WO2003059550A1 - Setzwerkzeug mit zugspannungs-messeinrichtung - Google Patents

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WO2003059550A1
WO2003059550A1 PCT/EP2002/010914 EP0210914W WO03059550A1 WO 2003059550 A1 WO2003059550 A1 WO 2003059550A1 EP 0210914 W EP0210914 W EP 0210914W WO 03059550 A1 WO03059550 A1 WO 03059550A1
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setting tool
tool according
rivet
setting
head piece
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PCT/EP2002/010914
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English (en)
French (fr)
Inventor
Antonin Solfronk
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Ms Verwaltungs- Und Patentgesellschaft Mbh
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Priority to DE50310859T priority patent/DE50310859D1/de
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • B21J15/285—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups for controlling the rivet upset cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/105—Portable riveters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups

Definitions

  • the invention relates to a setting tool and a method for setting parts to be set, preferably rivets, in particular a device and a method for setting rivets with tension measurement, and a head piece for a setting tool.
  • Rivet connections are used in a variety of ways in industrial production for joining components. Especially in the automotive and
  • Known rivet setting tools set rivets with preset ones Parameters, such as the tractive force to be used. Under optimal conditions, a rivet setting process using such a device may also achieve an optimal result, however, deviations from the target parameters that influence the strength of the connection are not recognized. This is particularly important, since a defective rivet connection can give the appearance of a correctly placed blind rivet or a rivet nut. Such faulty connections have a negative impact on the quality of the assemblies manufactured with them and can even have fatal consequences in safety-sensitive areas such as aircraft construction.
  • a rivet setting device which is provided with a force measuring device which ensures that the rivet setting device works with a predetermined tensile force.
  • the force measuring device has a strain gauge.
  • a disadvantage of such a strain gauge is that a voltage supply is necessary for this and that the strain gauge does not automatically convert the tensile force into a voltage signal.
  • the object of the present invention is therefore to provide improved control of rivet connections when riveting. This.
  • the object is already achieved in a surprisingly simple manner by a setting tool according to claim 1, as well as a method for setting according to claim 18 and a head piece for a setting tool
  • a rivet processing tool in particular rivet setting tool with a head piece for receiving in particular a rivet, a device for gripping and / or pulling in particular a rivet pin and a pulling device connected to the device for gripping and or pulling in particular a rivet pin, which additionally has at least one piezoelectric
  • the device for measuring the tension of the pulling device By means of the device for measuring the tension of the pulling device, its measured values can be determined and evaluated. It has been shown that a measurement of the tensile stress curve during a rivet setting cycle provides detailed information about the rivet setting process and, in particular, faulty rivet setting processes can be determined using the tensile stress curve.
  • the piezoelectric sensor used to measure the tensile stress is inexpensive, provides exact measured values and can be accommodated in the smallest space. Such a sensor also delivers
  • the invention is suitable for all types
  • Rivet processing and setting tools such as rivet setting tools, blind rivet nut setting tools, shooting ring bolt setting tools etc.
  • the current position of the pulling device can advantageously be determined via a device for measuring the position of the pulling device, such as a displacement sensor, so that tension-displacement-value pairs can be evaluated.
  • a device for measuring the position of the pulling device such as a displacement sensor
  • the tensile stress can be measured indirectly by means of a pressure sensor which, for example, measures the counterforce exerted on the pulling device on a part of the rivet setting tool.
  • Hydraulically operated traction devices are particularly advantageous for industrial applications, with which fast setting cycles with reproducible setting parameters can be carried out.
  • the invention also includes electrical, electrohydraulic and hydropneumatic pulling devices.
  • the electric pulling devices a wireless device with an integrated battery is particularly advantageous.
  • a corresponding device can advantageously be accommodated in the setting tool for the detection and evaluation of the device for measuring the tension of the pulling device.
  • a counter can be accommodated in the setting tool, which counts setting cycles. Maintenance intervals can be monitored, for example, with a counter that records the number of setting cycles carried out on the basis of the tensile stress measured values.
  • the counter can be used to check whether rivets may have been left out, particularly in the case of large assemblies with a large number of rivets.
  • the device for evaluation and recording can also include a date and / or time recording device. For example, by entering a date
  • the device can, for example, be set up to start the date acquisition after a certain number of riveting cycles, so that, for example, test cycles can be carried out before the date acquisition starts. With An additional recording of the time can be traced back, for example, when faulty rivets were set.
  • the tensile stress measured values and / or the counter readings can also be transmitted to an external unit via a corresponding device for transmitting tensile stress measured values.
  • This unit can be, for example, a computer for data evaluation and / or control.
  • the signal transmission can advantageously be accomplished with a device for transmitting infrared, ultrasound or radio signals.
  • the data can also be transmitted to a mobile radio terminal device via a mobile radio network.
  • This enables data to be transferred directly to a maintenance department or the manufacturer, for example, for remote diagnostics if the device malfunctions.
  • the manufacturer can also use this to check whether the required maintenance intervals have been observed.
  • the device for gripping a rivet pin preferably also comprises clamping jaws which are actuated via a chuck connected to a pull spindle. The tension is transmitted via a tension spindle.
