EP3670022A1 - Hydraulikwerkzeug sowie verfahren zur automatischen steuerung von pneumatisch angetriebenen hydraulikwerkzeugen - Google Patents

Hydraulikwerkzeug sowie verfahren zur automatischen steuerung von pneumatisch angetriebenen hydraulikwerkzeugen Download PDF

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EP3670022A1
EP3670022A1 EP19210991.6A EP19210991A EP3670022A1 EP 3670022 A1 EP3670022 A1 EP 3670022A1 EP 19210991 A EP19210991 A EP 19210991A EP 3670022 A1 EP3670022 A1 EP 3670022A1
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EP
European Patent Office
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pressure
hydraulic
control unit
curve
tool
Prior art date
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EP19210991.6A
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EP3670022C0 (de
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Heinz Enriquez
Martin Zurmühlen
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TKR Spezialwerkzeuge GmbH
Original Assignee
TKR Spezialwerkzeuge GmbH
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Publication date
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/857—Monitoring of fluid pressure systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the automatic control of pneumatically driven hydraulic tools, in particular riveting tools with a hydraulic pump driven by a pneumatic drive for adjusting a working piston which can be connected to a tool.
  • the invention further relates to a hydraulic tool, in particular a riveting tool with a hydraulic pump driven by a pneumatic drive for adjusting a working piston which can be connected to a tool.
  • a low pneumatic pressure is converted into a hydraulic working pressure. This is sufficient to adjust the working piston connected to a tool, for example a rivet insert, with the force required to carry out the work process, for example setting rivets.
  • the pneumatic unit driving the hydraulic pump usually has a drive piston driven by compressed air, which can be adjusted in a working space between a starting position and an end position, the working piston conveying hydraulic fluid under pressure into a working space with each working stroke referred to as pressure surge, the hydraulic pressure causing the Working piston of the hydraulic tool is adjusted.
  • the different cross sections of the piston surfaces convert the pressure available on the pneumatic drive into a high hydraulic working pressure.
  • the hydraulic tools are used for different purposes, for example in workshop operation for vehicle repairs, the hydraulic tool being used, for example, for setting rivets.
  • the materials to be processed for example components to be connected, have different properties, such as material properties, thicknesses, strengths or the like. Matching components also often have tolerances that lead to different results in identical work processes. In any case, however, it must be ensured during a riveting process that the rivet connecting two sheets, for example, is set in its intended manner, in order to ensure a stable connection of the components to be connected.
  • the invention is based on the object of providing a method for the automatic control of pneumatically driven hydraulic tools and a pneumatically driven hydraulic tool which ensures reliable execution of the work processes carried out, in particular riveting processes.
  • the invention solves the problem by a method with the features of claim 1 and by a hydraulic tool with the features of claim 8.
  • Advantageous developments of the method are shown in subclaims 2-7, advantageous developments of the hydraulic tool in subclaims 8-10.
  • a control unit senses the pressure curve of the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump during the working process and, if the pressure curve corresponds to a stored pressure curve section, a further increase in the hydraulic pressure blocked.
  • the method according to the invention takes advantage of the fact that the hydraulic pressure rises from the start of the work process to the end of the work process, for example a completed setting process of a rivet.
  • the pressure curve which can be recorded as a pressure curve, does not increase continuously, but rather in wave movements which result from the individual pressure surges which are caused by the intermittently operating drive piston of the pneumatic drive.
  • Each pressure surge results in an associated pressure profile of the hydraulic pressure, in which the pressure rises from a local minimum to a local maximum and then drops again to a local minimum in order to rise to a further local maximum with a new pressure surge.
  • the pressure curve or the pressure curve during the entire work process i. H. monitored from the starting position of the working piston to its end position and checked whether the pressure curve corresponds to a previously stored and saved pressure curve section.
  • the stored pressure profile section corresponds to the point in time of the work process at which it is completely completed, for example a rivet is optimally set, i. H. reliably rests on the surfaces, for example, of metal sheets to be joined, but at the same time does not lead to their deformation.
  • the saved pressure curve section - a section of the pressure curve - was determined beforehand and can subsequently be used for all riveting processes after this pressure curve section is independent of, for example, thickness tolerances of sheets to be connected and therefore consistently indicates the successful completion of a work process.
  • the control unit blocks a further increase in the hydraulic pressure if the pressure curve determined during the work process matches the stored pressure curve section, for which purpose, according to a further development of the invention, a compressed air supply driving the pneumatic drive is interrupted or a bypass for a suitable, controllable valve the hydraulic fluid is opened.
  • the degree of correspondence can be determined in the control unit in order to ensure that even if the determined pressure history with the stored pressure history section the work process is interrupted.
  • the method according to the invention thus makes it possible to carry out a work process reliably, for example to set rivets in an optimal manner, independently of the operator or empirically determined specific data, for this purpose the pressure course during the work process is monitored in such a way that the pressure course curve for a certain course Operation is interrupted.
  • the method according to the invention ensures, in a particularly reliable and simple manner, that the work processes to be carried out with the hydraulic tool, in particular riveting processes, are carried out with high quality independently of, for example, different material thicknesses or also deviations in the material thickness of the metal sheets to be connected.
  • a blockage of a further increase in the hydraulic pressure when the detected pressure curve matches the stored pressure curve can in principle be implemented in any manner. According to an advantageous development of the invention, however, it is provided that the control unit interrupts the pneumatic drive if the detected pressure curve matches the stored pressure curve. This configuration represents a particularly simple way to prevent a further increase in pressure.
