 eine
Seiten- bzw. eine Vorderansicht der in 1 dargestellten
Presse in einer Stauposition;
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4 und 5 eine
Seiten- bzw. eine Vorderansicht der in 1 dargestellten
Presse, wenn sich der Nockenstößel in einer
abgesenkten Betriebsstellung befindet;
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6 und 7 eine
Vorder- bzw. eine Seitenansicht des getriebenen Nockens;
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8, 9 und 10 schematische
Vorderansichten der Relativpositionen des Nockenstößels und
eines Nockens bei verschiedenen Stufen des Betriebs der Presse;
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11 und 12 eine
schematische Vorder- bzw. Seitenansicht eines einen Positioniermechanismus
bildenden Teils der Presse gemäß der Erfindung;
und
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13 ein
schematisches Blockschaltbild von Komponenten, die einen Teil der
Presse gemäß der Erfindung
bilden.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 5 ist eine Presse 10 gemäß der Erfindung
mit einem getriebenen Nocken 12 und einem Nockenstößel 14 gezeigt. Der
Nockenstößel 14 ist
drehbar in einem Lager 16 gelagert, das an einer Schieberplatte
oder einem Kolben 18 befestigt ist. Die Schieberplatte 18 ist
einem eine Ausnehmung oder eine Führung bildenden Teil eines
Schiebergehäuses 20,
das einen Teil des Hauptkörpers
der Presse 10 bildet, aufgenommen.
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Die
Schieberplatte 18 weist eine Einrichtung zum Befestigen
eines Pressenwerkzeugs daran auf, und Bezug nehmend allgemein auf 1 kann
man sehen, dass die Presse 10 so arbeitet, dass sie eine Schiebebewegung
des Werkzeugs 22 nach oben und unten (in der dargestellten
Orientierung) ermöglicht, wenn
sich der Nocken 12 dreht, um eine vertikale Bewegung des
Stößels 14 und
damit des Werkzeugs 22 zu bewirken, um dadurch eine Presswirkung
auf ein Verbindungselement (nicht dargestellt) an einer Betriebspressstellung
(ebenfalls nicht dargestellt) der Presse 10 zu bewirken.
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Bezug
nehmend auf 2 bis 5 kann man
in mehr Einzelheiten sehen, dass die Presse 10 einen getriebenen
Nocken 12 aufweist, der an einer Antriebswelle 30 angebracht
ist, welche ihrerseits durch einen Motor angetrieben wird. Die Welle 30 ist in
einem Gehäuse 32 gelagert,
das mit einem Führungsgehäuse 20 verbunden
ist, wodurch der Hauptkörper
der Presse 10 gebildet wird, und fest an der Welle 30 angebracht
ist ein gelappter Kreisring 34, über dem ein Sensor 36 angeordnet
ist. Bezug nehmend auf 11 und 12 kann
man sehen, dass der gelappte Kreisring 34 ein Paar Lappen 35 und 37 aufweist,
die durch eine Ausnehmung 38 beabstandet sind. In einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die Umfangslänge
der Lappen 35 und 37 in der Größenordnung von 25° und die
Länge der
Ausnehmung 38 ist in der Größenordnung von 10°. Demgemäß ist die
Umfangslänge
zwischen der Vorder- und
der Hinterkante der Lappen 35 und 37 in der Größenordnung von
300°.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1 bis 5 kann man
sehen, dass die Presse 10 ferner Positionssensoren 24 und 26 zum
Erfassen einer Schulter 48, die einen Teil des Lagers 16 bildet,
aufweist. Die Positionssensoren 24 und 26 können zum
Beispiel optische oder induktive Sensoren sein. In einer bevorzugten
Ausführungsform
sind die Sensoren an im Wesentlichen der gleichen Achsenposition
bezüglich der
Bewegungsachse des Stößels 14 entlang
seines vertikalen Weges angeordnet. Ein Kolben 46, wie beispielsweise
ein Druckluftkolben, ist vorgesehen, der mit einem Ende an dem Körper und
mit dem anderen Ende an dem Lager 16 befestigt ist. Der
Kolben 16 bewirkt ein Anheben des Lagers 16 und
des Nockenstößels 14 nach
einem Hub. Es ist ferner ein Futter oder eine andere Aufnahmevorrichtung 44,
die mit der Schieberplatte 18 verbunden ist, zum Aufnehmen
eines Werkzeugs 22 vorgesehen.
