EP3110579A1 - Vorrichtung und verfahren zum setzen von füge- oder funktionselementen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum setzen von füge- oder funktionselementen

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EP3110579A1
EP3110579A1 EP14825307.3A EP14825307A EP3110579A1 EP 3110579 A1 EP3110579 A1 EP 3110579A1 EP 14825307 A EP14825307 A EP 14825307A EP 3110579 A1 EP3110579 A1 EP 3110579A1
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EP
European Patent Office
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hold
die
joining
frame
loading
Prior art date
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EP14825307.3A
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EP3110579B1 (de
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Michael Badent
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Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
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Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
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    • 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
    • B21J15/36—Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow rivets
    • 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
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for setting a joining or functional element according to the preamble of claim 1 and a method for setting a joining or
  • the punch and die are arranged on a frame which is C-shaped.
  • the structural specifications of the device is an access to a workpiece, especially if this is fixed to the
  • Example is a fixed car body, and a predetermined joining direction with respect to a workpiece surface is to be observed, limited.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method for setting a joining or functional element, whereby an improved access to
  • the invention is based on a device for setting a joining or functional element, which comprises:
  • a frame a stamp arranged on the frame, a holding-down device surrounding the stamp, a matrix arranged coaxially opposite the stamp on the frame, one
  • the core of the invention lies in the fact that the drive unit the
  • Holding-down device for loading a joining or functional element with a predetermined stroke distance of the hold-down is provided. Furthermore, a force element is provided in order to press the hold-down device against a workpiece when setting a joining or functional element in a pressure phase which differs from the loading stroke with a predefined pressure force.
  • the joining direction of a joining element is irrelevant, whereas there are cases where only one joining direction is technically possible and useful, for example, when setting a Halbhohlstanzniet, in which it depends on which side of a composite material is closed, so penetrated by any Halbhohlstanzniet becomes.
  • Threaded pin is inserted into a component. This will be useful only on one side and at one point of the component.
  • a charging device for the realization of a charging operation and a force member which is responsible for pressing the hold-down in a predefined manner against the workpiece during the setting of a joining and functional element, can be compared to a device in which the stamp together with a hold-down is driven to achieve appropriate connection quality.
  • the hold-down can be acted upon in the most extreme case with no force, so to speak, move around with powerless, or make only a relatively small drag required in this movement to carry out the loading hub.
  • the frame may be, for example, a C-bracket, as known in the art on stamp-driven punching riveting devices.
  • the pressure force of the blank holder in the printing phase is at least 2, 3, 4, 5 times higher or even higher than a compressive force on the hold-down during loading stroke on a loading stroke.
  • the pressure force of the hold-down in the pressure phase and / or the loading stroke can be provided by spring means.
  • Spring force are used, which then spring packages can be used in the printing phase, which exert a multiple of compressive force on the hold-down.
  • the spring force during the loading stroke and in the loading stroke are the same.
  • the pressure force of the blank holder during loading stroke is provided via a pneumatic force device.
  • Pneumatic cylinder The power generation during the printing phase can also be done pneumatically. A hydraulic force application is conceivable.
  • a predefined loading stroke of the hold-down can be realized via the second drive device in order to position a joining or functional element in front of the punch for a setting process.
  • the frame is on its attachment point, for example to a robot via a carriage with, for example, pneumatic
  • a robot system for providing positional compensation performs one in particular on several
  • the pneumatic counterbalance on a carriage at a point of attachment of the device may, for example
  • the punch can be firmly connected to the frame, whereby the
  • the drive unit is arranged on the frame side of the frame on the mold, whereby the die can be arranged to be movable relative to the frame in a constructive manner in a simple manner.
  • Hold-down on the frame over at least one guide pillar preferably two guide columns is movably guided.
  • the hold-down can be designed to be movable via a pneumatically actuated piston. In this context, it is furthermore preferred if the at least one
  • Guide column comprises a piston of a pneumatic actuator which moves in a pneumatic cylinder includes. This makes it possible to combine the guidance and drive of the hold-down design in a compact design.
  • control unit is adapted to move the hold-down so far along the punch in the direction of the die in an extended position until a loading opening for supplying a joining or functional element, for example a rivet is released from a feed channel.
  • control unit is designed in such a way that the hold-down device is in an extended position
  • the frame of the device can be constructed more compactly when a charging process is first completed before the device is moved up to a workpiece with the retainer retracted.
  • control unit is such that the die via the drive unit to a workpiece
  • Hold-down is further movable. This is possible
  • the charging process in this movement include when the holddown in the extended
  • the retraction of the loading stroke is preferably carried out with a comparatively small force, which is significantly smaller than the pressure force during the setting process.
  • a retreat of the hold-down bringing the die at fitting workpiece to both hold-down and die can be done by the control unit in a form that the holddown driven driven, ie with a predeterminable, in particular controllable by a control unit counterforce, recedes.
  • the force effect of the hold-down can be effected both in the pressure phase and in the loading phase via spring means.
  • control unit in such a way that a speed of the die is reduced during a setting process or shortly before the start of the setting process.
  • Functional element with a device comprising a frame, a stamp arranged on the frame, a holding-down device surrounding the stamp, a die arranged coaxially on the frame, and a die
  • Drive unit comprises, the invention is that the die is moved over the drive unit, and that independently of the hold-down performs a loading stroke for loading a joining or functional element with a predetermined stroke distance of the blank and at one of them
  • the hold-down is pressed with a predetermined compressive force in a setting operation against the workpiece.