  • the comparison of the stored pressure profile section with the monitored pressure profile by the control unit can take into account any parameters of the pressure curve. As part of continuous monitoring of the pressure curve by the control unit, this or the pressure curve can be checked, for example, to determine whether its curve corresponds to the stored pressure curve section.
  • different parameters of the pressure curve are available in order to use them to identify the pressure curve during the work process, which corresponds to the stored pressure curve section.
  • the identification of the stored pressure profile section by comparing the slope resulting for each pressure surge represents a particularly reliable possibility of determining the time of the pressure profile at the time at which the pressure profile section coincides with the stored pressure profile section.
  • the slope can be evaluated in a simple manner by the control unit and enables simple and reliable identification of a match with the stored pressure profile section.
  • the sole recording of the pressure curve via the control unit already permits reliable identification of the stored pressure curve section on the determined pressure curve. According to a particularly advantageous development of the invention, however, it is provided that the control unit recognizes and records the number of pressure surges driving the working piston during a working process and / or the adjustment path of the working piston during the working process.
  • the adjustment path and / or the number of pressure surges since the start of the work process are also determined by suitable sensors and recorded in the control unit.
  • the possibility of recording the number of pressure surges and / or the adjustment path makes it possible to exclude error detections, for example on the basis of a pressure profile similar to the stored pressure profile section at the start of the work process.
  • the additionally recorded values thus enable the detection area to be limited, so that the recorded printing process is not compared with the stored pressure profile section until a predetermined adjustment path of the working piston and / or a predetermined number of pressure surges has elapsed.
  • the detection of the pressure curve of the hydraulic pressure of the hydraulic pump by the control unit can in principle take place in any manner, whereby the pressure curve can also be continuously monitored. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, however, it is provided that the control unit determines the pressure profile by cyclically determining the hydraulic pressure during the work process.
  • the sampling frequency is chosen such that the maximum values, the minimum values and the reversal points of the pressure curve are reliably determined during a pressure surge.
  • a cyclical sampling of the pressure curve with a fixed sampling frequency which is high enough to determine all important sections and characteristic values of the pressure curve, allows a particularly precise and real-time monitoring of the pressure curve by the control unit and comparison with the stored pressure curve section.
  • control unit is designed to smooth the recorded pressure curve in order to improve the recognition accuracy in a supplementary manner.
  • An interruption of the pneumatic drive for example a shutdown of the compressed air driving the pneumatic drive, can in principle take place in any manner.
  • the control unit interrupts the pneumatic drive via a check valve that can be switched by the control unit if the detected pressure curve matches the stored pressure curve section.
  • a shut-off valve which can be controlled via the control unit and which is preferably used to shut off the compressed air driving the pneumatic unit enables the work process to be terminated immediately in the event that the control unit detects a completion of the work process on the basis of a match between the stored pressure history section and the recorded pressure history .
  • control unit is also designed to use the recorded pressure curve and its characteristic points on the corresponding curve, for example maxima, minima, and their differences in the case of individual pressure surges to determine the entire displacement path of the working piston until the end of the working process.
  • the control unit can then be used, for example, to calculate the material thickness of the components to be connected or to maintain certain length parameters.
  • the hydraulic tool according to the invention is characterized by a pressure detection unit connected to a control unit for determining a pressure profile of the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump during a work process, the control unit being designed to balance the pressure profile with a stored pressure profile section and being coupled to an interruption unit such that the drive is interrupted by the pneumatic unit or the hydraulic pump if the pressure curve matches that in the stored pressure curve section.
  • the hydraulic tool according to the invention in particular the riveting tool, has a pneumatic drive and a hydraulic pump driven by the pneumatic unit, in a known manner, with the ratio of the areas of a drive piston caused by pressurized the compressed air or pressurizing the hydraulic medium, a pressure translation takes place in which a low pneumatic pressure is converted into a high hydraulic pressure.
  • the hydraulic tool in particular the riveting tool, has a control unit which is connected to a pressure detection unit, by means of which the hydraulic pressure generated during a work process and continuously increasing is detected.
  • the control unit also detects and compares the detected pressure curve with a pressure curve section stored, for example, in a memory unit connected to the control unit. If the control unit determines that the pressure curve or the pressure curve corresponds in its course to a stored pressure curve section, then the control unit controls an interruption unit with which the hydraulic pump, for example by opening a bypass line for the hydraulic fluid or the drive by the pneumatic unit, for example Interruption of compressed air supply, is interrupted.
  • the hydraulic tool according to the invention takes advantage of the fact that the pressure curve during a work process, i. H. starting from the starting position of the hydraulically adjustable working piston rises to its end position and, over time, has different characteristics, for example gradients. If the pressure curve determined by the control unit agrees with the stored pressure curve, it follows from this that the work process, for example the setting of a rivet, has ended.
  • the stored pressure profile section corresponds to a previously determined pressure profile, in which, for example, a rivet is set in the prescribed manner, with the rivet, for example, establishing a sufficiently stable connection without the components to be connected being deformed by the tool or the rivet.
  • the hydraulic tool according to the invention in particular the riveting tool, therefore makes it possible to determine when the work process, for example setting a rivet, is completed on the basis of the sole consideration of the pressure curve. Thickness tolerances, for example of components to be connected, are compensated for by the fact that the pressure curve, in contrast to the case, for example, with a predetermined adjustment length, indicates that the work process has ended.
  • the hydraulic tool according to the invention in particular the riveting tool, thus allows a particularly reliable production of rivet connections with constant quality regardless of the tolerances of the components to be connected.
