EP1247599B1 - Drive unit for inserting tool - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einpresswerkzeug mit einer Antriebseinrichtung insbesondere ein Werkzeug zum Fügen von Werkstücken aus duktilem Material, das einen Stempel für einen Einpressvorgang und einen relativ zu dem Stempel axial verschiebbaren Niederhalter zum Niederhalten eines oder mehrerer Werkstücke während des Einpressvorganges aufweist (siehe z.B.
Bei vorbekannten Einpresswerkzeugen wie z.B. Werkzeugen zum Setzen von Stanznieten sind üblicherweise hydraulisch arbeitende Antriebseinrichtungen vorgesehen. Bei derartigen Antriebseinrichtungen wird die Kraft zum Betätigen des Stempels (Einpress- bzw. Fügekraft) mittels eines Hydraulikzylinders erzeugt, der den Hydraulikdruck direkt oder auch indirekt auf den Stempel überträgt, vgl. z.B.
Aus
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einpresswerkzeug mit einer Antriebseinrichtung zu schaffen, das bei konstruktiver Einfachheit möglichst störungs- und verschleißfrei arbeitet. Außerdem soll gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Niederhalterkraft veränderbar und einstellbar sein.The present invention has for its object to provide a press-in tool with a drive device that works as possible trouble-free and wear-free with constructive simplicity. In addition, according to a preferred embodiment, the hold-down force should be changeable and adjustable.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.The invention is defined in claim 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen die Kraftübertragungsmittel zwischen dem Stempel und dem Niederhalter aus einer volumenveränderlichen Druckluftkammer, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen Stempel und Niederhalter während des Einpressvorganges zum Erhöhen der Niederhalterkraft komprimiert wird. Die pneumatische Feder in Form der Druckluftkammer erzeugt hierbei eine vorgegebene Niederhalterkraft. Der Antrieb weist einen elektrischen Motor und einen von dem elektrischen Motor angetriebenen Spindelmechanismus auf.According to the present invention, the force transfer means between the punch and the downholder consist of a variable volume air pressure chamber which is compressed by an axial relative movement between the punch and hold down during the press-in operation to increase the hold down force. The pneumatic spring in the form of the compressed air chamber generates a predetermined hold-down force. The drive has an electric motor and a spindle mechanism driven by the electric motor.
Da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebseinrichtung keine Feder zur Übertragung der Kraft zwischen Stempel und Niederhalter benötigt wird, hat sie eine hohe Betriebssicherheit, einen geringen Verschleiß und eine hohe Lebensdauer. Darüber hinaus bietet die Erfindung die Möglichkeit, den Anfangsdruck in der Druckluftkammer stufenlos einzustellen. Hierdurch lässt sich die Niederhalterkraft individuell und schnell einstellen und an spezielle Anwendungen anpassen. Der Druck in der Druckluftkammer lässt sich im Übrigen auch durch eine veränderliche Drosselstelle oder eine Drucksteuereinrichtung beliebig steuern.Since no spring for transmitting the force between the punch and hold-down is required in the inventively designed drive device, it has a high reliability, low wear and high durability. In addition, the invention offers the possibility to adjust the initial pressure in the compressed air chamber continuously. As a result, the hold-down force can be set individually and quickly and adapted to specific applications. Incidentally, the pressure in the compressed air chamber can also be arbitrarily controlled by a variable throttle point or a pressure control device.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Nietsetzwerkzeug in seiner Grundstellung,
- Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das Nietsetzwerkzeug in seiner Nietstellung, und
- Fig. 3 eine Schemaskizze einer Drucksteuereinrichtung für das Nietsetzwerkzeug.
- 1 shows a longitudinal section through a rivet setting tool in its normal position,
- FIG. 2 shows a longitudinal section corresponding to FIG. 1 through the rivet setting tool in its riveting position, and FIG
- 3 is a schematic diagram of a pressure control device for the rivet setting tool.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einpresswerkzeug ist als Nietsetzwerkzeug zum Setzen von Stanznieten ausgebildet. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei anderen Einpresswerkzeugen wie z.B. Werkzeugen zum Durchsetzfügen (Clinchen) verwenden.The press-in tool shown in FIGS. 1 and 2 is designed as a rivet setting tool for setting punched rivets. However, the invention can also be applied to other press-in tools, such as e.g. Use tools for clinching.
