KR102422557B1 - 인가된 힘을 연결 요소에 적용하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연결 요소가 힘의 적용에 의해 소성 변형되도록 적용된 힘으로 연결 요소에 작용하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 a. 펀치(7.2) 또는 롤링 성형을 위한 전동 요소로서 특별히 설계된 기계 가공 헤드(7)를 포함하는 가동 장착된 헤드부(16)으로서, 상기 기계 가공 헤드(7)는 상기 연결 요소에 접촉하도록 적용된 상기 헤드부(16); b. 상기 헤드부(16)의 길이 방향 축으로 상기 헤드부(16)의 병진을 구동하도록 적용된 제1 구동부(13)로서, 특히 상기 인가된 힘이 상기 기계 가공 헤드(7)로부터 상기 연결 요소에 인가되도록 구동되는 상기 제1 구동부(13); c. 상기 길이 방향 축을 중심으로 상기 기계 가공 헤드(7)의 회전을 구동하도록 적용된 제2 구동부(8)로서, 특히 상기 펀치(7.2)가 적어도 하나의 폐쇄된 곡선을 나타낼 수 있도록 구동되는 상기 제2 구동부(8); d. 상기 제1 구동부(13), 상기 제2 구동부(8), 및 상기 헤드부(16)를 수용하기 위한 하우징(3, 4)을 포함하고, 상기 제1 구동부(13) 및 상기 제2 구동부(8)는 전기적으로 구동되고 동축으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

인가된 힘을 연결 요소에 적용하기 위한 장치

본 발명은 연결 요소가 힘의 적용에 의해 소성 변형(plastically deformation)되도록 적용된 힘으로 연결 요소에 작용하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 장치를 작동시키는 방법 및 전기 리벳팅(riveting) 기계로서 상기 장치를 사용하는 것에 관한 것으로, 모두 독립항들의 전문(preambles)에 따른다.

지금 당분간은, 변형의 수단을 통해 부착되어야 할 요소들 사이에 양성 결합(positive engagement)을 허용하는 연결 요소들의 수단을 통해 구성 요소들이 부착하는 것이 일반적이다. 통상적으로, 연결 요소는 연결될 구성 요소들과 완전히 포괄적인 작동 연결로 된다. 소성 변형(plastic deformation) 전에 이 작동 연결은 탈착이 가능하다. 연결 요소의 소성 변형은 구성 요소들의 양성 결합 연결의 생성을 초래한다.

연결 요소에 가해지는 힘을 이용하여 연결을 만드는 기존의 방법 중 하나는 리벳팅(riveting)이다. 리벳팅에서, 소성 변형 후 원래 모양으로 돌아 가지 않는 금속, 합금 또는 플라스틱으로 구성된 연결 요소가 사용된다. 리벳팅 중, 리벳은 결합될 두 요소들을 통해 연장된 보어(bore)에 삽입된다. 그런 다음 리벳이 기계적으로 변형되어 오버행(overhang)의 수단에 의해 리벳이 돌출된 양 사이드 중 적어도 하나에서 소성 변형이 일어난다. 원칙적으로 이것은 리벳의 특징적 형상인 "머쉬룸 헤드(mushroom head)"를 생산한다. 특히 안정적인 리벳을 얻기 위해, 편평하고 직선적인 힘의 작용 대신에, 리벳팅 기계가 모든 면에서 성형되는 방식으로 리벳 헤드에 대해 원 운동으로 움직이는 곡선을 기술하면 유용하다고 판명되었다. 이러한 방사상 리벳팅 기술은 완만한 힘으로 리벳의 우수한 상부 구조를 달성하는 것을 가능하게 한다.

WO 2005/007319 A1 (Zemp, T.)은 적어도 하나의 구성 요소에 의해 관통된 구성 요소 연결이 몰딩 기계에 의해 완성되는 그러한 방법을 기술한다. 리벳팅 전에, 예를 들어 몰딩 경로, 몰딩 시간 및 몰딩 력과 같은 힘 적용의 파라미터들을 설정하는 데 사용되는 프로젝션(projection)이 결정된다.

일반적으로 연결 요소들에 힘을 가하는 장치들은 공작 기계들에 수용된다. 이를 달성하기 위해, 기계는 특히 공간을 절약하는 방식으로 유리하게 수용되어야 한다. 종래 기술에서는, 필요한 인가된 힘을 생성하기 위해 유압 또는 공압 구동부를 사용하는 다수의 장치가 공지되어있다. 최신 유압 및/또는 공압 구동부는 대부분의 공작 기계에 쉽게 설치될 수 있도록 적절하게 컴팩트한 디자인으로 생산될 수 있다. 그러나 유압 기계 구동부의 잘 알려진 단점은 공구 챔버가 유압 유체로 오염될 위험이 있다는 것이다. 특히 의료 기술의 생산, 청정성이 요구되는 방 및/또는 정밀 기계에서 이러한 오염은 특히 바람직하지 않다.

FR 2 660 219 (Roslyj, W. et al)는 특히 콤팩트한 리벳팅 장치 중 하나를 설명한다. 이 장치는 유압식으로 구동되는 램(hydraulically driven ram)을 수용하는 고정식 트럭 프레임(fixed truck frame)을 제공하며, 이 램은 또한 회전 장치에 작동 가능하게 연결된다. 충격 액슬(impact axle)은 변형 가능한 재료에 힘을 가하는 펀치에서 끝난다. 그러나 이 장치는 청결 요구 사항이 증가된 공작 기계에 설치하기에 적합하지 않다.

따라서, 콤팩트하며 증가된 청정도 요건을 갖는 공구 챔버에서의 사용을 허용하는 초기에 언급된 유형의 장치가 필요하다. 특히 유지 보수 비용이 적고 공작 기계에 쉽게 통합될 수 있는 초기에 설명된 유형의 장치가 제공되어야 한다.

이 목적은 독립 청구항들의 특징부에 따른 장치, 방법 및 대응하는 용도로 달성된다.

