EP1951473A1 - Verfahren zum einbringen und verankern wenigstens eines verbindungselementes in einem werkstück sowie vorrichtung zum durchführen des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum einbringen und verankern wenigstens eines verbindungselementes in einem werkstück sowie vorrichtung zum durchführen des verfahrens

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Publication number
EP1951473A1
EP1951473A1 EP06828549A EP06828549A EP1951473A1 EP 1951473 A1 EP1951473 A1 EP 1951473A1 EP 06828549 A EP06828549 A EP 06828549A EP 06828549 A EP06828549 A EP 06828549A EP 1951473 A1 EP1951473 A1 EP 1951473A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
centering
tool
search
connecting element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06828549A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Schmidt
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1951473A1 publication Critical patent/EP1951473A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
    • B23P19/062—Pierce nut setting machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49945—Assembling or joining by driven force fit

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 14.
  • connecting elements for example in the form of press nuts or bolts in workpieces of a permanently deformable material (eg metal sheet) by joining and pressing
  • a permanently deformable material eg metal sheet
  • joining and pressing takes place for example in a press using a punching head and an associated die in the manner that the respective connecting element with an anchoring portion in a joining opening in the workpiece used (joining) and then by pressing, ie is anchored by permanent deformation of the material of the workpiece.
  • stamped nuts in workpieces. In this case, the respective joining opening is generated in the by the mother by punching. The connection is again made by pressing.
  • the handling in particular the insertion of the workpieces into the respective tool by mechanical handling devices, such as robots on which the workpieces are firmly clamped during the joining and pressing of the connecting elements.
  • mechanical handling devices such as robots on which the workpieces are firmly clamped during the joining and pressing of the connecting elements.
  • Such handling devices have relatively large positioning tolerances, so that even in the positioning of the connecting elements in the workpieces relatively large tolerances must be accepted.
  • the object of the invention is to provide a method which, in spite of the unavoidable tolerances of mechanical handling devices, for example robots, enables a very accurate positioning of the connecting elements in workpieces.
  • a method according to claim 1 is formed.
  • An apparatus for carrying out this method is the subject of claim 14.
  • the particular advantage of the invention is that positioning inaccuracies of the mechanical handling devices when inserting workpieces in tools for introducing fasteners by aligning the respective workpiece relative to the tool used for the introduction of the connecting elements is eliminated and thus positioning of the connecting elements in the workpieces with high accuracy is possible.
  • At least one tool part of the tool used for introducing the connecting elements is aligned relative to the workpiece, specifically with reference to a reference element provided in the workpiece for aligning, for example, at least one Opening is formed in the workpiece.
  • This opening is then e.g. the joining opening for the relevant connecting element or else a centering opening which is exactly associated with the respective joining and connecting position for the connecting element.
  • an alignment of the respective workpiece during insertion or after insertion into the tool takes place, specifically in that the holder of the workpiece is loosened at least temporarily at the mechanical handling device.
  • the holder of the workpiece is loosened at least temporarily at the mechanical handling device.
  • 1 is a workpiece made of sheet metal in which a connecting element in the form of a nut 2 is to be accurately positioned and anchored.
  • the nut 2 consists in a known manner from a flat, cylindrical nut body 2.1, for example, which is provided on a front side 2.2 with a likewise circular cylindrical projection or collar 2.3, the peripheral surface is coaxially aligned with the axis MA of the body 2.1 and the nut 2 and is provided with a ring-groove-like undercut 3.
  • the nut 2 is further formed with a continuous, coaxial with the axis MA mother thread opening 4.
  • a joining opening 5 is provided, whose diameter is equal to the outer diameter of the collar 2.3 and in which the nut 2 is inserted with the collar 2.3.
  • the anchoring of the nut 2 in the workpiece 1 is then carried out in a known manner by pressing, ie by permanent deformation of the material of the workpiece 1 in the undercut 3, with the aid of a Verpressstempels or plugers 6, on the workpiece 1 facing away from the top Nut 2 acts, as well as with the aid of a die 7, which forms an opening 5 surrounding annular support surface for the mother body 2.1 facing away underside of the workpiece 1 in the region of the joint opening 5 ( Figure 2).
  • the grout 6 and the die 7 are parts of the joining and grooving tool 8.
  • a search or positioning pin 9 is provided in the embodiment shown in FIG. 1, in the annular die 7 or in a die opening 7.1 there against the effect of at least one compression spring is arranged lOaxial displaceable.
  • the diameter of the die opening 7.1 is equal to or approximately equal to the diameter of the opening.
  • the search and center pin 9 is at a relaxed spring 10 with its upper end in the figure 2 on the plane of the top of the die 7, against the (plane) the workpiece 1 rests with its underside during joining and pressing the nut 2.
