EP1064111B1 - Verfahren zum steuern, überwachen und überprüfen eines umformvorganges einer umformmaschine, insbesondere nietmaschine - Google Patents

Verfahren zum steuern, überwachen und überprüfen eines umformvorganges einer umformmaschine, insbesondere nietmaschine Download PDF

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EP1064111B1
EP1064111B1 EP99907589A EP99907589A EP1064111B1 EP 1064111 B1 EP1064111 B1 EP 1064111B1 EP 99907589 A EP99907589 A EP 99907589A EP 99907589 A EP99907589 A EP 99907589A EP 1064111 B1 EP1064111 B1 EP 1064111B1
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EP
European Patent Office
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reshaping
beginning
pressure
force
piston chamber
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EP99907589A
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EP1064111A1 (de
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Thomas Zemp
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BALTEC MASCHINENBAU AG
Original Assignee
BALTEC MASCHINENBAU AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • B21J15/285—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups for controlling the rivet upset cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/12—Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/10—Drives for forging presses
    • B21J9/20—Control devices specially adapted to forging presses not restricted to one of the preceding subgroups

Definitions

  • the present invention relates to a method for Controlling, monitoring and checking a forming process a forming machine, in particular a riveting machine, on one Workpiece by means of a piston, which against the Workpiece is moved, with an upper piston surface and / or a lower piston surface for moving the piston is pressurized and a forming machine to carry out the above Process.
  • riveting machines are in the stand known in the most varied of forms and designs and common. They are primarily used to mechanical mechanical material deformations, in particular also rivets. Such should. Machines can be integrated into automation processes can. Essentially, this is the Production of riveted joints using a riveting machine cold deformations, because two Parts can be connected together.
  • EP 0 699 490 A1 describes a device for Verification of material deformations known, being about two different displacement sensor arrangements and via push buttons if necessary, a deviation is determined.
  • the disadvantage here is that such a device is complex and complex manufactured and no exact determination of a rivet start is possible.
  • DE 37 15 905 C2 describes a method for mechanical production of riveted joints and a riveting machine for performing the method known, at which opposes a striker from a given zero position a workpiece is moved. This shifting to one Workpiece is made with a measuring force that is less than the force required to deform the rivet. The feed distance of the striker caused by the measuring force is measured and is used as an actual value with a setpoint compared. The disadvantage of this is that not with full Feed force can be applied to the rivet. A Monitoring of the complete riveting process is not here possible.
  • EP 0 549 793 A1 describes a method for plastic deformation of workpieces, the Feed rate of the striker is controllable.
  • the present invention is based on the object Procedures for controlling, monitoring and reviewing a Forming process and to create a forming machine at which a determination of a start of forming or Rivet start is exactly possible. After that, exact Conclusions about faulty forming processes may be possible. Furthermore, significant manufacturing costs should such a forming machine can be reduced. It is said to be very easy and simple with increasing the forming quality control.
  • the solution to this task is that when the Piston, especially the striker, on the workpiece of Start of forming, especially start of riveting, by changing the Forming force is determined, this forming force with With the help of a differential pressure measurement through determined pressure in the upper piston chamber minus the determined pressure in the lower Piston space is calculated.
  • the sensor element should preferably be in the machine housing provided near the upper and / or lower piston space his. This is connected to a control device, which evaluates the data.
  • the piston permanently with full feed and if necessary constant feed force when forming on the workpiece can be driven. Only the pressure change immediately when the riveting tool hits the Workpiece displayed and can via a distance measuring device then a predefined path, in particular a forming path continue until the predetermined path is reached within a certain time. on the other hand can also with a given feed or forming force the piston against the workpiece for a certain time be moved until after a certain forming or Comparison time, the forming is carried out as desired.
  • predetermined comparison parameters which, for example, by Experiment can be determined, can be exactly determine whether the forming has been carried out as desired. It can be determined exactly, for example, whether the rivet was sufficient or not a rivet at all, or whether the forming time or the forming path was carried out exactly. This is through the Determination of the exact start of forming possible.
  • the present invention is a method as well as a forming machine, with which very exactly one rivet start or forming start can be determined can.
  • the time for a specific forming path as Comparison criterion can be used to make a statement faulty or non-faulty forming receive.
  • the time is predetermined and the forming path covered during this time as Comparison criterion for determining a forming condition is used. This ensures that too an automated forming process is constantly monitored and can be controlled.
  • Another advantage is that a very precise error detection or a determination of the cause of the error is always preferred by two comparison variables with a given one Parameter is made to rule out two Mistakes together with reverse value each other compensate and thus a detection of an error prevent.