Die Antriebseinrichtung des dargestellten Nietsetzwerkzeuges weist einen elektrischen Motor 2 auf, der an der Außenseite eines rohrförmigen Gehäuses 4 des eigentlichen Nietsetzwerkzeuges angebracht ist. Der elektrische Motor 2 ist über ein Untersetzungsgetriebe 6 aus zwei Planetenrädern 8 mit einem Spindelmechanismus 10 verbunden, der in dem aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzten Gehäuse 4 angeordnet ist. Die beiden miteinander kämmenden Planetenräder 8 sind, wie schematisch angedeutet, mittels Kugellager in zugehörigen Gehäuseabschnitten drehbar gelagert, wobei das eine Planetenrad 8 mit der Abtriebswelle des elektrischen Motors 2 und das andere Planetenrad 8 mit einer Spindel 12 des Spindelmechanismus 10 drehfest verbunden ist. Das Untersetzungsgetriebe 6 erhöht das vom elektrischen Motor 2 auf den Spindelmechanismus 10 übertragene Drehmoment um einen vorgegebenen Faktor und reduziert die Antriebsdrehzahl um denselben Faktor.The drive device of the rivet setting tool shown has an
Die im Gehäuse 4 konzentrisch angeordnete Spindel 12 des Spindelmechanismus 10 ist mittels eines Kugellagers 14 drehbar und axial unverschiebbar im Gehäuse 4 gelagert. Die Spindel 12 kämmt mit einer Mutter 16. Die Mutter 16 ist fest verbunden mit einem Stempelteil 18 eines Stempels 20 zum Setzen der Stanzniete (nicht gezeigt). Die Mutter 16 und der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 sind relativ zum Gehäuse 4 drehfest und axial verschiebbar geführt. Eine Drehung der Spindel 12 bewirkt daher eine entsprechende Axialbewegung der Mutter 16 und des Stempels 20.The concentrically arranged in the
Der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 ist koaxial von einem Niederhalterteil 22 eines Niederhalters 24 umgeben. Der Niederhalter 24 mit dem Niederhalterteil 22 ist sowohl relativ zu dem Stempel 20 wie auch relativ zu dem Gehäuse 4 axial verschiebbar gelagert, um auf die zu vernietenden Bleche (nicht gezeigt) während des Nietvorganges eine Niederhalterkraft ausüben zu können, wie noch genauer erläutert wird.The
Wie in den Figuren zu sehen ist, ist das Stempelteil 18 an der Oberseite mit einem Deckel 26 versehen, der die Mutter 16 im Inneren des Stempelteils 18 sichert. Das Niederhalterteil 22 ist an seiner Oberseite ebenfalls mit einem Deckel 28 versehen, mit dem das Niederhalterteil 22 in der Grundstellung (Fig. 1) des Nietsetzwerkzeuges an der Unterseite eines Gehäuseteils 4a anliegt.As can be seen in the figures, the
Das Stempelteil 18 und das Niederhalterteil 22 haben jeweils zwei zylindrische Abschnitte 18a, 18b bzw. 22a bzw. 22b, die abgedichtet ineinander so angeordnet sind, dass einander gegenüberliegende Umfangs- und Schulterflächen dieser Abschnitte eine Druckluftkammer 30 zwischen sich begrenzen. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die Abschnitte 18a und 22a bzw. 18b und 22b durch Dichtungen gegeneinander abgedichtet, so dass die Druckluftkammer 30 insoweit strömungsmitteldicht abgeschlossen ist.The
Die Druckluftkammer 30 steht jedoch in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Strömungsverbindung 32 mit einer (nicht gezeigten) Druckluftquelle in Verbindung. Die Strömungsverbindung 32 besteht aus einem Druckluftanschluss 34, der an der Außenseite des Gehäuses 4 vorgesehen ist, einem zwischen dem Gehäuse 4 und dem Niederhalterteil 22 gebildeten Ringraum 36, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Abschnittes 22a erstreckt, sowie einem in dem Niederhalterteil gebildeten Durchlass 38, der den Ringraum 36 mit der Druckluftkammer 30 verbindet.However, in the illustrated embodiment, the
Das eigentliche Fügeteil 40 des Stempels 20 sowie das Mundstück 42 des Niederhalters 24 sind von herkömmlicher Bauart und können beispielsweise wie in der