  • the setting device can also be provided with a device for connection to a local network for rapid distribution of the data to a number of external evaluation units.
  • the method provides for a part to be placed to be inserted into an opening provided for this purpose then, to set the part to be set, exert a tensile force on the part to be set, preferably to exert the rivet pin by means of a pulling device, at least one during the application of the tensile force
  • Measured value is obtained, which is caused or influenced by the tensile force applied to the rivet pin.
  • the measured value can be obtained at a predetermined point in time or stroke of the pulling device and can thus provide information about any rivets that are not optimally placed.
  • the measured values are obtained at regular time intervals while the tensile force is being applied. This enables a time course of the tractive effort to be determined and detailed information about the rivet connections to be obtained.
  • the invention relates to a head piece for a setting tool, which comprises a device comprising at least one piezoelectric sensor for measuring the tensile stress exerted by the pulling device.
  • the function of this head piece corresponds to the solution of the object according to the invention according to claim 1, with the difference that here the device required for measuring the tensile stress is completely integrated into the head piece with a piezoelectric sensor. It is thus possible to provide a head piece with the function according to the invention for an existing setting tool. This has the advantage that no complete setting tool has to be purchased.
  • the head piece can be equipped with corresponding connections Setting tools from different manufacturers are provided.
  • the head piece according to the invention benefits from the advantage that the piezo sensor does not require a voltage supply.
  • Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 graph of tensile stress as a function of time
  • Fig. 3A to 3D different embodiments of external
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view through an embodiment of the invention.
  • the rivet setting process which means the setting of a rivet.
  • the rivet setting described here includes the setting of blind rivets, rivet nuts and in particular also the setting of locking ring bolts, even if this is no longer expressly mentioned. If a different headpiece, mouthpiece, chuck or other receptacle is required for the respective embodiment, a person skilled in the art can make corresponding adaptations to the current requirements.
  • the rivet setting device 1 comprises a head piece 2 with an adjusting nut 22 for receiving a rivet 20, a fuselage part 6, and a handle 16.
  • a manually actuated release device 18 triggers a pulling device in the interior of the rivet setting device, which device has a device for gripping the shaft or rivet pin the rivet 20 is connected so that the pin is pulled into the device.
  • the device for gripping the shaft or rivet pin preferably comprises a chuck with two or more clamping jaws.
  • the pulling device is supported on the head part 2 of the rivet setting device, so that the tensile stress exerted on the rivet pin is translated into a pressure exerted between the head part and the pulling device.
  • a sensor unit 3 On the head part 2 there is a sensor unit 3, preferably with a piezoelectric sensor, which measures the pressure generated between the head part 2 and the pulling device when the rivet pin is pulled.
  • the sensor generates a tension signal that is substantially proportional to the tension.
  • This voltage is either transmitted directly via a cable 8 to an external device 12 for recording and evaluating tensile stress measured values or initially amplified by the sensor unit, the amplified signal then being transmitted.
  • a separate evaluation electronics 15 can also be accommodated on a part 14 attached to the handle, which includes, for example, counter electronics with date and / or time function.
  • the transmission to an external evaluation unit can also take place via corresponding devices for the transmission and reception of infrared, ultrasound or radio signals.
  • the rivet setting device can also be set up to transmit the signals to a terminal device via a mobile radio network, as a result of which there are large distances between Allow rivet setting tool and external evaluation unit to be reached.
  • the rivet setting device 1 also has a displacement sensor 4, which determines the current position of the pulling device via a device for measuring the position of the pulling device and sends a corresponding signal to the external device 12 via a cable connection 10.
  • the displacement sensor can, for example, be an optical-electronic or an inductive displacement sensor.
  • Eig. 2 shows graphs of tensile stress as a function of time over the course of rivet setting cycles.
  • Graph 100 shows the typical course of the tension under optimal conditions and shows a minimum of the tension. The rivet head is compressed to this minimum by the tensile force exerted by the pulling device of the rivet setting device. Then the tractive force continues to increase until the rivet pin leaves and the tensile stress drops abruptly to zero.
  • the graphs 101, 102 and 103 show curves of the tensile stress under non-optimal conditions.
  • Graph 101 shows the course of the tension when the hole diameter is too large. In this case the minimum between the two maxima is not as deep as in the optimal case and at a later time. Until the pin is torn off, if the hole diameter is too large, a higher tensile stress must also be applied and the tearing off takes place at a somewhat later time.
  • Graph 102 shows the course of the tensile stress when a rivet is not fully inserted into the hole and Graph 103 shows a riveting process without material, ie without the rivet being inserted into a hole in a sheet. In both cases is the minimum of the tensile stress, as well as the time at which the pin is torn off at a later time compared to the curve shape under optimal conditions.
  • FIGS. 3A to 3D show embodiments of external devices for recording and evaluating tensile stress measurement values of the invention.
  • an evaluation unit 24 is shown schematically, which is connected via a cable connection 8 to the sensor unit 3 of the rivet setting device 1.
