KR20200055026A - 가공물 상에 연결 엘리먼트를 배치하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공물(6) 상에 연결 엘리먼트(4), 특히 압입 볼트를 세팅하는데 사용되는 디바이스(2) 및 방법에 관한 것이다. 제1 스테이지에서, 세팅 유닛(10)이 구멍(90)을 도입하기 위한 구멍 펀칭 동작을 수행하고 동시에 구멍-형성 동작을 수행하기 위해 사용되고, 그 구멍-형성 동작 동안에, 구멍(90)의 에지는 엠보싱 슬리브(22)를 사용하여 딥-드로잉 프로세스의 방식으로 재성형되고 칼라(92)가 형성된다. 제2 스테이지에서, 연결 엘리먼트(4)가 가압되고, 구멍-펀칭 및 구멍-형성 동작 및 가압은 가공물(6)이 디바이스(2)에 대해 측방향으로 변위되지 않고 동일한 축방향 축 내에서 발생한다.

Description

가공물 상에 연결 엘리먼트를 배치하기 위한 디바이스 및 방법

본 발명은 가공물 상에 연결 엘리먼트를 세팅하기 위한 세팅 프로세스를 수행하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.

연결 엘리먼트들은 미리 결정된 압입력(press-in force)을 가함으로써 가공물(컴포넌트), 일반적으로 판금 내로 가압되는, 예컨대, 압입 너트들, EPB(press-in bolt)들, 압입 나사들 또는 리벳들과 같은 압입 엘리먼트들이다. 본 출원은 특히 예컨대, 압입 나사들과 같은 압입 볼트들의 압입에 관한 것이다. 연결 엘리먼트들은 또한 다른 나사들 또는 리벳들 또는 볼트들일 수 있다. 자동화된 프로세스들 또는 부분적으로 자동화된 프로세스들에서, 연결 엘리먼트들은 소위 세팅 유닛(setting unit)을 사용하여 가공물에 고정된다. 이는, 일반적으로 연결 엘리먼트 상에 세팅 방향으로 압입력을 가하는 유압식으로/공압식으로/전기식으로 이동 가능한 플런저(plunger)를 갖는 압입 유닛으로서 설계된다. WO2016/156359 A2는 세팅 유닛에 대한 전기 직접 드라이브를 보여준다.

연결 엘리먼트들은 일반적으로 공급 유닛의 도움으로 세팅 유닛의 세팅 헤드에 공급된다. 공급 블록으로서 지칭되는 공급 유닛은 WO 2016/055478 A1에서 찾을 수 있다. 추가의 공급 유닛은 WO 2017/102668에서 찾을 수 있다.

압입 엘리먼트들이 자체-펀칭(self-punching) 엘리먼트들이 아닌 경우, 압입 엘리먼트가 삽입되는 구멍은 세팅 동작 이전에 가공물 내로 펀칭되어야 한다. 이는 부가적인 동작을 요구한다. 구멍 펀칭 프로세스에서, 소위 펀칭 슬러그가 생성되며, 이는 폐기되어야 한다.

다수의 애플리케이션 영역들에서, 연결 엘리먼트들을 가공물에 부착하기 위한 가장 높은 가능한 사이클 레이트가 중요하다. 이는 특히 자동차 산업에 적용된다.

자동화된 세팅에 대해, 프로세싱 머신들, 특히 세팅 유닛이 공간에서 자유롭게 이동될 수 있는 로봇 핸드 상에 배열되는 산업용 로봇들이 특히 사용된다. 특히 자동차들의 경우에, 연결 엘리먼트들은 종종 복잡한 몸체 컴포넌트들 상에 배열되며, 복잡한 컴포넌트 기하학적 구조로 인해 세팅 유닛이 고정 지점들에 액세스하기가 어렵다.

압입 볼트들을 삽입할 때, 압입 볼트의 신뢰할 수 있는 고정을 보장하기 위해, 압입 볼트를 압입하기 위한 컴포넌트가 종종 특별히 준비된다. 이를 위해, 제1 단계에서 소위 스파우트(spout) 및 펀칭된 구멍이 종종 시트에 만들어진다. 스파우트는 구멍을 둘러싸는 딥-드로잉 칼라(deep-drawn collar)이다. 칼라는 구멍 에지를 재성형함으로써 형성되는 데, 즉 칼라는 압입 볼트의 헤드를 향해 위로 드로잉된다. 이와 같이 준비된 컴포넌트는 종래의 시스템에서 사용되는 데 예컨대, 볼트를 압입하기 위해 C-브래킷의 로봇 그리퍼(robot gripper)에 의해 삽입된다. 기존의 펀칭된 구멍은 다이 측 상에 배열된 툴 홀더의 중심결정 맨드릴에 중심을 위치시키는 역할을 하는데, 즉 가공물 내의 구멍은 로봇 그리퍼의 도움으로 중심결정 맨드릴 상에 스레딩된다.

종래의 시스템들의 단점들은 다음과 같다:

- 딥-드로잉 칼라 및 펀칭된 구멍을 삽입하기 위해 부가적인 단계가 요구된다.

- "스레딩"할 때 (로봇에 의해 결정된) 구멍 또는 툴 위치 및 중심결정 핀의 실제 위치의 편차에 의해, 컴포넌트들 간에 장력이 존재한다. 이러한 위치 편차는 로봇의 로봇 경로의 정확한 프로그래밍에 의존한다. 편차가 너무 큰 경우, 컴포넌트는 중심결정 맨드릴 상에 "스레딩"될 수 없거나, 또는 가까스로 할 수 있으며, 이는 고장으로 이어질 수 있다.

이것으로부터 진행하여, 본 발명의 목적은 연결 엘리먼트, 특히 압입 볼트들의 간단하고 신뢰할 수 있는 세팅을 가능하게 하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라, 청구항 1의 특징들을 갖는 디바이스 및 청구항 21의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 포함된다. 디바이스와 관련하여 언급된 이점들 및 바람직한 구성들은 또한 방법에 유사하게 적용될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.

이 디바이스는 일반적으로 툴 캐리어를 포함하며, 이 툴 캐리어는 특히 C-아암으로서 설계되고 그의 상위 C-아암 상에 세팅 유닛을 갖는다. 세팅 유닛은 피드 유닛의 도움으로 피드 방향으로 이동될 수 있다. 피드 유닛은 또한, 바람직하게는, 전기 드라이브와 함께 툴 캐리어 상에 배열된다. 드라이브의 도움으로, 플런저가 피드 방향으로 공급된다. 플런저는 통상적으로 플런저 튜브 내에서 안내되며 세팅 유닛의 펀치 슬리브 및 펀치에 작용한다. 세팅 유닛은 피드 유닛에 부착되고, 바람직하게는, 플런저 튜브에 부착된다. 따라서, 세팅 유닛은 피드 유닛과 함께 기능 유닛을 형성한다.

세팅 유닛에 대향하여, 가공물/컴포넌트, 특히 판금이 배치되는 다이 측 상에 컴포넌트 캐리어가 배열된다. 이 디바이스는, 제1 스테이지의 구멍 펀칭 동작(이는 구멍-형성 동작에 의해 보완됨) 및 제2 스테이지의 실제 세팅 프로세스로 이루어진 2-스테이지 세팅 프로세스를 위해 설계된다. 구멍-형성 프로세스는 딥-드로잉 칼라의 형성, 즉 펀칭된 구멍의 구멍 에지의 성형 또는 구부림(bending up)을 의미하는 것으로 이해된다. 여기에서의 특정한 이점은 2개의 스테이지들이 동일한 축 상에서 수행된다는 것, 즉 가공물 및 디바이스, 특히 세팅 유닛이 동일한 측방향 상대 위치로 유지된다는 것이다. 동일한 세팅 유닛 및 동일한 컴포넌트 캐리어가 2개의 스테이지들/동작들에 대해 사용된다. 툴 변화가 의도되지 않거나 요구되지 않는다. 구멍 펀칭/구멍 형성 동작 및 실제 세팅 동작 둘 모두가 동일한 세팅 유닛을 사용하여 그리고 동일한 축 내에서 수행된다.

세팅 프로세스에서의 개별 단계들은, 아래에 설명된 개별 드라이브들을 적합한 방식으로 그리고 조정된 방식으로 제어하는 제어 디바이스의 도움으로 개시된다.

가공물에 딥-드로잉 칼라를 형성하기 위해, 컴포넌트 캐리어는, 원하는 칼라(스파우트)가 형성되도록 피드 방향 반대로 변위 가능하고 동작 동안 가공물에 대해 아래로부터 이동될 수 있는 엠보싱 슬리브를 갖는다.

펀칭 동작을 수행하기 위해, 세팅 유닛은 피드 방향으로 이동될 수 있는 (스탬핑) 펀치를 포함한다.

엠보싱 슬리브는 바람직하게는, 펀칭 동작 동안 스탬핑 펀치가 관통하는 자유 내부 채널을 갖는다.