본 발명의 일 양태는 인가된 힘(또는 적용된 힘)(applied force)으로 연결 요소(connection element)에 작용하는 장치에 관한 것이다. 이 인가된 힘은 연결 요소에 작용하여 힘의 행사(exertion)에 의해 소성 변형(plastically deformation)된다. 본 발명에 의해 정의된 바와 같이, 이러한 소성 변형은 다른 몰딩 공정들(molding processes)을 수반할 수 있다. 예를 들어, 그것과 병행하여, 연결 요소의 가열이 일어날 수 있으며, 소성 변형에 의해 생성되는 양성 연결(positive connection)에 부가하여, 결합될 요소들 사이에 비 양성 연결이 생성된다. 특정 실시 예에서, 연결 요소는 이것은 소성 변형의 수단에 의해 상당한 힘의 적용 없이 가역적(reversible)이지 않은 새로운 형상을 취하는데 적합한 금속, 금속 합금 및/또는 플라스틱으로 구성된 연결 요소이다. 바람직하게는, 연결 요소는 이 새로운 형상이 서로 결합되는 요소들이 서로 기계적으로 고정될 수 있도록 설계된다. 이것은, 예를 들어, 결합될 두 개의 요소들을 소성 변형된 오버행(overhang)으로 관통하는 리벳(rivet)의 형태 일 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 또한 기계 가공 헤드(machining head)를 구비한 이동 가능하게 장착된 헤드부를 포함한다. 기계 가공 헤드는 연결 요소와 접촉할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해, 장치는 말단부(distal end) 및 근위 단부(proximal end)를 갖는 것으로서 말할 수 있다. 말단부는 작동 중에 작동될 연결 요소에 가장 가까운 것이다. 장치의 근위 단부는 공작 기계(machine tool)에 작동 가능하게 연결될 수 있는 것이다. 특히 바람직하게, 이 작동 연결은 전기 에너지 및 신호들의 전송이다. 이 실시 예에서, 기계 가공 헤드는 장치의 말단부의 구성 요소이다. 기계 가공 헤드는 바람직하게는 작동될 연결 요소보다 경질인(harder) 재료로 구성된다.

특정 실시 예에서, 기계 가공 헤드는 펀치(punch)이다. 대안적인 실시 예에서, 기계 가공 헤드는 롤링(rolling) 형성을 위한 전동 요소(rolling element)이다. 특히 바람직한 실시 예에서, 전동 요소는 기계 가공되어야 할 연결 요소에 작용하기 위한 롤러들, 콘들(cones), 볼들(balls), 원통형 롤러들(cylindrical rollers), 니들 롤러들(needle rollers), 원추형 롤러들(conical rollers) 및 배럴 롤러들(barrel rollers)로 구성된 그룹으로부터 선택된 복수의 롤링몸체(rolling body, 전동체)들을 가지며; 특히 2 내지 9 개의 롤링 몸체들을 포함한다. 전동체 형태의 기계 가공 헤드는 연결 요소의 칩-프리(chip-free) 성형(shaping)을 달성하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 볼들 및/또는 롤러들에는 몰딩될, 예를 들어, 프로파일링(profiling), 플루팅(fluting) 및/또는 거칠기(roughening)가 형성될 연결 요소로 전달되는 표면 구조들이 제공될 수 있다.

특정 실시 예에서, 상기 장치는 헤드부가 교체 가능하도록 모듈 방식으로 설계된다. 따라서, 예를 들어, 펀치로 설계된 기계 가공 헤드를 가진 헤드부를 롤러 베어링(bearing)으로 설계된 헤드부를 가진 헤드부로 교체하는 것이 가능하다. 헤드부를 동일한 유형의 기계 가공 헤드로 교체하는 것도 가능하다. 이런 식으로, 예를 들어, 기계 가공 헤드의 구경(caliber)을 교체하거나 아주 간단하게 동일한 설계의 헤드부를 대체할 수 있다.

특정 실시 예에서, 헤드부는 기계 가공 헤드, 특히 롤링 헤드와 같은 펀치 또는 전동 요소에 작동 가능하게 연결되고 가역적인 수용을 위한 연결 요소를 포함한다.

본 발명의 목적을 위해, 헤드부는 기계 가공 헤드와 함께 헤드부가 적어도 하나의 축을 따라 이동될 수 있다면 이동 가능하게 장착된 것으로 볼 수 있다. 본 실시 예에서, 헤드부는 장치의 길이 방향 축을 따라 선형으로 지지되어 이동 가능한 헤드부가 장치의 길이 방향 축을 따라 병진 이동(translational movement)을 수행할 수 있는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 장치는 또한 헤드부의 길이방향 축에서 헤드부의 병진(translation)을 구동시키는 데 적합한 제1 구동부를 포함한다. 바람직하게는, 제1 구동부는 상기 인가된 힘이 기계 가공 헤드로부터 연결 요소에 적용되는 방식으로 이러한 병진을 구동하도록 되어 있다. 제1 구동부는 바람직하게는 선형 구동부이다. 특히 바람직하게는, 제1 구동부는 헤드부 전방에 위치하도록 배치된다. 다시 말해서, 제1 구동부는 바람직하게는 헤드부에 대해 상대적으로 장치 내부 근위에 위치된다.

본 발명에 따른 장치는 또한 길이 방향 축을 중심으로 기계 가공 헤드, 특히 펀치의 회전을 구동시키는 데 적합한 제2 구동부를 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 길이방향 축은 장치의 회전의 중심 축으로 정의될 수 있다. 그것은 본질적으로 힘을 가하는 축에 해당하며 장치의 근위 단부로부터 말단부까지 길이 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 제2 구동부는 펀치가 적어도 하나의 폐쇄된 곡선을 형성할 수 있도록 설계된다.

기계 가공 헤드가 적어도 하나의 전동체를 갖는 특정 실시 예에서, 구동부는 적어도 하나의 전동체가 장치의 중심 길이 방향 축을 중심으로 회전될 수 있고, 특히 폐쇄된 곡선을 형성할 수 있도록 설계된다.

