Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer
Hubbewegung einer Nietmaschine mit einem Nietkopf und einem
Nietstempel zum Herstellen einer Nietung mit einer
Schliesskopfhöhe.
Unter einem Niet wird ein Bolzen aus einem leicht verformbaren
Material zum unlösbaren form- und teilweise auch
kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen verstanden. Er
besteht aus einem Setzkopf unterschiedlicher Form und einem
massiven, hohlen oder angebohrten Nietschaft. Zum Nieten
wird der Nietschaft durch die gestanzten oder gebohrten und
entgrateten Nietlöcher gesteckt und je nach Art und
Zugänglichkeit des Niets umgeformt. Ein Vollniet wird am
bereits vorhandenen Setzkopf mit einem Gegenhalter
festgehalten und das freie Ende des Schaftes durch Druck- oder
Schlagwirkung direkt oder mit Hilfe eines Kopfstempels
(Döpper) indirekt zu einem Schliesskopf verformt. Eine
entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS
28 48 917 bekannt.
Enge Toleranzen von funktionellen Anforderungen an Nietverbindungen
verlangen eine immer genauere Einhaltung aller
Eingangsgrössen von Komponenten und Einstellwerten der
Nietmaschinen. Zunehmen wird auch Prozess-Sicherheit, Prozessüberwachung
oder "dokumentierte" Prozess-Sicherheit
verlangt. Dies kann geschehen durch:
- Feststellen der Abweichung verschiedener Eingangsgrössen,
wie Dimension des Niets, Materialfestigkeit, Maschinenparameter
und Anzeige mit Meldegerät
- Unterbrechen des Bearbeitungsprozesses bei festgestellter
Abweichung (Maschine unterbricht Bearbeitungsprozess,
Bediener muss Fehler quittieren, um weiterzufahren)
- automatische Korrektur der Abweichungen oder Kompensation
der Abweichungen durch entsprechend veränderte Prozesswerte
der Nietmaschine (Niethub, Nietzeit, Nietkraft,
Umformweg)
- Kombination dieser Möglichkeiten, z.B. Kompensation und
Registratur diverser Kennwerte, Abschalten der Anlage bei
Überschreiten von gesetzten Grenzwerten.
Besondere Schwierigkeiten stellt die Forderung dar, bei der
Durchführung einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden
Nietungen immer eine möglichst gleichbleibende Schliesskopfhöhe
(Toleranz kleiner O,1 mm) einzuhalten, und zwar
unabhängig von der relativen Höhe des zu vernietenden Bauteils.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der oben genannten Art zu entwickeln, mit der
eine gleichbleibende Schliesskopfhöhe innerhalb eines
vorbestimmten geringen Toleranzspielraumes eingehalten
wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass dem Nietstempel eine
Einrichtung zum Umschalten der Hubbewegung des Nietkopfes
nach Erreichen der vorbestimmten Schliesskopfhöhe zugeordnet
ist.
Bei der erfindungsgemassen Einrichtung handelt es sich um
ein sogenanntes Niethub-Endschalter-Gerät, bei dem sich die
Ermittlung und Einstellung von Nietzeit und Nietspindelhub
der Nietmaschine erübrigt. Bei gegebenem Luftdruck
(Nietspindelkraft) und geforderter Schliesskopfhöhe wird
automatisch immer mit der kürzestmöglichen Nietzeit gearbeitet.
Innerhalb von Teilefamilien mit unterschiedlichen Höhen
jedoch mit gleicher Nietverbindung (gleichartig und
gleichdimensioniert) sind keine Umstellungen an der Nietmaschine
erforderlich.
Bevorzugt weist die Einrichtung einen Tastarm auf, der mit
zumindest einer Referenzspitze zum Aufsetzen auf einer Referenzoberfläche
versehen ist. Diese Referenzspitze soll in
einem vertikalen Abstand von einem Druckpunkt des Nietstempels
angeordnet sein, der grösser als die Schliesskopfhöhe
ist. Durch den Tastarm werden auch die zu
nietenden Werkstücke niedergehalten.
Dieses Übermass des Abstandes zwischen Referenzspitze und
Druckpunkt entspricht nun wiederum einem Abstand, der
zwischen einem Schaltstift und einem Kontaktstift
eingehalten wird. Dabei ist der Schaltstift dem Tastarm
zugeordnet. Tastarm und Schaltstift sind zusammen vertikal
bewegbar, beispielsweise an einem Hubschlitten festgelegt,
der in entsprechenden Führungen vertikal geführt ist.