따라서, 엠보싱 슬리브는 스탬핑 펀치가 위로부터 엠보싱 슬리브 내로 이동할 때 스탬핑 에지로서 작용하는 내부 에지를 갖는다. 펀치의 직경은 엠보싱 슬리브의 직경(자유 내부 직경)으로 적응된다. 따라서, 엠보싱 슬리브는 특히, 엠보싱 슬리브가 배열되는 특정 슬리브-형상 베이스 몸체와 함께, 일 유형의 스탬핑 다이를 형성한다.

구멍 펀칭 동작 및 구멍 형성 동작은 바람직하게는, 동시에 그리고 따라서 함께 수행된다. 이는 소정의 시점에서, 엠보싱 슬리브의 전방(상위) 단부면이 가공물의 하부측을 넘어 축방향으로(피드 방향 반대로) 위치된다는 사실로 나타난다. 동시에, 펀치의 전방(하위) 단부면은 (피드 방향에서 볼 때) 구멍의 딥-드로잉 칼라/에지 아래 그리고 엠보싱 슬리브 내부에 배열된다.

동시에, 특히 본 경우에, 엠보싱 슬리브는 스탬핑 프로세스를 위한 접합부(abutment)를 형성하는데, 즉 펀치가 적어도 소정의 정도까지 연장되는 스탬핑 다이로서 설계된다는 것이 이해된다.

펀치 및 엠보싱 슬리브의 피드 움직임들은 바람직하게는, 칼라가 엠보싱 슬리브에 의해 적어도 부분적으로 딥-드로잉되고 펀치만을 이용한 펀치 동작이 후속적으로 시작하는 방식으로 서로 조정된다. 특히, 딥-드로잉 프로세스는 펀칭 프로세스가 시작할 때 아직 완료되지 않는다. 대안적으로, 엠보싱 슬리브는 먼저 펀칭 프로세스가 시작하기 전에, 즉 펀치가 가공물에 침투하고 구멍을 펀칭하기 전에 전방 단부 위치로 이동한다. 칼라를 적어도 부분적으로 딥-드로잉하는 이 프로세스는 정확한, 치수적으로 정확한 구멍 형성을 보장한다. 대안적으로, 먼저 스탬핑 프로세스를 수행하고 그 후 딥-드로잉 프로세스를 수행하는 가능성이 또한 존재한다.

또한, (스탬핑) 펀치가 안내되는 펀치 슬리브는 동시에, 구멍-형성 동작에 대한, 즉 엠보싱 슬리브에 대한 접합부를 형성한다. 따라서 엠보싱 슬리브는 펀치 슬리브에 대하여 구멍의 에지를 재성형하는데 즉, 펀치 슬리브에 대해 그것을 가압한다. 따라서, 엠보싱 슬리브를 통해 딥-드로잉된 칼라는 펀치 슬리브에 대해 그의 환형 단부면을 이용하여 가압된다. 이는 단부면을 부드럽게 하거나 평면화한다. 즉, 환형 단부면은 평평하고 수평으로 진행되는 표면으로서 설계된다. 이를 위해, 펀치 슬리브는 미리 결정된 축방향 위치로 전달된다.

편리한 실시예에서, 중심결정 핀이 엠보싱 슬리브 내에서 이동될 수 있으며, 이는 바람직하게는, 펀칭 동작이 수행된 후 구멍 내로 또는 구멍을 통해 이동될 수 있다. 특히, 중심결정 핀은 예컨대, 대응하는 (제3) 드라이브, 특히 공압 드라이브의 도움으로 제어된 방식으로 이동된다. 그러나 대안적으로, 중심결정 핀은 또한 예컨대, 스프링 엘리먼트의 도움으로 수동으로 작동될 수 있다.

따라서, 컴포넌트 캐리어는 서로 동심원으로 배열된 복수의 컴포넌트들, 즉 베이스 몸체, 그 안에서 안내되는 엠보싱 슬리브 및 그 안에서 안내되는 중심결정 핀을 갖는다.

엠보싱 슬리브 자체는 기계적 링키지(mechanical linkage)를 이용하여, 특히 무릎 레버 메커니즘(knee lever mechanism)을 사용하여 제어된 방식으로 편리하게 이동된다. 엠보싱 슬리브는 바람직하게는, 기계적 링키지의 도움으로 구멍 형성 동작을 수행하기 위해 전방 위치로 이동된다. 이는 구체적으로, 바람직하게는, 전동 드라이브인 (제2) 드라이브의 도움으로 행해진다. 무릎 레버 메커니즘은 특히 신장된 상태가 된다. 따라서, 무릎 레버 메커니즘은 그것이 조정될 때 스파우트를 형성하는 데 요구되는 힘을 가한다. 이에 대한 대안으로서, 우선, 엠보싱 슬리브를 전방 위치로 이동시키고, 즉 컴포넌트가 현재 확장되어 있는 엠보싱 슬리브 상에 배치될 때, 세팅 유닛을 통해 위에서부터 요구된 힘을 가하는 가능성이 또한 존재한다.

바람직한 실시예에서, 엠보싱 슬리브는 연결 엘리먼트가 압입되기 전에 후퇴 위치로 역으로 이동된다. 후퇴 위치에서, 엠보싱 슬리브는 바람직하게는, 압입 동작을 위한 카운터 정지부 또는 접합부를 형성한다. 후퇴 위치에서, 엠보싱 슬리브는 이에 따라 적합한 축방향 위치에 위치되어서, 그것은 압입 프로세스 동안 작용하는 힘을 흡수할 수 있다. 이를 위해, 엠보싱 슬리브의 전방 단부면은 바람직하게는, 컴포넌트 지지부와 적어도 대략적으로 정렬되는데, 즉 컴포넌트 지지부의 축방향 높이로 배열된다. 특히, 이는 또한 전방 단부면이 정확하게 정렬된 정렬로부터 약간 예컨대, 가공물의 컴포넌트 두께의 절반만큼 편차가 있다는 것을 의미한다.

힘들의 신뢰할 수 있는 흡수를 위해, 엠보싱 슬리브는 바람직하게는, 후퇴 위치에서 제2 기계적 고정 정지부에 대해 이동된다.

펀칭 동작 동안 획득된 펀칭 슬러그는 베이스 몸체 내에 형성된 배출 디바이스를 통해 폐기된다. 이를 위해, 측방향으로 배열되고 피봇 가능한 플랩이 형성되며, 이는 필요한 경우, 펀칭 슬러그를 옆으로 폐기하기 위한 램프를 형성한다. 피봇 가능한 플랩은 바람직하게는, 자동으로 작동되며, 특히 중심결정 핀이 전방으로 이동할 때 중심결정 핀에 의해 변위된다.

구멍 형성 동작 동안 피드 방향 반대로 힘들이 가해지기 때문에, 이들은 세팅 유닛 및 홀드-다운 디바이스에 의해 신뢰할 수 있게 흡수되어야 한다. 홀드-다운 디바이스는 바람직하게는, 스프링 엘리먼트, 특히 피드 유닛 내 스프링 엘리먼트에 대해 탄성적으로 장착된다. 구멍 형성 동작 동안 빠짐(evasion)을 방지하기 위해, 홀딩-다운 디바이스 상에 제1 기계적 고정 정지부가 형성되며, 이는 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작 동안 피드 유닛의 기계적 정지 표면에 접하여서, 힘들이 흡수되게 한다.

디바이스의 전체 구조는 추가로, 피드 유닛이 플런저, 스프링 엘리먼트, 및 플런저 및 스프링 엘리먼트를 수용하는 플런저 튜브를 갖는 것을 특징으로 한다. 세팅 유닛은 플런저 튜브에 부착되며 플런저는 펀치에 작용하고 펀치를 피드 방향으로 그리고 피드 방향 반대로 이동시킨다. 스프링 엘리먼트는 또한 홀드-다운 디바이스에 작용한다. 마지막으로, 펀치는 이젝터 핀이 슬리브에 대해 변위 가능하게 되도록 안내되는 튜브형 슬리브로서 설계된다.

특히 멀티-스테이지 펀칭 및 세팅 동작 동안, 다음 프로세스 단계들이 발생한다:

먼저, 디바이스는 제1 단계에서 시작 위치에 있게 된다. 특히, 준비되지 않은 컴포넌트가 컴포넌트 캐리어 상의 툴 캐리어에 배치된다. 엠보싱 슬리브 및 이에 따라 무릎 레버도 후방(back) 위치에 있다.

다음 단계에서, 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작이 발생하며, 여기서 홀드-다운 디바이스는 우선 특히, 구체적으로 홀드-다운 디바이스의 고정 정지부가 정지 표면에 닿고 홀드-다운 디바이스의 추가의 후퇴가 차단될 때까지 컴포넌트 상으로 이동한다. 이 상태에서, 가공물은 그 후 컴포넌트 지지부의 상위 에지와 홀드-다운 디바이스의 하위 에지 사이에 위치 및 클램핑된다. 엠보싱 슬리브는 기계 장치(mechanics), 특히 무릎 레버 드라이브를 통해 상향으로 이동되고 이에 따라 컴포넌트를 변형시킨다. 펀칭 슬러그는 동시에 펀칭 및 제거된다.