  • the sensor unit and the evaluation unit can also be connected to one another via a transmitting / receiving device for infrared, ultrasound or radio signals, the sensor being correspondingly equipped with a transmitter and / or receiver.
  • the evaluation unit 24 comprises an LCD display 26 and operating elements 28. Current results of measurements, such as, for example, the maximum tensile stress achieved, are shown on the LCD display. The measuring and
  • Evaluation results are determined in the unit 24 using suitable measuring electronics.
  • Various functions such as carrying out a reference measurement, threshold values for warning messages or
  • 3B shows an extension of this system, a printer 32 being connected to the evaluation unit 24 via a cable connection 30. Via the printer 32 current Measurement results and other data are output.
  • the printer can be controlled, for example, via the control elements 28.
  • 3C shows an embodiment in which the measured values of the sensor unit 3 of the rivet setting device are transmitted to a computer 34 as an evaluation unit via a cable connection 8.
  • the computer preferably a workstation computer, can be provided with a suitable plug-in card in which evaluation electronics for the transmitted voltage measurement values are accommodated.
  • the voltage measurement values are digitized at regular intervals using an ADC module and can then be processed further using suitable software. The processed measurement data and evaluation results are then displayed on the screen 36 of the computer.
  • Eig. 3D shows a further embodiment in which a plurality of rivet setting devices are connected to an evaluation unit 38 via cable connections 81, 82, 83 and 84.
  • the embodiment is shown in FIG. 4 as an example for four rivet setting tools.
  • this structure can be extended to any number of devices.
  • the structure can also be used for a single rivet setting tool.
  • Each rivet setting device is connected via the cable connections to one of the blocks 381 to 384 of the evaluation unit 38.
  • the evaluation unit 38 is in turn connected via a connection 40 to a network node 42, from which the data can be distributed to a plurality of computers 341 to 344.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view through an embodiment of the invention, on the basis of which the principle of tension measurement can be explained.
  • a hydraulic cylinder 50 is located in the fuselage part 6.
  • a hydraulic piston 52 to which a tension spindle 54 is attached, which transmits the force exerted by the piston to a chuck 56 attached to it.
  • the clamping jaws 58 are first compressed by the returning chuck 56 until a rivet pin located between them is gripped and clamped.
  • the clamping jaws then pull the rivet pin further into the head part 2 of the rivet setting device until it tears off from the rivet head approaching the adjusting nut 22.
  • the piston can also be operated hydropneumatically, with the hydraulic fluid being pressed into the hydraulic cylinder 50 via a further, pneumatically operated piston, which can be accommodated, for example, in the part 14 shown in FIG. 1 and attached to the handle.
  • the head part 2 is fastened to the body part 6 in such a way that the pressure is not transmitted directly to the sleeve of the head part 2, but rather via a piezoelectric material part 31 located between the head and body parts. A resulting piezo voltage can then be transmitted to a suitable connector 64 by means of the electrical connections 60 and 62.
  • the pressure sensor can also be connected to suitable measuring and evaluation electronics which are integrated in the rivet setting device itself.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Um eine verbesserte Kontrolle von Nietverbindungen beim Nietsetzen bereitzustellen ist ein Nietsetzwerkzeug mit einem Kopfstück (2) zur Aufnahme einer Niete (20), einer Einrichtung zum Greifen eines Nietstiftes und eine mit der Einrichtung zum Greifen eines Nietstiftes verbundene Zugvorrichtung vorgesehen, welche zusätzlich eine Einrichtung zur Messung der Zugspannung der Zugvorrichtung aufweist.

Description

Setzwerkzeug mit Zugspannungs-Messeinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Setzwerkzeug und ein Verfahren zum Setzen von zu setzenden Teilen, vorzugsweise Nieten, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Setzen von Nieten mit Zugspannungsmessung, sowie ein Kopfstück für ein Setzwerkzeug.
Nietverbindungen werden in der industriellen Fertigung in vielfältiger Weise für das Zusammenfügen von Bauteilen verwendet. Insbesondere in der Automobil- und
Flugzeugindustrie werden dabei unter dem Sicherheitsaspekt hohe Anforderungen an die Stabilität und
Langzeitbelastbarkeit von Baugruppen gestellt. Die Stabilität einer Nietverbindung hängt dabei in entscheidendem Maße vom Verlauf des Nietvorgangs ab. Reißt beispielsweise der Stift einer Blindniete zu früh ab, so ist die Festigkeit und Haltbarkeit der Nietverbindung gefährdet oder zumindest nicht optimal. Ähnliches gilt beispielsweise, wenn die Blindniete nicht gerade in die Öffnung in den Blechen eingefügt wurde oder die Öffnung für den Niet nicht optimal angepaßt ist. Letzeres tritt zum Beispiel durch unrunde Öffnungen oder solche mit falschen Durchmesser.
