WO2004054738A1 - Wobble joining device - Google Patents

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WO2004054738A1
WO2004054738A1 PCT/EP2003/013991 EP0313991W WO2004054738A1 WO 2004054738 A1 WO2004054738 A1 WO 2004054738A1 EP 0313991 W EP0313991 W EP 0313991W WO 2004054738 A1 WO2004054738 A1 WO 2004054738A1
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WO
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joining
wobble
head
joining device
drive
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/013991
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen Hain
Original Assignee
Newfrey Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/02Riveting procedures
    • B21J15/025Setting self-piercing rivets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/12Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/30Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B21J15/32Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/36Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow rivets

Definitions

  • the present invention relates to a device for the wobble joining of at least two plate-shaped workpieces, in particular sheets, to one another, with a base frame, a stamp, which can be moved towards and away from the workpieces by means of an axial drive along a main joining axis and which can be moved away from one another
  • the wobble drive can be set into a wobble movement around the main joining axis, and a counter-holder on the side of the workpieces opposite the punch.
  • Such a wobble joining device is known from DE 100 32 816 A1.
  • punch rivets are generally used with punch rivets, but also hollow rivets and full rivets, which are pressed into the two or more workpieces by means of a punch, without a hole having to be drilled beforehand.
  • the hollow cylindrical end face of the rivet element bends during the joining process and thus connects the two workpieces "in a virtually positive manner".
  • punch rivet elements that are hollow throughout (cf. DE 100 32 816 A1), so-called semi-rivet elements whose head side is closed are currently predominantly used (cf. for example DE 199 27 103 A1).
  • the three joining processes described are all quasi form-fitting connections and belong to the field of mechanical joining technology, also called joining technology.
  • the forces occurring in the axial direction are also not insignificant in the case of wobble joining.
  • the devices manufactured so far are of a relatively solid, stationary design.
  • these known wobble joining devices are generally only used to connect continuously flat workpieces. As soon as the plate-shaped components are bent, the joining process is difficult or even impossible. This applies in particular because the wobble joining devices in the area of the joint have a rather voluminous construction, in particular due to the wobble mechanism required.
  • the known devices are designed exclusively for wobble punch riveting, clinching or wobble riveting. The joining process itself is labor-intensive since the respective rivet elements are usually to be positioned by hand first.
  • this object is achieved by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble mechanism of the wobble drive are mounted on a joining head which is arranged on one end of a first arm which extends transversely to the main joining axis , and wherein the counter-holder is arranged at one end of a second arm which extends transversely to the main joining axis, the first and the second arm being mounted on the base frame.
  • the above object is further achieved according to a second aspect of the present invention by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble mechanism of the wobble drive are mounted on a joining head, the joining head having a hold-down device which can be placed on the upper plate-shaped workpiece and which by means of a elastic device is biased relative to the joining head in the main joining direction, and wherein the wobble mechanism is arranged above the elastic device.
  • the wobble mechanism is arranged on the joining head relatively far from the joining point.
  • the joint head is small in the area of the joint.
  • the wobble joining device can consequently also be used in situations in which the plate-shaped workpieces are bent adjacent to the joining point.
  • the above object is achieved by the wobble joining device mentioned at the beginning, the wobble joining device being designed for wobble joining by means of auxiliary joining elements, such as, for example, rivet elements.
  • the above object is achieved by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble gear of the wobble drive are mounted on a joining head and a plurality of different counterparts can be attached to the base frame, which are used for different joining methods are designed which include wobble punch rivets, wobble rivets and wobble rivets. This measure allows the same basic device to be used for different wobble joining processes. If the wobble drive is not started, the device can also be used for punch riveting or clinching.
  • the axial drive is integrated in the base frame and is designed to move the first arm and the second arm towards or away from one another.
  • the mass and the volume of the joining head can be reduced.
  • the wobble joining device can also be used in more inaccessible places. Due to the lower mass of the joining head, the arms can also be made lighter with the same stability.
  • a wobble drive motor of the wobble drive is integrated in the base frame and coupled to the wobble gear in the joining head via a coupling gear.
  • the mass and the volume of the joining head are reduced even further, with the resulting advantages.
  • the coupling gear has a belt transmission that extends along the first arm. In this way, the motor power of the wobble drive motor can be transmitted to the joining head in an efficient and weight-saving manner.
  • the first arm and the second arm are rigidly coupled to one another on the base frame.
  • the wobble drive and the axial drive are preferably integrated in the joining head.