이 동작 동안, (스탬핑) 펀치가 펀치 슬리브에 대해 변위 가능한 경우(이것의 도움으로, 압입 엘리먼트가 그 후 나중에 압입됨) 유리하다. 그러므로, 스탬핑 플런저에 대한 펀치 슬리브의 축방향 자유 움직임이 존재해야 한다. 이 축방향 해제는 후술하는 바와 같이 슬라이드에 의해 제어된다. 축방향 자유 움직임의 이러한 제어는 본 출원의 독창적이고 독립적인 양상이다.

제3 단계에서, 컴포넌트가 최종적으로 고정된다. 이를 위해, 플런저 튜브가 먼저 중간 위치로 후퇴된다. 홀드-다운 디바이스는 이러한 후퇴 동안 컴포넌트를 계속해서(still) 클램핑한다. 무릎 레버는 고정 정지부까지 역으로 이동되어서, 엠보싱 슬리브가 또한 리턴된다. 동시에, 중심결정 핀이 확장되고 펀칭된 구멍을 통과한다. 이것은 특히 공압식으로 행해진다. 컴포넌트는 중심결정 핀에 의해 고정되고 더 이상 옆으로 이동할 수 없다.

제4 단계에서, 압입 엘리먼트, 특히 압입 볼트가 공급된다. 이 경우에, 플런저 튜브는 특히, 초기 위치로 추가로 후퇴되고 홀드-다운 디바이스는 컴포넌트 표면으로부터 들어 올려진다. 그 다음에는, 특히 세팅 유닛으로의 압입 엘리먼트의 측방향 공급이 이어진다.

마지막으로, 가압이 제5 단계에서 발생한다. 여기서, 플런저 튜브는 압입 위치까지 피드 방향으로 재차 전방으로 이동된다. 동시에, 바람직하게는, 중심결정 핀의 리턴 스트로크가 수행된다. 압입 위치까지 이동할 때, 펀치 슬리브 및 펀치는 축방향으로 잠금(lock)되는데 즉 그들 둘 모두는 함께 진행된다. 따라서 이들은 압입 볼트의 헤드에 대해 함께 가압되고 그것을 미리 펀칭된 구멍으로 가압한다.

위에서 이미 언급된 바와 같이, 펀칭 동작에 대해, 펀치는 펀치 슬리브에 비해 전방으로 더 이동하는 반면, 가압 프로세스 동안 동시에 그 둘 모두가 함께 이동하는 것이 유리하다. 이를 위해, 일반적으로, 펀치 및 펀치 슬리브의 두 엘리먼트들은 미리 결정된 위치까지 포지티브하게(positively) 안내되고, 강제 가이던스가 정의되거나 제어식으로 해제되어서, 펀치가 상류 전방 위치로 안내될 수 있다는 것이 규정된다. 펀치와 펀치 슬리브 사이의 축방향 해제 또는 축방향 차단을 위해, 펀치 슬리브와 펀치 사이의 비틀림 동작이 편리하게 제공된다. 이 경우에, 회전은 바람직하게는, 특히 제어될 수 있고 2개의 컴포넌트들 중 하나를 남은 하나에 대해 회전시키는 슬라이드 엘리먼트의 도움으로 수행된다. 회전은 펀치 슬리브 또는 펀치와 맞물리고 슬라이드 엘리먼트 상에 배열되는 드라이버 엘리먼트, 특히 드라이버 핀의 도움으로 편리하게 수행된다. 원칙적으로, 또한, 드라이버 핀이 펀치 슬리브 또는 펀치 상에 배열되고 슬라이드 엘리먼트 상에, 드라이버 핀이 추후에 맞물리는 대응하는 리세스가 형성되는 것이 가능하다.

슬라이드 엘리먼트 및 플런저 슬리브는 서로에 대해 상이한 단계들에서 축방향으로 이동한다. 결과적으로, 드라이버 핀은 축방향/피드 방향으로 연관된 리세스 내로 그리고 그 외부로 이동한다. 전달된 위치에서, 특히 펀칭 동작 및 압입 동작 동안, 축방향 해제 또는 축방향 차단을 야기하기 위해 펀치 슬리브가 펀치에 대해 회전되는 것을 가능하게 하도록 드라이버 핀이 연관된 리세스와 맞물려 있어야 한다. 이제, 드라이버 핀이 연관된 리세스에 신뢰할 수 있게 삽입되는 것을 보장하기 위해, 펀치 슬리브는 적어도 정의된 축방향 스트로크를 통해 회전 가능하게 안내된다.

이를 위해, 특히 홈-핀 가이드(groove-pin guide)가 제공되고, 특히 반경 방향으로 외향으로 돌출하는 핀이 펀치 슬리브에 부착되고 대응하는 홈에 맞물린다. 이 회전 가능하게 고정된 가이드는 정의된 축방향 위치로부터 해제되어서, 펀치에 대한 펀치 슬리브의 회전은 슬라이드 엘리먼트에 의해 제어될 수 있다.

연결 엘리먼트 특히, 압입 볼트들을 세팅하기 위한 디바이스 및 방법의 본질적인 양상들은 그중에서도, 다음과 같다:

- 컴포넌트를 2개의 드라이브들로 준비함 없이 압입 볼트들을 배치하는 것, 즉, 가공물은 천공되지 않거나/분출되지 않음(칼라가 형성되지 않음),

- 전기 드라이브 유닛들은 바람직하게는, 프로세스를 제어하는 데 사용되고, 모터 제어로부터의 데이터는 바람직하게는, 프로세스 모니터링에 사용됨,

- 툴들을 변경하지 않고 한 축에서 연결 엘리먼트들을 세팅함,

- 2-부분 압입/스탬핑 펀치, 즉, 펀치 및 펀치 슬리브의 강제 가이던스를 제어하기 위한 슬라이더,

- 선택적으로, a) 무릎 레버 드라이브(플런저 튜브의 드라이브 유닛을 통해 카운터홀드(counterhold)되고 충분한 공급력을 갖는 드라이브)를 통한, 또는 b) 무릎 레버를 연장된 위치로 이동시키고 플런저 튜브의 드라이브 유닛을 통해 스탬핑력을 인가(홀드-다운 디바이스가 고정 정지부로 이동함)하는 것을 통한 엠보싱(분출, 칼라를 성형),

- 툴 캐리어에 힘이 도입되도록 하기 위한 엠보싱 슬리브에 대한 고정 정지부.

예시적인 실시예가 도면들을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 도면들은 부분적으로 단순화된 표현들로 도시된다.

도 1은 가공물 상에서 연결 엘리먼트의 세팅 프로세스를 수행하기 위한 디바이스를 도시한다.
도 2a 내지 2e는 각각 상이한 방법 단계들 동안 피드 유닛에 고정된 세팅 유닛의 단면도를 도시하며, 여기서 도 2a는 시작 위치에서의 위치를 도시하고, 도 2b는 구멍 펀칭 및 구멍-형성 동작 동안의 위치를 도시하고, 도 2c는 컴포넌트를 고정하는 단계 동안의 상황이고, 도 2d는 압입 볼트가 설정 유닛에 공급될 때의 상황이고, 도 2e는 최종 압입 프로세스들 동안의 상황이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2a 내지 도 2e의 확대된 부분 표현들이다.
도 4a는 구멍-펀칭 및 구멍-형성 동작 동안 도 3b의 원 P로 표시된 영역의 확대도이다.
도 4b는 가공물을 고정하는 단계에서 도 3c의 원 Q로 표시된 것과 동일한 영역의 확대도이다.
도 4c는 가압 단계에서 도 3e의 원 R에 의해 표시되는 것과 동일한 영역의 확대도이다.
도 5a 및 도 5b는 펀치에 대한 펀치 슬리브의 축방향 해제 또는 축방향 차단을 설명하기 위한 세팅 유닛의 3차원 표현들을 상세히 도시한다.

도 1은 세팅 프로세스를 수행하고 컴포넌트 또는 가공물(6)에서 연결 엘리먼트(4), 특히 압입 볼트를 세팅하도록 설계된 디바이스(2)를 도시한다. 가공물(6)은 예컨대, 판금 또는 판금 컴포넌트, 예컨대 자동차 컴포넌트이다. 연결 엘리먼트(4)는 특히 소위 압입 볼트이며, 이는 통상적으로 폼-피팅 및 포스-피팅 방식으로 가공물(6)에 연결된다. 이러한 압입 볼트는 기본적으로 헤드 및 헤드에 접하는 샤프트, 예컨대 스레딩된 샤프트를 특징으로 한다.

디바이스(2)는 툴 캐리어(8)를 가지며, 이는 예시적인 실시예에서 C-아암 방식으로 설계된다. 세팅 유닛(10)이 상위 아치 아암 상에 배치되며, 이는 결국 피드 유닛(12)에 연결된다. 이는 플런저(14) 및 플런저를 피드 방향(18)으로 구동하는 드라이브(16), 특히 전기 모터를 갖는다.