  • the control unit has a programmable microprocessor and a writable memory unit.
  • the use of a microprocessor and a writable memory unit make it possible to make adjustments to the riveting tool in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the area of application of the riveting tool according to this development of the invention is thus increased in a supplementary manner.
  • the interruption unit for switching off the pneumatic unit can in principle be designed in any manner. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, however, it is provided that the interruption unit has a switchable pneumatic valve.
  • a pneumatic valve which can be regulated via the control unit, makes it possible to switch off the pneumatic unit immediately upon detection of the end of the work process and thus to end the work process.
  • the pneumatic valve can, for example, be designed in such a way that it breaks the compressed air driving the pneumatic unit.
  • the hydraulic tool has a displacement sensor connected to the control unit for determining the adjustment path of the working piston and / or a pressure surge sensor for determining the number of pressure surges carried out during the working process.
  • a displacement sensor and / or a pressure surge sensor counting the pressure surges of the drive piston makes it possible to exclude areas of the pressure curve, for example at the beginning of the work process, in which it has been proven that the work process cannot yet be completed. Error detections can be excluded particularly reliably by this embodiment of the invention.
  • a pressure surge sensor is, for example, a conventional pressure sensor that is suitable for detecting the individual pressure surges.
  • the hydraulic pressure is generated via an intermittently driven working piston of a pneumatic unit, each working stroke of the working piston causing a pressure surge in the pressure curve of the hydraulic pressure, from which the waveform of the curve of the hydraulic pressure results.
  • the working process begins with the adjustment of the drive piston from its starting position at the beginning 1 of the pressure curve, represented as curve 11 and representing the course of the hydraulic pressure when a rivet is set.
  • the rivet to be set by the working piston comes into contact with the components to be riveted at the course point 2 after the free travel has ended.
  • the hydraulic pressure then increases during the penetration phase 3 of the rivet into the components.
  • the penetration phase 3 is followed by the deformation phase 4 of the rivet, which is completed at the setting point 6, with a further increase in the hydraulic pressure.
  • An adjustment 5 going beyond the setting point represents the pressure curve of the hydraulic pressure when the piston moves to a block, as a result of which the rivet connection would be destroyed and the components to be connected damaged.
  • the control unit of the hydraulic tool detects the curve 11 of the pressure curve and continuously monitors this for the presence of the curve section in the setting point 6. If the control unit detects that the curve 11 of the pressure curve coincides with the curve section stored for the setting point 6, the setting process, e.g. by interrupting the drive of the pneumatic unit.
  • the parameters of the pressure curve used to compare the recorded pressure curve with the stored pressure curve can be freely selected. For example, these can follow a pressure surge by comparing the maxima 7, the minima 8 and / or the reversal points 9 (cf. Figure 2 ). Both the time difference between the curve characteristics of adjacent pressure surges and the pressure difference of adjacent pressure surges can be used for the assessment.
  • the slope 10a, 10b resulting from the maxima of the pressure surges is recorded, which is compared with an slope of the stored pressure curve (cf. Figure 3 ).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung von pneumatisch angetriebenen Hydraulikwerkzeugen, insbesondere Nietwerkzeugen mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolben. Ferner betrifft die Erfindung ein Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolben. Um ein Verfahren zur automatischen Steuerung von pneumatisch angetriebenen Hydraulikwerkzeugen sowie ein pneumatisch angetriebenes Hydraulikwerkzeug bereit zu stellen, welches eine zuverlässige Ausführung der ausgeführten Arbeitsvorgänge, insbesondere Nietvorgänge, gewährleistet, ist vorgesehen, dass eine Steuerungseinheit den Druckverlauf des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks während des Arbeitsvorgangs sensorisch erfasst und bei Übereinstimmung des Druckverlaufs mit einem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt einen weiteren Anstieg des hydraulischen Drucks blockiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung von pneumatisch angetriebenen Hydraulikwerkzeugen, insbesondere Nietwerkzeugen mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolben. Ferner betrifft die Erfindung ein Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolben.
  • Bei der Verwendung von pneumatisch angetriebenen, hydraulisch wirkenden Hydraulikwerkzeugen der eingangs genannten Art erfolgt zur Erzeugung der bspw. zum Setzen von Nieten erforderlichen Drücke eine Umsetzung eines geringen Pneumatikdrucks in einen hydraulischen Arbeitsdruck. Dieser ist ausreichend, um den mit einem Werkzeug, bspw. einem Nieteinsatz verbundenen Arbeitskolben mit der zum Durchführen des Arbeitsvorgangs, bspw. dem Setzen von Nieten erforderlichen Kraft zu verstellen.
  • Die die Hydraulikpumpe antreibende Pneumatikeinheit weist dabei üblicherweise einen durch Druckluft angetriebenen Antriebskolben auf, welcher in einem Arbeitsraum zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung verstellbar ist, wobei der Arbeitskolben bei jedem als Druckstoß bezeichneten Arbeitshub Hydraulikflüssigkeit unter Druck in einen Arbeitsraum befördert, wobei durch den Hydraulikdruck der Arbeitskolben des Hydraulikwerkzeugs verstellt wird. Über die unterschiedlichen Querschnitte der Kolbenflächen wird dabei der an dem Pneumatikantrieb zur Verfügung stehende Druck in einen hohen hydraulischen Arbeitsdruck umgesetzt. Die Hydraulikwerkzeuge werden zu unterschiedlichen Zwecken verwendet, bspw. im Werkstattbetrieb zur Fahrzeugreparatur wobei das Hydraulikwerkzeug bspw. zum Setzen von Nieten verwendet wird.