기계 가공 헤드가 적어도 하나의 전동체를 갖는 특정 실시 예에서, 기계 가공 헤드는 구동부의 회전 속도를 감소 시키도록 채택된 제2 변속기(transmission)를 포함한다.

본 발명에 따른 장치는 또한 제1 구동부, 제2 구동부 및 헤드부를 수용하기 위한 하우징(housing)을 포함한다.

본 발명에 따른 장치에서, 제1 구동부 및 제2 구동부는 전기적으로 구동되고 동축으로 배열된다. 본 발명의 목적을 위해, 동축 배열은, 예를 들어, 일치하는 회전 축을 구비한 것으로 정의될 수 있다.

특정 실시 예에서, 유압식의(hydraulic) 및/또는 공압의(pneumatic) 구성 요소는 본 발명에 따른 장치에 수용되지 않는다. 특정 실시 예에서, 하우징은 복수의 부분들로 구성된다. 제1 하우징부는 제1 구동부를 수용하도록 설계될 수 있는 반면, 제2 하우징부는 제2 구동부와 함께 헤드부를 수용하도록 설계된다.

특정 실시 예에서, 제2 구동부는 헤드부에 위치된다. 이 실시 예에서, 제 2 구동부는 이동 가능한 방식으로 지지된다. 특정 실시 예에서, 하우징은 하나의 부품으로 구성된다.

특정 실시 예에서, 하우징은 복수의 부분들, 특히 두 개의 부분들로 구성된다. 2-부분들 하우징의 실시 예에서 별도의 하우징부들에 구동부들을 수용하는 것의 한 가지 가능한 이점은 본 발명에 따른 장치의 모듈성(modularity)이다. 당업자는 필요에 따라, 제2 구동부가 사용할 것으로 예상되는 회전 패턴의 측면에서 또는 스트로크 거리 또는 제1 구동부에 의해 공급될 수 있는 인가된 힘에 따라, 그에게 접합한 배치를 모듈식으로 구성할 수 있다.

구동부들은 또한 하우징부들과 독립적으로 교체될 수 있도록 설계될 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 배열은 적어도 하나의 일치하는 회전 축을 갖는 경우 동축으로 정의될 수 있다. 본 예에서, 장치의 길이 방향 축은 제1 구동부 및 제2 구동부의 회전축이다.

본 발명에 따른 장치의 수단 의해, 인가된 힘으로 연결 요소 상에 작용하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 비교적 낮은 공간 요구량을 가지며 콤팩트하고 슬림한 형태로 제조될 수 있다. 이것은 공작 기계에 장치의 통합을 용이하게 한다. 모든 구동-관련 요소들이 하우징 내부에 수용되어 오염이나 노출로부터 보호되므로 유지 보수 비용도 절감된다.

특정 실시 예에서, 하우징은 외부로부터 밀봉된다. 이는, 예를 들어, 서로에 대해 움직이는 두 부분들 사이, 즉 헤드부와 하우징의 내부 벽 사이에 오물 및 먼지가 관통하는 것을 방지하는 밀봉 립(sealing lip)의 수단 의해 달성될 수 있다. 특정 실시 예에서, 제1 구동부는 전기 선형 구동부이다.

장치 내부에서 유압 유체(hydraulic fluid)의 사용을 금지하는 것은 장치가 청정실(clean room)에서 사용될 수 있게 하는 것이 특히 유리하다.

특정 실시 예에서, 제1 구동부는 중공(hollow) 샤프트 모터, 특히 바람직하게는 영구적으로 여기된(excited) 중공 샤프트 모터를 포함한다. 이 같은 공동(cavity)은 나사형 스핀들(threaded spindle)의 스트로크(stroke)를 수용할 수 있고 본 발명에 따른 장치의 보다 콤팩트한 디자인을 달성하는 것을 가능하게 한다.

특정 실시 예에서, 제1 구동부는 또한 롤러 구동부들(roller drives), 볼 구동부들(ball drives), 또는 유성 롤러 웜 구동브들(planetary roller worm drives)로 구성된 그룹으로부터 선택된 웜 구동부(worm drive)를 포함한다. 특히 바람직하게는, 제1 구동부는 헤드부의 전진 움직임을 실행하기 위한 유성 롤러 웜 구동부를 포함한다. 이것은 작은 크기의 실시 예로 동시에 특히 강력한 힘을 공급하는 것을 가능하게 한다.

특정 실시 예에서, 제1 구동부는 5 mm 이하의 스핀들 피치를 갖는 나사형 스핀들을 포함한다. 이를 통해 컴팩트한 디자인으로 동시에 높은 동역학(dynamics)을 달성할 수 있다. 유성 롤러 웜 구동부(planetary roller worm drive)에서, 유성들(planets)은 평행하게 배열된 플루트로 롤링(rolling)될 수 있다. 스핀들 너트(nut)는 유성들의 회전을 가능하게 한다.

특정 실시 예에서, 제2 구동부는 영구적으로 여기된 동기 모터(synchronous motor)를 포함한다. 특정 실시 예에서, 이것은 헤드부에 직접 수용된다. 바람직하게는, 제2 구동부는 제1 구동부에 대해 원위 방향(distally)으로 위치된다.

특히, 제2 구동부는 기계 가공 헤드, 특히 펀치와의 작동 연결(operative connection)을 생성하고 펀치를 회전 운동으로 설정한다. 동기 모터는 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함한다. 특정 실시 예에서, 제2 구동부의 속도는 무한 가변 방식(infinitely variable fashion)으로 제어될 수 있다.

특정 실시 예에서, 하우징은 하우징의 말단부에서 헤드부를 이동시키는 것이 가능한 오리피스(orifice)를 포함한다. 특히, 헤드부는 스트로크에 의해 움직일 수 있다. 특정 실시 예에서, 이 스트로크는 본질적으로 그 종축의 치수와 관련하여 중공 샤프트에 대응한다. 스트로크는 짧은 시간 간격으로 위아래로 양방향으로 제어될 수 있다. 특정 실시 예에서, 스트로크가 가이드된다.