  • the hold-down is to separately
  • the hold-down is moved along the punch in the direction of the die in a loading position for receiving a joining or functional element, in particular a rivet in an extended state. This is advantageously done with the separate drive device.
  • the hold-down is brought into a state along the punch in the direction of the die extended state in abutment against a workpiece, and the die is moved in the applied state to the workpiece or the hold-down and thereby the die back the blank holder with workpiece for a setting operation, for example, the rivet urges.
  • the hold-down is brought into a state along the punch in the direction of the die extended state in abutment against a workpiece, and the die is moved in the applied state to the workpiece or the hold-down and thereby the die back the blank holder with workpiece for a setting operation, for example, the rivet urges.
  • the frame When the workpiece is fixed, it is necessary that the frame performs a compensating movement, for example by a counter-movement of a robot, on which the frame
  • Balancing device at a connection point of the frame to a construction unit on which the frame is mounted.
  • the hold-down device be moved to the retracted state after the loading process, for example with a rivet.
  • this loading stroke does not have to be made available when dimensioning the frame.
  • the hold-down can be brought into abutment on a workpiece and the die in the applied state to be moved to the workpiece or the hold-down while the die push back the hold-down in the printing phase with the workpiece during a setting operation, for example, the rivet.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of a joining tongs with a die-side drive
  • Figure 2 in perspective view
  • Section of the joining tongs according to FIG. 1 partially cut in the area of the punch and die
  • FIG. 1 shows a joining tongs 1 for the particular riveting of components, with a drive unit 2, a frame 3, a die 4, a setting head 5 and a
  • Rivet feed unit 6 With the drive unit 2 is a
  • the joining pliers can be used for setting semi-hollow punch rivets
  • the setting head 5 comprises a pneumatic device 7 with two pneumatic cylinders 7a, 7b, a hold-down 8 and a punch 9.
  • the pneumatic cylinders 7a and 7b have pistons 10a, 10b, which simultaneously form guide columns for the hold-8.
  • the punch 9 is firmly connected to the frame 3.
  • the pistons 10a, 10b are each located on a stop 12a, 12b.
  • the peculiarity is that the respective stop 12a, 12b is sprung by a compression spring 13a, 13b, behind the stop 12a, 12b.
  • the compression springs 13a, 13b enclose in the exemplary embodiment an extension 14a, 14b of the pistons 10a, 10b.
  • Hold-down force is generated by the compression springs 13a, 13b, when the hold-down with respect to the pneumatic cylinder 7a and 7b has receded so far that the pistons 10a, 10b run against the respective stop 12a, 12b and then the respective stop 12a, 12b against the spring force is pushed back.
  • the punch 9 comes in the hold-8 to the front and sets a joining element in a corresponding workpiece (not shown in Figure 3).
  • a joining element for example a rivet in front of the punch 9
  • the rivet is then held in the hold-down 8 in front of the punch 9.
  • the stationary punch serves as a counterweight for a rivet.
  • FIGS. 4a to 4f and 5a to 5f two variants for setting a rivet are illustrated below.
  • Pneumatic cylinder 7a, 7b extended, bringing the setting head 5 is in a loading position. In this position, a rivet is loaded to the point indicated by arrow 14.
  • the hold-down 8 on the hold-down receptacle 8a is complete extended (FIG. 4a)
  • the pneumatic cylinders 7a, 7b Upon impact of the die 4 on the component 15, the pneumatic cylinders 7a, 7b are pushed back and the loading stroke for a rivet begins. At the same time the joining pliers are moved relative to the component, if it is a fixed
  • Component acts. For this purpose, with respect to the joining tongs. 1
  • the loading stroke is a comparatively small
  • Hold-down force that is the force that the
  • Pneumatic cylinder 7a, 7b provide is relatively small. This force could also be completely switched off. The ram closes the rivet in the loading stroke
  • the travel path for the loading stroke must enter into a measure for the frame, in particular the C-shaped frame.
  • the pneumatic cylinders 7a, 7b are extended so as to bring the setting head 5, in particular the hold-down 8 with respect to the punch 9 in a loading position.
  • the loading position is shown, in which a rivet is loaded in the position shown by arrow 17.
  • the joining tongs 1 of, for example, a robot with the hold-8 is applied to a component 18 and the drive unit 2 begins with a working stroke, whereby the die 4 is extended against the component 18 (see Figure 5d).
  • the insertion of the hold-down force can take place before or after the rivet is put on.
  • the loading stroke does not have to be incorporated into the construction, in particular a C-shaped frame, as shown in FIG.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Setzen eines Füge- oder Funktionselementes vorgeschlagen, das folgende Bauteile umfasst: Ein Gestell (3), ein am Gestell angeordneter Stempel, einen den Stempel (9) umgebenden Niederhalter, eine am Gestell (3) angeordnete dem Stempel koaxial gegenüberliegende Matrize (4), eine Antriebseinheit (2), um eine Relativbewegung von Stempel und Matrize (4) herbeizuführen sowie eine Steuereinheit. Erfindungsgemäß bewegt die Antriebseinheit (2) die Matrize (4) relativ zum Gestell (3). Des Weiteren ist eine Ladeeinrichtung zur Bereitstellung eines Ladehubs des Niederhalters zum Laden eines Füge- oder Funktionselements mit vorgegebener Hubstrecke des Niederhalters und ein Kraftorgan vorgesehen, um beim Setzen eines Füge- oder Funktionselements den Niederhalter in einer vom Ladehub sich unterscheidenden Druckphase mit vordefinierter Druckkraft gegen ein Werkstück zu drücken. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Setzen eines Füge- oder Funktionselementes vorgeschlagen.

