EP3381581A1 - Setzeinheit für eine stanznietvorrichtung, stanznietvorrichtung und verfahren zum betreiben einer stanznietvorrichtung - Google Patents

Setzeinheit für eine stanznietvorrichtung, stanznietvorrichtung und verfahren zum betreiben einer stanznietvorrichtung Download PDF

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EP3381581A1
EP3381581A1 EP18160076.8A EP18160076A EP3381581A1 EP 3381581 A1 EP3381581 A1 EP 3381581A1 EP 18160076 A EP18160076 A EP 18160076A EP 3381581 A1 EP3381581 A1 EP 3381581A1
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EP
European Patent Office
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rivet
punch
holding device
setting unit
holding
Prior art date
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Application number
EP18160076.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3381581B1 (de
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Florian Woelke
Armin Karle
Friedhelm Guenter
Steven Maul
Reiner Ramsayer
Christoph Kauth
Martin Dieterle
Andre Philipskoetter
Patrick Nickel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—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
    • B21J15/12—Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/30—Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B21J15/32—Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a setting unit for a punch riveting apparatus, a punch riveting apparatus with such a setting unit, a production facility with such a punch riveting apparatus and a method for operating a punch riveting apparatus.
  • Joining methods serve for connecting at least two components which are in particular flat in a connecting region (joining partner).
  • a punch riveting method is characterized, for example, by the fact that pre-punching of the components to be joined together is not required. Rather, a rivet as a joining element by means of a joining tool, which includes a stamp, pressed into the at least two components, which can be ensured by a correspondingly shaped counter-holder, for example. In the form of a die, which cooperates with the joining tool, that the rivet or the components deform in a particular manner to produce a positive and positive connection between the components.
  • a so-called ultrasonic punch riveting method in which a vibration generator, such as an ultrasonic generator, is used to cause one or more components to vibrate when connecting the components.
  • a vibration generator such as an ultrasonic generator
  • the expended force is reduced to push the rivet.
  • riveting it is usually necessary for automated operation, a supply of rivets, and in particular to ensure an automated recording of these rivets in the joining device.
  • the invention is based on a setting unit which is provided for a punch riveting device or which serves for use with a punch riveting device.
  • a rivet can be held and it has a stamp, by means of which the rivet can be acted upon by force and introduced into at least one component in a riveting operation.
  • rivets can be performed in a predefined orientation.
  • the profile hose can then be connected at a suitable location in the setting unit, so that in each case a rivet can be fed into the desired position or inserted into the setting unit for a riveting operation.
  • the joining tool in this case usually has a next to the stamp so-called hold-down, which surrounds the punch and serves to guide the rivet during the riveting process.
  • the hold-down is usually on the component, while the punch is moved relative to the hold-down to press the rivet into the components.
  • mechanical elements such as spring-loaded half-shells, pressure pieces, rivet slide, flexible fibers, embedded balls or the like may be provided.
  • stamp riveting devices with ultrasound assistance or with corresponding vibration coupling
  • the stamp or a corresponding sonotrode, from which a section can serve as a stamp and in which the oscillations are transmitted
  • the hold-down mechanical elements as these, in order to hold the rivet and to ensure the guidance of the rivet, are in mechanical contact with this, and about the hold-down itself Hold-down or the mechanical elements arranged therein very high and in particular significantly higher than conventional punch riveting.
  • a holding device for the setting unit, which can be brought by actuation of the holding device in an initial position and in a holding position in which the rivet is fixable by means of the holding device.
  • the holding device is designed in such a way that the rivet can be gripped by means of the holding device by moving it from the starting position into the holding position, and that the holder can be detached from the rivet by moving from the holding position into the starting position is.
  • Such a setting unit thus makes it possible that the rivet is first gripped and thus fixed in a certain position and is brought in this position together with the setting unit to the desired location on the components to be connected.
  • the holding device may be in the holding position to fix the rivet in position. If a hold-down is provided, it can be surrounded by the rivet and held in position. The holding device can then be in the starting position to be removed from the rivet.
  • an ultrasonic punch riveting apparatus having a vibration generator for generating vibrations which can be coupled to the punch, there is already no contact between the holding device and the rivet or the punch (or sonotrode) when the Stamp touches the rivet. If the punch does not vibrate at this time, fixing the rivet between the punch and the component is also advantageous.
  • the holding device is mechanically coupled to the punch, that the holding device can be brought by a movement of the punch and / or upon reaching a respective predetermined position of the punch in the holding position and / or in the initial position.
  • a suitable linkage or the like may be provided.
  • the holding device for this purpose may comprise at least one spring element, which is actuated by the movement of the punch and / or upon reaching the respective predetermined position of the punch to bring the holding device in the holding position and / or in the initial position.
  • Such a mechanical coupling allows a low-maintenance holding device.
  • the holding device has at least one actuator, by means of which the holding device can be brought into the holding position and / or into the starting position.
  • actuators may be designed as electro-mechanical or as a compressed air-actuated actuator.
  • a control of the actuators by means of necessary electrical signals or compressed air can also be coupled to a movement or position of the punch.
  • the operation of the holding device can be made more variable in this way.