Bekannte Nietsetzwerkzeuge setzen Nieten mit voreingestellten Parametern, wie etwa der anzuwendenden Zugkraft. Bei optimalen Bedingungen mag ein Nietsetzvorgang unter Verwendung eines solchen Geräts ebenfalls zu einem optimalen Ergebnis zu gelangen, jedoch werden Abweichungen von den Sollparametern, welche die Festigkeit der Verbindung beeinflussen, dabei nicht erkannt. Dies ist insbesondere bedeutungsvoll, da eine mangelhafte Nietverbindung bei äußerlicher Überprüfung durchaus den Anschein eines korrekt gesetzten Blindniets oder einer Nietmutter erwecken kann. Solche fehlerhaften Verbindungen haben negative Auswirkungen auf die Qualität der damit hergestellten Baugruppen und können in sicherheitssensiblen Bereichen, wie etwa dem Flugzeugbau sogar fatale Folgen haben.
Aus EP 0 454 890 ist ein Nietsetzgerät bekannt, das mit einer Kraftmesseinrichtung versehen ist, die sicher stellt, dass das Nietsetzgerät mit einer vorgegebenen Zugkraft arbeitet. Die Kraftmesseinrichtung weist einen Dehnungsmessstreifen auf . Nachteilig an einem solchen Dehnungsmessstreifen ist, dass hierfür eine Spannungsversorgung notwendig ist, und dass der Dehnungsmessstreifen die Zugkraft nicht von sich aus in ein Spannungssignal umwandelt.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Kontrolle von Nietverbindungen beim Nietsetzen bereitzustellen. Diese. Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch ein Setzwerkzeug gemäß Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Setzen gemäß Anspruch 18 und ein Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach
Anspruch 23 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Demgemäß ist ein Nietverarbeitungswerkzeug, insbesondere Nietsetzwerkzeug mit einem Kopfstück zur Aufnahme insbesondere einer Niete, einer Einrichtung zum Greifen und/oder Ziehen insbesondere eines Nietstiftes und eine mit der Einrichtung zum Greifen und oder Ziehen insbesondere eines Nietstiftes verbundene Zugvorrichtung vorgesehen, welches zusätzlich eine zumindest einen piezoelektrischen
Sensor umfassende Einrichtung zur Messung der Zugspannung der Zugvorrichtung aufweist.
Durch die Einrichtung zur Messung der Zugspannung der Zugvorrichtung lassen sich deren Meßwerte ermitteln und auswerten. Es hat sich gezeigt, daß eine Messung des Zugspannungsverlaufs während eines Nietsetzzyklus detaillierte Informationen über den Nietsetzvorgang wiedergibt und insbesondere fehlerhafte Nietsetzvorgänge anhand des Zugspannungsverlaufs ermittelt werden können.
Der für die Messung der Zugspannung verwendete piezoelektrischer Sensor ist preiswert, liefert exakte Meßwerte und lässt sich auf kleinstem Raum unterbringen. Darüber hinaus liefert ein solcher Sensor ein
Spannungssignal . So ist im Unterschied zu herkömmlich verwendeten Dehn-Mess-Streifen (DMS) eine SpannungsZuführung nicht erforderlich.
Die Erfindung eignet sich für alle Typen an
Nietverarbeitungs- und Setzwerkzeugen, so zum Beispiel auch Nietsetzwerkzeuge, Blindnietmuttersetzwerkzeuge, Schießringbolzensetzwerkzeuge etc.
Für die Kontrolle des Setzvorgangs können zusätzliche Parameter aufgezeichnet werden. Vorteilhaft kann beispielsweise die momentane Position der Zugvorrichtung über eine Einrichtung zur Positionsmessung der Zugvorrichtung, wie etwa einen Weggeber ermittelt werden, so daß sich Zugspannungs-Weg-Wertepaare auswerten lassen. In einfacher Weise läßt sich die Zugspannung indirekt mittels eines Drucksensors messen, welcher beispielsweise die über die Zugvorrichtung ausgeübte Gegenkraft auf einen Teil des Nietsetzwerkzeugs mißt.
Insbesondere für industrielle Anwendungen sind hydraulisch betriebene Zugvorrichtungen vorteilhaft, mit denen schnelle Setzzyklen mit reproduzierbaren Setzparametern durchgeführt werden können. Die Erfindung umfasst aber auch elektrische, elektrohydraulische und hydropneumatische Zugvorrichtungen. Unter den elektrischen Zugvorrichtungen ist ein kabelloses Gerät mit integrierten Akku besonders vorteilhaft .
Für die Erfassung und Auswertung der von der Einrichtung zur Messung der Zugspannung der Zugvorrichtung kann in vorteilhafter Weise eine entsprechende Einrichtung im Setzgerät untergebracht sein. Weiterhin kann im Setzgerät ein Zähler untergebracht sein, der Setzzyklen zählt . Mit einem Zähler, der anhand der Zugspannungs-Meßwerte die Anzahl der durchgeführten Setzzyklen aufzeichnet, lassen sich beispielsweise Wartungsintervalle überwachen. Zusätzlich kann der Zähler dazu verwendet werden, um insbesondere bei großen Baugruppen mit einer großen Anzahl Nieten zu kontrollieren, ob eventuell Nieten ausgelassen wurden.