Description

"Vorrichtung und Verfahren zum Setzen von Füge- oder Funktionselementen"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Setzen eines Fügeoder Funktionselementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Setzen eines Füge- oder
Funktionselementes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen zum Setzen eines Füge- oder
Funktionselementes zum Beispiel zum Stanznieten sind bereits in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Bei diesen wird ein Stempel über eine Antriebseinheit zum Setzen zum Beispiel einer Niet gegen eine koaxial gegenüberliegende
Matrize bewegt.
Zum Antrieb werden regelmäßig hydraulische oder
pneumohydraulische Antriebe bzw. elektromotorische Antriebe mit einem Spindelantrieb eingesetzt.
In vielen Ausführungsformen ist der Stempel und die Matrize an einem Gestell, das C-förmig ist, angeordnet.
Durch die baulichen Vorgaben der Vorrichtung ist ein Zugang zu einem Werkstück, insbesondere wenn dieses feststeht, zum
Beispiel eine feststehende Autokarosserie ist, und eine vorgegebene Fügerichtung in Bezug auf eine Werkstückoberfläche einzuhalten ist, limitiert.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Setzen eines Füge- oder Funktionselementes bereitzustellen, wodurch ein verbesserter Zugang zu
Setzstellen an Werkstücken bei gleichbleibender Füge- bzw. Setzqualität ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 16 gelöst .
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Setzen eines Füge- oder Funktionselementes aus, die folgendes umfasst:
Ein Gestell, ein am Gestell angeordneter Stempel, einen den Stempel umgebenden Niederhalter, eine am Gestell angeordnete dem Stempel koaxial gegenüberliegende Matrize, eine
Antriebseinheit, um eine Relativbewegung von Stempel und
Matrize herbeizuführen sowie eine Steuereinheit. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Antriebseinheit die
Matrize relativ zum Gestell bewegt und dass eine
Ladeeinrichtung zur Bereitstellung eines Ladehubs des
Niederhalters zum Laden eines Füge- oder Funktionselements mit vorgegebener Hubstrecke des Niederhalters vorgesehen ist. Des Weiteren ist ein Kraftorgan vorhanden, um beim Setzen eines Füge- oder Funktionselements den Niederhalter in einer vom Ladehub sich unterscheidenden Druckphase mit vordefinierter Druckkraft gegen ein Werkstück zu drücken.
Dadurch, dass die Matrize relativ zum Gestell bewegbar ist, ist keine Antriebseinheit am Stempel notwendig, die eine Druckkraft zum Setzen eines Füge- oder Funktionselements bereitstellen muss. Damit hat der stempelseitige Teil der Vorrichtung einen vergleichsweise geringen Platzbedarf und kann somit an Werkstückoberflächen angesetzt werden, bei welchem ein Bewegungsraum nicht dafür ausreichen würde, einen angetriebenen Stempel mit Antriebseinheit zu platzieren.
In bestimmten Fällen ist die Fügerichtung eines Fügeelements unerheblich, wogegen es Fälle gibt, wo nur eine Fügerichtung technisch möglich und sinnvoll ist, beispielsweise beim Setzen einer Halbhohlstanzniet , bei welcher es darauf ankommt, auf welcher Seite ein Materialverbund geschlossen bleibt, also von keiner Halbhohlstanzniet durchdrungen wird. Bei
Funktionselementen ist es überwiegend der Fall, dass eine Setzrichtung einzuhalten ist, zum Beispiel wenn ein
Funktionselement mit einem Befestigungselement wie ein
Gewindestift in ein Bauteil eingesetzt wird. Dieser wird sich nur auf einer Seite und an einer Stelle des Bauteils sinnvoll verwenden lassen.
Durch eine Ladeeinrichtung zur Realisierung eines Ladevorgangs und einem Kraftorgan, das dafür zuständig ist, während des Setzens eines Füge- und Funktionselements den Niederhalter in vordefinierter Weise gegen das Werkstück zu drücken, lässt sich eine im Vergleich zu einer Vorrichtung, bei welcher der Stempel zusammen mit einem Niederhalter angetrieben wird, entsprechende Verbindungsqualität erzielen.
Beim Ladevorgang kann der Niederhalter im extremsten Fall mit gar keiner Kraft beaufschlagt sein, also sozusagen kraftlos sich mitbewegen, oder aber nur eine vergleichsweise geringe Gegenkraft bei dieser Bewegung zur Durchführung des Ladehubs erforderlich machen.