  • This embodiment is structurally inexpensive to implement.
  • an axial drive motor of the axial drive and a wobble drive motor of the wobble drive are formed by the same motor.
  • the wobble joining device can be given a lower weight and volume overall. Suitable clutches and / or gears can be present in order to branch the power of the motor for the axial drive and the wobble drive.
  • an axial drive motor of the axial drive is an electric motor. This can be easily controlled and only requires an electrical supply network to supply energy.
  • the base frame is attached to a robot arm of a robot.
  • the wobble joining device can also be used, for example, in industrial assembly, in particular in the manufacture of motor vehicle bodies. Because in this area of application it is necessary to move the respective joining device to any inaccessible places in any spatial position.
  • the elastic device has a spring assembly. In this way, the elastic pretensioning of the hold-down device can be implemented in a structurally simple manner.
  • the joining head has a holding device for an auxiliary joining element.
  • This makes it possible to first fix an auxiliary joining element in the joining head by means of the holding device.
  • the auxiliary joining element therefore does not have to be positioned manually between the punch and the workpiece arrangement.
  • the holding device has at least two jaws which are elastically prestressed in the radial direction and are designed to engage radially on the auxiliary joining element.
  • the radially preloaded jaws make it possible to hold the rivet element in the holding device without the holding device having to be moved by a motor.
  • the jaws are pretensioned by means of an elastic ring element which engages the jaws, preferably from the outside on the jaws. This measure enables the elastic prestressing of the jaws to be implemented in a structurally simple manner.
  • the at least two jaws are floatingly supported in the radial direction. This ensures that the holding device, and thus the auxiliary joining element, can be centered by the stamp. Furthermore, the floating mounting enables the stamp that passes through the holding device, that is to say between the jaws, to perform wobbling movements without damaging the holding device.
  • the jaws have a holding section for the auxiliary joining element and if the jaws expand conically above the holding section.
  • the holding device can be centered as an alternative to the punch centering or in addition to this. Furthermore, the insertion of the stamp from above into the holding device is facilitated.
  • the joining head has a feeding device for feeding auxiliary joining elements into the holding device.
  • This measure allows the process of inserting an auxiliary joining element into the holding device to be automated.
  • the feed device has a channel into the joining head which opens above the holding device. This makes it possible to insert the auxiliary joining elements into the holding device from above.
  • the auxiliary joining element then takes the same path into the holding device as the stamp. It is also advantageous if the channel is oriented obliquely from above towards the holding device. This makes it possible to insert the auxiliary joining elements from above into the holding device in an approximately correct axial orientation. No means are required to turn the auxiliary joining element inside the joining head.
  • the feed device has a feed pipe which is nal is insertable. This makes it possible to guide the auxiliary joining element in the correct position directly up to the holding device or into the holding device.
  • the stamp can either be withdrawn from the holding device. However, it is particularly preferred if the punch is spaced from the top of the holding device in a rest position of the joining head in order to be able to feed the auxiliary joining element without collision.
  • the stamp is then inserted into the holding device in that the hold-down device is displaced relative to the axially fixed stamp when it is placed on the workpiece arrangement.
  • the holding device is designed to hold an auxiliary joining element elastically in each case, the feeding device having means which are designed to press an auxiliary joining element into the holding device on the ram side.
  • the means for pressing the auxiliary joining element into the holding device are designed as compressed air means, in particular in connection with the feed pipe.
  • the means for pressing the auxiliary joining element into the holding device can also have a plunger.
  • a plunger allows the auxiliary joining element to be inserted into the holding device in the correct position in terms of design. In this case, it can preferably be recognized in a simple manner by the displacement path of the plunger which takes place whether the feeding process was actually successful or not.
  • the tappet is displaceably mounted in the feed tube. It is particularly advantageous if the tappet is elastic at least in sections, in particular in the direction transverse to its longitudinal extent. This makes it possible to also feed the auxiliary joining elements through a curved feed pipe.
  • the plunger can be designed to be elastic either as a whole or only in sections, for example only at a front end at which the deflection from an oblique feed channel to the main joining direction takes place.
  • the tappet has a dome-shaped tip.
  • the dome-shaped tip ensures that the auxiliary joining elements do not tilt when deflected from an inclined feed channel into the main joining direction.