Die Funktionsweise des beschriebenen Nietsetzwerkzeuges ist wie folgt. Es sei angenommen, dass sich das Nietsetzwerkzeug in seiner in Fig. 1 gezeigten Grundstellung befindet. Wird nun der elektrische Motor 2 betätigt, so dreht er über das Untersetzungsgetriebe 6 die Spindel 12 des Spindelmechanismus 10. Hierdurch werden die Mutter 16 und das damit fest verbundene Stempelteil 18 axial nach unten bewegt. Hierbei nehmen sie über die als pneumatische Feder wirkende Druckluftkammer 30 den Niederhalter 24 mit dem Niederhalterteil 22 mit.The operation of the rivet setting tool described is as follows. It is assumed that the rivet setting tool is in its basic position shown in FIG. 1. Now, if the
Wenn das Mundstück 42 des Niederhalters 24 auf der Oberseite der zu vernietenden Bleche (nicht gezeigt) aufsetzt, bleibt er stehen. Der Stempel 20 mit dem Stempelteil 18 wird jedoch über den Spindelmechanismus 10 weiter nach unten bewegt, bis das Fügeteil 40 des Stempels 20 den Niet in die Bleche eingedrückt hat (Fig. 2).When the
Hierbei kommt es zu einer Kompression der Druckluftkammer 30, so dass sich der Druck in der Druckluftkammer 30 entsprechend erhöht. Dies führt zu einer entsprechenden Erhöhung der von dem Niederhalter 24 auf die Bleche ausgeübten Niederhalterkraft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Verdichtungsverhältnis in der Größenordnung von 3. Über die Strömungsverbindung 32 lässt sich der Anfangsdruck in der Druckluftkammer 30 auf einen vorgegebenen Wert einstellen. Somit lässt sich mit Hilfe der Druckluftkammer 30 ein beliebiger Wert der Niederhalterkraft erzeugen, so dass sich die Niederhalterkraft individuell und schnell dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen lässt.This results in a compression of the
Liegt beispielsweise der in der Druckluftkammer 30 eingestellte Anfangsdruck bei 6 bar und das Verdichtungsverhältnis der Druckluftkammer 30 bei 3, so ergibt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel eine maximal erreichbare Niederhalterkraft von 4 kN. Wird der Anfangsdruck in der Druckluftkammer 30 niedriger eingestellt, so ergeben sich entsprechend niedrigere Werte für die Niederhalterkraft am Anfang und Ende des Nietvorganges.If, for example, the initial pressure set in the compressed-
Damit der durch die Kompression erhöhte Druck in der Druckluftkammer 30 nicht über die Strömungsverbindung 32 zur Druckluftquelle zurückschlägt, wird zweckmäßigerweise ein entsperrbares Rückschlagventil (nicht gezeigt) vorgesehen, das ein Entweichen von Druck aus der Druckluftkammer 30 verhindert. Außerdem kann in der Strömungsverbindung 32 eine veränderliche Drosselstelle (nicht gezeigt) vorgesehen werden, durch die sich der Druck in der Druckluftkammer beliebig steuern lässt. Hierdurch lässt sich die Niederhalterkraft auch noch während des Nietvorganges in gewünschter Weise beeinflussen.So that the increased compression by the compression in the
Die als pneumatische Feder wirkende Druckluftkammer 30 sorgt somit für eine schnelle und stufenlos einstellbare Niederhalterkraft bei minimalem Verschleiß der beteiligten Bauteile.The pneumatic chamber acting as a
Um das Nietsetzwerkzeug aus der in der Fig. 2 gezeigten Nietstellung wieder in die in Fig. 1 gezeigte Grundstellung zurückzubewegen, wird der hinsichtlich seiner Drehrichtung reversible elektrische Motor 2 in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Hierdurch bewegt der Spindelmechanismus 10 die Mutter 16 und damit den Stempel 20 nach oben. Sobald sich der Deckel 26 des Stempelteils 18 an den Deckel 28 des Niederhalterteils 22 anlegt, nimmt der Stempel 20 den Niederhalter 24 bei seiner Aufwärtsbewegung mit, bis der Stempel 20 und der Niederhalter 24 wieder ihre obere Endstellung (Grundstellung der Fig. 1) erreicht haben. Das Nietsetzwerkzeug ist dann für den nächsten Nietvorgang bereit.In order to move the rivet setting tool from the riveting position shown in FIG. 2 back into the basic position shown in FIG. 1, the reversible