Die Einrichtung zur Auswertung und Erfassung kann auch eine Datums- und/oder Zeiterfassungseinrichtung umfassen. Beispielsweise lassen sich durch eine Datumserfassung
Gewährleistungsfristen und Wartungsfristen überprüfen. Das Gerät kann so beispielsweise eingerichtet sein, die Datumserfassung nach einer gewissen Anzahl von Nietsetzzyklen zu starten, so dass beispielsweise vor Start der Datumserfassung Probezyklen durchgeführt werden können. Mit einer zusätzliche Erfassung der Uhrzeit lässt sich beispielsweise zurückverfolgen, wann fehlerhafte Nieten gesetzt wurden.
Die Zugspannungs-Meßwerte und/oder die Zählerstände können auch über eine entsprechende Einrichtung zur Übertragung von Zugspannungs-Meßwerten an eine externe Einheit übertragen werden. Diese Einheit kann beispielsweise ein Rechner für die Datenauswertung und/oder Steuerung sein. Vorteilhaft läßt sich die Signalübermittlung dabei mit einer Einrichtung zur Übertragung von Infrarot, Ultraschall oder Funksignalen bewerkstelligen.
Weiterhin können die Daten auch über ein Mobilfunknetz an eine Mobilfunk-Endeinrichtung übertragen werden. Damit können beispielsweise für Ferndiagnosen bei fehlerhafter Funktion des Gerätes die Daten direkt an eine Wartungsabteilung oder den Hersteller übertragen werden. Ebenso kann dadurch der Hersteller überprüfen, ob die erforderlichen Wartungsintervalle eingehalten wurden.
Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zum Greifen eines Nietstiftes außerdem Klemmbacken, die über ein mit einer Zugspindel verbundenes Futter betätigt werden. Die Zugspannung wird dabei über eine Zugspindel übertragen.
Das Setzgerät kann für eine schnelle Verteilung der Daten an mehrere externe Auswerteeinheiten auch mit einer Einrichtung zum Anschluß an ein lokales Netzwerk versehen sein.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, ein entsprechendes Verfahren zur Kontrolle von Setzvorgängen anzugeben, welches insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Setzgerät ausgeführt werden kann. Das Verfahren sieht vor, ein zu setzendes Teil in eine dafür vorgesehene Öffnung einzuführen und anschließend zum Setzen des zu setzenden Teils eine Zugkraft auf das zu setzende Teil, vorzugsweise den Nietstift mittels einer Zugvorrichtung auszuüben, wobei während des Anwendens der Zugkraft zumindest ein
Meßwert gewonnen wird, der durch die am Nietstift anliegende Zugkraft hervorgerufen oder beeinflusst wird. Der Meßwert kann dabei zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder Hub der Zugvorrichtung gewonnen werden und kann so Auskunft über etwaige nicht optimal gesetzte Nieten liefern.
Bevorzugt werden mehrere Meßwerte in regelmäßigen Zeitabständen während des Anwendens der Zugkraft gewonnen. Damit läßt sich ein zeitlicher Verlauf der aufgewendeten Zugkraft ermitteln und so detaillierte Informationen über die Nietverbindungen erhalten.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von mit einem piezoelektrischen Drucksensor gewonnenen Meßdaten. Bei den großen auftretenden Zugkräften liefert auch ein äußerst kleiner Sensor ausreichend hohe Spannungen für präzise und störunanfallige Messungen.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Kopfstück für ein Setzwerkzeug, das eine zumindest einen piezoelektrischen Sensor umfassende Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung ausgeübten Zugspannung umfasst. Dieses Kopfstück entspricht in seiner Funktion der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nach Anspruch 1, mit dem Unterschied, dass hier die zum Messen der Zugspannung erforderliche Einrichtung mit einem piezoelektrischen Sensor komplett in das Kopfstück integriert ist. So ist es möglich, für ein vorhandenes Setzgerät ein Kopfstück mit der erfindungsgemäßen Funktion bereitzustellen. Das hat den Vorteil, dass kein komplettes Setzgerät angeschafft werden muss. Das Kopfstück kann mit entsprechen Anschlüssen für Setzwerkzeuge von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellt werden. Dabei kommt dem erfindungsgemäßen Kopfstück der Vorteil zugute, dass der Piezosensor keine Spannungsversorgung benötigt .
Die Erfindung soll nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, wobei sich in den einzelnen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Bestandteile beziehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 Graphen der Zugspannung als Funktion der Zeit, Fig. 3A bis 3D verschiedene Ausführungsformen externer
Einrichtungen zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Messwerten, und Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform der Erfindung.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird vornehmlich Bezug auf den Nietsetzvorgang, dies bedeutet das Setzen eines Niets genommen. Hierbei umfasst jedoch das beschriebene Nietsetzen das Setzen von Blindnieten, Nietmuttern und insbesondere auch das Setzen von Schließringbolzen, selbst wenn dieses nicht mehr ausdrücklich erwähnt ist. Soweit für die jeweilige Ausführungsform ein anderes Kopfstück, Mundstück, Futter oder eine andere Aufnahme nötig ist, kann ein Fachmann auf diesem Gebiet entsprechende Anpassungen an die aktuellen Anforderungen vornehmen.