  • the setting unit further comprises a hold-down, which at least partially surrounds the stamp.
  • the components can be fixed, on the other hand
  • the rivet can also be held in position after the holding device has been released from the rivet.
  • the hold-down device may, for example, have suitable recesses for the passage of parts of the holding device in order to bring them up to the rivet.
  • the invention furthermore relates to a punch rivet device with a setting unit according to the invention, to a production system with such a punch riveting device, and to a method for operating a punch riveting device with such a setting unit.
  • the rivet is gripped by means of a holding device and then fixed.
  • the setting unit is moved in the direction of the at least one component, wherein, after the rivet touches one of the components, the holding device is released from the rivet.
  • the rivet is acted upon by means of the punch with force and pressed into the at least one component.
  • a punch riveting apparatus in which case the holding device is brought from the starting position to the holding position to grip the rivet, and the holding device is brought into the starting position to remove it from the rivet in particular before the (vibrating) punch touches the rivet or before the punch begins to vibrate.
  • the fixing of the rivet after releasing the holding device by the punch, which presses the rivet against the component would also be possible.
  • FIG. 1 schematically a conventional punch rivet 10 'is shown.
  • the punch riveting apparatus 10 ' has a frame 60, which is preferably in the form of a C-frame or C-bracket, on which the individual components in a punch riveter are usually arranged to the desired position to each other to be able to take.
  • the frame 60 By way of the frame 60, the punch riveting device 10 'can be fastened, for example, to an arm for movement in space.
  • the punch riveting apparatus 10 has a punch 15, by way of example with a round cross section.
  • the punch 15 is radially surrounded by a (sleeve-shaped) hold-down 16 and arranged movable relative to this in the longitudinal direction.
  • the punch 15 and the hold-down 16 together form a joining tool 70 '.
  • the punch 15 is coupled to a drive 50 which serves to apply a force F required for pressing in the rivet 20 into the two components 11, 12.
  • the drive 50 can be controlled, for example, by means of the arithmetic unit 95.
  • the drive 50 can be, for example, a drive with ball, roller or planetary screw drive or the like which is suitable for applying a force F for pressing in a rivet 20 as a joining element into the components 11, 12.
  • the hold-down 16 is adapted to press against the surface of the die 15 facing member 11 with a hold-down force.
  • a separate drive can be provided.
  • the hold-down may also be coupled (as shown here) to the drive of the punch or to the punch itself, for example by means of a spring.
  • a counter-holder in the form of a die 18 is arranged on the stamp 15 and the hold-down 16 opposite side of the two components 11, 12, a counter-holder in the form of a die 18 is arranged.
  • the punch 15 and the die 18 are arranged in the vertical direction, as well as the hold-16, movable and movable relative to each other.
  • the hold-down 16 and the die 18 serve to clamp or compress the two components 11, 12 between the hold-down 16 and the die 18 during processing by the punch 15.
  • the rivet 20 here by way of example a half-tubular rivet, preferably consists of a material which is harder than the materials of the two components 11, 12, at least in the region of a rivet shank.
  • the component 11 facing away from the flat top of the rivet is arranged in operative connection with the punch 15, which rests flat against the top of the rivet 20.
  • a profile tube 17 is attached to the hold-down 16, which serves to supply the rivet. Rivets can be introduced individually into the joining tool 70 via the profile hose, so that a new rivet is available for each new riveting operation.
  • FIG. 2 various possibilities are shown how the rivet 20 can be held in the setting unit 70 'or the hold-down 16'.
  • the inside of the holddown 16 ' is exemplified with fibers 40 that are directed downwardly.
  • the rivet 20 can be kept in this way on the one hand, on the other hand, but also pressed by the punch slightly down and guided it.
  • the inside of the hold-down 16 ' is provided with downwardly directed supports 41 which are supported by springs.
  • the rivet 20 can be held in this way on the one hand, on the other hand, but also pressed by the punch slightly down.
  • a rivet slide 42 is provided by way of example, over which the rivet is pressed laterally into the hold-down device.
  • the rivet 20 can be held in this way on the one hand, on the other hand, but also pressed by the punch slightly down.
  • the inside of the hold-down 16 ' is exemplarily provided with embedded balls 43 made of, for example, elastomers or polymeric material.
  • the rivet 20 can be kept in this way on the one hand, on the other hand, but also pressed and guided by the punch slightly down.
  • FIG. 3 schematically a punch rivet 10 according to the invention is shown in a preferred embodiment, here as ultrasonic punch riveting, which can also be used for a method according to the invention.
  • the ultrasonic punch riveting apparatus 10 corresponds to the basic structure of FIG FIG. 1 shown conventional punch rivet 10 ', in this regard, reference is also made to the description there.
  • vibration generator is provided in the form of a vibration converter 30 with a signal generator 32, which together serve to generate ultrasound.
  • the ultrasonic punch riveting apparatus 10 has a punch 15, which here also serves as a sonotrode, by way of example with a round cross section.
  • the punch 15 is also radially surrounded by a (sleeve-shaped) hold-down 16 and arranged movable relative to this in the longitudinal direction.