  • the determinable forming work per unit of time also leaves an exact assessment of the riveting process and in particular an exact conclusion on the strength properties of the formed workpiece.
  • Figure 1 is a forming machine, in particular Riveting machine R shown, the main components a conventional riveting machine, as in the EP 0 699 490 A1 is shown. It is explicitly based on referred to this prior art because essentially there all the components of a conventional riveting machine are described in detail. Another description the individual components are therefore dispensed with.
  • a forming machine R only has a dashed line here indicated machine frame 1, which only one has indicated vertical support arm, in which preferably adjoins a support surface 2 at right angles.
  • the support surface 2 carries the workpieces to be machined 27. These are not numbered in detail here.
  • To the Machine frame 1 and especially on the vertical Carrying arm is a machine housing 3, which in Interior is hollow.
  • a machine housing 3 In the machine housing 3 is a preferably hollow slidable pneumatic piston 4 arranged. Protrudes from the piston 4 preferably a projecting flange 5 towards the outside, which is guided in a cavity 6 of the machine housing 3 is.
  • the cavity 6 is through the protruding flange 5 in an upper piston chamber 7 and lower piston chamber 8 divided.
  • the projecting flange 5 accordingly has a upper piston chamber 7 facing upper piston surface 9 and a lower piston surface 10.
  • a control valve 13, 14, in particular a throttle is used, the connecting lines 15.1, 15.2 with a Control device 16 is connected.
  • Another Connection line 15.3 provides the connection between a drive motor 17, in particular an electric motor. This can also be designed as a hydraulic motor.
  • the Electric motor drives a sleeve 18.1 in which changeable a projecting end 18.2 one Drive shaft 19 is mounted.
  • the drive shaft 19 is via only indicated bearings in a cavity 20 of the Piston 4 rotatably mounted.
  • the rivet head 21 also serves as a tool holder. This can, for example, as Riveting tools include a striker 22.
  • a displacement measuring device 24 which, via a further connecting line 15.4 the control device 16 is connected.
  • This Control device 16 takes over all regulations and Controls that operate the R required are.
  • the data required for this can be obtained via a Computer 25 entered and during or after a Work process evaluated and output there. This is only an example here. In particular, can such a control device 16 into an existing one Production can be integrated in order to be fully automatic to operate the corresponding riveting machine R.
  • a Sensor element 26.1 in the pressure line 11 and Sensor element 26.2 inserted into the vent line 12 is.
  • the sensor elements 26.1, 26.2 are preferably close of the machine housing 3 in the pressure line 11 or Vent line 12 used.
  • the sensor elements 26.1, 26.2 are also via connecting lines 15.5, 15.6 connected to the control device 16. It is important here also that the sensor elements 26.1, 26.2 between the Control valves 13, 14 and the machine housing 3 in the Pressure line 26.1 or vent line 26.2 used are.
  • the sensor elements 26.1, 26.2 which are preferably as Pressure sensors, but also designed as a pressure transmitter are a very precise change in pressure in the Determine pressure line 11 or vent line 12 if when moving the piston 4 to a machined Workpiece 27 strikes. Immediately upon hitting the Workpiece 27, for example on a rivet, is in the pressure line 11 causes a pressure change that is beyond the Sensor elements 26.1, 26.2 and accordingly in the Vent line 26.2 is registered immediately. This Pressure change causes a start or an Displacement of the zero point can be calculated.
  • the exact determination of the start of the rivet is required in order to for the optimum forming process, the exact forming path required to be able to determine. If the start of the rivet is known, it can via further method via the path measuring device 24 Forming path can be determined exactly. This can also be done by continuous procedure and timing can be possible.
  • the advantage here is that an exact determination of the Forming begins by changing the pressure in the Sensor elements 26.1, 26.2 can be detected.
  • a forming machine R 1 in particular a riveting machine, in which the sensor elements 26.3, 26.4 are inserted into an upper piston chamber 7 and a lower piston chamber 8.
  • a throttle valve 29, which is adjustable, is preferably inserted into the vent line 12. This can be connected to the control device 16. As a result, the movement of the piston 4 can be damped in particular into a lower position. A hard impact of the piston after the downward movement is prevented by this throttle valve 29.
  • the spindle advance can be regulated by means of the throttle valve 29, it also being possible to change the speed of the travel path of the spindle or of the piston 4.
  • the sensor elements 26.3, 26.4 are over the Connection lines 15.7, 15.8 with the control device 16 connected.