Das Gestell kann zum Beispiel ein C-Bügel sein, so wie er bei stempelseitig angetriebenen Vorrichtungen zum Stanznieten aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise sind die Elemente der Vorrichtung zum Setzen eines Füge- und
Funktionselements derart ausgebildet, dass sie auf einem herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten C-Bügel für einen stempelseitigen Antrieb montierbar sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckkraft des Niederhalters in der Druckphase mindestens 2, 3, 4, 5 mal höher oder noch höher als eine Druckkraft auf den Niederhalter beim Ladehub auf einer Ladehubstrecke.
Die Druckkraft des Niederhalters in der Druckphase und/oder beim Ladehub kann über Federmittel bereitgestellt werden. Für den Ladehub kann eine Feder mit vergleichsweise geringer
Federkraft zum Einsatz kommen, wobei in der Druckphase dann Federpakete zum Einsatz kommen können, die ein Vielfaches an Druckkraft auf den Niederhalter ausüben.
Vorzugsweise wird die Federkraft beim Ladehub und in der
Druckphase über unterschiedliche Federn realisiert.
In einer darüber hinaus vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist die Druckkraft des Niederhalters beim Ladehub über eine pneumatische Krafteinrichtung bereitgestellt.
Dadurch erhält man eine hohe Flexibilität in der Einstellung der Kraftwirkung durch entsprechende pneumatische Ansteuerung der Krafteinrichtung für den Niederhalter. Denkbar ist zum Beispiel als Krafteinrichtung ein oder mehrere
Pneumatikzylinder. Die Krafterzeugung während der Druckphase kann ebenfalls pneumatisch erfolgen. Auch eine hydraulische Kraftbeaufschlagung ist denkbar.
Im Weiteren bevorzugt ist es, wenn eine zweite
Antriebseinrichtung für eine unabhängige separate Bewegung des Niederhalters vorgesehen ist. Dadurch lässt sich über die zweite Antriebseinrichtung ein vordefinierter Ladehub des Niederhalters realisieren, um für einen Setzvorgang ein Fügeoder Funktionselement vor dem Stempel zu positionieren.
Für den Fall, dass ein Füge- oder Funktionselement in ein feststehendes Werkstück eingesetzt wird, ist es im Weiteren vorteilhaft, wenn ein Ausgleichsorgan zur Bewegung des
Gestells in Richtung einer Füge- bzw. Setzachse der
Vorrichtung vorgesehen ist. Beispielsweise ist das Gestell an seiner Anbindungsstelle, zum Beispiel zu einem Roboter über einen Schlitten mit zum Beispiel pneumatischem
Gewichtsausgleich verschiebbar angeordnet. Eine weitere
Möglichkeit kann auch darin bestehen, einen Ausgleich bei bewegender Matrize und feststehendem Werkstück dadurch zu schaffen, dass die Ausgleichsbewegung von einem Robotersystem, an dem das Gestell montiert ist, bereitgestellt wird.
Beispielsweise führt ein Robotersystem zur Bereitstellung eines Positionsausgleichs eine insbesondere auf mehreren
Achsen errechnete, zeitlich synchron ablaufende Bewegung durch .
Der pneumatische Gewichtsausgleich an einem Schlitten an einer Anbindungsstelle der Vorrichtung kann zum Beispiel
raumlageabhängig geregelt sein.
Da die Matrize relativ zum Gestell bewegbar ist, kann der Stempel fest mit dem Gestell verbunden sein, wodurch die
Konstruktion für den Stempel einfach ist.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit matrizenseitig am Gestell angeordnet, womit konstruktiv in einfacher Weise die Matrize relativ zum Gestell sich bewegbar anordnen lässt.
Um eine definierte Führung des Niederhalters am Gestell zu erhalten, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass der
Niederhalter am Gestell über wenigstens eine Führungssäule vorzugsweise zwei Führungssäulen beweglich geführt ist.
Der Niederhalter kann über einen pneumatisch betätigbaren Kolben bewegbar ausgestaltet sein. In diesem Zusammenhang ist es darüber hinaus bevorzugt, wenn die wenigstens eine
Führungssäule einen Kolben eines Pneumatikantriebs, der sich in einem Pneumatikzylinder bewegt, umfasst. Damit lässt sich Führung und Antrieb des Niederhalters konstruktiv kompakt kombinieren .
Zum Laden eines Füge- oder Funktionselements wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, den Niederhalter so weit entlang des Stempels in Richtung Matrize in eine ausgefahrene Position zu bewegen, bis eine Ladeöffnung zur Zuführung eines Füge- oder Funktionselements, zum Beispiel eines Niets aus einem Zuführkanal freigegeben ist.
Um einen vergleichsweise schnellen Setzvorgang zu ermöglichen, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, den Niederhalter in einer ausgefahrenen
Position an ein Werkstück anzulegen. Dabei ist es allerdings erforderlich, dass entsprechend Raum zur Verfügung steht, die Vorrichtung mit ausgefahrenem Niederhalter am Werkstück zu positionieren. Kompakter kann insbesondere das Gestell der Vorrichtung aufgebaut werden, wenn zunächst ein Ladevorgang abgeschlossen wird, bevor die Vorrichtung mit zurückgefahrenem Niederhalter an ein Werkstück herangefahren wird.