  • the search and centering pin 9 initially forms a circular-cylindrical section 9.1, the diameter of which is equal to the diameter of the joint opening 5, and subsequently a section 9.2 tapering towards the free end ,
  • the workpiece 1 is first held with a mechanical device, ie eg holders or gripping arms of a robot or other mechanical handling device inserted into the tool 8 and deposited on the die 7, wherein the search and centering pin 9 in the joining opening 5 is inserted.
  • a mechanical device ie eg holders or gripping arms of a robot or other mechanical handling device inserted into the tool 8 and deposited on the die 7, wherein the search and centering pin 9 in the joining opening 5 is inserted.
  • the die 7 in this embodiment is thus provided radially to the die or tool axis WA1 in the tool 8, as indicated by the double arrow A in FIG.
  • the feeding of the nut 2 takes place with the sinking press ram 6.
  • the nut 2 is in this case, for example, on the end face of the ram 6 in a suitable manner, e.g. held by means of permanent magnets 11 or otherwise, for example by means of negative pressure, etc.
  • the tapered portion 9.2 enters the nut thread opening 4, so that the nut 2 before joining, i. before introducing the collar 2.3 aligns in the joining opening 5 of the workpiece 1 by moving radially to the nut axis MA, as indicated by the double arrow B.
  • FIG. 3 shows an embodiment which differs from the embodiment of FIG.
  • the two tool parts for example, via a frame structure or other suitable manner, at least when closing the tool connected to each other, as indicated by the line 11.
  • the procedure in the joining and compression of the nut 2 in the workpiece 1 corresponds to the procedure described above for the tool 8, i. when inserting the workpiece 1 in the tool 8a by sliding the joining opening 5 on the search and centering pin 9 turn the lower tool part, namely the die 7 is aligned by radial displacement with its axis with respect to the axis of the opening 5.
  • the press ram 6 when closing the tool 8a, i. when lowering the upper, the press ram 6 having tool part also this aligned by the connection with the lower tool part by radial displacement to the tool axis WA with respect to the axis of the opening 5.
  • FIG. 4 shows, as a further possible embodiment, a tool 8b, which differs from the tool 8 or 8a essentially in that, instead of the search and centering pin 9, the alignment of the lower tool part or the die 7 and the nut 2 effected in relation to the opening 5 in the workpiece 1, two search and centering pins 12 are provided which cooperate with centering openings 13 which are provided in the workpiece 1 outside the opening 5 and associated therewith. It is understood that the centering openings 13 have an exact arrangement relative to one another, in particular also relative to the axis of the associated opening 5. Instead of the die 7, a die 14 is used, which in turn forms a bearing surface for the mother body 2.1 facing away underside of the workpiece 1 when pressing the nut 2 in the opening 5 of the workpiece 1.
  • axially displaceable another search and centering pin 15 which forms a frusto-conical tapered portion 15.1 at least at its at relieved spring on the die 14 projecting end whose maximum diameter is equal to or slightly larger
  • the die 14 is in turn provided with a die opening 14.1, the diameter of this embodiment, however, is smaller than the diameter of the opening 5 and the cross section of the search and centering pin 15 corresponds, so that when Pressing the die 14, the workpiece 1 not only at the opening 5 enclosing the edge region is supported, but also extends the die surface in the opening 5.
  • the workpiece 1 When introducing the in a mechanical handling device, such as robot firmly clamped workpiece 1 in the open tool 8b, the workpiece 1 is placed with its centering 13 on the search and centering 12, which are provided on the lower tool part or on the die 14. In this case, this lower tool part 14 is again aligned by displacement radially to its tool axis WA1 with respect to the centering openings 13 and thus with respect to the axis of the opening 5.
  • FIG. 5 shows a tool 8c, which differs from the tool 8b in that also the upper tool part represented by the press ram 6 is centered relative to the common tool axis WA, again via the search and centering pins engaging in the centering openings 13 12 and by movable arrangement of both tool parts radially to the tool axis WA.
  • the upper and lower tool parts are in turn here at least when closing the tool for this radial movement connected to each other, as indicated in turn by the line 16.
  • the search and centering pin 15 can be omitted in the tool 8c.
  • FIG. 6 shows, in a very simplified representation, a device 8d for inserting a rivet nut or blind rivet nut 17 into the opening 5 of the workpiece 1.
  • a tool element 18 is provided which has the usual configuration for processing rivet nuts.
  • search and centering pins 12 are provided.
  • the tool element 18 is again shifted with the spun on this rivet nut 17 radially to the axis of the rivet nut 17 such that the axis the rivet nut 17 is then coaxially aligned with the axis of the opening 5. Then the joining and riveting takes place.