  • the change in pressure can precisely determine the start of the rivet but also the one calculated from the pressure change Forming force.
  • the riveting results can be exactly check and determine.
  • the forming path is known or specified, then through additional time comparison influence on the quality of the forming process. Will be within one certain time a certain predetermined way the reshaping or riveting is completed successful. So that a comparison is possible, for example Trial determined a certain time, a time tolerance measure set to a positive or negative riveting result detect.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine, an einem Werkstück mittels eines Kolbens, welcher gegen das Werkstück verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche und/oder eine untere Kolbenfläche zum Bewegen des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird sowie eine Umformmaschine zur Durchführung des o. g. Verfahrens.
Umformmaschinen, insbesondere Nietmaschinen sind im Stand der Technik in vielfälltigster Form und Ausführung bekannt und gebräuchlich. Sie dienen in erster Linie dazu, um maschinell mechanische Materialverformungen, insbesondere auch Nietungen vorzunehmen. Dabei sollen derartige. Maschinen in Automatisierungsprozesse eingegliedert werden können. Im wesentlichen handelt es sich hier bei der Herstellung von Nietverbindungen mittels einer Nietmaschine um Kaltverformungen, da bei der Materialverformung zwei Teile miteinander verbunden werden können.
Bei einem zwangsläufigen hohen Automatisierungsgrad, wie es immer mehr gefordert wird, ist eine selbständige Überprüfung des Umformgrades, insbesondere der Nietung dringend erforderlich, da sehr hohe Anforderungen an Nietverbindungen heute gestellt werden. Die Überprüfung und Erkennung einer fehlerhaften Nietverbindung ist daher zwingend erforderlich.
Aus der EP 0 699 490 A1 ist eine Vorrichtung zum Überprüfung von Materialverformungen bekannt, wobei über zwei verschiedene Weggeberanordnungen und über Tastorgange ggf. eine Abweichung ermittelt wird. Nachteilig ist hier, dass eine derartige Vorrichtung aufwendig und komplex hergestellt und keine exakte Bestimmung eines Nietanfanges möglich ist.
Ferner ist aus der DE 37 15 905 C2 ein Verfahren zum maschinellen Herstellen von Nietverbindungen und eine Nietmaschine zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei welcher ein Döpper aus einer vorgegebenen Null-Lage gegen ein Werkstück verschoben wird. Dieses Verschieben auf ein Werkstück erfolgt mit einer Messkraft, die kleiner ist als die für die Verformung des Nietes erforderliche Kraft. Die durch die Messkraft bewirkte Vorschubstrecke des Döppers wird gemessen und wird als Istwert mit einem Sollwert verglichen. Nachteilig hieran ist, dass nicht mit voller Vorschubskraft auf den Niet aufgefahren werden kann. Eine Überwachung des vollständigen Nietprozesses ist hier nicht möglich.
Aus der Veröffentlichung in Ölhydraulik, Dietmar und Franz Findeisen, Springer Verlag 1994, Seiten 394 bis 396 sind Hydrozylinder als Energieumformer beschrieben, die von einer Druckflüssigkeit übertragene und über Leitungsanschlüsse bereit gestellte hydraulische Energie in lineare mechanische Kraft und Bewegung umformen und diese bspw. an der Kolbenstange abgeben.
Die EP 0 549 793 A1 beschreibt ein Verfahren zum plastischen Verformen von Werkstücken, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Döppers steuerbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges sowie eine Umformmaschine zu schaffen, bei welchen eine Ermittlung eines Umformbeginnes oder Nietanfanges exakt möglich ist. Danach sollen exakte Rückschlüsse über fehlerhafte Umformforgänge möglich sein. Ferner sollen erhebliche Herstellungskosten einer derartigen Umformmaschine reduziert werden. Sie soll sehr leicht und einfach bei Steigerung der Umformqualität zu steuern sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass beim Auftreffen des Kolbens, insbesondere des Döppers, auf das Werkstück der Umformbeginn, insbesondere Nietbeginn, über die Änderung der Umformkraft bestimmt wird, wobei diese Umformkraft mit Hilfe einer Differenzdruckmessung durch ermittelten Druck im oberen Kolbenraum abzüglich ermittelten Druck im unteren Kolbenraum berechnet wird.