Hierbei kann es sich um Kugellager-Rollen-od.dgl.-führungen
handeln. Die Führungen selbst sind von untergeordneter
Bedeutung, weshalb vom vorliegenden Erfindungsgedanken alle
möglichen Führungen umfasst sein sollen.
Dieser bewegbare Tastarm, der mit seiner Referenzspitze
beim Aufsetzen auf einer Referenzebene, bevorzugt auf einer
Werkstückoberfläche, sich vertikal bewegt, kann folgende
Fehlereinflüsse automatisch kompensieren:
- Toleranz der Werkstückhöhe
Während bisher bei Nietung auf Anschlag (in 99 % aller
Fälle wird diese Einstellung angewendet) die Höhentoleranz
des Werkstückes gleich wie die Verstellung eines
Hubanschlags um diesen Wert wirkt, spielt eine Werkstückhöhe
oder auch Unterschiede in der Werkstückhöhe
keinerlei Rolle. - Toleranz des Nietschaftüberstandes
Ein grösserer Nietschaftüberstand bewirkte bisher ein
grösseres Schliesskopfvolumen, was wiederum ein Ansteigen
der Umformkraft und somit der Nietzeit nach sich
zog. Bei knapp eingestellter Nietzeit verhinderte ein zu
grosser Nietschaftüberstand die fertige Ausbildung eines
Schliesskopfes. Gemäss der vorliegenden Erfindung spielt
die Nietzeit überhaupt keine Rolle, so dass es immer zu
einer vollendeten Nietung kommt. - Toleranz in physikalischen Werkstoffeigenschaften, z.B.
Härte und Zähigkeit, was sich in unterschiedlichem Umformwiderstand
äussert.
Gleiche Auswirkung wie bei Toleranz des Nietschaftüberstandes. - Toleranz des Luftdruckes und der inneren Reibung der
Nietmaschine.
Bisher musste die Nietzeit mit Sicherheitszugabe eingestellt
werden, da sonst bei niedrigem Druck der
Schliesskopf nicht fertig ausgebildet wurde. Im umgekehrten
Fall wurde zu lange auf Anschlag ausgenietet,
was wiederum negative Auswirkungen haben konnte. Da im
vorliegenden Fall die Nietzeit keine Rolle spielt,
wird immer der Schliesskopf fertig ausgebildet, dann
aber kommt es sofort zum Umschalten der Hubbewegung. - Toleranz der Nietspindelgeschwindigkeit (Stellung des
Drosselventils)
Gleiche Auswirkung wie bei Toleranz des Luftdruckes. - Durchfederung des Systems Maschine/Werkstück während
Einwirkung der Nietkraft.
Die Durchfederung ist proportional zum auftretenden Umformwiderstand.
Da viele Faktoren den Umformwiderstand
verändern, ist diese Fehlerquelle gross. Der Veränderung
der Durchfederung mussten Hubeinstellung und Nietzeit
dauernd angepasst werden. Extrem problematisch war dies
vor allem dann, wenn innerhalb eines Werkstückes mehrere
Nietpositionen vorkamen, und die Nietstellen nicht direkt
abgestützt werden konnten. Das Werkstück weist dann
je nach Nietposition unterschiedliche Federaten auf.
Da nach der vorliegenden Erfindung weder Nietzeit noch
Nietspindelhub eine Rolle spielen, tritt dieses Problem
in den Hintergrund.
Damit das oben genannte Übermass des Abstandes zwischen
Referenzspitze und Druckpunkt eingestellt werden kann,
sollte entweder der Schaltstift gegenüber dem Kontaktstift
oder der Kontaktstift gegenüber dem Schaltstift
ebenfalls vertikal bewegbar angeordnet sein. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird der Kontaktstift gegenüber
dem Schaltstift bewegbar angeordnet. Hierzu kann
beispielsweise der Kontaktstift oder ein Schlitten, an dem
der Kontaktstift angeordnet ist, in den gleichen,
dann aber verlängerten Führungen angeordnet sein, wie
der Schaltstift bzw. der Hubschlitten für den Tastarm.