In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nietsetzgerätes gezeigt. Das Nietsetzgerät 1 umfaßt ein Kopfstück 2 mit Einstellmutter 22 zur Aufnahme einer Niete 20, einen Rumpfteil 6, und einen Handgriff 16. Mit einer manuell betätigbaren Auslöseeinrichtung 18 wird eine Zugvorrichtung im Inneren des Nietsetzgerätes ausgelöst, welche mit einer Einrichtung zum Greifen des Schaftes oder Nietstifts der Niete 20 verbunden ist, so daß der Stift in das Gerät hineingezogen wird. Bevorzugt umfaßt dabei die Einrichtung zum Greifen des Schaftes oder Nietstifts ein Futter mit zwei oder mehr Klemmbacken. Die Zugvorrichtung stützt sich am Kopfteil 2 des Nietsetzgerätes ab, so daß die auf den Nietstift ausgeübte Zugspannung in einen zwischen Kopfteil und Zugvorrichtung ausgeübten Druck übersetzt wird. Am Kopfteil 2 befindet sich eine Sensoreinheit 3 , vorzugsweise mit piezoelektrischem Sensor, welcher den zwischen Kopfteil 2 und Zugvorrichtung beim Ziehen des Nietstiftes entstehenden Druck mißt . Der Sensor erzeugt ein der Zugspannung im wesentlichen proportionales Spannungssignal . Diese Spannung wird über ein Kabel 8 an eine externe Einrichtung 12 zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten entweder direkt übertragen oder von der Sensoreinheit zunächst verstärkt, wobei dann das verstärkte Signal übertragen wird.
An einem am Handgriff befestigten Teil 14 kann außerdem eine eigene Auswerteelektronik 15 untergebracht sein, die beispielsweise eine Zählelektronik mit Datums- und/oder Uhrzeitfunktion umfaßt.
Die Übertragung zu einer externen Auswerteeinheit kann alternativ zu einer Übermittlung über Kabelverbindungen auch über entsprechende Einrichtungen zur Übermittlung und Empfang von Infrarot-, Ultraschall- oder Funksignalen geschehen. Insbesondere kann das Nietsetzgerät auch eingerichtet sein, die Signale über ein Mobilfunknetz an eine Endeinrichtung zu übertragen, wodurch sich große Distanzen zwischen Nietsetzgerät und externer Auswerteeinheit erreichen lassen.
Das Nietsetzgerät 1 weist in dieser Ausführungsform auch noch einen Weggeber 4 auf, welcher über eine Einrichtung zur Positionsmessung der Zugvorrichtung die momentane Position der Zugvorrichtung bestimmt und ein entsprechendes Signal an die externe Einrichtung 12 über eine Kabelverbindung 10 sendet. Bei dem Weggeber kann es sich beispielsweise um einen optisch-elektronischen oder auch einen induktiven Weggeber handeln.
Eig. 2 zeigt Graphen der Zugspannung als Funktion der Zeit im Verlauf von Nietsetzzyklen. Graph 100 zeigt dabei den typischen Verlauf der Zugspannung unter optimalen Bedingungen, weist ein Minimum der Zugspannung auf. Bis zu diesem Minimum wird durch die von der Zugvorrichtung des Nietsetzgeräts ausgeübte Zugkraft der Nietenkopf zusammengedrückt. Danach wächst die Zugkraft weiter an, bis der Nietstift abreist und die Zugspannung abrupt auf null absinkt .
Die Graphen 101, 102 und 103 zeigen Verläufe der Zugspannung bei nicht optimalen Bedingungen. Graph 101 zeigt dabei den Verlauf der Zugspannung bei einem zu großen Lochdurchmesser. In diesem Fall ist das Minimum zwischen den beiden Maxima nicht so tief wie im optimalen Fall und zu einem etwas späteren Zeitpunkt. Bis zum abreißen des Stiftes muß im Falle eines zu großen Lochdurchmessers außerdem eine höhere Zugspannung aufgewendet werden und das Abreißen erfolgt zu einem etwas späteren Zeitpunkt.
Graph 102 zeigt den Verlauf der Zugspannung bei einer nicht vollständig in das Loch eingeführten Niete und Graph 103 bei einem Nietvorgang ohne Material, d. h. ohne daß die Niete in ein Loch in einem Blech gesteckt wurde. In beiden Fällen liegt das Minimum der Zugspannung, sowie der Zeitpunkt des Abreißens des Stiftes zu einem späteren Zeitpunkt verglichen mit dem Kurvenverlauf unter optimalen Bedingungen.
Anhand dieser Graphen wird deutlich, daß der zeitliche Verlauf der Zugspannung detaillierte Auskunft über den Zustand des gesetzten Niets geben kann.
Im Folgenden wird Bezug auf die Figuren 3A bis 3D genommen, die Ausführungsformen externer Einrichtungen zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten der Erfindung zeigen.