  • the hold-down is here preferably at a so-called.
  • Nullamplituden gaggang of the punch i. a position of the punch, where the vibration amplitudes are zero or at least as low as possible, fixed by a spring.
  • the punch 15 is coupled to a drive 50, which serves to apply a force F required for pressing in the rivet 20 into the two components 11, 12.
  • the drive 50 can be controlled, for example, by means of the arithmetic unit 95.
  • the punch 15 is operatively connected to the vibration converter 30 via a so-called booster 31, so that the ultrasonic vibrations can be transmitted to the punch 15 and thus the rivet 20.
  • ultrasonic vibrations with an amplitude (distance between the maximum positive and negative amplitude of a vibration) between 10 .mu.m and 110 .mu.m (corresponding to an amplitude of 5 .mu.m to 55 .mu.m) and a frequency between 15 kHz and 35 kHz or possibly higher generated
  • the signal generator 32 is connected to the arithmetic unit 95 and can be controlled by this.
  • a frame 35 is attached to which the vibration converter 30, the booster 31 and the punch or the sonotrode 15 are arranged, wherein the punch 15 and attached thereto hold-down 16 form a setting unit 70.
  • the setting unit 70 has a holding device 80, which is shown here only roughly schematically. For a detailed illustration and explanation of the holding device is on this on the Figures 5 and 6 directed.
  • FIG. 4 is simplified and schematically illustrated a manufacturing plant 100 according to the invention in a preferred embodiment.
  • the production plant can be, for example, an industrial robot, for example for an automobile body shop.
  • the production plant 100 has a carrier structure 3 arranged on a base and two arms 4 and 5 arranged thereon and connected to one another and movable. At the end of the arm 5 is an ultrasonic punch rivet 10, as shown for example in FIG. 3 is shown in more detail.
  • a storage container 110 for example a magazine, is provided in which rivets can be held.
  • the ultrasonic punch riveting apparatus 10 can then be moved to the storage container 110 via the arms, for example, in order to remove a rivet therefrom.
  • FIG. 5 schematically a setting unit 70 according to the invention shown in a preferred embodiment, based on which a method according to the invention is to be explained in a preferred embodiment.
  • the setting unit 70 may, for example, in the in FIG. 3 used punching rivet find use.
  • the setting unit 70 has - as already mentioned - a holding device 80, which in turn here has holding elements 83 which are connected via springs 83 to the punch or the sonotrode 15. By means of springs 84, the holding elements 83 can now be pressed in the direction of the rivet 20.
  • the holding elements 83 are here exemplified by suitable openings in the hold-16. In the illustration shown above, the holding device 80 is in the holding position P H.
  • the setting unit 70 can now be guided in the direction of the components 11, 12, until the rivet 20 and the hold-16 abut on one of the components, as shown in the lower illustration.
  • the hold-down 16 can be pressed by suitable springs to the component 11 when the punch 15 moves in the direction of the components.
  • the holding device 80 is in an initial position P A , in which it touches neither the rivet 20 nor the hold-16.
  • the riveting process in which the rivet 20 is acted upon by the punch 15 with force and pressed into the components 11, 12, can be performed.
  • the setting unit can be moved away from the components again and, for example, to the in FIG. 4 shown storage container 110 are guided to receive a new rivet.
  • the holding device may initially continue to be left in the starting position, and then, as soon as it is suitably placed to the new rivet, be brought into the holding position.
  • the spring forces of the springs 82 and 84 should be properly matched to each other to move the holding device 80 as desired at a desired position or movement of the punch 15. It should also be noted that the holding elements 83 are to be fastened in a suitable manner to the setting unit or possibly also the punch riveting device.
  • FIG. 6 schematically a setting unit 71 according to the invention is shown in a further preferred embodiment with a holding device 85.
  • the setting unit 71 may, for example, also in the in FIG. 3 used punching rivet find use.
  • the holding device 85 has electrical actuators 87, the holding elements 88 can move.
  • the electric actuators for example, compressed air actuated actuators could be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Setzeinheit (70) für eine Stanznietvorrichtung, in welcher Setzeinheit (70) ein Niet (20) gehalten werden kann, und mit einem Stempel (15), mittels welchem der Niet (20) mit Kraft beaufschlagbar und in einem Nietvorgang in wenigstens ein Bauteil (11, 12) einbringbar ist, wobei eine Haltevorrichtung (80), die durch Betätigung der Haltevorrichtung (80) in eine Ausgangs-Stellung (PA) und in eine Halte-Stellung (PH), in welcher der Niet (20) mittels der Haltevorrichtung (80) fixierbar ist, bringbar ist, und wobei die Haltevorrichtung (80) derart ausgebildet ist, dass durch ein Verbringen von der Ausgangs-Stellung (PA) in die Halte-Stellung (PH) der Niet (20) mittels der Haltevorrichtung (80) greifbar ist, und durch ein Verbringen von der Halte-Stellung (PH) in die Ausgangs-Stellung (PA) die Haltevorrichtung (80) von dem Niet (20) lösbar ist, sowie eine solche Stanznietvorrichtung, eine Fertigungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Setzeinheit für eine Stanznietvorrichtung, eine Stanznietvorrichtung mit einer solchen Setzeinheit, eine Fertigungsanlage mit einer solchen Stanznietvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung.