  • At least one tool part is provided so as to be movable radially relative to the axis of its tool axis and centered during insertion of the workpiece 1 with respect to the axis of the opening 5, so that joining, ie insertion of the respective connecting element into the opening 5 of the workpiece 1 can be done with clamped workpiece without stresses occur in the workpiece.
  • the above-described embodiments also make it possible to introduce a plurality of connecting elements, for example a plurality of nuts 2 or more rivet nuts 17 simultaneously and precisely positioned in a single operation in a workpiece 1, in which case the tool used for each connecting element from at least one by the search and centering pin. 9 or the search and centering pins 12 by moving radially to its tool axis centerable tool part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Verbindungselementes (2, 17) in ein Werkstück (1) unter Verwendung eines wenigstens einteiligen Werkzeugs, wobei, vor dem Fügen und Verbinden des Verbindungselementes mit dem Werkstück (1) durch wenigstens ein an einem Zentrierbereich (5, 13) des Werkstückes (1) angreifenden Such-und/oder Zentrierelement (9, 12) durch Relativbewegung zwischen dem Werkzeugteil (14, 18) und dem Werkstück (1) ein lagegenaues Ausrichten des Werkzeugs (8, 8a, 8b, 8c, 8d) in Bezug auf das Werkstück (1) erfolgt. Es wird auch eine Vorrichtung beansprucht.

Description

Verfahren zum Einbringen und Verankern wenigstens eines Verbindungselementes in einem Werkstück sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 14.
Das Einbringen bzw. Verankern von Verbindungselementen, beispielsweise in Form von Pressmuttern oder Bolzen in Werkstücken aus einem bleibend verformbaren Material (z.B. Metallblech) durch Fügen und Verpressen ist bekannt und erfolgt beispielsweise in einer Presse unter Verwendung eines Stanzkopfes und einer zugehörigen Matrize in der Weise, dass das jeweilige Verbindungselement mit einem Verankerungsabschnitt in eine Fügeöffnung im Werkstück eingesetzt (Fügen) und dort anschließend durch Verpressen, d.h. durch bleibende Verformung des Materials des Werkstückes verankert wird. Bekannt ist weiterhin auch das Einbringen von sogenannten Stanzmuttern in Werkstücke. Hierbei wird die jeweilige Fügeöffnung im durch die Mutter durch Stanzen erzeugt. Das Verbinden erfolgt wiederum durch Verpressen.
Speziell bei einer maschinellen Verarbeitung erfolgt das Handling, insbesondere das Einlegen der Werkstücke in das jeweilige Werkzeug durch maschinelle Handlingseinrichtungen, beispielsweise Roboter, an denen die Werkstücke auch während des Fügens und Verpressens der Verbindungselemente fest eingespannt sind. Derartige Handlingseinrichtungen weisen relativ großen Positionierungs-Toleranzen auf, so dass auch bei der Positionierung der Verbindungselemente in den Werkstücken relativ große Toleranzen in Kauf genommen werden müssen.
Diese Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Verbindungselemente in den Werkstücken können dann beim Verbinden verschiedener Werkstücke über die eingebrachten Verbindungselemente, beispielsweise beim Verbinden von Karosserieteilen von Straßenfahrzeugen mit weiteren Fahrzeugelementen erhebliche Probleme bereiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches trotz der unvermeidbaren Toleranzen maschineller Handlingseinrichtungen, beispielsweise Roboter, eine sehr genaue Positionierung der Verbindungselemente in Werkstücken ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 14.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Positionier-Ungenauigkeiten der maschinellen Handlingseinrichtungen beim Einlegen von Werkstücken in Werkzeuge zum Einbringen von Verbindungselementen durch das Ausrichten des jeweiligen Werkstückes relativ zu dem für das Einbringen der Verbindungselemente verwendeten Werkzeug eliminiert wird und somit ein Positionieren der Verbindungselemente in den Werkstücken mit hoher Genauigkeit möglich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt bei weiterhin an der Handlingseinrichtung eingespanntem Werkstück ein Ausrichten wenigstens eines Werkzeugteils des für das Einbringen der Verbindungselemente verwendeten Werkzeugs relativ zu dem Werkstück, und zwar bezogen auf ein im Werkstück für das Ausrichten vorgesehenes Bezugselement, welches beispielsweise von wenigstens einer Öffnung im Werkstück gebildet ist. Diese Öffnung ist dann z.B. die Fügeöffnung für das betreffende Verbindungselement oder aber eine Zentrieröffnung, die der jeweiligen Füge- und Verbindungsposition für das Verbindungselement exakt zugeordnet ist.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Ausrichten des jeweiligen Werkstückes beim Einlegen oder nach dem Einlegen in das Werkzeug, und zwar dadurch, dass die Halterung des Werkstückes an der mechanischen Handlingseinrichtung zumindest kurzfristig gelockert wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, beide Ausführungen oder Verfahrensweisen zu kombinieren. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren, die jeweils in vereinfachter Darstellung das lagegenaue Einbringen eines Verbindungselementes in ein Werkstück aus einem bleibend verformbaren Flachmaterial, nämlich aus einem Metallblech zeigen, näher erläutert.