In Fig. 3A ist schematisch eine Auswerteeinheit 24 gezeigt, welche über eine Kabelverbindung 8 mit der Sensoreinheit 3 des Nietsetzgerätes 1 verbunden ist. Anstelle der KabelVerbindung 8 können die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit auch über eine Sende/Empfangseinrichtung für Infrarot, Ultraschall oder Funksignale miteinander verbunden werden, wobei der Sensor entsprechend mit einem Sender und/oder Empfänger ausgerüstet ist.
Die Auswerteeinheit 24 umfaßt eine LCD-Anzeige 26 und Bedienelemente 28. Auf der LCD-Anzeige werden aktuelle Ergebnisse von Messungen gezeigt, wie beispielsweise die maximal erreichte Zugspannung. Die Meß- und
Auswerteergebnisse werden über eine geeignete Meßelektronik in der Einheit 24 ermittelt . Über die Bedienelemente können verschiedene Funktionen, wie etwa Durchführen einer Referenzmessung, Schwellwerte für Warnmeldungen oder
Zurücksetzen der aktuellen Meßwerte eingegeben werden.
Fig. 3B zeigt eine Erweiterung dieses Systems, wobei an der Auswerteeinheit 24 ein Drucker 32 über eine KabelVerbindung 30 angeschlossen ist. Über den Drucker 32 können aktuelle Meßergebnisse und weitere Daten ausgegeben werden. Der Drucker kann beispielsweise über die Bedienelemente 28 angesteuert werden.
In Fig. 3C ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher über einer Kabelverbindung 8 die Meßwerte der Sensoreinheit 3 des Nietsetzgerätes an einen Rechner 34 als Auswerteeinheit übertragen werden. Dazu kann der Rechner, vorzugsweise ein Arbeitsplatzrechner mit einer geeigneten Einsteckkarte versehen sein, in welcher eine Auswerteelektronik für die übertragenen Spannungsmeßwerte untergebracht ist . Beispielsweise werden die Spannungsmeßwerte mittels eines ADC-Bausteins in regelmäßigen Zeitabständen digitalisiert und können dann mit einer geeigneten Software weiterverarbeitet werden. Die aufbereiteten Meßdaten und Auswerteergebnisse werden dann auf dem Bildschirm 36 des Rechners dargestellt.
Eig. 3D zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher mehrere Nietsetzgeräte über KabelVerbindungen 81, 82, 83 und 84 an eine Auswerteeinheit 38 angeschlossen ist. Die Ausführungsform ist in Fig. 4 beispielhaft für vier Nietsetzgeräte gezeigt. Dieser Aufbau kann jedoch auf beliebig viele Geräte erweitert werden. Der Aufbau kann auch ebenso für ein einzelnes Nietsetzgerät angewendet werden. Jedes Nietsetzgerät ist über die Kabelverbindungen an einen der Blöcke 381 bis 384 der Auswerteeinheit 38 angeschlossen.
Die Auswerteeinheit 38 ist ihrerseits über eine Verbindung 40 an einen Netzwerkknoten 42 angeschlossen, von dem aus die Daten an mehrere Rechner 341 bis 344 verteilt werden können.
Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform der Erfindung, anhand der das Prinzip der Zugspannungsmessung erläutert werden kann. Im Rumpfteil 6 befindet sich ein Hydraulikzylinder 50. In dem Zylinder 60 läuft ein Hydraulikkolben 52, an dem eine Zugspindel 54 befestigt ist, welche die vom Kolben ausgeübte Kraft auf ein daran befestigtes Futter 56 überträgt. Wird durch den Kolben eine Kraft in Richtung des Pfeiles ausgeübt, indem in den Zylinderabschnitt 51 eine geeignete Hydraulikflüssigkeit hineingedrückt wird, so werden Klemmbacken 58 durch das sich zurückbewegende Futter 56 zunächst zusammengedrückt, bis ein sich dazwischen befindlicher Nietstift gegriffen und eingeklemmt wird. Die Klemmbacken ziehen daraufhin den Nietstift weiter in den Kopfteil 2 des Nietsetzgeräts, bis er von dem an der Einstellmutter 22 anfliegenden Nietkopf abreißt. Der Kolben kann auch hydropneumatisch betrieben sein, wobei über einen weiteren, pneumatisch betriebenen Kolben, der beispielsweise in dem in Fig. 1 gezeigten, am Handgriff befestigten Teil 14 untergebracht sein kann, die Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikzylinder 50 gedrückt wird.
Durch die über das Futter 56 ausgeübte Zugkraft wird ein Druck auf den Kopfteil 2 ausgeübt. Der Kopfteil 2 ist so am Rumpfteil 6 befestigt, daß der Druck nicht direkt auf die Hülse des Kopfteils 2, sondern über ein zwischen Kopf- und Rumpfteil befindliches piezoelektrischen Materialteil 31 übertragen wird. Eine dadurch entstehende Piezospannung kann dann mittels der elektrischen Verbindungen 60 und 62 auf einen geeigneten Anschlußstecker 64 übertragen werden. Ebenso kann der Drucksensor auch mit einer geeigneten Meß- und Auswerteelektronik verbunden sein, die im Nietsetzgerät selbst integriert ist.