    • Stand der Technik
  • Fügeverfahren, wie Nietverfahren, dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet als Fügeelement mittels eines Fügewerkzeugs, das einen Stempel umfasst, in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Fügewerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt werden kann, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
  • Weiterhin ist bspw. aus der EP 2 318 161 B1 ein sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei dem ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.
  • Bei Nietverfahren ist es für einen automatisierten Betrieb in der Regel nötig, eine Zuführung der Niete, und insbesondere eine auch automatisierte Aufnahme dieser Niete in die Fügevorrichtung zu gewährleisten.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden eine Setzeinheit, eine Stanznietvorrichtung, eine Fertigungsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung geht aus von einer Setzeinheit, die für eine Stanznietvorrichtung vorgesehen bzw. die zur Verwendung mit einer Stanznietvorrichtung dient. In der Setzeinheit kann dabei ein Niet gehalten werden und sie weist einen Stempel auf, mittels welchem der Niet mit Kraft beaufschlagbar und in einem Nietvorgang in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist.
  • Eine Möglichkeit der Zuführung und Aufnahme im Falle von Stanznietvorrichtungen, auch bei manueller Verarbeitung, ist nun beispielsweise die Verwendung eines Gurts oder Ähnlichem, in dem mehrere Niete in einer vordefinierten Position gehalten werden und in einer Reihe angeordnet sind. Ein solcher Gurt kann dann entsprechend durch die Setzeinheit durchgeführt werden, sodass beispielsweise nach jedem Nietvorgang ein neuer Niet vor dem Stempel platziert wird. Eine Gurtnachführung kann dabei beispielsweise mit der Bewegung der Setzeinheit gekoppelt oder auch separat vorgenommen werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, insbesondere bei größeren Serien und bei automatischer Verarbeitung, ist die Zuführung der Niete über einen Profilschlauch oder Ähnlichem. In einem solchen Profilschlauch können Niete in einer vordefinierten Ausrichtung geführt werden. Der Profilschlauch kann dann an einer geeigneten Stelle in der Setzeinheit angebunden werden, sodass für einen Nietvorgang jeweils ein Niet in der gewünschten Position zugeführt bzw. in die Setzeinheit eingesetzt werden kann.
  • Nachdem der Niet in die Setzeinheit eingebracht wurde, ist es in der Regel nötig, den Niet auch in der Setzeinheit zu halten, bis der Niet beim anschließenden Nietvorgang auf ein Bauteil aufsetzt. Das Fügewerkzeug weist hierbei neben dem Stempel in der Regel einen sog. Niederhalter auf, der den Stempel umgibt und der Führung des Niets beim Nietvorgang dient. Der Niederhalter setzt dabei in der Regel auf dem Bauteil auf, während der Stempel relativ zum Niederhalter bewegt wird, um den Niet in die Bauteile einzudrücken.
  • Zum Halten des Niets können nun im Niederhalter verschiedene Vorkehrungen getroffen sein. Beispielsweise können mechanische Elemente wie überfederte Halbschalen, Druckstücke, Nietschieber, flexible Fasern, eingebettete Kugeln oder Ähnliches vorgesehen sein.
  • Bei den eingangs bereits erwähnten Stanznietvorrichtungen mit Ultraschallunterstützung (bzw. mit entsprechender Schwingungseinkopplung) werden nun jedoch nicht nur der Stempel (bzw. eine entsprechenden Sonotrode, von welcher ein Abschnitt als Stempel dienen kann und in welchen die Schwingungen übertragen werden) und der Niet in Schwingung versetzt, sondern auch die erwähnten, im Niederhalter angeordneten mechanischen Elemente, da diese, um den Niet zu halten und auch um die Führung des Niets zu gewährleisten, mit diesem in mechanischem Kontakt stehen, und darüber auch der Niederhalter selbst. Damit ist der Verschleiß des Niederhalters bzw. der darin angeordneten mechanischen Elemente sehr hoch und insbesondere deutlich höher als bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen.
  • Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass für die Setzeinheit eine Haltevorrichtung vorgesehen wird, die durch Betätigung der Haltevorrichtung in eine Ausgangs-Stellung und in eine Halte-Stellung, in welcher der Niet mittels der Haltevorrichtung fixierbar ist, bringbar ist. Die Haltevorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass durch ein Verbringen von der Ausgangs-Stellung in die Halte-Stellung der Niet mittels der Haltevorrichtung greifbar ist, und dass durch ein Verbringen von der Halte-Stellung in die Ausgangs-Stellung die Haltevorrichtung von dem Niet lösbar ist.