세팅 유닛(10)에 대향하여, 툴 홀더(8)의 하위 보우 아암에 컴포넌트 캐리어(20)가 배열된다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 피드 방향으로 그리고 피드 방향 반대로 변위 가능한 엠보싱 슬리브(22)가 컴포넌트 캐리어(20) 내에 배열되고 드라이버 메커니즘에 의해 구동된다. 예시적인 실시예에서, 제2 드라이브(24), 특히 전기 모터가 이 목적을 위해 제공되며, 이는 엠보싱 슬리브(22)를 작동시키기 위한 기계적 링키지(26)를 통해 이에 연결된다.

동작 시에, 툴 캐리어(8)는 바람직하게는, 조작기, 예컨대 다축 로봇의 로봇 핸드에 부착되며, 연결 엘리먼트들(4)이 배치될 가공물(6) 상의 각각의 위치들로 이동된다. 디바이스(2)를 제어하기 위해, 특히 아래에서 보다 상세히 설명되는 세팅 프로세스를 제어하기 위해, 디바이스(2)는 또한 제어 디바이스(28)를 갖는다.

도 1에 따른 디바이스(2)는 또한 공급 유닛(30)을 가지며, 이를 통해 개별 연결 엘리먼트들(4)이 세팅 유닛(10)에 개별적으로 자동으로 공급될 수 있다. 공급은 측방향으로, 즉 피드 방향(18)에 수직으로 발생한다. 전체 공급 유닛(30)은 피드 방향(18)으로 이동될 수 있어서, 연결 엘리먼트들(4)이 상이한 축방향 위치들에서 이송될 수 있다. 개별 연결 엘리먼트들(4)은 예컨대, 호스(32)를 통해 공급 유닛(30)에 공급된다.

세팅 유닛(10), 피드 유닛(12) 및 툴 캐리어(20)의 구조 및 세팅 프로세스를 수행하기 위한 방법은 도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 내지 도 3e와 관련하여 아래에서 설명된다. 도 2a 내지 도 2e는 연결 엘리먼트를 세팅하기 위한 작업 사이클 동안 세팅 프로세스를 수행할 때 상이한 프로세스 스테이지들을 도시한다. 도 2a 내지 도 2e는 개별 프로세스 스테이지들에서 세팅 유닛(10) 및 피드 유닛(12)의 개별 움직임들의 개략적인 개요를 제공한다. 도 3a 내지 도 3e는 세팅 유닛(10) 및 컴포넌트 캐리어(20)의 영역의 확대된 표현들을 각각 도시한다. 따라서, 도 3a 내지 도 3e는 도 2a 내지 도 2e에서와 동일한 상황들 및 위치들에 대응한다.

도 2a 내지 도 2e에서, 먼저 세팅 유닛(10)은 기계적으로 고정된 연결, 특히 나사 연결을 통해 피드 유닛(12)에 고정되어 있다는 것을 알 수 있다. 피드 유닛(12)은 플런저(14)가 배열된 플런저 튜브(34)를 갖는다. 플런저(14) 및 플런저 튜브(34)는 견고한 공통 유닛을 형성하며, 즉 이들은 서로에 대해 이동될 수 없다. 따라서, 피드 방향(18)으로의 그리고 피드 방향(18) 반대로의 공급 움직임들이 함께 발생한다. 플런저(14)는 결국, 스프링 엘리먼트(36), 특히 나선형 스프링(압축 스프링)에 의해 둘러싸인다. 피드 유닛(12)은 제1 드라이브(16)에 연결될 수 있다. 이를 위해, 도시된 스레드를 갖는 플런저(14)는 제1 드라이브(16)의 대응하는 드라이브 로드에 연결되고 그와 함께 드라이브 플런저를 형성한다.

컴포넌트 캐리어(20)는 일반적으로 튜브형이거나 슬리브-형상이며, 전방 단부면에 의해 형성된 컴포넌트 지지부(38)를 갖는다. 동작 동안, 가공물(6)은 이것 위에 놓인다. 컴포넌트 캐리어(20)는 툴 캐리어(8)의 하위 아암에 고정되고 특히 피드 방향(18)으로 연장되는 채널(40)에 배열된다. 중심결정 핀(42)은 이 채널 내에 배열되고 제3 드라이브(44)의 도움으로 피드 방향(18)으로 그리고 피드 방향(18) 반대로 이동될 수 있다. 이 제3 드라이브(44)는 제어된 능동 드라이브 또는, 또한 예컨대 단지 중심결정 핀(42) 상에 스프링 력을 가하는 수동 드라이브일 수 있다. 이는 바람직하게는, 제어 드라이브(44), 특히 압축 공기 드라이브이다. 또한, 기계적 링키지(26)의 단부는 조인트 메커니즘을 통해 채널(40) 내로 안내된다는 것을 알 수 있다. 이는 특히 무릎 레버 메커니즘(46)이다.

도 2a는 디바이스(2)가 가공물(6)에 대해 이동되는 시작 위치를 도시한다(즉, 디바이스(2)가 가공물(6) 상의 원하는 위치로 이동되거나 가공물(6)이 디바이스(2)로 이동됨). 피드 유닛(12)은 후퇴 시작 위치에 있다.

도 2b는 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작이 수행되는 제1 프로세싱 스테이지 동안의 상황을 도시한다. 이를 위해, 전체 피드 유닛(12)이 피드 방향(18)으로 전방 압입 위치로 이동된다. 이를 위해, 플런저(14)는 제1 드라이브(16)에 의해 피드 방향(18)으로 이동하여서, 전체 피드 유닛(12) 및 그와 함께 세팅 유닛(10)이 이동된다. 가공물(6)은 컴포넌트 캐리어(20)와 세팅 유닛(10) 사이에 클램핑되고 이에 따라 제 자리에서 홀딩된다. 이를 위해, 세팅 유닛(10)은 플런저 튜브(34) 내의 스프링 엘리먼트(36) 상에 지지되는 홀드-다운 디바이스(48)를 갖는다. 따라서, 그것은 스프링 엘리먼트(36)의 스프링 력으로 가공물(6)에 대해 가압된다. 스프링 엘리먼트(36)는 또한 시작 위치에 비해 다소 압축된다.

다음 단계에서, 중심결정 핀(42)을 아래로부터 가공물(6) 내로 삽입함으로써 가공물(6)이 고정된다. 피드 유닛(12)은 피드 방향(18) 반대로, 홀드-다운 디바이스(48)가 적어도 잔류 힘으로 가공물(6)을 컴포넌트 지지부(38)에 대해 가압하는 중간 위치로 이동한다.

다음 단계에서, 연결 엘리먼트(4)는 사이드로부터 세팅 유닛(10)의 내부 채널로 공급된다. 이를 위해, 피드 유닛(12)은 후방 시작 위치로 역으로 이동한다. 가공물(6)은 중심결정 핀(22)을 통해 그의 측방향 위치에 대해 고정된다.

도 2e에 도시된 다음 단계에서, 연결 엘리먼트(4)가 가공물(6) 내로 가압되는 실제 세팅 프로세스가 발생한다. 그 후, 피드 유닛(12)은 도 2a에 도시된 시작 위치로 역으로 이동하고 도 2a 내지 도 2e에 도시된 작업 사이클은 다음 연결 엘리먼트(4)에 대해 재차 시작된다.

여기에 설명된 방법에서 특히 중요한 것은 작업 사이클에서의 압입 프로세스뿐만 아니라, 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작 둘 모두의 통합이며, 이로써, 전체 작업 사이클 동안 항상 동일한 축방향 배향으로 작업이 수행되는데, 즉 연결 엘리먼트(4)의 압입뿐만 아니라 구멍 펀칭 및 구멍-형성 동작 둘 모두는 디바이스(2)와 가공물(6) 사이의 상대적 변위 없이 그리고 동일한 축방향 축 내에서 행해진다. 또한, 디바이스 및 방법은 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 구멍 펀칭 및 구멍-형성 동작의 동시성 수행을 특징으로 한다.

세팅 유닛(10) 및 컴포넌트 캐리어(20)의 구조 및 개별 단계들의 세부사항들은 도 3a 내지 도 3e와 관련하여 아래에서 설명된다.

세팅 유닛(10)은 유니온 너트(50)에 의해 플런저 튜브(34)에 나사결합된다. 세팅 유닛(10)은 하나의 부분이 다른 부분 내부에서 동심으로 슬리브 형태로 배열된 복수의 부분들을 갖는다. 한편으로, 이것은 이미 언급된 바와 같이 플런저 튜브(34) 내로 연장되고 스프링 엘리먼트(36) 상에서 지지되는 홀드-다운 디바이스(48)이다. 펀치 슬리브(52)는 추가로, 홀드-다운 디바이스(48) 내에 배열되고, 슬리브 헤드(54)와 함께 미끄러질 수 있도록 홀드-다운 디바이스(48)에서 안내되며, 슬리브 헤드(54)는 단면으로 볼 때 예시적인 실시예에서 컵-형상이다. 차례로, (스탬핑) 펀치(56)는 또한 슬리브-형상인 펀치 슬리브(52) 내에서 안내된다. 펀치(56)는 그의 상위 단부에 펀치 헤드(58)를 갖는다. 그의 하위 구역에서 단면으로 볼 때, 이는 예시적인 실시예에서 T-형상이고 슬리브 헤드(54) 내로 연장되고 후자에 의해 안내된다. 홀드-다운 디바이스(48)의 내벽 상에서 펀치 헤드(58)의 상위 영역이 안내된다.