  • Die zu verarbeitenden Materialien, bspw. zu verbindenden Bauteile weisen dabei unterschiedliche Eigenschaften, wie Materialeigenschaften, Dicken, Festigkeiten oder dgl. auf. Auch übereinstimmende Bauteile weisen häufig Toleranzen auf, die bei identisch ausgeführten Arbeitsvorgängen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. In jedem Fall ist jedoch bei einem Nietvorgang zu gewährleisten, dass der bspw. zwei Bleche verbindende Niet in seiner bestimmungsgemäßen Weise gesetzt wird, um so eine stabile Verbindung der zu verbindenden Bauteile zu gewährleisten.
  • Derzeit ist es bekannt, zur Erzeugung einer korrekten Nietverbindung empirische Daten zur Einstellung des Hydraulikwerkezugs zu verwenden, wobei hierzu in Abhängigkeit von dem jeweiligen Arbeitsvorgang von dem Benutzer eine entsprechende Bedienung des Hydraulikwerkzeugs erfolgen, bzw. dieses entsprechend eingestellt werden muss. Das Vorliegen korrekter Vorgaben für die jeweiligen Arbeitsvorgänge ist Grundvoraussetzung für eine ordnungsgemäße Durchführung des Nietvorgangs. Darüber hinaus ist von den Bedienern eine korrekte Umsetzung der Vorgaben erforderlich, um ein ordnungsgemäßes Arbeitsergebnis zu erreichen. Unzureichende Daten zur Durchführung der Arbeitsvorgänge sowie Fehler bei der Bedienung des Hydraulikwerkzeugs führen jedoch häufig dazu, dass bspw. Nietverbindungen nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden, d. h., dass der Niet nicht vollständig gesetzt oder es aufgrund einer zu hohen Druckeinwirkung zu einer Beschädigung der zu verbindenden Bauteile kommt.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur automatischen Steuerung von pneumatisch angetriebenen Hydraulikwerkzeugen sowie ein pneumatisch angetriebenes Hydraulikwerkzeug bereit zu stellen, welches eine zuverlässige Ausführung der ausgeführten Arbeitsvorgänge, insbesondere Nietvorgänge, gewährleistet.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Hydraulikwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 - 7, vorteilhafte Weiterbildung des Hydraulikwerkzeugs in den Unteransprüchen 8 - 10 dargestellt.
  • Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass eine Steuerungseinheit den Druckverlauf des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks während des Arbeitsvorgangs sensorisch erfasst und bei Übereinstimmung des Druckverlaufs mit einem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt einen weiteren Anstieg des hydraulischen Drucks blockiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich den Umstand zu Nutze, dass der hydraulische Druck ausgehend vom Beginn des Arbeitsvorgangs bis zu der Beendigung des Arbeitsvorgangs, bspw. einem abgeschlossenen Setzvorgang eines Nietes, ansteigt. Der als Druckkurve erfassbare Druckverlauf steigt dabei nicht kontinuierlich, sondern in Wellenbewegungen an, welche aus den einzelnen Druckstößen resultieren, die durch den intermittierend arbeitenden Antriebskolben des Pneumatikantriebs hervorgerufen werden. So resultiert aus jedem Druckstoß ein zugeordneter Druckverlauf des Hydraulikdrucks, bei dem dieser von einem lokalen Minimum bis zu einem lokalen Maximum ansteigt und anschließend wieder bis zu einem lokalen Minimum abfällt, um mit erneutem Druckstoß zu einem weiteren lokalen Maximum anzusteigen.
  • Durch die Steuerungseinheit wird der Druckverlauf bzw. die Druckkurve während des gesamten Arbeitsvorgangs, d. h. von der Ausgangsstellung des Arbeitskolbens bis zu dessen Endstellung überwacht und dahingehend überprüft, ob der Druckverlauf mit einem zuvor hinterlegten und gespeicherten Druckverlaufsabschnitt übereinstimmt. Der gespeicherte Druckverlaufsabschnitt entspricht dabei dem Zeitpunkt des Arbeitsvorgangs, an dem dieser vollständig abgeschlossen ist, bspw. ein Niet optimal gesetzt ist, d. h. zuverlässig an den Oberflächen bspw. zu verbindender Bleche anliegt, gleichzeitig aber nicht zu deren Verformungen führt. Der gespeicherte Druckverlaufsabschnitt - ein Abschnitt der Druckkurve - wurde dabei zuvor ermittelt und kann nachfolgend für sämtliche Nietvorgänge verwendet werden, nachdem dieser Druckverlaufsabschnitt unabhängig von bspw. Dickentoleranzen zu verbindender Bleche ist und daher durchgängig die erfolgreiche Beendigung eines Arbeitsvorgangs anzeigt.