Eine derartige Druckdifferenz, die in einer Druckleitung und einer Entlüftungsleitung, zum Bewegen des Kolbens, oder in einem oberen und einem unteren Kolbenraum selbst über zumindest ein Sensorelement gemessen wird, bestimmt einen exakten Umformbeginn beim Auftreffen des Kolbens, auf ein Werkstück. Durch das unmittelbare Auftreffen beim Bewegen des Kolbens bzw. des Nietkopfes auf ein Werkstück, erfolgt eine Druckänderung, welche unmittelbar in dem Sensorelement, insbesondere Drucksensor, erkannt und ermittelt wird. Aus einer Druckänderung lässt sich auch die Änderung der Kraft, mit welcher die Umformung erfolgt, exakt bestimmen und steuern. Eine Kraftänderung kann ebenfalls Rückschluss auf den Umformbeginn geben.
Vorzugsweise soll das Sensorelement in dem Maschinengehäuse nahe des oberen und/oder unteren Kolbenraumes vorgesehen sein. Dieses ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche die Daten auswertet.
Bei der vorliegenden Erfindung ist auch von Vorteil, dass der Kolben permanent mit vollem Vorschub und ggf. konstanter Vorschubkraft beim Umformen auf das Werkstück gefahren werden kann. Lediglich wird die Druckänderung unmittelbar beim Auftreffen des Nietwerkzeuges auf das Werkstück angezeigt und über eine Wegmesseinrichtung kann dann ein vorgegebener Weg, insbesondere Umformweg weiterverfahren werden, bis der vorherbestimmte Weg innerhalb einer bestimmten Zeit erreicht ist. Andererseits kann auch mit einer vorgegebenen Vorschub- bzw. Umformkraft eine gewisse Zeit lang der Kolben gegen das Werkstück bewegt werden, bis nach einer bestimmten Umform- bzw. Vergleichszeit die Umformung wie gewünscht erfolgt.
Durch vorgegebene Vergleichsparameter, welche bspw. durch Versuch ermittelt werden können, lässt sich exakt ermitteln, ob die Umformung wie gewünscht erfolgt ist. Es lässt sich exakt ermitteln, ob bspw. der Niet zulang, ob überhaupt ein Niet vorhanden, oder ob die Umformzeit oder der Umformweg exakt durchgeführt wurde. Dies ist durch die Ermittlung des exakten Umformbeginnes möglich.
Daher ist bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Umformmaschine geschaffen, mit welchen sehr exakt ein Nietbeginn bzw. Umformbeginn ermittelt werden kann. Hier kann beim Umformen bspw. bei einem vorgegebenen Weg, die Zeit für einen bestimmten Umformweg als Vergleichskriterium herangezogen werden, um eine Aussage über eine fehlerhafte oder nicht fehlerhafte Umformung zu erhalten.
Ferner ist auch möglich, dass die Zeit vorgegeben ist und der in dieser Zeit zurückgelegte Umformweg als Vergleichskriterium zur Bestimmung eines Umformzustandes herangezogen wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch ein automatisierter Umformprozess ständig überwacht und gesteuert werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt ferner, dass nach einer Bestimmung eines Umformbeginnes bzw. Prozessbeginnes ein vorgegebener Umformweg verfahren wird, wobei über einen Zeitvergleich und/oder über einen zusätzlichen Vergleich der Umformkraft (effektive Krafteinwirkung in Newton N) auf das Nietgut bzw. Werkstück, die Zeiteinheit bzw. der Kraft im Augenblick, in welchem der vorgegebene Formweg erreicht ist, ein Umformprozess überwacht und ein Umformergebnis ermittelt wird. Dies kann über vorgegebene Kraftfenster bzw. Zeitfenster geschehen, die einen Aufschluss über einen Toleranzgrenzbereich geben. Es können Zeit und Kraft kontinuierlich während des vollständigen Umformprozesses erfasst werden. Die Abtastrate kann bpsw. in 100 Hz erfolgen und ergibt als Grösse die geleistete Umformarbeit je Zeiteinheit.
Von Vorteil ist auch, dass eine sehr exakte Fehlererkennung bzw. eine Ermittlung der Fehlerursache bevorzugt immer durch zwei Vergleichsgrössen mit einem vorgegebene Parameter vorgenommen wird, um auszuschliessen, dass zwei Fehler zusammen mit umgekehrten Wert sich gegenseitig kompensieren und somit eine Erkennung eines Fehlers verhindern.