추가의 코스에서, 펀치(56)는 펀치 슬리브(52) 내부에서 안내된다. 헤드 영역에서, 펀치 헤드(58)는 또한 제어 엘리먼트, 특히 로커 아암(60)이 측 상에서 맞물리는 리세스를 갖는다. 이는 펀치(56)의 내부에서 안내되는 이젝터 핀(62)을 작동시키는 역할을 한다. 로커 아암(60)은 외부 드라이브 유닛(64)에 의해 작동된다. 로커 아암(60)은 잠금 축(66)을 중심으로 피봇되거나 경사질 수 있고, 상응하게, 잠금 축(66)의 양 측들 상에, 한편으로는 이젝터 핀(62)에 그리고 다른 한편으로는 드라이브 유닛(64)에 연결되는 2개의 레버 아암들을 갖는다.

홀드-다운(48)은 그의 외부 둘레 상에 제1 고정 정지부(68)를 가지며, 이는 하나 이상의 방사상으로 돌출하는 웹들에 의해 형성된다. 피드 유닛(12) 상의 정지 표면(70)이 이것에 할당된다. 이는 본질적으로 피드 유닛(12)의 단부면, 구체적으로 단부면 상의 플런저 튜브(34)를 폐쇄하고 유니온 너트(50)에 의해 홀딩되는 환형 플랜지의 영역이다. 홀드-다운 디바이스(48)는 이 환형 플랜지를 통해 안내된다.

홀드-다운 디바이스(48) 그 자체는 그의 내부에 플런저(14)를 수용하고, 이 플런저는 펀치(56), 구체적으로 펀치 헤드(58)와 협력하고 세팅 프로세스 동안 동작 중에 펀치 헤드(58)에 축방향 힘을 가한다.

툴 캐리어(8)의 하위 부분은 도 3a 내지 도 3e의 하반부에서 볼 수 있다. 여기에서, 축방향으로 연장되는 이미 언급된 채널(40)이 형성된다. 예시적인 실시예에서, 이 채널(40)은 계단-형상으로 이루어진다. 컴포넌트 캐리어(20)는 채널(40)의 상위 단부에 삽입된다. 컴포넌트 캐리어(20)는 엠보싱 슬리브(22)가 변위 가능하게 배열되는 슬리브-형상 베이스 몸체(72)를 포함한다. 베이스 몸체(72)의 단부면은 컴포넌트 지지부(76)를 정의한다. 엠보싱 슬리브(22)의 자유 내부는 내부 채널(74)을 정의하고 펀칭 슬러그(78)를 제거하는 역할을 한다(도 3b, 도 3c 비교). 펀칭 슬러그의 폐기 및 제거를 위해, 내부 채널(74) 내외로 피봇될 수 있고 측방향 개구(82)에 연결된 플랩(80)이 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같이 플랩(80)이 안쪽으로 접힌 경우, 그것은 내부 채널(74)의 내벽에 기대어 놓이고 펀칭 슬러그(78)를 위한 램프를 형성하며, 이 펀칭 슬러그는 이 램프를 통해 외부로 폐기된다.

가이드 슬리브(84)는 내부 채널(74)이 계속되는 슬리브-형상 베이스 몸체(72)에 접한다. 엠보싱 슬리브(22)는 가이드 슬리브 상에 지지된다. 가이드 슬리브(84)가 변위될 때, 움직임은 이에 따라 엠보싱 슬리브(22)로 전달된다. 원칙적으로, 가이드 슬리브(84) 및 엠보싱 슬리브(22)가 일체로 형성되는 가능성이 또한 존재한다. 가이드 슬리브(84)는 채널(40) 내에 미끄러질 수 있게 배치된다. 엠보싱 슬리브(22)의 내부 채널(74)은 가이드 슬리브(84)에서 계속된다. 또한, 가이드 슬리브(84)는 결국 툴 캐리어(8)의 측방향 개구(82)로 개방되는 측방향 개구를 갖는다.

가이드 슬리브(84)는 채널(40)에 상보적이고 T-형상 풋(foot) 구역을 갖는다. 바닥에서, 가이드 슬리브(84)는 툴 캐리어(8)에 고정적으로 연결되고 제2 고정 정지부(94)를 정의하는 접합부에 의해 접해진다.

중심결정 핀(42)은 가이드 슬리브(84) 내에서 안내된다. 중심결정 핀(42)은 중심결정 핀(42)이 전방 위치로 이동될 때 플랩(80)에 자동으로 작용한다.

엠보싱 슬리브(22)의 작동 및 변위를 위해, 단부에 배열된 무릎 레버 메커니즘(46)을 갖는 기계적 링키지(26)가 제공된다. 작동 로드는 토글 조인트를 통해 단부에서 무릎 레버 메커니즘(46)의 2개의 레버 아암들에 연결된다. 도 3a에는 후퇴 위치의 엠보싱 슬리브(22)가 있다. 이 후퇴 위치에서, 무릎 레버 메커니즘(46)은 경사져 있다. 도 3b에 도시된 엠보싱 슬리브(22)의 전방 위치에서, 무릎 레버 메커니즘(46)이 신장된다. 이 연장된 위치에서, 기계적 링키지(26)로 그리고 이를 통해 제2 드라이브(24)로 전달되지 않고 높은 힘들이 흡수될 수 있다.

연결 엘리먼트(4)를 설정하기 위한 작업 사이클은 다음과 같다.

시작 위치를 도시하는 도 3a에 기초하여, 도 3b에 따른 제1 스테이지에서 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작이 발생한다. 이를 위해, 플런저(14)는 제1 드라이브(16)의 도움으로 피드 방향(18)으로 아래로 가압된다. 결과적으로, 전체 피드 유닛(12)은 전방 압입 위치로 아래로 이동한다. 홀딩-다운 디바이스(48)가 툴(6)의 표면 상에 놓이게 되고 피드 움직임이 계속되는 즉시, 홀딩-다운 디바이스(48)와 펀치 슬리브(52) 사이에 상대적 변위가 존재한다. 펀치(56)(및 이젝터 핀(62))와 함께, 이는 추가의 피드 움직임 동안 전방으로 안내된다. 스탬핑 슬리브(52)는 그의 전방 단부면이 가공물(6)의 표면에 도달할 때, 스탬핑 슬리브(52)와 펀치(56) 사이의 포지티브 커플링이 해제되고 펀치(56)에 대한 잔류 스트로크만이 존재하여서, 가공물(6)은 펀칭되고 구멍(90)이 생성된다. 이미 언급된 펀칭 슬러그(78)는 위에서 설명된 바와 같이 폐기된다.

플런저(14)의 이러한 피드 움직임과 나란히 그리고 펀칭 프로세스와 나란히, 엠보싱 슬리브(22)는 무릎 레버 메커니즘(46)의 도움으로 전방 위치로 이동된다. 이는 바람직하게는, 홀드-다운 디바이스(48)가 컴포넌트 지지부(76)에 대해 가공물(6)을 가압한 후에만 발생한다. 구체적으로, 홀드-다운(48)은 정지 위치에 있으며, 여기서 도시된 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이 제1 고정 정지부(68)가 정지 표면(70)에 맞닿는다. 엠보싱 슬리브(22)를 작동시킴으로써, 가공물(6)은 딥-드로잉 프로세스 방식으로 변형된다. 이 경우에, 펀칭된 구멍(punched-out hole)(90)까지 내내 이어지는 딥-드로잉 칼라(92)가 피드 방향(18) 반대로 형성된다. 이 딥-드로잉 칼라(92)는 또한 스파우트(spout)로서 지칭된다. 딥-드로잉 방식의 이러한 형성 프로세스는 여기서 구멍 형성 프로세스로서 지칭된다. 이 구멍 형성 프로세스는 구멍 펀칭 프로세스와 본질적으로 나란히 그리고 동시에 발생하는데, 즉, 제어는 엠보싱 슬리브(22)의 움직임과 펀치(56)의 움직임(펀치 슬리브(52)로부터 디커플링된 움직임)이 동시에 그리고 반대 방향으로 발생하는 방식으로 설계된다.

또한, 엠보싱 슬리브(22)는 일반적으로 펀칭 프로세스를 위한 다이를 형성한다. 이를 위해, 그것은 날카로운 전방 내부 에지를 갖는다. 펀치(56)는 스탬핑 프로세스 동안 엠보싱 슬리브(22) 내로 정밀하게 이동한다.

펀칭 슬러그(78)를 배출하기 위해, 로커 아암(60)이 드라이브 유닛(64)을 통해 추가로 작동되어서, 이젝터 핀(62)이 아래로 가압되고 펀칭 슬러그(78)는 플랩(80) 및 측방향 개구(82)를 통해 폐기된다.