  • Eine solche Setzeinheit ermöglicht es also, dass der Niet zunächst gegriffen und damit in einer bestimmten Position fixiert wird und in dieser Position zusammen mit der Setzeinheit an die gewünschte Stelle an die zu verbindenden Bauteile gebracht wird. Währenddessen kann sich die Haltevorrichtung in der Halte-Stellung befinden, um den Niet fixiert bzw. in Position zu halten. Falls ein Niederhalter vorgesehen ist, kann durch diesen der Niet umgeben und in Position gehalten werden. Die Haltevorrichtung kann dann in die Ausgangs-Stellung verbracht werden, um sie vom Niet zu lösen. Im bevorzugten Fall einer Ultraschall-Stanznietvorrichtung, die einen Schwingungserzeuger zur Erzeugung von Schwingungen, die auf den Stempel einkoppelbar sind, aufweist, gibt es dann bereits keinen Kontakt mehr zwischen der Haltevorrichtung und dem Niet bzw. dem Stempel (oder der Sonotrode), wenn der Stempel den Niet berührt. Vibriert der Stempel zu diesem Zeitpunkt noch nicht, ist auch ein Fixieren des Niets zwischen Stempel und Bauteil vorteilhaft. Beim Nietvorgang auf den Niet eingekoppelte Schwingungen werden damit nicht auf die Haltevorrichtung übertragen und diese ist einem deutlich geringeren Verschleiß ausgesetzt. Ebenso wird Verschleiß an der Außenfläche des Stempels, die bislang an den erwähnten mechanischen Elementen entlang geführt wurde, vermieden. Es sei erwähnt, dass eine solche Haltevorrichtung auch bei Stanznietvorrichtungen ohne Schwingungseinkopplung eine einfache und schnelle Aufnahme und Positionierung des Niets erlaubt.
  • Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung derart mechanisch mit dem Stempel gekoppelt, dass die Haltevorrichtung durch eine Bewegung des Stempels und/oder bei einem Erreichen einer jeweils vorbestimmten Position des Stempels in die Halte-Stellung und/oder in die Ausgangs-Stellung bringbar ist. Hierzu kann ein geeignetes Gestänge oder dergleichen vorgesehen sein. Denkbar sind auch Führungen entlang geeigneter Konturen oder dergleichen. Insbesondere kann die Haltevorrichtung hierzu wenigstens ein Federelement aufweisen, welches durch die Bewegung des Stempels und/oder bei dem Erreichen der jeweils vorbestimmten Position des Stempels betätigbar ist, um die Haltevorrichtung in die Halte-Stellung und/oder in die Ausgangs-Stellung zu bringen. Eine solche mechanische Kopplung ermöglicht eine wartungsarme Haltevorrichtung.
  • Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Haltevorrichtung wenigstens einen Aktor aufweist, mittels welchem die Haltevorrichtung in die Halte-Stellung und/oder in die Ausgangs-Stellung bringbar ist. Solche Aktoren können als elektro-mechanischer oder als druckluft-betätigter Aktor ausgebildet sein. Hier kann dann eine Ansteuerung der Aktoren mittels nötiger elektrische Signale bzw. Druckluft ebenfalls an eine Bewegung bzw. Position des Stempels gekoppelt werden. Die Betätigung der Haltevorrichtung kann auf diese Weise jedoch variabler ausgestaltet werden.
  • Vorteilhafterweise weist die Setzeinheit weiterhin einen Niederhalter auf, der den Stempel wenigstens teilweise umgibt. Damit können einerseits die Bauteile fixiert werden, anderseits kann jedoch auch der Niet in Position gehalten werden, nachdem die Haltevorrichtung vom Niet gelöst wurde. Der Niederhalter kann dabei beispielsweise geeignete Ausnehmungen zur Durchführung von Teilen der Haltevorrichtung aufweisen, um diese bis zum Niet heranzuführen.
  • Gegenstand der Erfindung sind weiterhin eine Stanznietvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Setzeinheit, eine Fertigungsanlage mit einer solchen Stanznietvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung mit einer solchen Setzeinheit.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung mit einer Setzeinheit, in welcher ein Niet gehalten werden kann, und mit einem Stempel, mittels welchem der Niet mit Kraft beaufschlagbar und in einem Nietvorgang in wenigstens ein Bauteil einbringbar ist, wird der Niet mittels einer Haltevorrichtung gegriffen und dann fixiert. Anschließend wird die Setzeinheit in Richtung des wenigstens einen Bauteils bewegt, wobei, nachdem der Niet eines der Bauteile berührt, die Haltevorrichtung von dem Niet gelöst wird. Anschließend wird der Niet mittels des Stempels mit Kraft beaufschlagt und in das wenigstens eine Bauteil gedrückt.
  • Insbesondere wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung verwendet, wobei dann die Haltevorrichtung von der Ausgangs-Stellung in die Halte-Stellung gebracht wird, um den Niet zu greifen, und die Haltevorrichtung in die Ausgangs-Stellung gebracht wird, um sie von dem Niet zu lösen, insbesondere bevor der (vibrierende) Stempel den Niet berührt bzw. bevor der Stempel zu vibrieren beginnt. Im letzteren Fall wäre auch das Fixieren des Niets nach dem Lösen der Haltevorrichtung durch den Stempel, der den Niet gegen das Bauteil drückt, möglich.
  • Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungen und Vorteile der Stanznietvorrichtung, der Fertigungsanlage sowie des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur erfindungsgemäßen Setzeinheit verwiesen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt schematisch eine Stanznietvorrichtung mit einem Profilschlauch zur Zuführung von Nieten.