Ist bspw. ein Nietgut fehlerhaft und zu weich so wäre die Nietzeit bei zurückgelegtem Weg zu kurz. Die Umformung wäre fehlerhaft. Befindet sich bspw. ein Druckverlust im System, bspw. durch Lekagen wäre die Nietzeit zu lang. Treten diese beiden Fehler bspw. gleichzeitig auf, so würden sich beide Fehler aufheben und dieser könnte nicht erkannt werden. Dies wird dadruch beseitigt, dass als Vergleichskriterium vorzugsweise immer zwei Vergleichsgrössen herangezogen werden. Eine exakte Fehlerbestimmung ist dadurch möglich. Diese Vergleichskriterien stellen nicht nur das Endergebnis sondern auch den vollständigen Umformprozess abhängig von den Prozessgrössen Umformkraft, Umformzeit, Umformweg etc. sicher. Über die einzelnen Paramter wie Weg, Geschwindigkeit, Zeit und Druckdifferenz lassen sich Umformkraft und Umformweg je Zeiteinheit in Umformarbeiteinfach ermitteln.
Auch lässt die ermittelbare Umformarbeit je Zeiteinheit eine exakte Bewertung des Nietprozesses und insbesondere einen exakten Rückschluss auf Festigkeitseigenschaften des umgeformten Werkstückes zu.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
  • Figur 1 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Nietmaschine;
  • Figur 2 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Nietmaschine gemäss Figur 1.
    • In Figur 1 ist eine Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine R aufgezeigt, die im wesentlichen Bauteile einer herkömmlichen Nietmaschine aufweist, wie sie in der EP 0 699 490 A1 aufgezeigt ist. Es wird ausdrücklich auf diesen Stand der Technik hingewiesen, da im wesentlichen dort alle Bauteile einer herkömmlichen Nietmaschine ausführlich beschrieben sind. Auf eine weitere Beschreibung der einzelnen Bauteile wird daher verzichtet.
    Eine Umformmaschine R weist ein hier nur gestrichelt angedeutetes Maschinengestell 1 auf, welches einen nur angedeuteten vertikalen Tragarm aufweist, in welchem sich vorzugsweise rechtwinklig eine Auflagefläche 2 anschliesst. Die Auflagefläche 2 trägt die zu bearbeitenden Werkstücke 27. Diese sind hier im Einzelnen nicht näher beziffert. An das Maschinengestell 1 und insbesondere an den vertikalen Tragarm ist ein Maschinengehäuse 3 festgelegt, welches im Inneren hohl ausgebildet ist. In dem Maschinengehäuse 3 ist ein vorzugsweise hohl ausgebildeter verschiebarer pneumatischer Kolben 4 angeordnet. Von dem Kolben 4 ragt vorzugsweise nach aussen hin ein abstehender Flansch 5 ab, welcher in einem Hohlraum 6 des Maschinengehäuses 3 geführt ist. Der Hohlraum 6 ist durch den abstehenden Flansch 5 in einen oberen Kolbenraum 7 und unteren Kolbenraum 8 unterteilt. Der abstehende Flansch 5 weist demnach eine dem oberen Kolbenraum 7 zugerichtete obere Kolbenfläche 9 und eine untere Kolbenfläche 10 auf.
    In den oberen Kolbenraum 7 mündet eine vorzugsweise pneumatische oder hydraulische Druckleitung 11 ein. An den unteren Kolbenraum 8 schliesst nach unten hin eine pneumatische oder hydraulische Entlüftungsleitung 12 an. In die Druckleitung 11 und Entlüftungsleitung 12 ist jeweils ein Steuerventil 13, 14, insbesondere Drossel, eingesetzt, die über Verbindungsleitungen 15.1, 15.2 mit einer Steuereinrichtung 16 verbunden ist. Eine weitere Verbindungsleitung 15.3 stellt die Verbindung zwischen einem Antriebsmotor 17, insbesondere Elektromotor her. Dieser kann auch als Hydraulikmotor ausgebildet sein. Der Elektromotor treibt eine Hülse 18.1 an, in welcher lageveränderbar ein überstehendes Ende 18.2 einer Antriebswelle 19 gelagert ist. Die Antriebswelle 19 ist über hier nur angedeutete Lager in einem Hohlraum 20 des Kolbens 4 drehbar gelagert. An die Antriebswelle 19 schliesst nach unten hin ein Nietkopf 21 an. Der Nietkopf 21 dient auch als Werkzeughalter. Dieser kann bspw. als Nietwerkzeug einen Döpper 22 beinhalten.
    Ferner weist das vorzugsweise feststehende Maschinengehäuse 3, sowie der in dem Maschinengehäuse 3 in Richtung einer Z-Achse 23 bewegbare Kolben 4, eine Wegmesseinrichtung 24 auf, welche über eine weitere Verbindungsleitung 15.4 mit der Steuereinrichtung 16 verbunden ist. Diese Steuereinrichtung 16 übernimmt alle Regelungen und Steuerungen, die zum Betreiben der Nietmaschine R erforderlich sind.