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Bezug
nehmend auf 6 und 7 kann man
sehen, dass der Nocken 12 eine Kanalausnehmung 50 mit
einer Breite etwas größer als
der Durchmesser des Nockenstößels 14 und
einer Länge
von etwa dem Doppelten des Durchmessers des Nockenstößels 14 aufweist,
wobei aber das gekrümmte Ende
der Ausnehmung 50 etwa der Radius des Nockenstößels 14 um
das Drehzentrum an der Bohrung 52 ist. Weitere Bohrungen 54 sind
zum Positionieren des Nockens an dem Ende der Antriebswelle 30 zum Beispiel
unter Verwendung von Gewindeschrauben vorgesehen. Der Nocken 10 weist
ferner eine Nockenfläche 56 auf,
die sich von dem Radiusende des Kanals 50 durch etwa 300° des Umfangs
des Nockens 12 erstreckt. Vorzugsweise ist die Nockenfläche an dem
Umfang des Nockens 12 vorgesehen. Die Exzentrizität der Nockenfläche 56 steigt
bevorzugt in einer Gegenuhrzeigerrichtung. Vorzugsweise ist das
maximale Maß oder
der exzentrischste Bereich der Nockenfläche 56 im Wesentlichen
bei 90° zu
einer Achse A (oder 270° zu
der Startposition. Die Nockenfläche 56 kann
durch ein lokales Minimum an der Oberkante entlang der in 6 dargestellten Achse
A gehen.
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Bezug
nehmend nun auf 13 zeigt die schematische Darstellung
eine Steuerung 60 im Herz des Steuersystems zum Betreiben der Presse.
Die Steuerung 60 kann eine Ministeuerung, ein Mikroprozessor
oder eine andere programmierbare Vorrichtung sein. Benutzersteuerelemente
sind vorgesehen, wie beispielsweise ein Einschaltknopf 62,
ein Rückstellknopf 64,
ein Manuellknopf 66, ein Automatikknopf 68 und
ein Stellgliedknopf 70. Ebenso dargestellt ist ein Motor 72 zum
Antreiben des Nockens 12 über die Welle 30 bei
Befehlen von der Steuerung 60. Vorzugsweise ist der Motor 72 ein
Dreiphasenmotor, der mittels eines Dreiphasen-Wechselrichters angetrieben
werden kann, der zum Beispiel von einer Einphasen-Hauptversorgung
mit Strom versorgt wird. Die Verwendung eines solchen Dreiphasenmotors erlaubt
es der Steuerung 60, die Geschwindigkeit, das Beschleunigen
und das Abbremsen, die Richtung und den Anhaltpunkt des Motors und
damit des Nockens 12 zu steuern. Die Steuerung 60 ist
ferner in Wirkverbindung mit dem Sensor 30 zum Bestimmen
der Orientierung des Nockens 12 und mit den Positionssensoren 24 und 26 zum
Bestimmen der Position des Nockenstößels 40. Die Steuerung 60 aktiviert
ferner ein Ventil 74, das eine Betätigung des Druckluftkolbens 46 von
einer Druckgaszufuhr 76 erlaubt.
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8, 9 und 10 zeigen
die relative Ausrichtung des Nockens 12 und des Stößels 14 während des
Betriebs der Presse, wie nun beschrieben.
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In
seiner Ruhe- oder Stauposition ist der Nockenstößel 14 im Wesentlichen
in einer axialen Ausrichtung mit der Antriebswelle 30 positioniert
und durch die Wirkung des Druckluftkolbens 46 in Position
gehalten. Die in 2 und 3 dargestellte Stellung
des Nockens 12 ist die obere Totpunktstellung und wird
durch die Steuerung 60 mittels des Sensors 36,
der die Ausnehmung 38 zwischen den Lappen 35 und 37 lokalisiert,
bestimmt. Im eingeschalteten Zustand durch die Betätigung des
Knopfes 62 und im manuellen Modus durch die Betätigung des
Knopfes 66 schließt
das Drücken
des Betätigungsknopfes 70 das
Ventil 74 und der Druckluftkolben 46 wirkt als
einfacher pneumatischer Dämpfer, was
den Nockenstößel 14 nach
unten aus der Ausnehmung 50 in dem Nocken 12 unter
dem Gewicht des Nockenstößels 14,
des Lagers 16, der Schieberplatte 18 und zum Beispiel
des Werkzeugs 22 bewegen lässt.