    Figur 2
    zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Halterung eines Niets in einer Setzeinheit einer Stanznietvorrichtung.
    Figur 3
    zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ultraschall-Stanznietvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
    Figur 4
    zeigt schematisch eine Fertigungsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform.
    Figur 5
    zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Setzeinheit in einer bevorzugten Ausführungsform.
    Figur 6
    zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Setzeinheit in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • In Figur 1 ist schematisch eine herkömmliche Stanznietvorrichtung 10' dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10' weist einen Rahmen 60 auf, der vorzugsweise in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegt, an welchem die einzelnen Komponenten bei einer Stanznietvorrichtung in der Regel angeordnet sind, um die gewünschte Position zueinander einnehmen zu können. Über den Rahmen 60 kann die Stanznietvorrichtung 10' beispielsweise an einem Arm zur Bewegung im Raum befestigt sein.
  • Die Stanznietvorrichtung 10' weist einen Stempel 15 auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Stempel 15 und der Niederhalter 16 bilden dabei zusammen ein Fügewerkzeug 70'. Der Stempel 15 ist mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann bspw. mittels der Recheneinheit 95 gesteuert werden.
  • Bei dem Antrieb 50 kann es sich bspw. um einen Antrieb mit Kugel-, Rollen- oder Planetengewindetrieb oder dergleichen handeln, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken eines Niets 20 als Fügeelement in die Bauteile 11, 12 aufzubringen.
  • Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann beispielsweise ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch (wie hier gezeigt) an den Antrieb des Stempels oder an den Stempel selbst gekoppelt sein, beispielsweise mittels einer Feder.
  • Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein Gegenhalter in Form einer Matrize 18 angeordnet. Der Stempel 15 und die Matrize 18 sind in vertikaler Richtung, wie auch der Niederhalter 16, beweglich angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken.
  • Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich eines Nietschafts. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite des Niets ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite des Niets 20 flächig anliegt.
  • Weiterhin ist an dem Niederhalter 16 ein Profilschlauch 17 angebracht, der der Zuführung der Niete dient. Über den Profilschlauch können Niete einzeln in das Fügewerkzeug 70 eingebracht werden, sodass für jeden neuen Nietvorgang ein neuer Niet zur Verfügung steht.
  • In Figur 2 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie der Niet 20 in der Setzeinheit 70' bzw. dem Niederhalter 16' gehalten werden kann. In Figur 2a ist die Innenseite des Niederhalters 16' beispielhaft mit Fasern 40 versehen, die nach unten gerichtet sind. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt und dabei geführt werden.
  • In Figur 2b ist die Innenseite des Niederhalters 16' beispielhaft mit nach unten gerichteten Stützen 41, die mittels Federn gelagert sind, versehen. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt werden.
  • In Figur 2c ist an einer Seite des Niederhalters 16' beispielhaft ein Nietschieber 42 vorgesehen, über den der Niet seitlich in den Niederhalter gedrückt wird. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt werden.
  • In Figur 2d ist die Innenseite des Niederhalters 16' beispielhaft mit eingebetteten Kugeln 43 versehen, die beispielsweise aus Elastomeren oder polymerem Material gefertigt sind. Der Niet 20 kann auf diese Weise einerseits gehalten, andererseits aber auch durch den Stempel leicht nach unten gedrückt und geführt werden.
  • Den in den Figuren 2a bis 2d gezeigten mechanischen Elementen in dem Niederhalter 16' ist gemeinsam, dass (zumindest nahezu) während des gesamten Fügevorgangs ein Kontakt zwischen den mechanischen Elementen und dem Niet besteht. Zudem steht die Außenfläche des Stempels in Kontakt mit diesen Elementen. Wenn nun hier Schwingungen in den Stempel eingekoppelt würden, so würden auch die mechanischen Elemente in Schwingung versetzt, was zu erhöhtem Verschleiß führt. Zudem entsteht zusätzlich Verschleiß durch den Kontakt zwischen Stempel und mechanischen Elementen.
  • In Figur 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, hier als Ultraschall-Stanznietvorrichtung, die auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet werden kann. Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 entspricht vom grundlegenden Aufbau der in Figur 1 gezeigten herkömmlichen Stanznietvorrichtung 10', insofern sei auch auf die dortige Beschreibung verwiesen. Jedoch ist Schwingungserzeuger in Form eines Schwingungskonverters 30 mit einem Signalgenerator 32 vorgesehen, die zusammen der Erzeugung von Ultraschall dienen.
  • Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel 15, der hier auch als Sonotrode dient, auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist auch hier von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Niederhalter ist hierbei vorzugsweise an einem sog. Nullamplitudendurchgang des Stempels, d.h. einer Position des Stempels, an der Schwingungsamplituden Null oder zumindest möglichst gering sind, mittels einer Feder befestigt. Insbesondere ist der Stempel 15 mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann bspw. mittels der Recheneinheit 95 gesteuert werden.