In der Figur 1 ist 1 ein Werkstück aus Metallblech, in welchem ein Verbindungselement in Form einer Mutter 2 lagegenau eingebracht und verankert werden soll. Die Mutter 2 besteht in bekannter Weise aus einem beispielsweise flachen, zylinderförmigen Mutterkörper 2.1, der an einer Stirnseite 2.2 mit einem am Umfang ebenfalls kreiszylinderförmigen Vorsprung oder Bund 2.3 versehen ist, dessen Umfangsfläche achsgleich mit der Achse MA des Körpers 2.1 bzw. der Mutter 2 liegt und mit einer ring-nutenartigen Hinterschneidung 3 versehen ist. Die Mutter 2 ist weiterhin mit einer durchgehenden, achsgleich mit der Achse MA liegenden Muttergewindeöffnung 4 ausgebildet.
Im Werkstück 1 ist eine Fügeöffnung 5 vorgesehen, deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Bundes 2.3 ist und in die die Mutter 2 mit dem Bund 2.3 eingesetzt ist. Das Verankern der Mutter 2 im Werkstück 1 erfolgt dann in bekannter Weise durch Verpressen, d.h. durch bleibendes Verformen des Materials des Werkstückes 1 in die Hinterschneidung 3, und zwar mit Hilfe eines Verpressstempels bzw. Plugers 6, der auf die dem Werkstück 1 abgewandte Oberseite der Mutter 2 einwirkt, sowie mit Hilfe einer Matrize 7, welches eine die Öffnung 5 umschließende ringförmige Abstützfläche für die dem Mutterkörper 2.1 abgewandte Unterseite des Werkstückes 1 im Bereich der Fügeöffnung 5 bildet (Figur 2). Der Verpressstempel 6 und die Matrize 7 sind Teile des Füge- und Verpress-Werkzeugs 8. Durch eine entsprechende Profilierung der Mutter 2 beispielsweise im Bereich des Bundes 2.3 oder an der über den Bund 2.3 radial wegstehenden und gegen die Oberseite des Werkstückes 1 anliegenden Ringfläche oder Stirnseite 2.2 wird eine drehfeste Verankerung der Mutter 2 im Werkstück 1 erreicht.
Um eine exakte Positionierung der Mutter 2 im Werkstück 1 innerhalb geringer Toleranzgrenze sicher zu stellen, insbesondere auch innerhalb von Toleranzgrenzen, die deutlich kleiner sind als die beim Handling, beispielsweise beim Zuführen der Werkstücke 1 durch maschinelle Einrichtungen und/oder Roboter entstehenden Toleranzen, d.h. um für das Fügen und das Verpressen die Mutter 2 und das Werkstück 1 möglichst exakt zu positionieren, ist bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführung ein Such- oder Positionierstift 9 vorgesehen, der in der ringförmigen Matrize 7 bzw. in einer dortigen Matrizenöffnung 7.1 gegen die Wirkung wenigstens einer Druckfeder lOaxial verschiebbar angeordnet ist. Der Durchmesser der Matrizenöffnung 7.1 ist gleich oder annähernd gleich dem Durchmesser der Öffnung.
Der Such- und Zentrierstift 9 steht bei entspannter Feder 10 mit seinem in der Figur 2 oberen Ende über die Ebene der Oberseite der Matrize 7 vor, gegen die (Ebene) das Werkstück 1 mit seiner Unterseite beim Fügen und Verpressen der Mutter 2 anliegt.
An diesem bei entspannter Feder 10 über die Matrizenebene vorstehenden Ende bildet der Such- und Zentrierstift 9 ausgehend von dieser Ebene zunächst einen kreiszylinderförmigen Abschnitt 9.1, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser der Fügeöffnung 5 ist, und daran anschließend einen sich zum freien Ende hin verjüngenden Abschnitt 9.2.