특정 실시 예에서, 오리피스는 밀봉 립을 갖는다.

특정 실시 예에서, 장치는 인가된 힘을 측정하고 제1 구동부의 하류부(downstream)에 연결되는 힘 센서(force sensor)를 포함한다. 특정 실시 예에서, 힘 센서는 제2 구동부의 상류부(upstream)에 연결된다. 이러한 배열의 수단에 의해, 힘은 원점에서 직접 측정될 수 있다. 결과적으로, 제1 구동부의 선형 접촉 압력은 그 공급원에서 크게 검출될 수 있다. 힘 센서는 또한 피드백(feedback), 즉 헤드부의 저항을 검출하도록 설계될 수 있다. 특정 실시 예에서, 힘 센서는 압전력 센서(piezoelectric force sensor)이다. 대안적으로, 변형 실린더(strain cylinder), 비틀림 실린더(torsion cylinder), 또는 스프링(spring)을 사용하여 대응하는 접촉 압력을 측정할 수 있다.

특정 실시 예에서, 하우징은 헤드부의 병진 움직임을 위한 가이드부를 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 또한 헤드부에 대해 회전 방지부를 갖는다. 회전 방지부는 하우징의 내부 벽 상에 형성되는 일체형 부품의 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, 회전 방지부는 하우징의 내부 벽의 대응하는 가이드 레일에 끼워질 수 있는 별도의 회전 방지부일 수 있다. 특히 바람직하게는, 회전 방지부는 하우징 내의 헤드부의 병진 이동이 가이드되도록 설계되고, 하지만 회전 방지부에 의해 헤드부의 하우징에 대한 회전이 방지된다.

특정 실시 예에서, 회전 방지부는 하우징 내부의 웨지(wedge)로서 구현된다.

특정 실시 예에서, 장치는 구동부들에 관한 간접적인 힘 측정을 위한 수단을 포함한다. 특정 예에서 이 간접적인 힘의 측정은 모터 전류의 수단에 의해 보장될 수 있다.

특정 실시 예에서, 장치는 헤드부로부터 제1 하우징부까지 연장되고 가이드 슬롯에 의해 제1 헤드부에서 지지되는 가이드 로드(guide road)를 포함한다. 이 슬롯은 헤드부가 제1 하우징부에 대해 회전하는 것을 방지한다.

특정 실시 예에서, 하우징은 전류 및 신호를 펀치에 전달하도록 적용된 일체형 케이블 가이드를 포함한다. 특정 실시 예에서, 장치는 하우징 내의 스프링 코일로서 특별히 설계된 통합 케이블 가이드를 포함한다. 이 스프링 코일은 힘이 케이블 가이드에 가해지지 않고 헤드부의 스트로크를 보상하도록 적용될 수 있다.

특정 실시 예에서, 본 발명에 따른 장치는 연결 요소를 검출하기 위한 적어도 하나의 촉각 센서(tactile sensor)를 포함한다. 이 촉각 센서는, 예를 들어, WO 2005/007319 A1에서 설계된 바와 같이 사용될 수 있다. 특정 및 대안적인 실시 예에서, 이 촉각 센서는 힘 센서의 피드백 수단에 의해 작동될 수 있다. 다른 실시 예에서, 촉각 센서는 용량성 센서(capacitive sensor)를 포함한다. 또한, 연결 요소를 검출하기 위해 힘 센서를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 또한 스트레인 게이지(strain gage) 또는 압전 센서(piezoelectric sensor)를 사용하여 인가된 힘에 대한 추가 정보를 수집하는 것도 가능하다.

특정 실시 예에서, 장치는 장치를 공작 기계에 연결하기 위한 연결 부분(connecting piece)을 포함한다. 이 연결 부분은 오물과 먼지가 장치 내부로 침투하는 것을 방지하기 위해 추가로 밀봉하도록 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 연결 요소 상에 작용하는 장치가 제공되며, 이는 다양한 방법으로 사용될 수 있으며 기존의 공작 기계에 간단하게 통합될 수 있으며 동시에 유지 보수 비용을 낮추고 높은 작동 동력을 제공한다. 당업자라면, 기재된 모든 실시 예들이 상호 배타적이지 않다면, 본 발명에 따른 장치의 실시 예에서 구현될 수 있음은 물론이다.

특정 실시 예에서, 펀치는 교체 가능하도록 설계된다. 펀치는 획정된 펀치 프로파일을 포함할 수 있고, 용접은 생산될 연결 요소의 형상에 적합하다. 펀치 프로파일은 다음과 같이 편형한(flat), 원추형의(conical), 얕게 위로 휘어진(shallowly cambered), 플랜지된(flange), 접힌(folded-over), 확장된(expanded), 원통형의(cylindrical), 깊게 위로 휘어진, 및/또는 안쪽으로 플랜지된 형태 등으로부터 선택된 모양을 가질 수 있다.

특정 실시 예에서, 제1 구동부는 0 내지 500mm 사이의 총 스트로크(total stroke)를 실행할 수 있고 0.01 내지 100mm의 작동 스트로크(working stroke)를 실행할 수 있도록 설계된다.

특정 실시 예에서, 장치는 특정 축에서의 힘의 작용을 제한하기 위해 적어도 하나의 과부하 보호부(overload protection)를 포함한다. 바람직하게는, 구동부에서 하우징부를 향하는 방향으로의 힘의 작용이 제한되도록 과부하 보호가 하우징부와 제1 구동부 사이에 위치된다. 바람직하게는, 이러한 종류의 과부하 보호부는 생성되는 힘에 대항하여 복원력을 발휘하는 탄성 변형 가능한 요소, 특히 스프링으로 설계된다. 다른 특정 실시 양태에서, 본 발명에 따른 장치는 복수의 과부하 보호부; 특히, 제1 과부하 보호부 및 제2 과부하 보호부를 포함하며, 이들은 제1 구동부와 적어도 하나의 하우징부 사이에 위치하여 구동부 또는 하우징부에 작용하는 예기치 않은 힘이 과부하 보호부에 의해 특정 범위로 제한된다.