  • Der Stempel 15 ist über einen sog. Booster 31 mit dem Schwingungskonverter 30 wirkverbunden, sodass die Ultraschall-Schwingungen auf den Stempel 15 und damit den Niet 20 übertragbar sind. Insbesondere werden dabei Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (entspricht einer Amplitude von 5 µm bis 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz oder ggf. auch höher erzeugt. Der Signalgenerator 32 ist an die Recheneinheit 95 angebunden und kann von dieser angesteuert werden.
  • An dem Antrieb 50 ist ein Gestell 35 angebracht, an dem der Schwingungskonverter 30, der Booster 31 sowie der Stempel bzw. die Sonotrode 15 angeordnet sind, wobei der Stempel 15 und der daran angebrachte Niederhalter 16 eine Setzeinheit 70 bilden. Weiterhin weist die Setzeinheit 70 eine Haltevorrichtung 80 auf, die hier nur grob schematisch dargestellt ist. Für eine detaillierte Darstellung und Erläuterung der Haltevorrichtung sei an dieser auf die Figuren 5 und 6 verwiesen.
  • In Figur 4 ist vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei der Fertigungsanlage kann es sich beispielsweise um einen Industrieroboter, beispielsweise für einen automobilen Karosseriebau, handeln.
  • Die Fertigungsanlage 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist eine Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10, wie sie beispielsweise in Figur 3 detaillierter gezeigt ist, angeordnet.
  • Weiterhin ist ein Vorratsbehältnis 110, beispielsweise ein Magazin, vorgesehen, in dem Niete vorgehalten werden können. Die Ultraschall-Stanznietvorrichtung 10 kann dann beispielsweise über die Arme zu dem Vorratsbehältnis 110 bewegt werden, um einen Niet von dort zu entnehmen.
  • In Figur 5 schematisch eine erfindungsgemäße Setzeinheit 70 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, anhand welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugter Ausführungsform erläutert werden soll. Die Setzeinheit 70 kann beispielsweise bei der in Figur 3 dargestellten Stanznietvorrichtung Verwendung finden.
  • Die Setzeinheit 70 weist - wie bereits erwähnt - eine Haltevorrichtung 80 auf, die hier wiederum Halteelemente 83 aufweist, die über Federn 83 an den Stempel bzw. die Sonotrode 15 angebunden sind. Mittels Federn 84 können die Halteelemente 83 nun in Richtung des Niets 20 gedrückt werden. Die Halteelemente 83 werden hier beispielhaft durch geeignete Öffnungen in dem Niederhalter 16 geführt. In der oben gezeigten Darstellung befindet sich die Haltevorrichtung 80 dabei in der Halte-Stellung PH.
  • Die Setzeinheit 70 kann nun in Richtung der Bauteile 11, 12 geführt werden, bis der Niet 20 und der Niederhalter 16 auf einem der Bauteile anliegen, wie in der unteren Darstellung gezeigt. Dabei kann der Niederhalter 16 durch geeignete Federn an das Bauteil 11 gedrückt werden, wenn sich der Stempel 15 in Richtung der Bauteile bewegt.
  • Zudem wird bei einer Bewegung des Stempels 15 über die Federn 82 eine Kraft auf die Halteelemente 83 ausgeübt, sodass diese aufgrund der schrägen Flächen an den Halteelementen 83 entgegen der Federkraft der Federn 84 auseinander und vom Niet 20 weggedrückt werden. Damit befindet sich die Haltevorrichtung 80 in einer Ausgangs-Stellung PA, in welcher sie weder den Niet 20 noch den Niederhalter 16 berührt.
  • Dann kann der Nietvorgang, bei dem der Niet 20 über den Stempel 15 mit Kraft beaufschlagt und in die Bauteile 11, 12 eingedrückt wird, durchgeführt werden. Anschließend kann die Setzeinheit wieder von den Bauteilen wegbewegt und beispielsweise zu dem in Figur 4 gezeigten Vorratsbehältnis 110 geführt werden, um einen neuen Niet aufzunehmen. Hierzu kann die Haltevorrichtung zunächst weiterhin in der Ausgangs-Stellung belassen werden, und dann, sobald sie geeignet zu dem neuen Niet platziert ist, in die Halte-Stellung verbracht werden.
  • Es versteht sich, dass die Federkräfte der Federn 82 und 84 geeignet aufeinander abgestimmt werden sollten, um bei einer gewünschten Position bzw. Bewegung des Stempels 15 die Haltevorrichtung 80 wie gewünscht zu bewegen. Weiterhin sei angemerkt, dass die Halteelemente 83 auf geeignete Weise an der Setzeinheit oder ggf. auch der Stanznietvorrichtung zu befestigen sind.
  • In Figur 6 ist schematisch eine erfindungsgemäße Setzeinheit 71 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit einer Haltevorrichtung 85 dargestellt. Die Setzeinheit 71 kann beispielsweise ebenfalls bei der in Figur 3 dargestellten Stanznietvorrichtung Verwendung finden. Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist hier keine mechanische Kopplung der Haltevorrichtung vorgesehen, sondern die Haltevorrichtung 85 weist elektrische Aktoren 87 auf, die Halteelemente 88 bewegen können. Anstatt der elektrischen Aktoren könnten beispielsweise auch druckluft-betätigte Aktoren verwendet werden.