  • Durch die Steuerungseinheit wird bei einer vorbestimmten Übereinstimmung des während des Arbeitsvorgangs ermittelten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt ein weiterer Anstieg des hydraulischen Drucks blockiert, wozu bspw. nach einer Weiterbildung der Erfindung eine den Pneumatikantrieb antreibende Druckluftzufuhr unterbrochen oder über ein geeignetes, ansteuerbares Ventil ein Bypass für die Hydraulikflüssigkeit geöffnet wird. Der Grad der Übereinstimmung ist dabei in der Steuerungseinheit festlegbar, um so zu gewährleisten, dass bereits bei hinreichender Übereinstimmung des ermittelten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt der Arbeitsvorgang unterbrochen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit unabhängig von dem Bediener oder empirisch ermittelten spezifischen Daten für einzelne Verbindungsarten einen Arbeitsvorgang zuverlässig durchzuführen, bspw. Nieten in optimaler Weise zu setzen, wobei hierzu der Druckverlauf während des Arbeitsvorgangs dahingehend überwacht wird, dass bei einem bestimmten Verlauf der Druckverlaufskurve der Arbeitsvorgang unterbrochen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet in besonders zuverlässiger und einfacher Weise, dass die mit dem Hydraulikwerkzeug durchzuführenden Arbeitsvorgänge, insbesondere Nietvorgänge, mit hoher Qualität unabhängig von bspw. unterschiedlichen Materialdicken oder auch Abweichungen in der Materialdicke der zu verbindenden Bleche ausgeführt werden.
  • Eine Blockierung eines weiteren Anstiegs des hydraulischen Drucks bei Vorliegen einer Übereinstimmung des erfassten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlauf kann grundsätzlich in beliebiger Weise realisiert werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerungseinheit bei Übereinstimmung von erfasstem Druckverlauf mit dem gespeicherten Druckverlauf den Pneumatikantrieb unterbricht. Diese Ausgestaltung stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, einen weiteren Druckanstieg zu verhindern.
  • Der Abgleich des gespeicherten Druckverlaufsabschnitts mit dem überwachten Druckverlauf durch die Steuerungseinheit kann unter Berücksichtigung beliebiger Parameter der Drucckurve erfolgen. Im Rahmen einer kontinuierlichen Überwachung des Druckverlaufs durch die Steuerungseinheit kann dieser, bzw. die Druckkurve, bspw. dahingehend überprüft werden, ob deren Verlauf mit dem hinterlegten Druckverlaufsabschnitt übereinstimmt.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerungseinheit den gespeicherten Druckverlaufsabschnitt mit dem ermittelten Druckverlauf in folgender Weise abgleicht: Durch Vergleich
    • des maximalen hydraulischen Drucks eines Druckstoßes,
    • des minimalen hydraulischen Drucks eines Druckstoßes,
    • der Differenz und/oder der Steigung des Druckverlaufs zwischen den maximalen hydraulischen Drücken benachbarter Druckstöße,
    • der Differenz und/oder der Steigung des Druckverlaufs zwischen den minimalen hydraulischen Drücken benachbarter Druckstöße,
    • der Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen hydraulischen Druck eines Druckstoßes,
    • des Umkehrpunkts des Druckverlaufs eines Druckstoßes und/oder der Zeitdifferenz zwischen den maximalen hydraulischen Drücken, minimalen hydraulischen Drücken und/oder Umkehrpunkten des Druckverlaufs eines Druckstoßes.
  • Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung stehen unterschiedliche Parameter der Drucckurve zur Verfügung, um anhand dieser den Druckverlauf während des Arbeitsvorgangs zu identifizieren, welcher dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt entspricht. Insbesondere die Identifikation des gespeicherten Druckverlaufsabschnitts durch Abgleich der sich für jeden Druckstoß ergebenden Steigung, stellt eine besonders zuverlässige Möglichkeit dar, während des Arbeitsvorgangs den Zeitpunkt des Druckverlaufs zu ermitteln, an dem dieser mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt übereinstimmt. Die Steigung lässt sich dabei durch die Steuerungseinheit in einfacher Weise auswerten und ermöglicht eine einfache und zuverlässige Identifizierung einer Übereinstimmung mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt.
  • Darüber hinaus bieten auch die weiteren vorstehend beschriebenen Möglichkeiten, wobei jeweils zu dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt entsprechende Werte hinterlegt sind, zuverlässige Möglichkeiten zur Identifizierung des erfolgreich beendeten Arbeitsvorgangs.
  • Grundsätzlich erlaubt bereits die alleinige Erfassung des Druckverlaufs über die Steuerungseinheit eine zuverlässige Identifizierung des gespeicherten Druckverlaufsabschnitts an der ermittelten Druckverlaufskurve. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerungseinheit die Anzahl der den Arbeitskolben antreibenden Druckstöße während eines Arbeitsvorgangs und/oder den Verstellweg des Arbeitskolbens während des Arbeitsvorgangs erkennt und erfasst.
  • Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung wird neben dem Druckverlauf des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks zudem durch geeignete Sensoren der Verstellweg und/oder die Anzahl der Druckstöße seit Beginn des Arbeitsvorgangs ermittelt und im Rahmen der Steuerungseinheit erfasst. Die Möglichkeit zur Erfassung der Anzahl der Druckstöße und/oder des Verstellwegs erlaubt es, Fehlerkennungen, bspw. auf Grund eines mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt ähnlichen Druckverlauf zu Beginn des Arbeitsvorgangs auszuschließen. So ermöglichen die zusätzlich erfassten Werte den Erkennungsbereich einzugrenzen, sodass ein Abgleich des erfassten Druckvorgangs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt erst nach Verstreichen eines vorbestimmten Verstellweges des Arbeitskolbens und/oder einer vorgegebenen Anzahl von Druckstößen erfolgt. Dabei wird zu Grunde gelegt, dass ein vordefinierter Verstellweg bzw. eine Anzahl von Druckstößen zwingend vor Beendigung des Arbeitsvorgangs erforderlich ist, sodass zuvor möglicherweise vorliegende Übereinstimmungen des Druckverlaufs mit dem Druckverlaufsabschnitt unberücksichtigt bleiben können. Diese Weiterbildung der Erfindung verbessert somit die Erkennungsgenauigkeit der Beendigung des Arbeitsvorgangs in ergänzender Weise.