Claims

Ansprüche
1. Setzwerkzeug, insbesondere Nietsetzwerkzeug, umfassend
- ein Kopfstück, insbesondere zur Aufnahme eines Niets,
- eine Einrichtung zum Greifen und/oder Ziehen, insbesondere eines Nietstiftes und
- eine mit der Einrichtung zum Greifen und/oder Ziehen insbesondere eines Nietstiftes verbundene Zugvorrichtung, gekennzeichnet durch
- eine zumindest einen piezoelektrischen Sensor umfassende Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung ausgeübten Zugspannung.
2. Setzwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Positionsmessung der Zugvorrichtung.
3. Setzwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung ausgeübten Zugspannung einen Drucksensorumfaßt .
4. Setzwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Drucksensor um einen piezoelektrischen Drucksensor handelt.
5. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung elektrisch, insbesondere mit einem Akku, elektrohydraulisch, hydraulisch oder hydropneumatisch betrieben ist .
Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten.
Setzwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten einen Zähler umfaßt, der Nietsetzzyklen zählt.
Setzwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten eine Einrichtung zur Datums- und/oder Uhrzeiterfassung umfasst.
Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Übertragung von Zugspannungs-Meßdaten an eine externe Einheit.
10. Setzwerkzeug nach Anspruch 9, wobei die
Einrichtung zur Übertragung von Zugspannungs-Meßdaten eine Einrichtung zur Übertragung von Infrarot, Ultraschall oder Funksignalen umfasst.
11. Setzwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei die externe Einheit eine Recheneinheit umfaßt.
12. Setzwerkzeug nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die externe Einheit eine Mobilfunk-Endeinrichtung umfaßt.
13. Setzwerkzeug nach einem 'der Ansprüche 1 bis
12, weiter gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abschalten des Nietsetzgerätes, unter Ansprechen auf ein im Falle eines fehlerhaften Nietsetzvorgangs generierten Signals.
14. Setzwerkzeug nach Anspruch 13, wobei das
Signal von einer externen Einheit generiert wird.
15. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anschluß an ein lokales Netzwerk.
16. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
15, wobei die Zugvorrichtung eine Zugspindel und die Einrichtung zum Greifen eines Nietstiftes Klemmbacken zum Klemmen eines Nietstiftes umfaßt.
17. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Nietsetzwerkzeug handelt .
18. Verfahren zur Kontrolle von Setzvorgängen, insbesondere Nietsetzvorgängen, insbesondere von mit einem Setzgerät, vorzugsweise
Nietsetzgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche vorgenommenen Nietsetzvorgängen, umfassend die Schritte des - Einfügens des zu setzenden Teils, insbesondere eines Niets, in eine Öffnung und des
- Anwendens einer Zugkraft auf das zu setzende
Teil, insbesondere den Nietstift durch eine Zugvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anwendens der Zugkraft zumindest ein
Meßwert gewonnen wird, der durch die am zu setzenden
Teil, insbesondere am Nietstift anliegende Zugkraft hervorgerufen oder beeinflusst wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßwerte in regelmäßigen Zeitabständen während des Anwendens der Zugkraft gewonnen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte mittels eines piezoelektrischen Sensors gewonnen werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Messwert mit einem Sollwert verglichen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei in Abhängigkeit von der Abweichung des zumindest einen Messwertes von einem vorgegebenen Sollwert auf einer Anzeige eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
23. Kopfstück für ein Setzwerkzeug, insbesondere für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 1-17, gekennzeichnet durch eine zumindest einen piezoelektrischen Sensor umfassende Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung ausgeübten Zugspannung.
24. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Positionsmessung der Zugvorrichtung .
25. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung ausgeübten Zugspannung einen Drucksensor umfaßt.
26. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Drucksensor um einen piezoelektrischen Drucksensor handelt.
27. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten.
28. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten einen Zähler umfaßt, der Nietsetzzyklen zählt.
29. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Meßwerten eine Einrichtung zur Datumsund/oder Uhrzeiterfassung umfasst.
30. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 29, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Übertragung von Zugspannungs-Meßdaten an eine, externe Einheit.
31. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die Einrichtung zur Übertragung von Zugspannungs- Meßdaten eine Einrichtung zur Übertragung von Infrarot, Ultraschall oder Funksignalen umfaßt.
32. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 30 oder 31, wobei die externe Einheit eine Recheneinheit umfaßt .
33. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 30, 31 oder 32, wobei die externe Einheit eine Mobilfunk- Endeinrichtung umfaßt.
34. Kopfstück für ein Setzwerkzeug einem der Ansprüche 23 bis 33, weiter gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abschalten des Nietsetzgerätes, unter Ansprechen auf ein im Falle eines fehlerhaften Nietsetzvorgangs generierten Signals .
35. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach Anspruch 33 oder 34, wobei das Signal von einer externen Einheit generiert wird.
36. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 35, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anschluß an ein lokales Netzwerk.
37. Kopfstück für ein Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 36, wobei die Zugvorrichtung eine Zugspindel und die Einrichtung zum Greifen eines Nietstiftes Klemmbacken zum Klemmen eines Nietstiftes umfaßt.
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