다른 특정 실시 예에서, 본 발명에 따른 장치는 동력이 공급되지 않을 때 구동부를 움직이기 위한 수동 회전 장치(manual rotation de)를 포함한다. 바람직하게는, 수동 회전 장치는 하우징의 외부로부터 작동될 수 있도록 장착된다. 이는 수동 회전 장치가 샤프트를 통해 하우징의 외부로부터 하우징 내부로 연장되고 구동부에 작동 가능하게 연결되어 수행될 수 있다. 따라서 전원이 공급되지 않으면 구동부, 제1 구동부의 스핀들 및 헤드부를 움직일 수 있다. 이는 유지 보수에 특히 유용할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시 예에서, 수동 회전 장치는 하우징의 내부 및 구동부로의 힘의 최적 전달을 허용하는 그 근위 단부 부근의 핸들 영역(handle region)을 포함한다. 특히 바람직하게는, 수동 회전 장치의 핸들 영역은 링-형상으로 설계되어 핸들 영역은 또한 본 발명에 따른 장치의 운반을 용이하게 하는 하중-리프팅(load-lifting) 장치용 앵커 포인트(anchor point)로서 사용될 수 있다. 또한 이 핸들 영역의 단순성으로 인해 장치의 수동 조작을 위해 특별한 도구를 사용하지 않아도 된다. 장치, 특히 헤드부를 이동시키는 수단 및 접근법은, 구동부 상의 수동 회전 장치의 수단에 의해 외부로부터 실행될 수 있고, 이는 장치의 유지 보수를 용이하게 한다.

본 발명의 다른 양상은 힘을 가하고 연결 요소를 변형시키기 위한 전기 리벳팅 기계로서 처음에 기술된 유형의 장치의 사용에 관한 것이다. 특히 바람직하게는, 이러한 사용은 요동(wobble)/래디얼 리베팅(radial riveting) 기계로서의 장치의 사용을 포함한다. 이 경우, 회전자 구동부, 즉 제2 구동부는 로제트-형(rosette-shaped, 장미 모양) 운동을 수행할 수 있도록 설계된다.

본 발명에 따른 사용은 원하는 힘에 관한 장치 크기의 선택을 포함한다. 또한 크기는 가공될 연결 요소들의 직경과 리벳 샤프트들에 의해 결정된다. 바람직한 리벳팅 결과를 얻기 위해 적절한 장치의 치수를 결정하는 것은 당업자의 능력 내에 있다. 도시된 장치는 0.1 내지 200mm 범위의 연결 요소 크기에 사용될 수 있다. 증가된 정밀도 요건을 충족시켜야 하는 리벳팅용 본 장치를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 장치는 0.1 내지 200 KN 사이의 리벳팅 힘을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 한 가지 이점은 리벳팅 힘이 무한 가변 방식으로 제어될 수 있다는 것이다.

특정 실시 예에서, 사용은 롤링 기계로서의 사용을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 기술된 장치를 작동시키는 방법에 관한 것으로, 장치에 제어 신호 및 전류를 전송하는 공작 기계가 사용된다. 적합한 공작 기계는 상응하는 전기 연결부들 및 제어 연결부들을 갖는 종래의 작업대(workbench)일 수 있다. 공작 기계들은 생산 라인이나 생산 시설의 일부가 될 수도 있다. 대안적으로, 그들은 청정실 또는 멸균실의 일부가 될 수도 있다. 공작 기계는 추가 선행 또는 후속 작업 단계를 위한 다른 장치를 포함할 수도 있다. 특정 실시 예에서, 공작 기계는 완전 자동화된 기계 가동(machining) 센터이다.

본 발명에 따른 방법은 우선, 연결 요소와의 작동 연결이 생성되도록 헤드부를 낮추는 단계를 포함한다. 이 작동 연결은 펀치를 통해 헤드부와 연결 요소의 물리적 접촉을 초래할 수는 있지만 꼭 그렇게 할 필요는 없다. 헤드부의 이러한 낮춤은 상술한 바와 같이 스트로크의 오버라이딩(overridng)을 포함할 수 있다. 다른 단계에서 펀치는 원 운동을 수행하도록 구동된다. 다른 단계에서, 펀치는 병진 운동의(translational) 스트라이킹 동작(striking motion)을 수행하도록 구동된다. 이 단계는 원 운동의 실행과 동시에 및/또는 원 운동과 관련하여 순환 방식으로 발생할 수 있다.

특정 실시 예에서, 연결 요소는 촉각 센서의 수단에 의해 검출되고, 힘의 적용의 파라미터들은 검출된 연결 요소의 함수로서 선택된다. 특히 바람직하게는, 파라미터들은 피드백에 기초하여 선택되고 채용된다.

본 발명의 다른 양태는 본 발명에 따른 장치를 포함하는 공작 기계에 관한 것이다. 공작 기계는 생산 라인의 일부이거나 로봇 유닛이 될 수 있다. 본 발명에 따른 장치가 공작 기계에 연결될 수 있도록, 어탭터(adapter)는 장치에 착탈 가능하게(detachably) 연결될 수 있는 고정 유닛(fastening unit)의 형태로 제공될 수 있고, 장치가 공작 기계의 콘솔(console)에 장착되도록 허용될 수 있다. 고정 유닛은 또한 장치의 하우징의 일체 구성 요소일 수 있고, 예를 들어 하우징 상에, 특히 제1 또는 제2 하우징부 상에 상응하는 구조적 형성의 형태일 수 있거나 또는 2 개의 하우징부들을 연결하는 공정에서 형성될 수 있다.