Die vertikale Lageveränderung des Kontaktstiftes wird
durch einen Justierstab mit einem Spindelgewinde ermöglicht,
wobei dem Justierstab ein Drehknauf mit einer
entsprechenden Skalierung zugeordnet ist. Wird an dem
Drehknauf gedreht, wandert der Schlitten entlang dem
Justierstab nach oben oder nach unten.
Das erfindungsgemässe Niethub-Endschalter-Gerät wirkt
dynamisch messend und kompensiert Maschinen- und Werkstückfehler
während des Nietvorganges. Umformgrad und
Formänderungsbeanspruchung des Nietwerkstoffes bleiben
unter allen Bedingungen konstant und somit auch die Eigenschaften
der Nietverbindung.
In Kombination mit dem aktiven Teil der Prozess-Sicherheit
(Niethub-Endschalter-Gerät) sind für die Prozess-Kontrolle
und Auswertung (reaktiver Teil der Prozess-Sicherheit)
pneumatische Logik-Glieder mit Grenz-Druckschalter
einsetzbar.
Aus den entstehenden Eingangssignalen (Niethub, Druck bei
oberem und unterem Grenzwert) können folgende Aussagen für
die Prozesskontrolle interpretiert werden:
- Nietung o.k., d.h., alle Grenzwerte sind innerhalb der
eingestellten Fenstergrössen.
- Nietung fehlerhaft, da unterer Grenzwert nicht erreicht
wurde:
- Kein Niet da
- Niet zu klein (Überstand, Durchmesser, Volumen)
- Nietmaterial zu weich
- Nietung fehlerhaft, da obere Grenzwerte überschritten
wurde:
- Fügeteil liegt nicht richtig auf
- Niet zu gross (Überstand, Durchmesser, Volumen)
- Nietmaterial zu hart
Die Auswertungssignale können für beliebige Steueraktionen
weiterverarbeitet werden:
- Aufzeichnung, Speicherung, Protokoll
- Anzeige mit Signallampe
- Anhalten des Prozesses
- Aussortieren, Gut/Ausschuss
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann im übrigen
jede, auch bisher sich schon auf dem Markt befindliche
Nietmaschine nachgerüstet werden. Ferner ist die Nietlage
im Raum gleichgültig, da die erfindungsgemässe Einrichtung
immer mit dem Nietkopf folgt, egal ob sich dieser vertikal
von oben nach unten, unten nach oben oder horizontal
bewegt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt
in ihrer einzigen Figur eine teilweise schematisch
dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung
zum Steuern einer Hubbewegung einer Nietmaschine.
Von einer Nietmaschine ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Nietkopf 1 angedeutet, aus dem ein Nietstempel
2 herausragt. Dieser Nietstempel 2 ist im Verhältnis zu
einer Nietachse 3 schräg gestellt, da beispielsweise in den
heute üblichen Radial-Nietmaschinen die Nietstempel 2
räumlich schwingen, um die Nietung zu verbessern. Selbstverständlich
könnte dieser Nietstempel auch in der Nietachse
3 verlaufen.
Dem Nietkopf 1 ist eine erfindungsgemässe Einrichtung E zum
Umschalten der Hubbewegung des Nietkopfes 1 in Richtung y
zugeordnet, wobei diese Einrichtung E über ein Verbindungselement
4 mit dem Nietkopf 1 verbunden ist. Diese
Einrichtung E weist eine Tragplatte 5 auf, an der ein
Tastarm 6 angeordnet ist. Dieser Tastarm 6 ist gegenüber
der Tragplatte 5 in Richtung des Doppelpfeiles 7 bewegbar
angeordnet, wobei ein entsprechender Hubschlitten 8 in
nicht näher dargestellten, jedoch handelsüblichen Vertikalführungen
entlang der Tragplatte 5 bewegbar ist.
Von dem Hubschlitten 8 kragt der Tastarm 6 etwa horizontal
ab, wobei er endwärtig eine konische Öffnung 9 aufweist,
welche zumindest teilweise den Nietstempel 2 umfängt.
Randwärtig besitzt diese Öffnung 9 zumindest eine
Referenzspitze 10. Der Tastarm 6 ist über beliebige Befestigungsmittel
mit dem Hubschlitten 8 verbunden.
Vom Hubschlitten 8 ragt ein Schaltstift 11 auf, der ebenfalls
zusammen mit dem Hubschlitten 8 vertikal in Richtung
des Doppelpfeiles 7 bewegbar ist. Bei seiner Bewegung
trifft der Schaltstift 11 auf einen Kontaktstift 12, der
wiederum aus einem weiteren ebenfalls vertikal in Richtung
des Doppelpfeiles 7 vestellbaren Schlitten 13 herausragt.