    Die dafür erforderlichen Daten können ggf. über einen Rechner 25 eingegeben und während oder nach einem Arbeitsvorgang ausgewertet und dort ausgegeben werden. Dies ist allerdings hier nur beispielhaft. Insbesondere kann eine derartige Steuereinrichtung 16 in eine bestehende Produktion integriert werden, um auch voll automatisch eine entsprechende Nietmaschine R zu betreiben.
    Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass, wie es in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, ein Sensorelement 26.1 in die Druckleitung 11 und ein Sensorelement 26.2 in die Entlüftungsleitung 12 eingesetzt ist. Vorzugsweise sind die Sensorelemente 26.1, 26.2 nahe des Maschinengehäuses 3 in die Druckleitung 11 oder Entlüftungsleitung 12 eingesetzt. Die Senorelemente 26.1, 26.2 sind über Verbindungsleitungen 15.5, 15.6 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 16 verbunden. Wichtig ist hier auch, dass die Sensorelemente 26.1, 26.2 zwischen den Steuerventilen 13, 14 und dem Maschinengehäuse 3 in die Druckleitung 26.1 bzw. Entlüftungsleitung 26.2 eingesetzt sind.
    Die Sensorelemente 26.1, 26.2, welche vorzugsweise als Drucksensoren, aber auch als Drucktransmitter ausgebildet sind, können sehr exakt eine Druckänderung in der Druckleitung 11 oder Entlüftungsleitung 12 ermitteln, wenn beim Verfahren der Kolben 4 auf ein zu bearbeitendes Werkstück 27 auftrifft. Unmittelbar beim Auftreffen auf das Werkstück 27 bspw. auf ein Niet, wird in der Druckleitung 11 eine Druckänderung verursacht, die über die Sensorelemente 26.1, 26.2 und entsprechend in der Entlüftungsleitung 26.2 sofort registriert wird. Diese Druckänderung bewirkt, dass ein Anfang bzw. eine Verschiebung des Nullpunktes errechnet werden kann. Die exakte Bestimmung des Nietbeginns ist erforderlich, um den für ein optimales Umformen erforderlichen Umformweg exakt bestimmen zu können. Ist der Nietanfang bekannt, so kann über weiteres Verfahren über die Wegmesseinrichtung 24 der Umformweg exakt bestimmt werden. Dieses kann auch durch kontinuierliches Verfahren und Zeitbestimmung möglich sein. Von Vorteil ist hier, dass eine exakte Bestimmung des Umformbeginnes durch die Druckänderung in den Sensorelementen 26.1, 26.2 erfasst werden kann.
    In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gem. Fig. 2 ist eine Umformmaschine R1, insbesondere Nietmaschine dargestellt, bei welcher die Sensorelemente 26.3, 26.4 in einen oberen Kolbenraum 7 und unteren Kolbenraum 8 eingesetzt sind. Vorzugsweise ist in die Entlüftungsleitung 12 ein Drosselventil 29 eingesetzt, welches verstellbar ist. Dieses kann mit der Steuereinrichtung 16 verbunden sein. Hierdurch lässt sich das Verfahren des Kolbens 4 insbesondere in eine untere Lage dämpfen. Ein harter Aufprall des Kolbens nach dem Verfahren nach unten wird durch dieses Drosselventil 29 verhindert. Ferner lässt sich der Spindelvorlauf mittels des Drosselventiles 29 regulieren, wobei auch eine Geschwindigkeitsänderung des Verfahrweges der Spindel bzw. des Kolbens 4 möglich ist.
    Die Sensorelemente 26.3, 26.4 sind über die Verbindungsleitungen 15.7, 15.8 mit der Steuereinrichtung 16 verbunden. Auch hier ist exakt bestimmbar, wenn durch Druckänderung der Nietkopf 21 mit Nietwerkzeug, bspw. dem Döpper 22, auf ein Werkstück 27 auftrifft. Durch die Druckänderung kann nicht nur der Nietanfang exakt bestimmt werden, sondern auch die aus der Druckänderung errechnete Umformkraft. Durch das Bestimmen des Nietanfanges bzw. Umformbeginnes, welches gleichzusetzen ist mit einem Prozessbeginn, wobei entweder die Nietzeit oder der Weg vorgegeben sind, lassen sich die Nietergebnisse exakt überprüfen und bestimmen.