본 발명은 도면들 및 특정 예시적 실시 예들에 기초하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이며, 다만 보호 범위는 이들에 한정되지 않는다. 도면들에서, 유사한 구성 요소는 달리 명시하지 않는 한 동일한 참조 번호로 제공되었다.
본 발명을 설명하기 위해 사용된 도면들은 다음을 개략적으로 묘사한다:
도 1a는 본 발명에 따른 장치의 외부 모습을 도시한다.
도 1b는 확장된 스트로크(extended stroke)에서 도 1a로부터의 장치를 도시한다.
도 2a는 본 발명에 따른 장치를 통한 길이 방향 단면을 도시한다.
도 2b는 확장된 스트로크에서 도 2a로부터의 길이 방향 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 회전 방지부를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 개념의 일반적인 개략적인 설계를 도시한다.
도 5는 과부하 보호부를 갖는 특정 실시 예를 도시한다.

본 발명의 가장 간단한 실시 예가 도 4에서 가장 단순한 방식으로 도시되어있다. 도 4에 도시된 본 발명에 따른 장치(1)는 본질적으로 회전 중심 축을 구성하는 길이 방향 스팬(span) 및 길이 방향 축(L)을 갖는 실린더의 형태를 갖는다. 외부 구조는 슬리브로서 설계된 하우징(3, 4)에 의해 형성된다. 하우징(3, 4)은 유리하게 알루미늄으로 구성된다. 하우징(3, 4)은, 그 근위 단부에서, 공작 기계의 전기 신호를 장치(1)의 내부로 전달하는데 사용되는 연결부(2)가 확장하여 관통하는 적어도 하나의 개구(opening)를 갖는다. 이 근위 단부로부터 시작하여, 하우징(3, 4)의 내부에는 하우징(3, 4)에 단단히 장착된 제1 선형 구동부(13)(단순히 선형 구동부 또는 제1 구동부)가 위치된다. 이 선형 구동부(13)는 피스톤 또는 스핀들의 길이 방향축을 따라 움직이도록 설계된다. 이는 선형 구동부(13)의 스트로크가 완전히 수축된 상태에서 하우징(3, 4)의 슬리브에 의해 거의 완전히 둘러싸인 헤드부(16)를 활성화시킨다. 베어링(bearing)(15)은 길이 방향 축(L)에 대해 병진 방식(translational fashion)으로 하우징(3, 4)에 대해 움직일 수 있도록 헤드부(16)을 지지한다. 그러나, 바람직하게는, 헤드부(16)는 회전방향으로 고정, 즉 길이 방향 축(L)을 중심으로 한 회전에 대해 고정된다. 헤드부(16) 내부에는 회전 구동부로 설계된 제2 구동부(8)가 제공된다. 이 제2 구동부(8)는 길이 방향 축을 중심으로 원형 운동을 실행할 수 있는 연결 핀(8.4)을 작동시킨다. 이 연결 핀(8.4)은 연결 요소를 가공하기 위해 기계 가공 헤드(7)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.

이 실시 예에서, 제1 구동부(13) 및 제2 구동부(8)는 모두 공압식(pneumatic) 또는 유압식(hydraulic) 구동부 없이 설계된다. 추가적으로, 2 개의 구동부들(8, 13)은 장치(1)의 길이 방향 축(L)과 동축으로 배치된다.

이러한 간단한 배열은 펀치의 수단에 의해 연결 요소 상에 작용하는 장치(1)를 달성하며, 이 장치는 콤팩트하며 증가된 청결도가 요구되는 공간(room)에서 사용될 수 있다.

기계 가공 헤드는 펀치로 설계될 수 있다. 펀치는 바람직하게는, 예를 들어 경화된 공구강(hardened tool steel)과 같이, 기계 가공되는 연결 요소보다 더 단단한 재료로 구성된다. 강철로 만들어진 펀치를 사용하는 것이 유용하다는 것이 입증되었다. 적용 분야에 따라 이 펀치에는 연마 저항(abrasion resistance) 및 내마모성(wear resistance)을 향상시키는 추가 코팅이 제공될 수도 있다. 통상적으로, 다이아몬드 화합물 및 세라믹은 이러한 목적에 특히 적합하다.

컴팩트한 디자인은 도 1a 및 도 1b에도 명확하게 도시되어 있다. 이들 도면들은 수축된 상태(도 1a) 및 완전히 확장된 스트로크(도 1b) 상태의 본 발명에 따른 장치(1)를 도시한다. 이 특정 실시 예에서, 하우징(3, 4)은 두 부분들로 구성된다. 제1 슬리브-형 하우징부(3)는 전력 및 신호 공급을 위한 연결부(2)가 연장되는 개구를 갖는다. 이 제1 하우징부(3)는, 예를 들어 베이어닛 커넥터(bayonet connector)에 의해 오리피스(4.1)로 공급되는 제2 하우징부(4)에 연결된다. 일 실시 예에서, 제2 하우징부(4)는 제1 하우징부(3)에 나사 결합된다.