Für das Einbringen der Mutter 2 wird das Werkstück 1 zunächst mit einer mechanischen Einrichtung, d.h. z.B. Haltern oder Greifarmen eines Roboters oder einer anderen maschinellen Handling-Einrichtung gehalten in das Werkzeug 8 eingeführt und auf die Matrize 7 abgesetzt, wobei der Such- und Zentrierstift 9 in die Fügeöffnung 5 eingeführt wird. Ist die Achse der Öffnung 5 nicht bereits zufällig mit der Achse des Such- und Zentrierstiftes 9 achsgleich ausgerichtet, was aufgrund der Toleranzen beim Zuführen des Werkstückes 1 nicht zu erwarten ist, so wird durch den sich in die Öffnung 5 einfädelnden Such- und Zentrierstift 9 die Matrize 7 radial zu ihrer Matrizen- oder Werkzeugachse WA1 bewegt, bis der Abschnitt 9.1 vollständig in der Fügeöffnung 5 aufgenommen und dadurch die Werkzeugachse WA1 achsgleich mit der Achse der Öffnung 5 liegt. Als Besonderheit ist die Matrize 7 bei dieser Ausführung also radial zu der Matrizen- oder Werkzeugachse WA1 im Werkzeug 8 vorgesehen, wie dies mit dem Doppelpfeil A in der Figur 1 angedeutet ist.
Das Zuführen der Mutter 2 erfolgt mit dem sich absenkenden Pressstempel 6. Die Mutter 2 ist hierbei beispielsweise an der Stirnfläche des Pressstempels 6 in geeigneter Weise, z.B. mit Hilfe von Permanentmagneten 11 oder aber auf andere Weise, beispielsweise mit Hilfe von Unterdruck usw. gehalten. Beim Absenken gelangt schließlich der sich verjüngende Abschnitt 9.2 in die Muttergewindeöffnung 4, so dass sich die Mutter 2 noch vor dem Fügen, d.h. vor dem Einführen des Bundes 2.3 in die Fügeöffnung 5 des Werkstückes 1 durch radiales Bewegen zu der Mutterachse MA ausrichtet, wie dies mit dem Doppelpfeil B angedeutet ist. Beim weiteren Absenken gelangt dann unter axialen Zurückschieben des Such- und Zentrierstiftes 9 der Bund 2.3 der achsgleich mit der Werkzeugachse WA1 und achsgleich mit der Achse der Öffnung 5 ausgerichteten Mutter 2 in diese Öffnung 5, so dass dann nach dem Fügen und Verpressen die Mutter 2 exakt in dem Werkstück 1 positioniert ist.
Die Besonderheit dieser Ausführung besteht also darin, dass über den Such- und Zentrierstift 9 zunächst das untere Teil des Werkzeuges 8, nämlich die Matrize 7 in Bezug auf die Achse der Öffnung 5 ausgerichtet und dann die Mutter 2 mit ihrer Muttergewindeöffnung 4 auf den Such- und Zentrierstift 9 aufgefädelt und dadurch exakt in Bezug auf die Achse des Such- und Zentrierstiftes 9 und der Öffnung 5 ausgerichtet wird, bevor das Fügen und Verpressen erfolgt. Eine Änderung der Lage der Achse WA2 des Pressstempels 6 bzw. der Lage des diesen Pressstempel aufweisenden oberen Teils des Gesamtwerkzeugs radial zur Werkzeugachse WA2 erfolgt nicht. Die Figur 3 zeigt eine Ausführung, die sich von der Ausführung der Figur 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass das gesamte, dem Werkzeug 8 entsprechende Werkzeug 8a zum Ausrichten in Bezug auf die Öffnung 5 des Werkstückes 1 radial zu der gemeinsamen Werkzeugachse WA des durch den Pressstempel 6 repräsentierten oberen Werkzeugteil und des durch die Matrize 7 repräsentierten unteren Werkzeugteils verschiebbar ist. Hierfür sind die beiden Werkzeugteile beispielsweise über eine Rahmenstruktur oder auf andere geeignete Weise zumindest beim Schließen des Werkzeugs miteinander verbunden, wie dies durch die Linie 11 angedeutet ist.
Die Verfahrensweise beim Fügen und Verpressen der Mutter 2 im Werkstück 1 entspricht der vorstehend für das Werkzeug 8 beschriebenen Verfahrensweise, d.h. beim Einbringen des Werkstückes 1 in das Werkzeug 8a wird durch Aufschieben der Fügeöffnung 5 auf den Such- und Zentrierstift 9 wiederum das untere Werkzeugteil, nämlich die Matrize 7 durch radiales Verschieben mit ihrer Achse in Bezug auf die Achse der Öffnung 5 ausgerichtet. Gleichzeitig wird aber beim Schließen des Werkzeuges 8a, d.h. beim Absenken des oberen, den Pressstempel 6 aufweisenden Werkzeugteils auch dieses durch die Verbindung mit dem unteren Werkzeugteil durch radiales Verschieben zur Werkzeugachse WA in Bezug auf die Achse der Öffnung 5 ausgerichtet.