Um eine definierte Bewegung des Niederhalters bei einem Lade- und/oder in der Druckphase zu halten, wird im Weiteren
vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dergestalt ist, dass die Matrize über die Antriebseinheit sich an ein Werkstück
heranbewegen lässt und dann gegen den auf der anderen
gegenüberliegenden Seite des Werkstück zurückweichenden
Niederhalter weiter bewegbar ist. Hierdurch lässt sich
insbesondere der Ladevorgang mit in diesen Bewegungsablauf einbeziehen, wenn der Niederhalter im ausgefahrenen
Ladezustand zusammen mit der Matrize so weit zurückbewegt wird, bis die Druckphase beginnt und der eigentliche
Setzvorgang zum Beispiel des Fügeelements stattfindet. Dabei erfolgt das Zurückfahren des Ladehubs vorzugsweise mit einer vergleichsweise kleinen Kraft, die deutlich kleiner ist als die Druckkraft beim Setzvorgang.
Ein Zurückweichen des Niederhalters unter Heranführen der Matrize bei anliegendem Werkstück sowohl an Niederhalter als auch Matrize kann durch die Steuereinheit in einer Form erfolgen, dass der Niederhalter definiert angetrieben, also mit einer vorgebbaren, insbesondere durch eine Steuereinheit kontrollierbaren Gegenkraft, zurückweicht. Die Kraftwirkung des Niederhalters kann jedoch sowohl in der Druckphase als auch in der Ladephase über Federmittel bewirkt werden .
Um den Einfluss von Massekräften auf ein Bauteil zu
minimieren, wird im Weiteren vorgeschlagen, die Steuereinheit in einer Weise auszubilden, dass während eines Setzvorgangs bzw. kurz vor Beginn des Setzvorgangs eine Geschwindigkeit der Matrize reduziert wird.
Bei einem Verfahren zum Setzen eines Füge- oder
Funktionselementes mit einer Vorrichtung, die ein Gestell, einen am Gestell angeordneten Stempel, einen den Stempel umgebenden Niederhalter, eine am Gestell angeordnete, dem Stempel koaxial gegenüberliegende Matrize und eine
Antriebseinheit umfasst, liegt die Erfindung darin, dass die Matrize über die Antriebseinheit bewegt wird, und dass unabhängig davon der Niederhalter einen Ladehub zum Laden eines Füge- oder Funktionselements mit vorgegebener Hubstrecke des Niederhalters ausführt und bei einer davon sich
unterscheidenden Druckphase, der Niederhalter mit vorgegebener Druckkraft bei einem Setzvorgang gegen das Werkstück gedrückt wird. Vorzugsweise wird der Niederhalter dazu separat
angetrieben, um insbesondere den Ladehub ausführen zu können.
Vorzugsweise wird der Niederhalter entlang des Stempels in Richtung Matrize in eine Ladeposition für die Aufnahme eines Füge- oder Funktionselements, insbesondere einer Niet in einen ausgefahrenen Zustand bewegt. Dies erfolgt vorteilhafterweise mit der separaten Antriebseinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird im Weiteren vorgeschlagen, dass der Niederhalter in einem entlang des Stempels in Richtung Matrize ausgefahrenen Zustand in Anlage an ein Werkstück gebracht wird, und die Matrize im angelegten Zustand auf das Werkstück bzw. den Niederhalter zubewegt wird und dabei die Matrize den Niederhalter mit Werkstück für einen Setzvorgang zum Beispiel des Niets zurück drängt. Beim Zurückdrängen des Niederhalters fährt die Matrize gegen den insbesondere starr angeordneten Stempel, der relativ zum Niederhalter nach vorne kommt und dabei zum Beispiel den Niet in der letzen Phase in das Werkstück stanzt.
Bei fest stehendem Werkstück ist es erforderlich, dass das Gestell eine Ausgleichsbewegung durchführt, zum Beispiel durch eine Gegenbewegung eines Roboters, an dem das Gestell
angeordnet ist, oder durch eine entsprechende
Ausgleichsvorrichtung an einer Anbindungsstelle des Gestells zu einer Konstruktionseinheit, an dem das Gestell montiert ist .
Um zu ermöglichen, dass ein Gestell mit möglichst kleinem Bauraum realisierbar ist, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass der Niederhalter nach dem Ladevorgang zum Beispiel mit einer Niet in den eingefahrenen Zustand bewegt wird. Dadurch muss dieser Ladehub bei der Dimensionierung des Gestells nicht zur Verfügung gestellt werden. Anschließend kann der Niederhalter in Anlage an ein Werkstück gebracht werden und die Matrize im angelegten Zustand auf das Werkstück bzw. den Niederhalter zubewegt werden und dabei die Matrize den Niederhalter in der Druckphase mit dem Werkstück während eines Setzvorgangs zum Beispiel des Niets zurückdrängen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten nachstehend näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Fügezange mit matrizenseitigem Antrieb, Figur 2 in perspektivischer Darstellung ein
Ausschnitt der Fügezange nach Figur 1 teilweise geschnitten im Stempel- und Matrizenbereich,
Figur 3 in einer Schnittansicht einen
stempelseitigen Setzkopf gemäß der
Fügezange nach den Figuren 1 und 2,
Figur 4a bis in einer schematischen Schnittansicht einen Lade- und Setzvorgang der
Fügezange in Bezug auf ein Werkstück,
Figur 5a bis 5f einen zu den Figuren 4a bis 4f
entsprechenden Vorgang, jedoch mit alternativer Bewegungsvariante zum Laden eines Fügeelements.