  • Diese Halteelemente 88 können nun durch geeignete Ansteuerung der Aktoren 87 so bewegt werden, dass sich die Haltevorrichtung 85 in eine Halte-Stellung PH und eine Ausgangs-Stellung PA verbringen lässt. Im Übrigen kann die Setzeinheit 71 wie bereits zur Setzeinheit 70 in Bezug auf Figur 5 erläutert für einen Nietvorgang verwendet werden. Weiterhin sei angemerkt, dass die Aktoren 87 und Halteelemente 88 auf geeignete Weise an der Setzeinheit oder ggf. auch der Stanznietvorrichtung zu befestigen sind.

Claims (12)

  1. Setzeinheit (70, 71) für eine Stanznietvorrichtung (10), in welcher Setzeinheit (70, 71) ein Niet (20) gehalten werden kann, und mit einem Stempel (15), mittels welchem der Niet (20) mit Kraft (F) beaufschlagbar und in einem Nietvorgang in wenigstens ein Bauteil (11, 12) einbringbar ist, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (80, 85), die durch Betätigung der Haltevorrichtung (80, 85) in eine Ausgangs-Stellung (PA) und in eine Halte-Stellung (PH), in welcher der Niet (20) mittels der Haltevorrichtung (80, 85) fixierbar ist, bringbar ist, wobei die Haltevorrichtung (80, 85) derart ausgebildet ist, dass durch ein Verbringen von der Ausgangs-Stellung (PA) in die Halte-Stellung (PH) der Niet (20) mittels der Haltevorrichtung (80, 85) greifbar ist, und durch ein Verbringen von der Halte-Stellung (PH) in die Ausgangs-Stellung (PA) die Haltevorrichtung (80, 85) von dem Niet (20) lösbar ist.
  2. Setzeinheit (70) nach Anspruch 1, wobei die Haltevorrichtung (80) derart mechanisch mit dem Stempel (15) gekoppelt ist, dass die Haltevorrichtung (80) durch eine Bewegung des Stempels (15) und/oder bei einem Erreichen einer jeweils vorbestimmten Position des Stempels (15) in die Halte-Stellung (PH) und/oder in die Ausgangs-Stellung (PA) gebracht wird.
  3. Setzeinheit (70) nach Anspruch 2, wobei die Haltevorrichtung (80) wenigstens ein Federelement (82) aufweist, welches durch die Bewegung des Stempels (15) und/oder bei dem Erreichen der jeweils vorbestimmten Position des Stempels (15) betätigt wird, um die Haltevorrichtung (80) in die Halte-Stellung (PH) und/oder in die Ausgangs-Stellung (PA) zu bringen.
  4. Setzeinheit (71) nach Anspruch 1, wobei die Haltevorrichtung (85) wenigstens einen Aktor (87) aufweist, mittels welchem die Haltevorrichtung (85) in die Halte-Stellung (PH) und/oder in die Ausgangs-Stellung (PA) bringbar ist.
  5. Setzeinheit (71) nach Anspruch 4, wobei wenigstens einer der Aktoren (87) als elektro-mechanischer Aktor ausgebildet ist.
  6. Setzeinheit nach Anspruch 4 oder 5, wobei wenigstens einer der Aktoren als druckluft-betätigter Aktor ausgebildet ist.
  7. Setzeinheit (70, 71) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiterhin einen Niederhalter (16) aufweist, der den Stempel (15) wenigstens teilweise umgibt.
  8. Stanznietvorrichtung (10) mit einer Setzeinheit (70, 71) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  9. Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 8, die als Ultraschall-Stanznietvorrichtung mit einem Schwingungserzeuger (30, 32) zur Erzeugung von Schwingungen, die auf den Stempel (15) einkoppelbar sind, ausgebildet ist.
  10. Fertigungsanlage (100) mit einer Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Stanznietvorrichtung (10) mit einer Setzeinheit (70, 71), in welcher ein Niet (20) gehalten werden kann, und mit einem Stempel (15), mittels welchem der Niet (20) mit Kraft (F) beaufschlagbar und in einem Nietvorgang in wenigstens ein Bauteil (11, 12) einbringbar ist, wobei der Niet (20) mittels einer Haltevorrichtung (80, 85) gegriffen und dann fixiert wird, wobei die Setzeinheit (70, 71) anschließend in Richtung des wenigstens einen Bauteils (11, 12) bewegt wird, wobei, nachdem der Niet (12) eines der Bauteile (11) berührt, die Haltevorrichtung (80. 85) von dem Niet (20) gelöst wird, und wobei anschließend der Niet (20) mittels des Stempels (15) mit Kraft (F) beaufschlagt und in das wenigstens eine Bauteil (11, 12) gedrückt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 unter Verwendung einer Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Haltevorrichtung (80, 85) in die Halte-Stellung (PH) gebracht wird, um den Niet (20) zu greifen, und wobei die Haltevorrichtung (80, 85) in die Ausgangs-Stellung (PA) gebracht wird, um sie von dem Niet zu lösen.
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