Die Figur 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein Werkzeug 8b, welches sich von dem Werkzeug 8 bzw. 8a im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass anstelle des Such- und Zentrierstiftes 9, der das Ausrichten des unteren Werkzeugteils bzw. der Matrize 7 sowie der Mutter 2 in Bezug auf die Öffnung 5 im Werkstück 1 bewirkt, zwei Such- und Zentrierstifte 12 vorgesehen sind, die mit Zentrieröffnungen 13 zusammenwirken, welche im Werkstück 1 außerhalb der Öffnung 5 vorgesehen und dieser zugeordnet sind. Es versteht sich, dass die Zentrieröffnungen 13 eine exakte Anordnung relativ zueinander, insbesondere auch relativ zu der Achse der zugehörigen Öffnung 5 aufweisen. Anstelle der Matrize 7 ist eine Matrize 14 verwendet, die beim Verpressen der Mutter 2 in der Öffnung 5 des Werkstückes 1 wiederum eine Anlagefläche für die dem Mutterkörper 2.1 abgewandte Unterseite des Werkstückes 1 bildet. In der Matrize 14 ist gegen die Wirkung wenigstens einer Druckfeder axial verschiebbar ein weiterer Such- und Zentrierstift 15 vorgesehen, der zumindest an seinem bei entlasteter Feder über die Matrize 14 vorstehenden Ende ein sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 15.1 bildet, dessen maximaler Durchmesser gleich oder geringfügig größer ist als der Durchmesser der Muttergewindeöffnung 4 der Mutter 2. Die Matrize 14 ist wiederum mit einer Matrizenöffnung 14.1 versehen, deren Durchmesser bei dieser Ausführungsform allerdings kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung 5 und dem Querschnitt des Such- und Zentrierstiftes 15 entspricht, so dass beim Verpressen die Matrize 14 das Werkstück 1 nicht nur an dem die Öffnung 5 umschließenden Randbereich abstützt, sondern die Matrizenfläche auch in die Öffnung 5 hineinreicht.
Beim Einbringen des in einem maschinellen Handhabungsvorrichtung, beispielsweise Roboter fest eingespannten Werkstückes 1 in das geöffnete Werkzeug 8b wird das Werkstück 1 mit seinen Zentrieröffnungen 13 auf die Such- und Zentrierstifte 12 aufgesetzt, die an dem unteren Werkzeugteil bzw. an der Matrize 14 vorgesehen sind. Hierbei wird wiederum dieses untere Werkzeugteil 14 durch Verschieben radial zu seiner Werkzeugachse WA1 in Bezug auf die Zentrieröffnungen 13 und damit in Bezug auf die Achse der Öffnung 5 ausgerichtet. Anschließend wird mit dem oberen Werkzeugteil, d.h. beispielsweise mit dem Pressstempel 6 durch Absenken die Mutter 2 mit ihrer Muttergewindeöffnung 4 auf den über die Oberseite des Werkstückes 1 vorstehenden, sich verjüngenden Bereich 15.1 des Such- und Zentrierstiftes 15 aufgeschoben, und zwar bei gegen die Matrize 14 anliegenden Werkstück 1, so dass sich die Mutter 2 in Bezug auf die Werkzeugachse WA1 der Matrize 14 und damit in Bezug auf die Achse der Öffnung 15 zentriert und somit nach dem Verpressen exakt im Werkstück 1 positioniert ist. Die Mutter 2 ist wiederum „schwimmend" an dem oberen Werkzeugteil gehalten, so dass dieses für die Zentrierung bzw. genauen Positionierung nicht radial zu seiner Werkzeugachse WA2 bewegt werden muss. Die Figur 5 zeigt ein Werkzeug 8c, welches sich vom Werkzeug 8b dadurch unterscheidet, dass auch das obere, von dem Pressstempel 6 repräsentierte Werkzeugteil relativ zu der gemeinsamen Werkzeugachse WA zentriert wird, und zwar wiederum über die in die Zentrieröffnungen 13 eingreifenden Such- und Zentrierstifte 12 und durch bewegliche Anordnung beider Werkzeugteile radial zur Werkzeugachse WA. Das obere und untere Werkzeugteil sind hierbei wiederum zumindest beim Schließen des Werkzeugs für diese radiale Bewegung miteinander verbunden, wie dies wiederum durch die Linie 16 angedeutet ist.
Der Such- und Zentrierstift 15 kann bei dem Werkzeug 8c entfallen.