이 제1 스테이지(구멍 펀칭 및 구멍 형성 프로세스) 후에, 중심결정 핀(42)이 아래로부터 가공물(6) 내로 이동하고 바람직하게는, 또한, 가공물(6)을 통과한다는 점에서 가공물(6)은 먼저 측방향으로 고정된다. 이를 위해, 중심결정 핀(42)은 원뿔형 전방 단부를 갖는다. 중심결정 핀(42)의 외경은 요구된 공차들을 제외하고 구멍(90)의 내경에 대응하여서, 신뢰할 수 있는 측방향 가이던스 및 고정이 보장된다. 중심결정 핀(42)은 예컨대, 공압식으로 제어되는 제3 드라이브(44)에 의해 조정된다.

중심결정 핀(42)은, 홀딩-다운 디바이스(48)가 컴포넌트 지지부(76)에 대해 가공물(6)을 여전히 가압하는 동안 도입된다. 동시에, 피드 유닛(12)은 플런저(14)를 중간 위치로 역으로 이동시킴으로써 이동되어서, 특히 플런저 슬리브 및 플런저(56)가 또한 철수(withdrawn)되어 중심결정 핀(42)이 홀드-다운 디바이스(48)의 비워진 내부로 침투할 수 있다.

펀치 슬리브(52)와 같이, 엠보싱 슬리브(22)는 또한 후퇴 시작 위치로 리턴된다.

도 3d에 도시된 다음 단계에서, 피드 유닛(12)은 특히 시작 위치로 추가로 후퇴된다. 이 시작 위치에서, 연결 엘리먼트(4), 즉 압입 볼트는 홀드-다운 디바이스(48)의 측방향 개구를 통해 세팅 유닛(10)의 세팅 채널 내로 도입된다. 시작 위치에서, 홀드-다운(48)의 하위 섹션은 해제되는데, 즉, 펀치 슬리브(52)는 충분히 멀리 리턴된다.

도 3e에 도시된 압입 프로세스를 수행하기 위해, 플런저(14) 및 이에 따른 피드 유닛(12)은 재차 피드 방향(18)으로 이동한다. 펀치(56)와 함께 펀치 슬리브(52)는 이제 연결 엘리먼트(4)에 대한 압입 펀치로서 역할을 한다. 펀치 슬리브(52) 및 펀치(56)의 단부면은 바람직하게는, 서로 정렬되는데 즉, 이들은 연결 엘리먼트(4)의 헤드에 작용하는 공통 펀치 표면을 형성한다. 플런저(14)를 통해 압입력을 가함으로써(이는 플런저 슬리브(52)를 통해 연결 엘리먼트(4)로 전달됨), 연결 엘리먼트(4)는 미리 펀칭된 가공물(6) 내로 가압된다. 연결 엘리먼트(4)의 헤드는 구멍(90)의 구멍 에지 상에 놓이게 된다. 헤드는 딥-드로잉된 또는 상승된 칼라(92)에 대해 가압된다. 특수한 서브-헤드 기하학적 구조는 일반적으로 헤드의 하부측 상에 형성된다. 헤드로 칼라(92)를 가압함으로써, 재료가 변형되어서, 압입 엘리먼트로서 설계된 연결 엘리먼트(4)와 칼라(92)의 재료 사이에 포지티브 및 비-포지티브 연결이 발생하게 한다.

특히, 형태-잠금 재료 얽힘은 축방향 풀-아웃 잠금 및 회전-방지 잠금 둘 모두를 보장한다.

이러한 압입 프로세스는 결국, 컴포넌트 캐리어(20)에 의해 흡수되어야 하는 높은 힘들을 초래한다. 또한, 엠보싱 슬리브(22)의 단부 에지가 가압 동안 형성 프로세스를 위한 카운터 베어링(counter bearing)을 형성하는 것이 특히 중요하다. 기존의 힘들을 신뢰할 수 있게 흡수하기 위해, 엠보싱 슬리브(22)는 그의 후퇴 위치에서 제2 기계적 고정 정지부(94) 상에서 지지된다. 엠보싱 슬리브(22)가 그의 철수된 상황에 있는 상황들을 전부 도시하는 도 3a, 도 3c, 도 3d 및 도 3e에서 알 수 있는 바와 같이, 이 제2 기계적 고정 정지부(94)는 툴 캐리어(8) 내의 컴포넌트(슬리브)에 의해 형성된다. 이 컴포넌트는 툴 캐리어(8) 내에 고정 방식으로 배열된다. 엠보싱 슬리브(22)는 가이드 슬리브(84)를 통해 제2 고정 정지부(94)에 간접적으로 지지된다.

후퇴 위치에서, 엠보싱 슬리브(22)의 전방 환형면은 일반적으로 접합부로서 작용한다. 엠보싱 슬리브(22)의 단부면은 컴포넌트 지지부(76)와 비견 가능한 축방향 높이에서 후퇴 위치에 있다. 이는 엠보싱 슬리브(22)의 단부면이 컴포넌트 지지부(76)와 동일 평면에 있거나, 또는 대안적으로, 예컨대 가공물(6)의 컴포넌트 두께의 절반만큼 컴포넌트 지지부(76) 위로 약간 돌출한다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 또한 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 특히 볼 수 있으며, 이들은 구멍 형성/펀칭 프로세스(도 4a), 고정 단계(도 4b) 및 압입 단계(도 4c) 동안 구멍(90)의 영역의 확대된 표현들을 도시한다.

도 4a에 기초하여, 엠보싱 슬리브(22)가 그의 전방 위치에 있고 칼라(92)를 형성한 것을 알 수 있다. 동시에, 홀딩-다운 디바이스(48)는 베이스 몸체(72)의 컴포넌트 지지부(76)에 대해 가공물(6)을 가압하는 것을 알 수 있다. 홀드-다운 디바이스(48) 및 베이스 몸체(72)는 바람직하게는, 동일한 외경을 가지며 외부에서 서로 정렬된다. 또한, 펀치 슬리브(52)의 하위 단부가 보여질 수 있으며, 이는 바람직하게는, 칼라(92)의 상위 측 상에 놓이게 된다. 따라서, 엠보싱 슬리브(22)는 스탬핑 슬리브(52)의 하위 단부 에지에 대해 칼라(92)를 가압한다(절대적으로 필요한 것은 아님). 또한, 펀치(56)의 축방향 스트로크가 펀칭 프로세스를 위해 펀치 슬리브(52)로부터 디커플링되어서, 펀치(56)의 전방 단부가 피드 방향(18)으로 추가로 돌출하게 된다는 것을 알 수 있다. 이젝터 핀(62)이 펀칭 슬러그(78)에 작용하고 이미 펀치(56)를 넘어 돌출한다는 것을 또한 알 수 있다. 도 4b 및 도 4c에서, 컴포넌트 지지부(76) 위에서 피드 방향 반대로 약간 돌출하고 가공물(6)의 두께(여러 가공물들의 경우 그 총 두께)의 대략 절반까지 구멍(90) 내로 침투하는 엠보싱 슬리브(22)의 후퇴 위치가 보여질 수 있다. 중심결정 핀(42)은 구멍(90)을 통과한다.

도 4c로부터, 펀치(56)를 압입하기 위해, 펀치 슬리브(52) 및 이젝터 핀(62)(절대적으로 필요한 것은 아님)이, 연결 엘리먼트(4)의 헤드에 작용하고 연결 엘리먼트(4)를 미리 펀칭된 구멍(90) 내로 가압하는 공통 단부면을 형성하는 것을 또한 알 수 있다. 압입 시에, 헤드는 구멍의 에지 상에 놓이고 상승된 칼라(92)는 재차 변형된다.

이전에 설명된 바와 같이, 펀치(56) 및 펀치 슬리브(52)는 스트로크 거리에 의존하여 포지티브하게 안내되거나 또는 기계적 포지티브 안내 움직임이 스트로크 경로에 의존하여 해제된다. 이는 펀칭 프로세스를 위해 펀치 슬리브(52)와 펀치(56) 사이의 디커플링된 움직임을 가능하게 하기 위해 필수적이다. 따라서, 요구된 펀치 스트로크를 위해 기계적 포지티브 커플링이 해제되는 것이 필수적이다.

이러한 목적을 위해 제공된 메커니즘은 도 5a 및 도 5b와 관련하여 보다 상세히 설명된다. 펀치(56) 및 펀치 슬리브(52)는 드라이버 영역에서 대응하는 구동 정지부들을, 즉 전방 구동 정지부들(102) 및 후방 구동 정지부들(104)을 갖는다는 점에서 축방향 강제 가이던스가 형성된다. 전방 드라이버 정지부들(102)은 다른 컴포넌트의 방향으로 배향된 정지 표면들을 의미하는 것으로 이해된다.