  • Die Erfassung des Druckverlaufs des hydraulischen Drucks der Hydraulikpumpe durch die Steuerungseinheit kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen, wobei auch eine kontinuierliche Überwachung des Druckverlaufs erfolgen kann. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerungseinheit den Druckverlauf durch taktweise Ermittlungen des hydraulischen Drucks während des Arbeitsvorgangs ermittelt. Die Abtastfrequenz ist dabei derart gewählt, dass die Maximalwerte, die Minimalwerte und die Umkehrpunkte des Druckverlaufs während eines Druckstoßes zuverlässig ermittelt werden. Eine taktweise Abtastung des Druckverlaufs mit einer festgelegten Abtastfrequenz, die hoch genug ist, um alle wichtigen Abschnitte sowie charakteristischen Werte der Druckkurve zu ermitteln, erlaubt eine besonders präzise sowie in Echtzeit erfolgende Überwachung des Druckverlaufs durch die Steuerungseinheit und Abgleich mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt. Diese Weiterbildung der Erfindung steigert somit die Erkennungsgenauigkeit sowie die sofortige Beendigung des Arbeitsvorgangs bei Erreichen des gespeicherten Druckverlaufsabschnitts. Besonders vorteilhafter Weise ist dabei ferner vorgesehen, dass die Steuerungseinheit zur Glättung des erfassten Druckverlaufs ausgebildet ist, um die Erkennungsgenauigkeit in ergänzender Weise verbessern.
  • Eine Unterbrechung des Pneumatikantriebs, bspw. eine Abschaltung der den Pneumatikantrieb antreibenden Druckluft kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerungseinheit bei Übereinstimmung des erfassten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt über ein durch die Steuerungseinheit schaltbares Sperrventil den Pneumatikantrieb unterbricht. Die Verwendung eines über die Steuerungseinheit ansteuerbares Sperrventils, welches bevorzugt dazu verwendet wird, die die Pneumatikeinheit antreibende Druckluft abzusperren, ermöglicht eine sofortige Beendigung des Arbeitsvorgangs für den Fall, dass die Steuerungseinheit aufgrund einer Übereinstimmung des gespeicherten Druckverlaufsabschnitts mit dem erfassten Druckverlauf eine Beendigung des Arbeitsvorgangs erkennt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner dazu ausgebildet, anhand des aufgenommenen Druckverlaufs und dessen charakteristischen Punkte auf der entsprechenden Kurve, bspw. Maxima, Minima sowie deren Differenzen bei einzelnen Druckstößen den gesamten Verstellweg des Arbeitskolbens bis zur Beendigung des Arbeitsvorgangs zu ermitteln, wobei über die Steuereinheit dann bspw. die Materialdicke der zu verbindenden Bauteile berechnet oder bestimmte Längenparameter eingehalten werden können.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikwerkzeug ist gekennzeichnet durch eine mit einer Steuerungseinheit verbundene Druckerfassungseinheit zur Ermittlung eines Druckverlaufs des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks während eines Arbeitsvorgangs, wobei die Steuerungseinheit zum Abgleich des Druckverlaufs mit einem gespeichertem Druckverlaufsabschnitt ausgebildet und derart mit einer Unterbrechungseinheit gekoppelt ist, dass der Antrieb durch die Pneumatikeinheit oder die Hydraulikpumpe bei Übereinstimmung des Druckverlaufs mit dem im gespeicherten Druckverlaufsabschnitt unterbrochen wird.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikwerkezug, insbesondere Nietwerkzeug, weist in bekannter Weise einen Pneumatikantrieb sowie eine durch die Pneumatikeinheit angetriebene Hydraulikpumpe auf, wobei über die Verhältnisse der Flächen eines Antriebskolben, die durch die Druckluft beaufschlagt bzw. das Hydraulikmedium mit Druck beaufschlagen, eine Druckübersetzung erfolgt, bei der ein niedriger pneumatischer Druck in einen hohen hydraulischen Druck umgewandelt wird.