Die Figur 6 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung 8d zum Einbringen einer Nietmutter oder Blindnietmutter 17 in die Öffnung 5 des Werkstückes 1. Zum Fügen und Verankern der Nietmutter 17 ist ein Werkzeugelement 18 vorgesehen, welches die zur Verarbeitung von Nietmuttem übliche Ausbildung aufweist. An diesem Werkzeugelement sind die mit den Zentrieröffnung 13 zusammenwirkenden Such- und Zentrierstifte 12 vorgesehen. Beim Einbringen des Werkstückes 1 in das Werkzeug 8d und beim Aufschieben des Werkstückes 1 mit den Zentrieröffnungen 13 auf die Such- und Zentrierstifte 12 wird wiederum das Werkzeugelement 18 mit der an diesem aufgespindelten Nietmutter 17 radial zur Achse der Nietmutter 17 derart verschoben, dass die Achse der Nietmutter 17 dann achsgleich mit der Achse der Öffnung 5 liegt. Anschließend erfolgt das Fügen und Vernieten.
Allen vorstehend beschriebenen Ausführungen ist somit gemeinsam, dass zumindest ein Werkzeugteil radial zu seiner Werkzeugachse beweglich vorgesehen und beim Einbringen des Werkstückes 1 in Bezug auf die Achse der Öffnung 5 zentriert wird, so dass ein Fügen, d.h. ein Einbringen des jeweiligen Verbindungselementes in die Öffnung 5 des Werkstückes 1 bei eingespanntem Werkstück erfolgen kann, ohne dass im Werkstück Spannungen auftreten. Die vorbeschriebenen Ausführungen ermöglichen es auch, mehrere Verbindungselemente, beispielsweise mehrere Muttern 2 oder mehrere Nietmuttern 17 gleichzeitig und jeweils exakt positioniert in einem Arbeitsgang in ein Werkstück 1 einzubringen, wobei dann das für jedes Verbindungselement verwendete Werkzeug aus wenigstens einem durch den Such- und Zentrierstift 9 bzw. die Such- und Zentrierstifte 12 durch Bewegung radial zu seiner Werkzeugachse zentrierbaren Werkzeugteil besteht.
Abweichend von den vorbeschriebenen Ausführungen besteht auch die Möglichkeit, vor dem Fügen des jeweiligen Verbindungselementes bei dann starrer, d.h. radial nicht beweglicher Anordnung der Werkzeugteile ein Ausrichten des Werkstückes 1 relativ zu den Werkzeugteilen bzw. zum Werkzeug vorzunehmen, und zwar dadurch, dass beim Einbringen des Werkstückes 1 in das jeweils geöffnete Werkzeug 8 - 8d, d.h. beim Aufschieben des Werkstückes 1 mit der Öffnung 5 auf den Such- bzw. Zentrierstift 9 und/oder mit den Zentrieröffnungen 13 auf die Such- oder Zentrierstifte 12 die Einspannung des Werkstücks 1 an der Handlingseinrichtung gelockert wird, so dass sich das Werkstück 1 durch Verschieben entsprechend dem Doppelpfeil C relativ zu den Werkzeugteilen ausrichten kann.
Die Erfindung wurde voranstehend für das Fügen und Verpressen von Verpressmuttern bzw. Nietmuttern beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen auch zum Einbringen anderer Verbindungselemente in Werkstücke, beispielsweise zum Einbringen von Bolzen oder von Stanzmuttern in Werkstücke ebenfalls verwendet werden können. Bezugszeichenliste
1 Werkstück
2 Pressmutter
.1 Mutterkörper
.2 Stirnfläche des Mutterkörpers 2.1
.3 Bund
1 Hinterschneidung
2 Muttergewindeöffnung
3 Öffnung im Werkstück
4 Pressbolzen
5 Matrize
7.1 Matrizenöffnung
8, 8a, 8b, 8c, 8d Werkzeug
9 Such- und Zentrierzapfen
9.1, 9.2 Abschnitt des Such- und Zentrierzapfens 9
10 Druckfeder
11 mechanische Verbindung zwischen den Werkzeugteilen
12 Such- und Zentrierzapfen
13 Zentrieröffnung
14 Matrize
14.1 Matrizenöffnung
15 Such- und Zentrierzapfen
15.1 Abschnitt
16 mechanische Verbindung zwischen den Werkzeugteilen
17 Nietmutter
18 Werkzeugteil zum Fügen und Verankern der Nietmutter 17
A radiale Bewegung des unteren Werkzeugteils
B radiale Bewegung des zugeführten
Verbindungselementes oder des oberen Werkzeugteils
C Bewegung des Werkstückes zum Ausrichten
MA Achse der Mutter