    Ist bspw. der Umformweg bekannt oder vorgegeben, so wird durch zusätzlichen Zeitvergleich Einfluss auf die Qualität des Umformvorganges genommen. Wird innerhalb einer bestimmten Zeit ein bestimmter vorhergegebener Weg zurückgelegt, ist die Umformung bzw. die Nietung erfolgreich. Damit ein Vergleich möglich ist, wird bspw. im Versuch eine bestimmte Zeit ermittelt, ein Zeittoleranzmass festgelegt, um ein positives oder negatives Nietergebnis zu erkennen.
    Ferner kann auch nach dem exakten Bestimmen des Nietanfanges eine vorgegebene Zeit zum Umformen bzw. Nieten vorgegeben sein, wobei dann der verfahrene Weg als Vergleichsparameter herangezogen wird, um ein Nietergebnis zu beurteilen. Der verfahrene Weg lässt sich über die Wegmesseinheit exakt bestimmen, jedoch wird bspw. durch Versuch oder durch eine bestimmte Vorgabe eine Wegtoleranz festgelegt, welche als Vergleichstoleranzmass für eine erfolgreiche Umformung dient.
    Ist beim Nieten oder Umformen nach einer vorgegebenen Zeit die Wegtoleranz nicht eingehalten, so lässt dies einen Rückschluss auf einen Fehler bei dem Umformprozess zu. Es kann mehrere Ursachen haben, bspw. ist der Niet zu lang, das Werkstück zu dick oder ein Materialverschleiss zu hoch. Ferner können auch Materialfehler vorliegen. Durch die Vorgabe von Zeit- oder Wegtolranzfenster, die durch Versuche bestimmt werden können, und mittels Software zum Vergleich herangezogen werden können, lässt sich eine exakte Bestimmung des Nietprozesses und insbesondere eines Umformergebnisses des Werkstückes bestimmen. Im wesentlichen trägt hierzu die exakte Bestimmung des Nietanfanges durch die Erfassung und Bestimmung der Druckänderung und/oder Kraftänderung bei. So kann die Druckänderung als Druckdifferenz aus dem Druck im oberen Kolbenraum bezüglich des Druckes im unteren Kolbenraum ermittelt werden. Daher ist insbesondere bei Nietmaschinen, welche nach einem Taumelverfahren oder Radialverfahren arbeiten, immer eine exakte Bestimmung des Nietanfanges möglich.
    Dies führt zur Reduktion von Ausschuss und Erhöhung der Präzision einer Nietverbindung und gleichzeitig zur Erkennung von fehlerbehafteten Werkstücken, die nicht den Anforderungen entsprechen.
    Positionszahlenliste
    1 Maschinengestell 34 67
    2 Auflagefläche 35 68
    3 Maschinengehäuse 36 69
    4 Kolben 37 70
    5 Flansch 38 71
    6 Hohlraum 39 72
    7 oberer Kolbenraum 40 73
    8 unterer Kolbenraum 41 74
    9 obere Kolbenfläche 42 75
    10 untere Kolbenfläche 43 76
    11 Druckleitung 44 77
    12 Entlüftungsleitung 45 78
    13 Steuerventil 46 79
    14 Steuerventil 47
    15 Verbindungsleitung 48
    16 Steuereinrichtung 49
    17 Antriebsmotor 50
    18.1 Hülse 51
    18.2 Ende 52 R Umformmaschine Nietmaschine
    19 Antriebswelle 53 R1 Umformmaschine Nietmaschine
    20 Hohlraum 54
    21 Nietkopf 55
    22 Döpper 56
    23 Z-Achse 57
    24 Wegmesseinrichtung 58
    25 Rechner 59
    26 Sensorelement 60
    27 Werkstück 61
    29 Drosselventil 62
    30 63
    31 64
    32 65
    33 66

    Claims (19)

    1. Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine (R), an einem Werkstück (27) mittels eines Kolbens (4), welcher gegen das Werkstück (27) verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche (9) und/oder eine untere Kolbenfläche (10) zum Bewegen des Kolbens (4) mit Druck beaufschlagt wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreffen des Kolbens (4), insbesondere des Döppers (22), auf das Werkstück (27) der Umformbeginn, insbesondere Nietbeginn, über die Änderung der Umformkraft bestimmt wird, wobei diese Umformkraft mit Hilfe einer Differenzdruckmessung durch ermittelten Druck im oberen Kolbenraum (7) abzüglich ermittelten Druck im unteren Kolbenraum (8) berechnet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Umformprozesses mit Hilfe einer Differenzdruckmessung durch ermittelten Druck im oberen Kolbenraum (7) abzüglich ermittelten Druck im unteren Kolbenraum (8) eine Umformkraft errechnet und/oder angezeigt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drücke im oberen und unteren Kolbenraum (7, 8) umittelbar im oberen und unteren Kolbenraum (7, 8) gemessen werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drücke im oberen und unteren Kolbenraum unmittelbar in einer Druckleitung (11) und einer Entlüftungsleitung (12) gemessen werden.