완전히 확장된 스트로크를 갖는 도 1b는 헤드부 하우징(5) 및 헤드부 오리피스(5.1)를 도시한다. 이 헤드부 오리피스(5.1) 내부에는 기계 가공 헤드, 예를 들어 펀치(도시되지 않은)가 장착되며, 상기 펀치는 연결 요소 상에 작용한다. 작동 중에, 이 헤드부 오리피스(5.1)는 기계 가공될 연결 요소 위에 위치한다. 특정 실시 예에서, 이 오리피스는 힘이 가해지지 않을 때 및 힘이 가해질 때 연결 요소의 치수를 검출하는 센서 요소(도시되지 않음)로 설계될 수 있다. 예를 들어, 이 오리피스는 용량성 센서 또는 홀 센서(Hall sensor)로 설계될 수 있다. 그러나 장치에는 힘 센서가 장착 될 수도 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 장치(1)의 내부가 각각 수축된 상태(도 2a) 및 확장된 상태(도 2b)로 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 2 개의 하우징부(3, 4)는 슬리브 형상으로 설계되어 서로 연결된다. 말단부에서, 제1 하우징부는 연결부(2)가 라우팅(routing)되는 통과하는 개구를 가지며, 개구는 상기 연결부(2)가 장치(1)의 구동부 및 센서에 전력을 공급하도록 내부의 케이블 가이드(2.1)로 개방된다. 본 실시 예에서, 연결부(2)는 공작 기계의 상태를 보다 양호하게 견디기 위해 피복된다(sheathed). 연결부(2)는 또한 대응하는 로봇에 수용되도록 요구되는 표준에 적용될 수 있다. 본 예에서, 제1 구동부(13)는 중공 샤프트 구동부이다. 중공 샤프트(13.1) 내부에는 스핀들(13.4)이 제공되며, 그 주위에는 중공 샤프트(13.5)를 둘러싸는 회전자(13.3) 및 고정자(13.2)의 배열이 배치된다. 스핀들은 나사형 너트(13.6)에 의해 안내되고, 헤드부 하우징(5)에 작동 가능하게 연결된 압력 센서(10)로 직접 연결된다. 회전 구동 샤프트(8.2)는 회전 매커니즘(8.1)의 수단에 의해 기계 가공 헤드(7)에 작동 가능하게 연결된다. 본 실시 예에서, 기계 가공 헤드(7)는 리벳팅 기계 펀치로서 설계되고 본질적으로 펀치(7.2) 및 헤드부 샤프트(7.1)를 포함한다. 펀치는 회전 메커니즘(8.1)의 수단에 의해 길이 방향 축(L)을 중심으로 원 운동을 수행할 수 있도록 구동된다. 이 도면에서, 이는 길이 방향 축에 대해 오프셋(offset) 방식으로 도시되고 길이 방향 축에 대해 회전할 수 있는 기계 가공 헤드(8.4)용 연결 핀에 의해 보증된다. 회전 구동 샤프트(8.2) 및 제1 구동부(13.4)의 스핀들은 공구의 길이 방향 축을 따라 동축으로 배열된다. 헤드부 오리피스(5.1)는 기계 가공 헤드(7)를 보호하고 기계 가공될 연결 요소에 대한 장치의 안내를 용이하게 한다. 밀봉 립(6)은 헤드부(5)과 헤드부를 에워싸는 제2 하우징 절반부(4) 사이에 장착된다. 전기 배선들의 라우팅은 하우징(3, 4) 내에 완전히 수용된다. 대응하는 헤드부의 병진 운동을 수용하기 위해, 케이블 가이드는 케이블 가이드 스프링 코일(12)로서 설계된다. 하우징(3, 4) 내부의 제2 구동부(8)에 의한 회전이 제1 구동부(13)에 전달되는 것을 방지하기 위해, 로드(roads)(9)는 장치(1)의 길이 방향 축에 대해 회전 고정 방식으로 스텝 베어링(11)을 갖는 회전 방지기에 지지되는 로드 샤프트들에 위치된다.

기계 가공 헤드(7)는 두 부분들로 구성될 필요는 없다. 이 경우, 헤드부 샤프트(7.1)는 기계 가공 헤드(8.4)의 연결 핀을 수용하기 위해 부싱(bushing)과 함께 설계된다.

도 2a 및 도 2b에서, 전동 장치(transmission gearing)(8.3)는 회전 구동부(8)와 회전 매커니즘(8.1) 사이에 위치된다. 이 전동 장치는, 만약 기계 가공 헤드(7)가 롤링 헤드(미도시)인 경우, 회전 구동부의 회전 속도를 감소시키는데 사용될 수 있다. 이 전동 장치는 선택 사항이며 기계 가공 헤드(7)로서 펀치(7.2)를 갖는 배열에는 필요하지 않다.

회전 방지부의 실시 예는 오리피스(4.1)(하부)를 갖는 제2 하우징부(4)의 개략적인 사시도를 도시하는 도 3에 기초하여 다시 상세히 설명될 것이다. 로드(9)는 제2 하우징부(4)에 회전 고정 방식으로 수용되는 스텝 베어링(11)을 갖는 추가의 회전 방지부가 구비된 제2 하우징부(4)의 상당 부분에 걸쳐 연장된다. 헤드부의 나사(14)는 제2 하우징부(4)와 제1 하우징부(이 도면에서는 도시되지 않음) 사이의 전체 연결 부위를 가로 질러 연장되어 회전 고정 방식으로 이들을 연결한다.

도 5는 도 4의 장치와 유사하지만, 추가의 유리한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 장치(1)를 도시한다. 장치(1)의 회전 중심 축(L)을 따른 그 근위 단부에서, 알루미늄 하우징(3.4)은 수동 회전 장치(18)가 샤프트 및 제1 선형 구동부(13)에 직접 수동 회전력을 가하기 위해 사용될 수 있는 개구를 갖는다. 이 장치(1)는 또한 하우징(3.4)과 제1 구동부(13) 사이에 위치되는 과부하 보호부(17.1, 17.2)들을 갖는다. 제1 과부하 보호부는 하우징(3.4)의 근위 단부에 대해 병진의 이동과 관련하여 제1 구동부(13) 상에 작용하는 임의의 힘을 제한하는 스프링 배열(17.1)의 형태로 하우징(3.4)의 근위 단부에 형성된다. 그러한 제2 스프링 배열(17.2)의 제2 과부하 보호부는 마찬가지로 구동부(13)에 작용하는 병진 힘이 이 스프링 배열(17.2)에 의해 마찬가지로 제한되도록 - 하우징(3.4) 내부의 탭의 수단에 의해(하우징(3.4)의 통합 구성 요소가 될 수 있는) - 구동부(13)에 작동 가능하게 연결된다. 2 개의 과부하 보호부들(17.1, 17.2)은 선형 구동부(13)를 힘으로부터 보호하여 장치의 견고성을 증가시킨다. 그러나, 이 실시 예는 완전히 선택 사항이며 본 발명에 따른 장치(1)의 보완적인 변형 예로서 제공된다.

도시된 예는 본 발명에 따른 목적을 달성하는 단지 일 실시 예에 불과 함은 물론이다. 개별적인 실시 예가 상호 배타적이지 않으면, 그렇게 함으로써 본 발명의 이점을 제한 함이 없이 본 발명에 따른 장치에서 임의의 조합으로 결합될 수 있다.