후방 드라이버 정지부들(104)은 축방향으로 오프셋되게 배열된다. 드라이버 정지부들(102, 104)은 구체적으로 돌출부들 또는 리세스들에 의해 형성된다. 특히, 크레넬레이팅된 포메이션(crenellated formation)이 제공된다. 피드 방향(18)으로의 피드 움직임 동안, 힘은 드라이버 정지부들(102)을 통해 두 컴포넌트들인 펀치들(56)과 펀치 슬리브(52) 사이에서 전달된다. 여기서, 전방 드라이버 정지부들(102)은 서로 접한다. 펀칭 프로세스를 위한 디커플링 움직임을 가능하게 하기 위해, 펀치(56)와 펀치 슬리브(52) 사이에 상대적 회전이 제공되어서, 전방 드라이버 정지부들(102)이 분리된다. 따라서, 개별 크레넬레이팅된 고도들은 다른 컴포넌트 상의 대응하는 볼록부에 맞물릴 수 있다. 볼록부들 또는 크레넬레이션(crenellation)들의 축방향 높이는 펀치(56)와 펀치 슬리브(52)의 움직임들이 디커플링되는 최대 스트로크를 정의한다.

전방 드라이버 정지부들(102)이 서로 포개지는 커플링된 상황은 도 5b에 도시되며, 이는 도 5a에서 회전 이후 디커플링된 위치이다. 피드 방향(18)으로 상향으로 돌출하는 펀치 슬리브(52)의 크레넬레이션들은 펀치(56) 상의 대응하는 리셉터클들에 맞물린다는 것을 분명히 알 수 있다. 드라이버 정지부들(102, 104)은 바람직하게는, 슬리브 헤드(54) 및 펀치 헤드(58)의 영역에 각각 형성된다.

서로에 대한 이들 컴포넌트들의 회전은 드라이브 유닛(64)에 의해 능동적으로 수행된다. 이는 2개의 단부 위치들 사이에서 앞뒤로 이동할 수 있는 슬라이드 엘리먼트(106)를 포함한다. 특히 핀/드라이버 핀으로서 설계된 드라이버(108)를 통해, 이 슬라이딩 움직임은 회전 움직임을 수행하기 위해 펀치 슬리브(52)로 전달된다.

또한, 알 수 있는 바와 같이, 펀치 슬리브(52)는, 핀(110)으로서 특별히 설계되고 방사상 외향으로 돌출하는 가이드 엘리먼트를 갖는다. 이는 정의된 축방향 리프팅 위치까지 대응하는 가이드 홈에서 홀딩-다운 디바이스(48) 내에서 포지티브하게 안내되어서, 미리 결정된 축방향 하이 위치로부터만 회전이 가능하다. 이 비틀림-방지 가이드는 또한 드라이버(108)가 펀치 슬리브(52)의 연관된 리세스에 신뢰할 수 있게 맞물린다는 것을 보장한다. 펀치 헤드(56) 상에 배열되고 방사상으로 돌출하는 추가 핀(112)이 펀치(56)가 회전에 대해 고정되는 것을 유사하게 보장한다.

슬라이드 엘리먼트(106)에 더하여, 드라이브 유닛(64)은 부가적으로, 특히 로커 아암(60)이 작동될 수 있는 피스톤/실린더 유닛과 함께 선형 유닛(114)을 갖는다.

슬라이드 엘리먼트(106)의 도움으로 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명된 회전 움직임의 강제 커플링 및 운동의 양상은 독립적인 본 발명의 해결책으로서 간주된다.

2 기계 장치/디바이스
4 연결 부분/연결 엘리먼트
6 컴포넌트 또는 가공물
8 툴 캐리어
10 세팅 유닛
12 진행기/피드 유닛
14 플런저/플런저
16 제1 드라이브
18 인피드/피드 방향
20 컴포넌트 캐리어
22 엠보싱 슬리브
24 제2 드라이브
26 링키지/로드 조립체
28 제어 디바이스
30 공급 유닛
32 튜브
34 플런저 튜브
36 스프링 엘리먼트
38 컴포넌트 지지부
40 채널
42 중심결정 핀
44 제3 드라이브
46 무릎 레버 메커니즘
48 홀드-다운 디바이스
50 너트
52 펀치 슬리브
54 슬리브 헤드
56 펀치
58 펀치 헤드
60 로커 아암
62 이젝터 핀
64 드라이브 유닛
66 경사 축
68 제1 고정 정지부
70 정지 표면
72 베이스 몸체
74 내부 채널
76 컴포넌트 지지부
78 펀칭 슬러그
80 플랩
82 사이드 개방
84 가이드 슬리브
90 구멍
92 칼라
94 제2 고정 정지부
102 전방 드라이버 정지부들
104 후방 드라이버 정지부들
106 슬라이드 엘리먼트
108 테이크어웨이/드라이버
110 스피것
112 다른 스피것
114 선형 유닛

Claims (24)