Auch dieser Schlitten 13 wird bevorzugt in nicht
näher gezeigten vertikale Führungen geführt, wobei diese
Führungen die Fortsetzung der Führungen für den Hubschlitten
8 sein können. Die Führung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
nur schematisch mit der Bezugszahl 14 gekennzeichnet.
Der Schlitten 13 ist weiterhin einem Spindelgewinde 15
eines Justierstabes 16 aufgesetzt und bei Drehung des
Justierstabes 16 vertikal verstellbar. Der Justierstab 16
dreht in einer Halteplatte 17, die mit der Tragplatte 5
verbunden ist. Eine Drehung erfolgt über einen Drehknauf
18, der auch eine Skalierung 19 besitzt, über die ein
Abstand x zwischen dem Kontaktstift 12 und dem Schaltstift
11 eingestellt werden kann. Dieser Wert x entspricht dem
Abstand eines Druckpunktes 20 der Stirnfläche 21 von der
Referenzspitze 10 des Tastarmes 6 abzüglich einer
gewünschten Schliesskopfhöhe h eines Schliesskopfes 22
eines Niets 23, mit dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwei plattenförmige Werkstücke 24 und 25
miteinander verbunden werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Werkstücke 24 und 25 der Übersichtlichkeit
halber relativ weit von dem Tastarm 6 angeordnet, in
der Praxis wird sich der Tastarm 6 relativ nahe oberhalb
der Werkstücke 24 und 25 befinden.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Nach Montage der Einrichtung E an dem Nietkopf 1 wird der
Hubschlitten 8 mit dem Tastarm 6 beispielsweise von Hand
bis zu dem leicht fühlbaren Kontaktstift 12 vertikal nach
oben verschoben. Bei eingeschalteter Steuerung ist bei
Berührung des Kontaktstiftes 12 ein leichtes Schalterklicken
beispielsweise eines My-Com-Schaltverstärkers zu
hören. Am skalierten Drehknauf 18 ist der fühlbare Anschlag
so weit nach oben oder unten zu verstellen, bis der vom
Auge geschätzte Abstand zwischen Druckpunkt 20 und Referenzspitze
10 des Tastarmes 6, welcher der Höhe h des
Schliesskopfes 22 entspricht, erreicht wird. Nunmehr erfolgt
die Auslösung des Nietvorganges.
Nach der ersten Vernietung ist die Schliesskopfhöhe h zu
messen und die Differenz zum angestrebten Sollmass am
Drehknauf 18 nachzustellen. Die Skalierung beträgt bevorzugt
0,05 mm pro Teilstrich, so dass die Einstellung in
sehr kleinen Schritten erfolgen kann.
Die einmal gewählte Einstellung bleibt für die gleichbleibende
Schliesskopfhöhe h erhalten, bis eine Änderung gewünscht
wird.
Positionszahlenliste |
1 | Nietkopf | 34 | | 67 |
2 | Nietstempel | 35 | | 68 |
3 | Nietachse | 36 | | 69 |
4 | Verbindungselement | 37 | | 70 |
5 | Tragplatte | 38 | | 71 |
6 | Tastarm | 39 | | 72 |
7 | Doppelpfeil | 40 | | 73 |
8 | Hubschlitten | 41 | | 74 |
9 | Öffnung | 42 | | 75 |
10 | Referenzspitze | 43 | | 76 |
11 | Schaltstift | 44 | | 77 |
12 | Kontaktstift | 45 | | 78 |
13 | Schlitten | 46 | | 79 |
14 | Führung | 47 |
15 | Spindelgewinde | 48 |
16 | Justierstab | 49 |
17 | Halteplatte | 50 | | E | Einrichtung |
18 | Drehknauf | 51 |
19 | Skalierung | 52 |
20 | Druckpunkt | 53 | | h | Schließkopfhöhe |
21 | Stirnfläche | 54 |
22 | Schließkopf | 55 |
23 | Niet | 56 |
24 | Werkstück | 57 |
25 | " | 58 |
26 | | 59 |
27 | | 60 | | x | Abstand |
28 | | 61 | | y | Hubbewegung |
29 | | 62 |
30 | | 63 |
31 | | 64 |
32 | | 65 |
33 | | 66 |