  • Erfindungsgemäß weist das Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug, eine Steuerungseinheit auf, die in Verbindung mit einer Druckerfassungseinheit steht, mittels der der während eines Arbeitsvorgang erzeugte und dabei kontinuierlich ansteigende hydraulische Druck erfasst wird. Die Steuerungseinheit erfasst und gleicht darüber hinaus den erfassten Druckverlauf mit einem bspw. in einem mit der Steuerungseinheit verbundenen Speichereinheit hinterlegten Druckverlaufsabschnitt ab. Ermittelt die Steuerungseinheit, dass der Druckverlauf bzw. die Druckkurve in ihrem Verlauf einem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt entspricht, dann steuert die Steuerungseinheit eine Unterbrechungseinheit an, mit der die Hydraulikpumpe bspw. durch Öffnen einer Bypassleitung für die Hydraulikflüssigkeit oder der Antrieb durch die Pneumatikeinheit, bspw. durch Unterbrechung der Druckluftzufuhr, unterbrochen wird.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikwerkzeug macht sich dabei den Umstand zu Nutze, dass die Druckverlaufskurve während eines Arbeitsvorgangs, d. h. ausgehend von der Ausgangsstellung des hydraulisch verstellbaren Arbeitskolbens bis in dessen Endlage ansteigt und dabei zeitlich betrachtet unterschiedliche Charakteristika, bspw. Steigungen besitzt. Stimmt der durch die Steuerungseinheit ermittelte Druckverlauf mit dem hinterlegten Druckverlauf überein, dann folgt hieraus, dass der Arbeitsvorgang, bspw. das Setzen einer Niete, beendet ist. Der hinterlegte Druckverlaufsabschnitt entspricht dabei einem zuvor ermittelten Druckverlauf, bei dem bspw. eine Niete in vorgeschriebener Weise gesetzt ist, wobei durch die Niete bspw. eine ausreichend stabile Verbindung hergestellt wurde, ohne dass die zu verbindenden Bauteile durch das Werkzeug oder die Niete verformt werden.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug, erlaubt es somit aufgrund der alleinigen Betrachtung des Druckverlaufs festzustellen, wann der Arbeitsvorgang, bspw. Setzen eines Niets, abgeschlossen ist. Dickentoleranzen, bspw. zu verbindender Bauteile, werden dabei dadurch ausgeglichen, dass der Druckverlauf, anders als dies bspw. bei einer vorgegebenen Verstelllänge der Fall ist, eine Beendigung des Arbeitsvorgangs anzeigt.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug, erlaubt somit eine besonders zuverlässige Herstellung von Nietverbindungen mit gleichbleibender Qualität unabhängig von Toleranzen der zu verbindenden Bauteile.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit einen programmierbaren Mikroprozessor und eine beschreibbare Speichereinheit aufweist. Die Verwendung eines Mikroprozessors sowie einer beschreibbaren Speichereinheit ermöglich es, Anpassungen des Nietwerkzeugs in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durchzuführen. Der Einsatzbereich des Nietwerkzeugs gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung wird somit in ergänzender Weise gesteigert.
  • Die Ausgestaltung der Unterbrechungseinheit zur Abschaltung der Pneumatikeinheit kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Unterbrechungseinheit ein schaltbares Pneumatikventil aufweist. Die Verwendung eines Pneumatikventils, welches über die Steuerungseinheit geregelt werden kann, erlaubt es bei Feststellung der Beendigung des Arbeitsvorgangs unmittelbar die Pneumatikeinheit abzuschalten und damit den Arbeitsvorgang zu beenden. Das Pneumatikventil kann bspw. derart ausgestaltet sein, dass durch dieses die die Pneumatikeinheit antreibende Druckluft unterbrochen wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Hydraulikwerkzeug einen mit der Steuerungseinheit verbundenen Wegsensor zur Ermittlung des Verstellweges des Arbeitskolbens und/oder einen Druckstoßsensor zur Ermittlung der Anzahl der während des Arbeitsvorgangs vorgenommenen Druckstöße aufweist. Die Verwendung eines Wegsensors und/oder eines die Druckstöße des Antriebskolbens zählenden Druckstoßsensoren erlaubt es, Bereiche des Druckverlaufs auszuschließen, bspw. zu Beginn des Arbeitsvorgangs, in denen nachgewiesenermaßen der Arbeitsvorgang noch nicht beendet sein kann. Fehlerkennungen können durch diese Ausgestaltung der Erfindung besonders zuverlässig ausgeschlossen werden. Bei einem Druckstoßsensor handelt es sich bspw. um einen herkömmlichen Drucksensor, der zur Erfassung der einzelnen Druckstöße geeignet ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1
    den Verlauf des hydraulischen Drucks eines Hydraulikwerkzeugs beim Setzen eines Niets;
    Figur 2
    ein Ausschnitt aus dem Verlauf des hydraulischen Drucks aus Figur 1;
    Figur 3
    eine aus den Maximalwerten des hydraulischen Drucks einzelner Druckstöße gebildete Kurve des Verlaufs des hydraulischen Drucks beim Setzen eines Niets.
  • In Figur 1 ist der durch ein Hydraulikwerkzeug während eines Arbeitsvorgangs, d. h. bei der Verstellung eines hydraulisch angetriebenen Arbeitskolbens von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung erzeugte, die Verstellung des Arbeitskolbens bewirkende hydraulische Druck als geglättete Kurve 11 des Druckverlaufs dargestellt.
  • Der hydraulische Druck wird dabei über einen intermittierend durch Druckluft angetriebenen Arbeitskolben einer Pneumatikeinheit erzeugt, wobei jeder Arbeitshub des Arbeitskolbens einen Druckstoß im Druckverlauf des hydraulischen Drucks bewirkt, aus der sich die Wellenform des Verlaufs des hydraulischen Drucks ergibt.
  • In dem in Figur 1 als Kurve 11 dargestellten, den Verlauf des hydraulischen Drucks beim Setzen eines Niets darstellenden Ausführungsbeispiel beginnt der Arbeitsvorgang mit der Verstellung des Antriebskolbens aus seiner Ausgangsstellung zu Beginn 1 des Druckverlaufs. Nach der Verstellung des Arbeitskolbens über einen widerstandslosen Leerweg ohne Druckanstieg gelangt die durch den Arbeitskolben zu setzende Niete nach Beendigung des Leerwegs im Verlaufspunkt 2 in Kontakt mit den zu nietenden Bauteilen. Ausgehend von dem Verlaufspunkt 2 steigt dann der hydraulische Druck während der Eindringphase 3 des Niets in die Bauteile an. An die Eindringphase 3 schließt sich mit weiterem Anstieg des hydraulischen Drucks die Verformungsphase 4 des Niets an, die am Setzpunkt 6 abgeschlossen ist.
  • Eine über den Setzpunkt hinausgehende Verstellung 5 stellt den Druckverlauf des hydraulischen Drucks beim "auf Block fahren" des Arbeitskolbens dar, im Rahmen derer es zu einer Zerstörung der Nietverbindung und Beschädigung der zu verbindenden Bauteile kommen würde.