1. 가공물 상에 연결 엘리먼트(4), 특히 압입 볼트(press-in bolt)를 세팅하기 위한 세팅 프로세스를 수행하기 위한 디바이스(2)로서,
   동작 중에 상기 세팅 프로세스를 제어하기 위한 제어 디바이스(28),
   툴 캐리어(8)에 부착되고 피드 유닛(12)의 도움으로 피드 방향(18)으로 이동될 수 있는 세팅 유닛(10), 및
   상기 툴 캐리어(8) 상에서 상기 세팅 유닛(10)에 대향하여 고정된 컴포넌트 캐리어(20) ― 상기 컴포넌트 캐리어(20)에 대해 상기 세팅 유닛(10)이 상기 피드 방향(18)으로 이동될 수 있음 ―
   를 포함하고,
   상기 세팅 유닛(10)은,
   홀드-다운 디바이스(48) ― 상기 홀드-다운 디바이스(48)의 도움으로, 동작 동안 가공물(6)이 상기 컴포넌트 캐리어(20)에 대해 가압됨 ―,
   상기 가공물(6)에 구멍을 펀칭(punching)하기 위해 상기 홀드-다운 디바이스(48)에 대해 상기 피드 방향(18)으로 이동될 수 있는 펀치(56),
   상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 구멍(90) 내로 가압하기 위한 펀치 슬리브(52)
   를 포함하고,
   상기 컴포넌트 캐리어(20)는,
   상기 가공물(6)에 대한 컴포넌트 지지부(38)를 갖는 베이스 몸체(72),
   상기 베이스 몸체(92)에 변위 가능하게 배열되고 동작 동안 상기 가공물(6)에 대해 이동될 수 있어서, 동작 중에 딥-드로잉 칼라(deep-drawn collar)(92)가 상기 구멍(90) 주위에 형성되게 하는 엠보싱 슬리브(22)
   를 포함하고,
   상기 제어 디바이스(28)는 멀티-스테이지 세팅 프로세스의 동작 중에, 제1 스테이지에서 상기 딥-드로잉 칼라(92)와 함께 상기 구멍(90)을 형성하기 위한 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작이 일어나고 그리고 제2 스테이지에서 상기 연결 엘리먼트(4)를 세팅하기 위한 세팅 프로세스가 일어나도록 설계되고, 상기 가공물(6)과 상기 디바이스(2) 사이의 어떠한 측방향 상대적 움직임도 두 스테이지들 사이에서 일어나지 않는,
   디바이스(2).
2. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 슬리브(22)는 펀칭 동작 동안 펀치(56)가 관통하는 중앙 내부 채널(74)을 갖는,
   디바이스(2).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어 디바이스(28)는, 상기 구멍 펀칭 및 상기 구멍 형성 동작이 동시에 일어나도록 설계되는,
   디바이스(2).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 디바이스(28)는, 상기 구멍 형성 동작 동안 상기 펀치 슬리브(52)가 상기 엠보싱 슬리브(22)에 대한 접합부(abutment)를 형성하도록 설계되는,
   디바이스(2).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   중심결정 핀(centering pin)(42)이 상기 엠보싱 슬리브(22) 내에서 상기 피드 방향(18) 반대로 이동될 수 있고, 상기 제어 디바이스(28)는 상기 제1 스테이지 후에 상기 중심결정 핀(42)이 형성된 구멍(90) 내로 이동되도록 설계되는,
   디바이스(2).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엠보싱 슬리브(22)는 기계적 링크(26)의 도움으로 이동될 수 있는,
   디바이스(2).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기계적 링키지(26)는 무릎 레버 메커니즘(knee lever mechanism)(46)을 갖고, 상기 엠보싱 슬리브(22)는 상기 딥-드로잉 칼라(92)를 형성하도록 상기 무릎 레버 메커니즘(46)을 작동시킴으로써 상기 가공물(6)에 대해 이동되는,
   디바이스(2).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 디바이스(28)는, 상기 연결 엘리먼트(4)가 압입되기 전에 상기 엠보싱 슬리브(22)가 후퇴 위치로 역으로 이동되도록 설계되고, 상기 엠보싱 슬리브(22)는 특히, 상기 세팅 프로세스 동안 상기 연결 엘리먼트(4)에 대한 접합부를 형성하는,
   디바이스(2).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엠보싱 슬리브(22)는 제2 고정 정지부(94)에 대해 상기 후퇴 위치로 이동될 수 있는,
   디바이스(2).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    펀칭 슬러그(78)에 대한 배출 디바이스가 상기 툴 캐리어(8)의 베이스 몸체(72)에 형성되고, 상기 배출 디바이스는 특히, 측(side) 상에 배열된 플랩(80)을 갖는,
    디바이스(2).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀드-다운 디바이스(48)는 상기 펀칭 및 구멍-형성 동작 동안 상기 피드 유닛의 정지 표면(70)에 맞닿는 제1 고정 정지부(68)를 갖는,
    디바이스(2).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드 유닛(12)은 플런저(14), 스프링 엘리먼트(36), 및 상기 플런저(14) 및 상기 스프링 엘리먼트(36)를 수용하는 플런저 튜브(34)를 갖고, 상기 세팅 유닛(10)은 상기 플런저 튜브(34)에 고정되고, 상기 플런저(14)는 상기 펀치(56)에 대해 이동하고, 상기 스프링 엘리먼트(36)는 상기 홀드-다운 디바이스(48)에 작용하고, 상기 펀치(56)는 추가로, 상기 펀치 슬리브(52)에 대해 변위 가능하게 되도록 이젝터 핀(ejector pin)(62)이 안내되는 슬리브로서 설계되는,
    디바이스(2).
13. 가공물(6) 상에 연결 엘리먼트(4), 특히 압입 볼트를 세팅하기 위한 세팅 프로세스를 수행하기 위해 특히 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(2)로서,
    세팅 유닛(10)을 포함하고, 상기 세팅 유닛(10)은,
    상기 가공물(6)에 구멍(90)을 펀칭하기 위해 상기 홀드-다운 디바이스(48)에 대해 상기 피드 방향(18)으로 이동될 수 있는 펀치(56)
    상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 구멍(90) 내로 가압하기 위한 펀치 슬리브(52)
    를 포함하고,
    상기 펀치(56) 및 상기 펀치 슬리브(52)는 상기 피드 방향(18)으로의 공통 피드 움직임을 위한 축방향 강제 가이던스(axial forced guidance)를 통해 서로 연결되고, 상기 축방향 강제 가이던스는 제어된 방식으로 해제될 수 있어서, 상기 펀치(56)가 구멍 펀치 동작을 위해 상기 펀치 슬리브(52)에 대해 이동될 수 있게 하는,
    디바이스(2).
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펀치 슬리브(52) 및 상기 펀치(56)는 서로에 대해 회전될 수 있어서, 미리 결정된 회전 위치에서, 상기 축방향 강제 가이던스가 해제되고 상기 펀치(56)는 상기 펀칭 동작을 수행하기 위해 상기 펀치 슬리브(52)에 대해 이동 가능한,
    디바이스(2).
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펀치 슬리브(52) 및 상기 펀치(56)는, 특히 자유롭게 제어될 수 있는 드라이브 유닛(64)의 도움으로 서로에 대해 회전될 수 있고, 상기 회전은 바람직하게는, 상기 펀치 슬리브(52) 또는 상기 펀치(56)에 맞물리는 드라이버(108)의 도움으로 일어나는,
    디바이스(2).
16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플런저 슬리브(52)는, 상기 플런저 슬리브(52)를 회전시킴으로써 상기 축방향 강제 가이던스가 해제될 수 있는 미리 결정된 축방향 위치까지 상기 홀드-다운 디바이스(48) 내에서 상기 피드 방향(18)으로 회전적으로 안정된 방식으로 안내되는,
    디바이스(2).
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    전진 및 후퇴 드라이버 정지부들(102, 104)은 상기 펀치 슬리브(52) 및 상기 펀치(56) 상에 형성되고, 상기 전진 드라이버 정지부들(102)은 상기 플런저 슬리브(52)를 회전시킴으로써 강제 가이던스를 해제하기 위해 분리되는,
    디바이스(2).
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(28)는,
    a) 초기 위치에서, 상기 가공물(6)은 상기 컴포넌트 지지부(76) 상에 놓이는 단계
    b) 상기 세팅 유닛(10)은 상기 피드 방향(18)으로 이동하고 상기 홀드-다운 디바이스(48)는 상기 컴포넌트 지지부(76)에 대해 상기 가공물을 가압하고 상기 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작이 수행되는 단계,
    c) 상기 가공물의 위치는 중심결정 핀(42)을 이동시킴으로써 고정되는 단계,
    d) 상기 피드 방향(18) 반대로 상기 세팅 유닛(10)을 리셋하고 상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 세팅 유닛(10)으로 공급하는 단계,
    e) 상기 세팅 유닛(10)을 상기 피드 방향으로 공급하고 상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 가공물(6) 내로 압입하는 단계,
    f) 상기 시작 위치로 리턴하는 단계
    가 수행되도록 셋업되는,
    디바이스(2).
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(28)는 상기 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작 동안,
    상기 홀드-다운 디바이스(48)는 상기 홀드-다운 디바이스(48)의 제1 고정 정지부(68)가 상기 피드 유닛(12)의 정지 표면(70) 상에 놓이게 되고 상기 홀드-다운 디바이스(48)가 상기 피드 방향(18) 반대로 역으로 이동하는 것이 차단될 때까지 상기 가공물(6)을 향해 이동하는 단계,
    상기 엠보싱 슬리브(22)는 상기 피드 방향(18) 반대로 상향으로 이동되고 상기 칼라(92)를 형성하는 단계,
    동시에, 상기 구멍(90)이 펀칭되고 상기 펀칭 슬러그(78)가 제거되는 단계,
    상기 구멍(90)을 펀칭하기 위해, 상기 펀치 슬리브(52)와 상기 펀치(56) 사이의 축방향 강제 가이던스가 해제되는 단계
    가 수행되도록 셋업되는,
    디바이스(2).
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(28)는 상기 구멍 펀칭/구멍 형성 동작과 상기 가공물(6)을 고정하기 위한 세팅 프로세스 사이에,
    상기 피드 유닛(12)의 플런저 튜브(34)의 스트로크를, 상기 가공물(6)이 여전히 클램핑되는 중간 위치로 리턴하는 단계,
    상기 엠보싱 슬리브(22)의 스트로크를 제2 고정 정지부(94)로 리턴하는 단계,
    중심결정 핀(42)을 상기 구멍(90)으로 이동시키는 단계
    가 일어나도록 셋업되는,
    디바이스(2).
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(28)는 상기 세팅 프로세스의 시작시,
    상기 피드 유닛(12)의 플런저 튜브(34)의 스트로크를 상기 시작 위치로 리턴하는 단계,
    상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 세팅 유닛(10)에 공급하는 단계
    가 일어나도록 셋업되는,
    디바이스(2).
22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(28)는 상기 세팅 프로세스에 대해,
    상기 피드 유닛(12)의 플런저 튜브(34)의 스트로크를 전방 압입 위치로 전진시키는 단계,
    상기 중심결정 핀(42)의 스트로크를 동시에 리턴하는 단계
    가 일어나도록 셋업되는,
    디바이스(2).
23. 디바이스(2)의 도움으로 가공물 상에 연결 엘리먼트(4)를 세팅하기 위한 방법으로서,
    상기 디바이스(2)는,
    상기 홀드-다운 디바이스(48)를 갖는 세팅 유닛(10), 및
    컴포넌트 지지부(76)를 가지며, 상기 세팅 유닛(10)에 대향하는 컴포넌트 캐리어(20)
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    제1 스테이지에서 구멍 펀칭 및 구멍 형성 동작을 수행하는 단계 ― 이때,
    상기 가공물(6)은 상기 홀드-다운 디바이스(48)와 상기 컴포넌트 지지부(76) 사이에 클램핑되고,
    상기 세팅 유닛(10)의 펀치(56)의 도움으로 구멍(90)이 펀칭되고, 상기 펀치(56)는 피드 방향(18)으로 상기 홀드-다운 디바이스(48)에 대해 이동되고,
    상기 구멍(90)을 둘러싸는 딥-드로잉 칼라(92)가 엠보싱 슬리브(22)를 사용하여 형성되고, 상기 엠보싱 슬리브(22)는 상기 컴포넌트 캐리어(20)에 배열되고 상기 피드 방향(18) 반대로 이동됨 ―, 및
    상기 세팅 유닛(10)의 도움으로 제2 스테이지에서 상기 연결 엘리먼트(4)를 상기 구멍(90) 내로 가압하는 단계
    를 포함하고,
    두 스테이지들(6) 사이에서, 상기 가공물(6)과 상기 디바이스(2) 사이의 어떠한 측방향 상대적 움직임도 일어나지 않는,
    방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 스테이지 후에, 상기 가공물(6)은 상기 엠보싱 슬리브(22)를 통해 중심결정 핀(42)을 상기 구멍(90) 내에 삽입함으로써 고정되고 상기 고정 후에, 상기 세팅 유닛(10)이 상기 피드 방향(18) 반대로 이동하고 연결 엘리먼트(4)가 상기 세팅 유닛(10)에 공급되고, 그 후 상기 연결 엘리먼트(4)가 상기 구멍(90) 내로 가압되는,
    방법.

Images