1 장치
2 연결부
2.1 케이블 가이드
3 제1 하우징부
4 제2 하우징부
4.1 오리피스
5 헤드부 하우징
5.1 헤드부 오리피스
6 밀봉 립
7 기계 가공 헤드
7.1 헤드부 샤프트
7.2 펀치
8 회전 구동부
8.1 회전 매커니즘
8.2 회전 구동 샤프트
8.3 전동 장치
8.4 기계 가공 헤드 용 연결 핀
9 로드
10 압력 센서
11 스텝 베어링을 갖는 회전 방지기
12 케이블 가이드 스프링 코일
13 제1 구동부
13.1 중공 샤프트
13.2 제1 구동부의 고정자
13.3 제1 구동부의 회전자
13.4 제1 구동부의 스핀들
13.6 나사형 너트
14 연결 나사들
15 헤드부 베어링
16 헤드부
17.1 하향 과부하 보호부
17.2 상향 과부하 보호부
18 수동 리프팅 및 터닝 장치(manual lifting and turning device)

Claims (15)

1. 연결 요소(connection element)가 인가된 힘에 의해 소성 변형(plastically deformation)되도록, 상기 인가된 힘으로 상기 연결 요소 상에 작용하는 장치에 있어서,
   a) 상기 연결 요소와 접촉하도록 구성된 기계 가공 헤드(machining head)(7)를 포함하는 이동 가능하게 장착된 헤드부(16);
   b) 상기 헤드부(16)의 길이방향 축으로 헤드부(16)의 병진이동을 구동하도록 구성된 제1 구동부(13);
   c) 길이방향 축을 중심으로 상기 기계 가공 헤드(7)의 회전을 구동하도록 구성된 제2 구동부(8);
   d) 상기 제1 구동부(13), 제2 구동부(8) 및 헤드부(16)를 수용하기 위한 하우징(3, 4)을 포함하며,
   e) 상기 제1 구동부(13) 및 제2 구동부(8)는 전기적으로 구동되고 동축으로 배열되며,
   f) 상기 제2 구동부(8)는 헤드 부분(16)에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 구동부(13)는 중공 샤프트 모터(hollow shaft motor)를 포함하고, 또한 롤러 구동부(roller drives), 볼 구동부(ball drives), 또는 유성 나사 구동부(planetary screw drives)로 구성된 그룹으로부터 선택된 스크류 구동부(screw drive)를 포함하는 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 구동부(13)는 5mm 이하의 스핀들 피치(spindle pitch)를 갖는 나사형 스핀들(threaded spindle)을 포함하는 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 구동부(8)는 영구적으로 여기된 동기 모터(permanently excited synchronous motor)를 포함하는 장치.
5. 삭제
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 인가된 힘을 측정하고 상기 제1 구동부(13)의 하류부(downstream)에 연결되는 힘 센서(force sensor)(10)를 포함하고, 상기 힘 센서(10)는 상기 제2 구동부(8)의 상류부(upstream)에 연결되는 장치.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(3, 4)은 상기 헤드부(16)의 병진 움직임(translational movement)을 위한 가이드부(guide)를 포함하고, 또한 상기 하우징(3, 4)은 상기 하우징 내의 상기 헤드부(16)의 병진 움직임을 가이드하되, 상기 헤드부(16)의 회전을 방지하는 회전 방지부(rotation prevention)(11)를 포함하는 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 회전 방지부(11) 및/또는 상기 가이드부는 상기 하우징(3, 4)을 통해 길이 방향으로 연장되는 적어도 하나의 로드(rod)(9)와 상기 회전 방지부(11) 및/또는 상기 가이드부를 지지하는(bearing) 적어도 하나의 스텝 베어링(step bearing)(12)에 의해 형성되는 장치.
9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤드부(16)는 연결부(2)를 통하여 전기 신호를 전달받으며, 상기 헤드부(16)와 상기 연결부(2) 사이의 전기 신호를 전달하기 위한 수단으로 상기 하우징(3, 4)에 통합된 케이블 가이드(2.1) 또는 상기 하우징(3, 4)의 스프링 코일에 통합된 케이블 가이드(2.1)를 포함하는 장치.
10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(3, 4)은 제1 하우징부(3) 및 제2 하우징부(4)를 포함하는 복수의 부분들을 포함하고 있으며, 상기 하우징부들(3, 4)은 서로 탈착 가능하게 연결 가능하도록 설계되며, 제2 구동부 및 헤드부(16)를 수용하는 제2 하우징부(4)는 교체 가능한 장치.
11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 요소를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 장치.
12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 형상-변화 방법(shape-changing way)으로 힘을 적용하고 리벳 연결부들(riveted connections)을 형성하기 위해 상기 연결 요소들을 변형시키기 위한 텀블링(tumbling) 및/또는 방사상의 방식(radial fashion)으로 힘을 적용하고 리벳 연결부들을 생성하기 위해 상기 연결 요소들을 변형시키기 위한 전기 리벳팅 기계(electric riveting machine)로서의 장치.
13. 공작 기계(machine tool)가 제어 신호 및 전류를 상기 장치에 전송하는 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 장치를 작동시키는 방법으로서,
    a. 상기 헤드부(16)를 연결 요소와의 작동 연결로 하강시키는 단계;
    b. 원형 움직임을 수행하기 위해 상기 기계 가공 헤드(7)를 구동시키는 단계;
    c. 병진력-적용 움직임(translational force-applying movement)으로서 작동 스트로크(working stroke)를 수행하기 위해 상기 기계 가공 헤드(7)를 구동하는 단계를 포함하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 연결 요소를 검출하기 위한 적어도 하나의 촉각 센서(tactile sensor)를 포함하는 방법.
15. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 상기 장치를 공작 기계에 부착하기 위해 상기 장치에 탈착 가능하게 연결 가능한 고정 유닛(fastening unit)을 포함하는 공작 기계.

Images