In Fig. 3 ist eine Schemaskizze einer Drucksteuereinrichtung 46 gezeigt, die zum Steuern des Drucks in der Druckluftkammer 30 dient.In Fig. 3 is a schematic diagram of a
Die Drucksteuereinrichtung 46 hat einen Druckregler 48, der auf seiner Einlassseite mit einer Druckluftquelle 44 und auf seiner Auslassseite über eine Leitung 50, ein Rückschlagventil 52 und eine Leitung 54 mit dem Druckluftanschluss 34 der Druckluftkammer 30 verbunden ist. Die Drucksteuereinrichtung 46 hat ferner einen Druckübersetzer 56 in Form eines zweistufigen Druckluftzylinders mit einer zweistufigen Kolbenanordnung, die aus einem Kolben 58 kleineren Querschnitts und einem Kolben 60 größeren Querschnitts besteht. Der Druckübersetzer 56 ist auf der Seite des kleineren Kolbens 58 über die Leitung 54 mit dem Druckluftanschluss 34 der Druckluftkammer 30 verbunden, während er auf der Seite des größeren Kolbens 60 über ein Wegeventil 62 mit dem Druckregler 48 verbindbar ist. Der Druckübersetzer 56 ist ferner in seinem Bereich zwischen dem kleinen Kolben 56 und großen Kolben 60 über ein (schematisch angedeutetes) Filter mit der Atmosphäre verbunden.The
Die Funktionsweise der Drucksteuereinrichtung ist wie folgt. Zu Beginn eines Nietsetzvorganges wird die Druckluftkammer 30 von der Druckluftquelle 44 über den Druckregler 48 und die Leitungen 50, 54 mit einem vorgegebenen Anfangsdruck beaufschlagt. Mit Hilfe des Druckübersetzers 46 wird nun während der Komprimierung der Druckluftkammer 30 der darin herrschende Druck in gewünschter Weise gesteuert.The operation of the pressure control device is as follows. At the beginning of a Nietsetzvorganges the
Beispielsweise lässt sich die Druckbeaufschlagung des Druckübersetzers 56 mit Hilfe des Wegeventils 62 so steuern, dass sich die Kolbenanordnung 58, 60 zu Beginn des Nietsetzvorganges in ihrer (in Fig. 3) oberen Stellung befindet. Wird dann beim Ausführen eines Nietsetzvorganges die Druckluftkammer 30 komprimiert, so wird der kleinere Kolben 58 über die Leitung 54 mit dem aus der Druckluftkammer 30 verdrängten Druckluftvolumen beaufschlagt, so dass die Kolbenanordnung 58, 60 nach unten fährt. Je nach dem Verhältnis der druckbeaufschlagten Flächen der Kolben 56 und 60 lässt sich auf diese Weise ein relativ flacher Druckanstieg oder auch ein konstanter Druck in der Druckluftkammer 30 erzielen.For example, the pressurization of the
Wird dagegen die Druckluftbeaufschlagung des Druckübersetzers 56 zu Beginn eines Nietsetzvorganges so gesteuert, dass die Kolbenanordnung 58, 60 zunächst in ihrer (in Fig. 3) unteren Stellung ist und dann während der Komprimierung der Druckluftkammer 30 nach oben verstellt wird, so ergibt sich ein entsprechend steilerer Druckanstieg in der Druckluftkammer.If, however, the pressurization of the
Grundsätzlich lässt sich der Druck in der Druckluftkammer 30 über die Drucksteuereinrichtung 46 beliebig steuern, wenn der Druckübersetzer 56 über das Wegeventil 62 mit einem gesonderten Druckluftregler verbunden wird, dessen geregelter Druck unabhängig von dem der Druckluftkammer 30 zugeführten Druck ist.In principle, the pressure in the
Claims (14)
- An inserting tool including a drive system, in particular a tool for joining work pieces of ductile material, which comprises a punch (20) for performing an inserting operation and a clamp (24) axially displaceable relative to the punch for clamping one or a plurality of work pieces during the inserting operation, with
a drive (2, 6, 10) comprising an electric motor (2) and a spindle mechanism (10) driven by the electric motor (2),
a punch member (18) adapted to be axially displaced by the drive (2, 6, 10) for actuating the punch (20), and
a clamp member (22) adapted to be axially displaced by the punch member (18) via force transmitting means (30) for actuating the clamp (24),