  • Die Steuereinheit des Hydraulikwerkzeugs erfasst die Kurve 11 des Druckverlaufs und überwacht diese kontinuierlich auf das Vorliegen des Kurvenabschnitts im Setzpunkt 6. Erkennt die Steuerungseinheit, dass die Kurve 11 des Druckverlaufs mit dem für den Setzpunkt 6 hinterlegten Kurvenabschnitt übereinstimmt, dann wird der Setzprozess, bspw. durch Unterbrechung des Antriebs der Pneumatikeinheit, beendet.
  • Die zum Abgleich von erfasstem Druckverlauf mit dem gespeicherten Druckverlauf verwendeten Parameter der Druckkurve sind frei wählbar. So können diese bspw. anhand eines Abgleichs der Maxima 7, der Minima 8 und/oder der Umkehrpunkte 9 eines Druckstoßes folgen (vgl. Figur 2). Dabei kann sowohl die Zeitdifferenz zwischen den Kurvencharakteristika benachbarter Druckstöße als auch die Druckdifferenz benachbarter Druckstöße zur Beurteilung verwendet werden. So erfolgt nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Erfassung der sich aus der Maxima der Druckstöße resultierenden Steigung 10a, 10b, die mit einer Steigung des hinterlegten Druckverlaufs abgeglichen wird (vgl. Figur 3).
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Beginn Arbeitsvorgang
    2
    Verlaufspunkt
    3
    Eindringphase
    4
    Verformungsphase
    5
    Verstellung "auf Block"
    6
    Setzpunkt
    7
    Maxima Druckstoß
    8
    Minima Druckstoß
    9
    Umkehrpunkt Druckstoß
    10a, 10b
    Steigung
    11
    Druckverlaufskurve

Claims (11)

  1. Verfahren zur automatischen Steuerung von pneumatisch angetriebenen Hydraulikwerkzeugen, insbesondere Nietwerkzeugen mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolbens,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Steuerungseinheit den Druckverlauf des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks während des Arbeitsvorgangs sensorisch erfasst und bei Übereinstimmung des Druckverlaufs mit einem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt einen weiteren Anstieg des hydraulischen Drucks blockiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit bei Übereinstimmung des erfassten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlauf den Peumatikantrieb unterbricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit die Anzahl der den Arbeitskolben antreibenden Druckstöße während eines Arbeitsvorgangs und/oder den Verstellweg des Arbeitskolbens während des Arbeitsvorgangs erkennt und erfasst.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit den Druckverlauf durch taktweise Ermittlung des hydraulischen Drucks während des Arbeitsvorgangs ermittelt, wobei die Abtastrate derart gewählt ist, dass die Maximalwerte, die Minimalwerte und die Umkehrpunkte des Druckverlaufs während eines Druckstoßes ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit zur Glättung des erfassten Druckverlaufs vor der Überprüfung auf Übereinstimmung mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt glättet.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit den gespeicherten Druckverlaufsabschnitt durch Vergleich
    - des maximalen hydraulischen Drucks eines Druckstoßes,
    - des minimalen hydraulischen Drucks eines Druckstoßes,
    - der Differenz und/oder der Steigung des Druckverlaufs zwischen den maximalen hydraulischen Drücken benachbarter Druckstöße,
    - der Differenz und/oder der Steigerung des Druckverlaufs zwischen den minimalen hydraulischen Drücken benachbarter Druckstöße,
    - der Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen hydraulischen Druck eines Druckstoßes,
    - des Umkehrpunkts des Druckverlaufs eines Druckstoßes und/oder
    - der Zeitdifferenz zwischen dem maximalen hydraulischen Druck, dem minimalen hydraulischen Druck und/oder der Umkehrpunkte des Druckverlaufs eines Druckstoßes
    auf Übereinstimmung mit dem erfassten Druckverlauf prüft.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit bei Übereinstimmung des erfassten Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt über ein durch die Steuerungseinheit schaltbares Sperrventil den Pneumatikantrieb unterbricht.
  8. Hydraulikwerkzeug, insbesondere Nietwerkzeug mit einer durch einen Pneumatikantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe zur Verstellung eines mit einem Werkzeug verbindbaren Arbeitskolbens, gekennzeichnet durch eine mit einer Steuerungseinheit verbundenen Druckerfassungseinheit zur Ermittlung eines Druckverlaufs des durch die Hydraulikpumpe erzeugten hydraulischen Drucks während eines Arbeitsvorgangs, wobei die Steuerungseinheit zum Abgleich des Druckverlaufs mit einem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt ausgebildet und derart mit einer Unterbrechungseinheit gekoppelt ist, dass der Antrieb durch die Pneumatikeinheit oder die Hydraulikpumpe bei Übereinstimmung des Druckverlaufs mit dem gespeicherten Druckverlaufsabschnitt unterbrochen wird.
  9. Hydraulikwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit einen programmierbaren Mikroprozessor und eine beschreibbare Speichereinheit aufweist.
  10. Hydraulikwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungseinheit ein mit der Steuerungseinheit verbundenes, schaltbares Pneumatikventil aufweist.
  11. Hydraulikwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen mit der Steuerungseinheit verbundenen Wegsensor zur Ermittlung des Verstellweges des Arbeitskolbens und/oder Druckstoßsensors zur Ermittlung der Anzahl der während des Arbeitsvorgangs vorgenommenen pneumatischen Druckstöße.
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