WA1, WA2, WA Werkzeugachse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Verbindungselementes (2, 17) in ein Werkstück (1) unter Verwendung eines wenigstens einteiligen Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügen und Verbinden des Verbindungselementes mit dem Werkstück (1) durch wenigstens ein an einem Zentrierbereich (5, 13) des Werkstückes (1) angreifenden Such- und/oder Zentrierelement (9, 12) durch Relativbewegung zwischen dem Werkzeugteil (, 14, 18) und dem Werkstück (1) ein lagegenaues Ausrichten des Werkzeugs (8, 8a, 8b, 8c, 8d) in Bezug auf das Werkstück (1) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten durch wenigstens einen in wenigstens eine Öffnung (5, 13) des Werkstücks (1) eingreifenden Such- und/oder Zentrierstift (9, 12) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Werkzeugteil (7, 14, 18) durch Bewegen, vorzugsweise durch radiales Bewegen relativ zu seiner Werkzeugachse (WA, WA1) in Bezug auf das eingespannte Werkstück (1) ausgerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem wenigstens einen Such- oder Zentrierstift (9) zusammenwirkende Zentrieröffnung des Werkstückes (1) eine Fügeöffnung (5) für das Verbindungselement (2) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zentrierbereich (13) im Werkstück (1) seitlich von dem für die Verankerung des Verbindungselementes vorgesehenen Bereich des Werkstückes (1) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zentrierbereich (13) seitlich von einer Fügeöffnung (5) für das Verbindungselement (2, 17) vorgesehen ist,
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial zu der Werkzeugsachse (WA) bewegliche Werkzeugteil eine Matrize (7, 14) ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungselement (2, 17) beim Fügen an einem über das wenigstens eine Such- und/oder Zentrierelement (9, 12) in Bezug auf das Werkstück (1) ausgerichteten Führungselement (9.2, 15.1) geführt oder an einem durch das wenigstens eine Such- und/oder Zentrierelement (9, 12) ausgerichteten weiteren Werkzeugteil (6) gehalten ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement der das Ausrichten des Werkzeugteils (7, 14) relativ zum Werkstück (1) bewirkende Such- oder Zentrierzapfen oder ein zusätzlicher Such- oder Zentrierzapfen (15) ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) beim Zuführen schwimmend an dem weiteren Werkzeugteil (6) gehalten ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine Mutter, beispielsweise eine Pressmutter oder Stanzmutter ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Bolzen ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungseiement ein Niet oder Blindniet oder eine Nietmutter ist.
14. Vorrichtung zum Einbringen wenigstens eines Verbindungselementes (2, 17) in ein Werkstück (1) mit zumindest einem wenigstens einteiligen Werkzeug, gekennzeichnet, durch wenigstens ein an einem Zentrierbereich (5, 13) des Werkstückes (1) angreifenden Such- und/oder Zentrierelement (9, 12) an einem Werkzeugteil (7, 14, 18), mit dem durch Relativbewegung zwischen dem Werkzeugteil (7, 14, 18) und dem Werkstück (1) ein lagegenaues Ausrichten des Werkzeugs (8, 8a, 8b, 8c, 8d) in Bezug auf das Werkstück (1) erfolgt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Such- und/oder Zentrierelement ein in eine Öffnung (5, 13) des Werkstücks (1) eingreifender Such- und/oder Zentrierstift (9, 12) ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Werkzeugteil (7, 14, 18) zum Ausrichten relativ zu seiner Werkzeugachse (WA, WA1) bewegbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem wenigstens einen Such- oder Zentrierstift (9) zusammenwirkende Zentrieröffnung des Werkstückes (1) eine Fügeöffnung (5) für das Verbindungselement (2) ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zentrierbereich (13) im Werkstück (1) seitlich von dem für die Verankerung des Verbindungselementes vorgesehenen Bereich des Werkstückes (1) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zentrierbereich (13) seitlich von einer Fügeöffnung (5) für das Verbindungselement (2, 17) vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial zu der Werkzeugsachse (WA) bewegliche Werkzeugteil eine Matrize (7, 14) ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Führungselement (9.2, 15.1), welches über das wenigstens eine Such- und/oder Zentrierelement (9, 12) in Bezug auf das Werkstück (1) ausgerichtet wird und an welchen das jeweilige Verbindungselement (2, 17) beim Fügen geführt ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement der das Ausrichten des Werkzeugteils (7, 14) relativ zum Werkstück (1) bewirkende Such- oder Zentrierzapfen oder ein zusätzlicher Such- oder Zentrierzapfen (15) ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) beim Zuführen schwimmend an einem weiteren Werkzeugteil (6) gehalten ist.
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