    5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drücke im oberen und unteren Kolbenraum mit zumindest einem Sensorelement (26.1 bis 26.4) ermittelt werden.
    6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ermittlung der Kraftänderungen und Bestimmung des Umformbeginnes, der Beginn des Umformweges und/oder der Beginn der Umformzeit ermittelt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ermittlung des Umformbeginnes ein Nullpunkt auf einen Werkstückanfang verschoben wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verschiebung und Ermittlung des Nullpunktes als Umformbeginn über eine vorherbestimmbare Dauer und/oder einen vorherbestimmbaren Umformweg und/oder eine vorherbestimmbare Umformkraft, die Verformung bestimmt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abweichung der vorherbestimmten Parameter oder Relationen dieser Parameter, wie Umformbeginn, -zeit oder - kraft je Umformweg eine ggf. fehlerhafte Umformung, insbesondere Nietung, ermittelt wird.
    10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung des Umformbeginnes bzw. Prozessbeginnes ein vorgegebener Umformweg verfahren wird und über einen Zeitvergleich eine ggf. fehlerhafte Umformung bestimmt wird.
    11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines Umformbeginnes, bzw. Prozessbeginnes bei einer vorgegebenen Zeit, ein verfahrener Weg als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer ggf. fehlerhaften Umformung, ggf. im Wegtoleranzbereich ermittelt wird.
    12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines Umformbeginnes bzw. Prozessbeginnes bei einem vorgegebenen Weg, ein Kraftfenster als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer ggfs. fehlerhaften Umformung ggfs. im Krafttoleranzbereich ermittelt wird.
    13. Verfahren nach wenigsens einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines Umformbeginnes, die Umformarbeit, ggfs die Umformarbeit je Zeiteinheit, als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer fehlerhaften Umformung ggfs. im Arbeitstoleranzbereich ermittelt wird.
    14. Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine, mit einem in einer Z-Achse (23) bewegbaren Kolben (4), welcher mit Druck gegen ein Werkstück (27) verfahrbar in einem Maschinengehäuse (3) geführt ist und der Kolben (4), insbesondere dessen Flansch (5), in einem Hohlraum (6), welcher in einen oberen Kolbenraum (7) und einen unteren Kolbenraum (8) unterteilt ist, verfahrbar ist, wobei in den oberen Kolbenraum (7) eine Druckleitung (11) und in den unteren Kolbenraum (8) eine Entlüftungsleitung (12) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Differenzdruckes und/oder einer Kraftänderung beim Auftreffen des Kolbens (4), insbesondere Döppers (22), auf ein Werkstück (27), jeder Leitung (11, 12) und/oder jedem Kolbenraum (7, 8), zumindest jeweils ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) zugeordnet ist, mit welchen eine Druckdifferenz zwischen den Drücken in der Druckleitung (11) und der Entlüftungsleitung (12) und/oder zwischen den Drücken in dem oberen Kolbenraum (7) und dem unteren Kolbenraum (8) ermittelbar ist.
    15. Umformmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Druckdifferenz und/oder Kraftänderung und/oder Änderung der Umformarbeit, ggf. je Zeiteinheit, zumindest ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) zumindest jeder Leitung (11, 12) zugeordnet ist.
    16. Umformmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Druckdifferenz und/oder Kraftänderung beim Auftreffen des Kolbens (4) auf ein Werkstück (27) zumindest ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) in der Druckleitung (11), ein weiteres in der Entlüftungsleitung (12) und/oder im oberen Kolbenraum (7), ein weiteres im unteren Kolbenraum (8) vorgesehen ist.
    17. Umformmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (26.1, 26.2) in jeder Leitung (11, 12) zwischen einem Steuerventil (13, 14) und dem Kolbenraum (7, 8) nahe an diesem vorgesehen ist.
    18. Umformmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (26.1 bis 26.4) mit einer Steuereinrichtung (16) verbunden sind.
    19. Umformmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) entlang einer Z-Achse (23) achsial verfahrbar ist.
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