In Figur 1 ist eine Fügezange 1 zum insbesondere Vernieten von Bauteilen dargestellt, mit einer Antriebseinheit 2, einem Gestell 3, einer Matrize 4, einem Setzkopf 5 sowie einer
Niet zuführeinheit 6. Mit der Antriebseinheit 2 wird eine
Matrize 4 axial angetrieben.
Die Fügezange kann zum Setzen von Halbhohlstanznieten,
Vollstanznieten, Clinchnieten, spezifizierten
Funktionselementen, Widerstandsschweißelementen mit und ohne Niederhalterkraft eines Niederhalters zur Anwendung kommen.
In den Figuren 2 und 3 sind mehr Details der Fügezange
insbesondere des Setzkopfes 5 ersichtlich.
Der Setzkopf 5 umfasst eine Pneumatikeinrichtung 7 mit zwei Pneumatikzylindern 7a, 7b, einem Niederhalter 8 sowie einen Stempel 9. Die Pneumatikzylinder 7a und 7b weisen Kolben 10a, 10b auf, die gleichzeitig Führungssäulen für den Niederhalter 8 bilden. Der Stempel 9 ist fest mit dem Gestell 3 verbunden.
Die Bewegung beim Setzen eines Fügeelements wird somit durch die Bewegung der Matrize 4 bewirkt. Über eine Länge 1 eines pneumatischen Druckraums IIa, IIb lassen sich die Kolben 10a, 10b bzw. Säulen 10a, 10b pneumatisch gesteuert aus- und einfahren, womit der Niederhalter 8 an einer
Niederhalteraufnahme 8a, die mit den Kolben 10a, 10b bzw.
Säulen 10a, 10b verbunden ist, aus- und einfahren.
Im eingefahrenen Zustand liegen die Kolben 10a, 10b jeweils an einem Anschlag 12a, 12b. Die Besonderheit dabei ist, dass der jeweilige Anschlag 12a, 12b gefedert ist durch eine Druckfeder 13a, 13b, hinter dem Anschlag 12a, 12b. Die Druckfedern 13a, 13b umschließen im Ausführungsbeispiel eine Verlängerung 14a, 14b der Kolben 10a, 10b. Dadurch wird für den Setzvorgang eine Niederhalterfunktion realisiert, bei welcher die
Niederhalterkraft durch die Druckfedern 13a, 13b erzeugt wird, wenn der Niederhalter in Bezug auf die Pneumatikzylinder 7a und 7b so weit zurück gewichen ist, dass die Kolben 10a, 10b gegen den jeweiligen Anschlag 12a, 12b laufen und dann der jeweilige Anschlag 12a, 12b gegen die Federkraft zurück gedrängt wird.
Dadurch kommt der Stempel 9 im Niederhalter 8 nach vorne und setzt ein Fügeelement in ein entsprechendes Werkstück (in Figur 3 nicht dargestellt) .
Die Zuführung eines Fügeelements, zum Beispiel eines Nietes vor den Stempel 9 erfolgt über die Nietzuführeinheit 6. Die Niet wird dann vor dem Stempel 9 im Niederhalter 8 gehalten. Bei einem Setzvorgang der Niet in ein Werkstück dient der feststehende Stempel als Widerlage für ein Niet.
In den Figuren 4a bis 4f bzw. 5a bis 5f werden nachfolgend zwei Varianten für das Setzen eines Niets veranschaulicht.
Bei einer ersten Variante werden zunächst die
Pneumatikzylinder 7a, 7b ausgefahren, womit sich der Setzkopf 5 in einer Ladeposition befindet. In dieser Position wird ein Niet an die mit Pfeil 14 gekennzeichnete Stelle geladen. Der Niederhalter 8 an der Niederhalteraufnahme 8a ist vollständig ausgefahren (Figur 4a)
In dieser Position mit ausgefahrenem Niederhalter 8 wird die Zange mit dem Niederhalter an ein Bauteil 15 angelegt und die Antriebseinheit 2 (siehe Figur 1) beginnt mit einem Hub und fährt dabei die Matrize gegen das Werkstück 15 aus (siehe Figur 4b und 4c) .
Bei Auftreffen der Matrize 4 auf dem Bauteil 15 werden die Pneumatikzylinder 7a, 7b zurückgedrängt und der Ladehub für einen Niet beginnt. Gleichzeitig wird die Fügezange relativ zum Bauteil verfahren, wenn es sich um ein feststehendes
Bauteil handelt. Hierzu sind gegenüber der Fügezange 1
geeignete Verfahrmittel erforderlich.
Beim Ladehub wirkt eine vergleichsweise kleine
Niederhalterkraft, das heißt die Kraft, die die
Pneumatikzylinder 7a, 7b bereitstellen, ist vergleichsweise klein. Diese Kraft könnte auch vollständig abgeschaltet werden. Im Ladehub schließt der Stempel den Niet im
Niederhalter 8 nach vorne, wenn dieser eingefahren wird.
In Figur 4d ist der Ladehub gerade abgeschlossen. Ein Anschlag 16a, 16b am jeweiligen Kolben 10a, 10b sitzt dann auf dem Anschlag 12a, 12b am Ende des pneumatischen Druckraums IIa, IIb auf. Nun beginnt bei einem weiteren Verfahren der Matrize 4 eine durch die Federn 13a, 13b verursachte Niederhalterkraft zu wirken. Das Einsetzen der Niederhalterkraft kann vor oder nach dem Aufsetzen der Niet auf dem Werkstück stattfinden.