the punch member (18), the clamp member (22) and the spindle mechanism (10) being disposed in a sleeve-like housing (4) of the inserting tool,
characterized in that
the force transmitting means comprise an air-pressure chamber (30) of variable volume between the clamp member (22) and the punch member (18), which is compressed by an axial relative movement between the punch (20) and the clamp (24) during the inserting operation for increasing the clamping force. - Drive system according to claim 1, characterized in that the air-pressure chamber (30) is adapted to communicate with an air-pressure source via a fluid-flow passage (32) for setting a predetermined initial pressure.
- Drive system according to claim 2, characterized in that the fluid-flow passage (32) comprises an air-pressure port (34) provided at the housing (4), an annular space (36) between the clamp member (22) and the housing (4), and a through-flow orifice (38) in the clamp member (22) to provide communication between the annular space (36) and the air-pressure chamber (30).
- Drive system according to claim 2 or 3, characterized in that the fluid-flow passage (32) includes a releasable check valve for preventing pressure air to escape from the air-pressure chamber (30).
- Drive system according to any of claims 2 to 4, characterized in that the fluid-flow passage (32) comprises a variable restriction for controlling pressure of the pressure air within the air-pressure chamber (30).
- Drive system according to any of the preceding claims, characterized in that the air-pressure chamber (30) communicates with an air-pressure source (44) via a pressure control device (46) for selectively controlling pressure in the air-pressure chamber (30) during the inserting operation.
- Drive system of claim 6, characterized in that the pressure control device (46) comprises a pressure transducer (56) communicating with the air-pressure chamber (30), and a pressure regulator (48) communicating with the air-pressure source (44) which are communicating with each other via a control valve.
- Drive system according to any of the preceding claims, characterized in that the punch member (18) and the clamp member (22) each comprise tubular portions (18a, b, 22a, b) of different diameters which are coaxially arranged such that the air-pressure chamber (30) is confined by opposite circumferential and shoulder surfaces of the tubular portions.
- Drive system according to any of the preceding claims, characterized in that the punch (20) along with the punch member (18) is coaxially surrounded by the clamp member (22) of the clamp (24), and the clamp member (22) is guided so as to be axially displaceable within the housing (4).
- Drive system according to any of the preceding claims, characterized in that the spindle (12) of the spindle mechanism (10) is mounted so as to be rotatable and axially fixed relative to the housing (4), and extends axially into the punch member (18).
- Drive system according to claim 10, characterized in that the punch member (18) is mounted so as to be circumferentially fixed and axially displaceable relative to the housing (4), and the nut (16) of the spindle mechanism (10) is fixed within the punch member (18).
- Drive system according to any of the preceding claims, characterized in that the electric motor (2) is reversible in its direction of rotation.
- Drive system of any of the preceding claims, characterized in that the electric motor (2) is connected to the spindle mechanism (10) via a speed reduction gear mechanism (6).
- Drive system according to claim 13, characterized in that the electric motor (2) is disposed outside of the housing (4), and the speed reduction gear mechanism (6) comprises a planetary gear mechanism including a pair of planetary gears (8).
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