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Die
Steuerung 60 fragt die Sensoren 24 und 26 ab,
um zu bestimmen, ob sie die Schulter 48 des Lagers 16 erfassen,
wenn sie nach unten fällt.
Falls die Sensoren 24 und 26 die Schulter in einer
vorbestimmten Zeitgrenzen, beispielsweise weniger als 0,1 Sekunden
erfassen und die Sensoren geschlossen bleiben (oder anders das Vorhandensein
der Schulter 48 in einer abgesenkten Position anzeigen), dann
betätigt
die Steuerung 62 den Motor 72, was eine Drehung
des Kolbens 12 im Uhrzeigersinn bewirkt. Demgemäß ist es
durch Einstellen des Werkzeugs 22 und anderer Komponenten
für das
Werkzeug 22 möglich,
nahe bei dem Verbindungselement zu sein, wenn die Nockenfläche 56 mit
dem Nockenstößel 14 in
Eingriff steht, wenn der Nocken 12 beginnt, sich zu drehen.
Natürlich
wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel,
bei dem der Nocken im Gegenuhrzeigersinn ansteigt, der Nocken im
Uhrzeigersinn angetrieben, aber natürlich ist auch eine Gegenausrichtung
des Nockens möglich
und daher ist es auch möglich,
den Nocken im Gegenuhrzeigersinn anzutreiben. Tatsächlich sind
vorteilhafterweise beide Bewegungsrichtungen des Motors möglich, um das
System neu einstellen zu können.
Vorzugsweise ist es auch in einem manuellen Modus für einen
Bediener möglich,
den Nocken manuell vor und zurück (im
Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn) zu bewegen, um ihn einfach
einzustellen.
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Eine
Bewegung des Nockens 12 um 360° bewirkt eine vertikale Bewegung
des Nockenstößels 14 und
damit des Werkzeugs 12 um das Exzentrizitätsmaß des Nockens.
Wenn die obere Totpunktstellung wieder durch den Sensor 36 und
die Steuerung 60 erfasst wird oder unmittelbar davor, wird
Energie von der Welle 30 durch Deaktivieren des Motors 72 und
des Ventils 74, das in irgendeiner Stufe nach dem Eingriff
des Stößels 14 mit
der Nockenfläche 56 während der
Drehung des Nockens geöffnet
worden ist, entfernt, was eine Bewegung des Nockenstößels 14 zurück in die
Ausnehmung 50 bewirkt, wodurch das Werkzeug 22 von
der Betriebspressstellung der Presse entfernt wird. Vorzugsweise
verringert die Steuerung 60 die Leistung des Motors 72 zu
Beginn und am Ende der Drehung des Nockens 12. Dies kann
erzielt werden, indem die Welle 30 mit einer geringeren
Geschwindigkeit gedreht wird, wenn der Sensor 36 einen
der Lappen 36 oder 37 erfasst.
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Beim
Betrieb in diesem manuellen Modus positioniert der Bediener das
Substrat und das Verbindungselement unter dem Werkzeug und drückt dann
den Betätigungsknopf 70,
um das Lösen
des Stößels 14 aus
der Ausnehmung 50 zu beginnen, usw.. Falls ein automatischer
Verbindungselement-Zufuhrmechanismus benutzt wird, kann der Automatikmodusknopf 68 betätigt werden
und der Betrieb wird durch die Steuerung 60 gesteuert,
die eine Einrichtung aufweist, um zu gewährleisten, dass sich das Verbindungselement
unter dem Werkzeug befindet, bevor der Presszyklus beginnt. Natürlich kann dieser
Modus auch ohne eine automatische Zuführung laufen.