Die Niet wird eingepresst (Figur 4e) und alle Bewegungen gehen zurück in die Ausgangsposition (Figur 4f) .
Ein neuer Niet wird zugeschossen und der Ladehub kann gemäß Figur 4b erneut beginnen.
Diese Vorgehensweise beim Setzen einer Niet hat den Vorteil, dass ein schneller Prozess möglich ist, da ein Ladehub
Bestandteil des Setzvorgangs ist und gleichzeitig das Nachladen eines nächsten Nietes sofort nach dem Abheben des Niederhalters 8 von einem Bauteil stattfinden kann.
Allerdings muss der Verfahrweg für den Ladehub in ein Maß für das Gestell, insbesondere des C-förmigen Gestells eingehen.
In den Figuren 5a und 5b ist eine Variante aufgezeigt, bei welcher gerade dieser Ladehub im Maß des C-förmigen Gestells eingespart werden kann.
Dementsprechend sieht das Setzen eines Niets bei dieser
Variante wie folgt aus:
Die Pneumatikzylinder 7a, 7b werden ausgefahren, um damit den Setzkopf 5, insbesondere den Niederhalter 8 in Bezug auf den Stempel 9 in eine Ladeposition zu bringen. In Figur 5a ist die Ladeposition dargestellt, in welcher ein Niet in die Position gemäß Pfeil 17 geladen ist.
Nunmehr erfolgt durch die Pneumatikzylinder 7a, 7b ein Rückhub des Niederhalters 8, der dem Ladehub entspricht und durch Auftreffen der Anschläge 16a, 16b auf den Anschlägen 12a, 12b am jeweiligen Ende des pneumatischen Druckraums IIa, IIb endet (siehe Figur 5b) .
Nunmehr wird die Fügezange 1 von zum Beispiel einem Roboter mit dem Niederhalter 8 an ein Bauteil 18 angelegt und die Antriebseinheit 2 beginnt mit einem Arbeitshub, wodurch die Matrize 4 gegen das Bauteil 18 ausgefahren wird (siehe Figur 5d) .
Bei Auftreffen der Matrize 4 auf das Bauteil 18 werden die Anschläge 16a, 16b der Kolben 10a, 10b der Pneumatikzylinder 7a, 7b gegen die Anschläge 12a, 12b am Ende der pneumatischen Druckräume IIa, IIb gedrückt, wodurch beim weiteren Verfahren die Druckfedern 13a, 13b komprimiert werden und die
Niederhalterkraft für den Niederhalter 8 bereitstellen. Beim Zurückdrücken des Niederhalters 8 kommt der Stempel 9 immer weiter nach vorne, wodurch der Niet bei aufgesetztem Stempel auf dem Niet in das Bauteil 18 eingepresst wird (siehe Figur 5e) .
Das Einsetzen der Niederhalterkraft kann vor oder nach dem Aufsetzen der Niet stattfinden.
Nach Abschluss des Vorgangs gehen alle Bewegungen zurück in die Ausgangsposition, wobei die Fügezange vom Werkstück entfernt wird, um ein Ausfahren des Niederhalters 8 in eine Ladeposition zu ermöglichen.
Dann kann ein neuer Niet zugeschossen werden. Der Vorgang beginnt von Neuem.
Da der Ladevorgang entfernt vom Bauteil 18 erfolgt, muss der Ladehub in die Konstruktion, insbesondere eines C-förmigen Gestells, wie in Figur 1 dargestellt, nicht einfließen.
Da die Fügezange 1 zum Nachladen jedoch frei gefahren werden muss, ist dieser Vorgang des Setzen eines Niets im Vergleich zum Vorgang gemäß der Figuren 4a bis 4f mit einer größeren Taktzeit zum Setzen des Nietes verbunden.
Auch in diesem Fall des Setzens eines Niets ist es
erforderlich, nach dem Aufsetzen des Nieterhalters auf dem Bauteil 18 ein Zurückdrängen des Niederhalters 18 durch die heranfahrende bzw. dagegen drückende Matrize 4 im Hinblick auf eine Halterung des Gestells an einer anderen Konstruktion, auszugleichen .
Ist die Fügezange an einem Roboter montiert, kann
grundsätzlich auch der Roboter diese Ausgleichsbewegung bereitstellen . Bezugs zeichenliste :
1 Fügezange
2 Antriebseinheit
3 Gestell
4 Matrize
5 Setzkopf
6 Nietzuführungseinheit
7 Pneumatikeinrichtung 7a Pneumatikzylinder
7b Pneumatikzylinder
8 Niederhalter
8a Niederhalteraufnahme
9 Stempel
10a Kolben
10b Kolben
IIa pneumatischer Druckraum
IIb pneumatischer Druckraum
12a Anschlag
12b Anschlag
13a Druckfeder
13b Druckfeder
14 Pfeil
15 Bauteil
16a Anschlag
16b Anschlag
17 Pfeil
18 Bauteil

Claims

Ansprüche :
1. Vorrichtung (1) zum Setzen eines Füge- oder
Funktionselementes umfassend:
ein Gestell (3), ein am Gestell angeordneter Stempel (9), einen den Stempel (9) umgebenden Niederhalter (8), eine am Gestell (3) angeordnete dem Stempel (9) koaxial
gegenüberliegende Matrize (4), eine Antriebseinheit (2), um eine Relativbewegung von Stempel (9) und Matrize (4)
herbeizuführen sowie eine Steuereinheit, dadurch
gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) die Matrize (4) relativ zum Gestell (3) bewegt und dass eine Ladeeinrichtung
(7) zur Bereitstellung eines Ladehubs des Niederhalters zum Laden eines Füge- oder Funktionselements mit vorgegebener Hubstrecke des Niederhalters (8) vorgesehen ist und dass ein Kraftorgan (13a, 13b) vorhanden ist, um beim Setzen eines Füge- oder Funktionselements den Niederhalter in einer vom Ladehub sich unterscheidenden Druckphase mit vordefinierter Druckkraft gegen ein Werkstück zu drücken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft des Niederhalters (8) in der Druckphase
mindestens 2, 3, 4, 5-mal höher oder noch höher ist als eine Druckkraft auf den Niederhalter (8) beim Ladehub auf einer Ladehubstrecke .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft des Niederhalters
(8) in der Druckphase und/oder beim Ladehub über Federmittel (13a, 13b) bereitgestellt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft des Niederhalters (8) beim Ladehub über eine pneumatische Krafteinrichtung (7) bereitgestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Antriebseinrichtung (7) für eine unabhängige separate Bewegung des Niederhalters vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsorgan zur Bewegung des Gestells (3) in Richtung einer Setzachse der Vorrichtung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (9) fest mit dem Gestell (3) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2)
matrizenseitig am Gestell (3) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (8) am Gestell (3) über wenigstens eine Führungssäule am Gestell geführt bewegbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (8) über einen pneumatisch betätigten Kolben (10a, 10b) bewegbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungssäule einen Kolben (10a, 10b) eines Pneumatikantriebs, der sich in einem Pneumatikzylinder bewegt, umfasst.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, den Niederhalter (8) so weit entlang des Stempels (9) in Richtung Matrize (4) in eine ausgefahrene Position zu bewegen, bis eine Ladeöffnung zur Zuführung eines Füge- oder
Funktionselements aus einem Zuführkanal freigegeben ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit derart
ausgebildet ist, den Niederhalter (8) in einer ausgefahrenen Position an ein Werkstück (15) anzulegen.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dergestalt ist, dass die Matrize (4) über die Antriebseinheit (2) sich an ein Werkstück heranbewegen lässt und gegen den auf der anderen gegenüberliegenden Seite eines Werkstücks zurückweichenden Niederhalter (8) weiter bewegbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu
ausgebildet ist, bei relativ zum Stempel (9) und dem
Niederhalter (8) sich bewegbarer Matrize (4) bei
Krafteinwirkung der Matrize (4) auf den Niederhalter (8), den Niederhalter (8) über eine angetriebene Strecke (1)
zurückweichen zu lassen.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu
ausgebildet ist, während eines Setzvorgangs oder kurz vor Beginn des Setzvorgangs eine Geschwindigkeit der Matrize zu reduzieren .
17. Verfahren zum Setzen eines Füge- oder Funktionselementes mit einer Vorrichtung (1), die ein Gestell (3), einen am
Gestell (3) angeordneten Stempel (9), einen den Stempel (9) umgebenden Niederhalter (8), eine am Gestell (3) angeordnete, dem Stempel (9) koaxial gegenüberliegende Matrize (4) und eine Antriebseinheit (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (4) über die Antriebseinheit (2) bewegt wird, und dass unabhängig davon der Niederhalter (8) einen Ladehub zum Laden eines Füge- oder Funktionselements mit vorgegebener Hubstrecke des Niederhalters (8) ausführt und bei einer davon sich unterscheidenden Druckphase, der Niederhalter (8)mit
vorgegebener Druckkraft bei einem Setzvorgang gegen das
Werkstück (15, 18) gedrückt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (8) entlang des Stempels (9) in Richtung Matrize (4) in eine Ladeposition für die Aufnahme eines Fügeoder Funktionselements in einen ausgefahrenen Zustand bewegt wird .
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 oder
18, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (8) in einem entlang des Stempels (9) in Richtung Matrize ausgefahrenen Zustand in Anlage an ein Werkstück (15) gebracht wird und die Matrize (4) im angelegten Zustand auf das Werkstück (15) bzw. den Niederhalter (8) zubewegt wird und dabei die Matrize (4) den Niederhalter (8) mit Werkstück (15) für einen Setzvorgang des Füge- oder Funktionselements zurückdrängt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (8) nach dem Ladevorgang mit einem Füge- oder Funktionselement in den eingefahrenen Zustand bewegt wird und dass der Niederhalter
(8) in Anlage an ein Werkstück (18) gebracht wird und die Matrize (4) im angelegten Zustand auf das Werkstück (18) bzw. den Niederhalter (8) zubewegt wird und dabei die Matrize (4) den Niederhalter (8) in der Druckphase mit Werkstück (18) für einen Setzvorgang das Füge- oder Funktionselement
zurückdrängt .
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