  • an axial force can always be transmitted to the auxiliary joining element during insertion into the holding device, parallel to the main joining direction.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a first embodiment of the wobble joining device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a lower part of the joining head of the wobble joining device of FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a detail III of Fig. 2;
  • FIG. 3a shows a representation corresponding to FIG. 3 with an alternative holding device
  • FIG. 4 shows an exploded perspective view of the holding device of the joining head of FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a view of the joining head of FIG. 2 from below, with the holding device closed;
  • FIG. 6 shows a view corresponding to FIG. 5, with the holding device partially open;
  • FIG. 7 shows a view corresponding to FIG. 5, with the holding device open;
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view through a feed pipe of a feed device of the wobble joining device of FIG. 1;
  • Fig. 9 is a side view of an alternative stamp for the feed tube of Fig. 8;
  • FIG. 12 is a sectional view of the feed device of the wobble joining device of FIG. 1.
  • a first embodiment of the wobble joining device according to the invention is generally designated 10.
  • the wobble joining device 10 has an elongated base frame 12 with a housing 14.
  • a first arm (hereinafter second arm) 16 extends from the base frame 12, at the end of which a counter-holder 18 (die) is fixed.
  • the counter-holder 18 can be exchanged in order to be able to carry out various wobble joining methods, including wobble rivets, wobble rivets, wobble rivet rivets and punch rivets.
  • a displacement block 20 is mounted on the base frame 12 so as to be displaceable in the axial direction, specifically by means of a linear guide 22.
  • a further arm 24 (hereinafter referred to as first arm) 24 is attached to the displacement block 20.
  • a joining head which is generally designated 26 in FIG. 1.
  • a motor 28, here an electric motor 28, is arranged on the base frame 12. Instead of an electric motor, however, a fluidic motor or the like can be provided. Above the motor 28, a gear 30 is provided which translates the speed of the electric motor 28. The output of the transmission 30 is coupled to the displacement block 20, so that the displacement block 20 can be displaced on the linear guide 22 by means of the electric motor 28.
  • a spindle drive (not shown) can be used for this purpose. Axial movements of the displacement block 20 lead to axial movements 32 of the joining head 26.
  • the drive power of the electric motor 28 is further branched in the transmission 30 to a belt drive which has a belt 34.
  • the belt 34 extends parallel to the first arm 24 and serves to give a stamp of the joining head 26, which will be described below, a wobbling movement.
  • a belt drive any other type of coupling gear can be used.
  • a feed device 36 is provided on the side of the joining head 26.
  • the feed device 36 has a feed tube 38, which points obliquely downwards and can be inserted into a mouthpiece 40 of the joining head 26, as is indicated schematically at 39.
  • the feed device 36 also has a feed interface 42 which can be connected to a conventional feed unit (not shown).
  • the conventional feed unit can feed auxiliary joining elements (e.g. rivet elements) to be used in the joining process to the feeding device 36, for example by means of compressed air.
  • a supply interface 44 is also provided, via which the wobble joining device 10 can be connected to supply lines and control lines of a control system (not shown in more detail).
  • a holder 46 is shown in FIG. 1, on which the wobble joining device 10 can be attached.
  • the holder 46 is fixed at the end of a one-part or multi-part robot arm 50 of a robot 48, which is shown schematically in FIG. 1.
  • the wobble joining device 10 can be used as an assembly tool, for example in the manufacture of bodies for motor vehicles.
  • two plate-shaped workpieces are shown in the form of metal sheets, for example two metal sheets to be connected to a vehicle body, which can be made of steel or aluminum, for example.
  • the wobble joining device 10 is moved to a desired joining location 55 by means of the robot 48 such that the joining head 26 is arranged above the upper workpiece 52 and the counter-holder 18 below the lower workpiece 54.
  • the position of the wobble joining device 10 is controlled by means of the robot 48 such that a main joining axis 56 running through the joining head 26 and the counter-holder 18 is perpendicular to the workpieces 52, 54 at the joining location 55.
  • the actual joining process is carried out by lowering the joining head 26 onto the counter-holder 18 by means of the displacement block 20. Simultaneously with this axial movement 32 of the joining head 26, a punch arranged in the joining head 26 is moved into one by means of the wobble drive (via motor 28 and belt 34) Staggered movement. Alternatively, the tumbling movement of the plunger can also take place with a time delay, that is to say a certain time after the initiation of the axial movement and / or after certain force limits have been exceeded (which can be determined, for example, by means of the motor current).
  • the joining head 26 is explained below using the application example of wobble punch rivets. However, it goes without saying that simply by replacing the counter-holder 18, the joining head 26 can also be used for other wobble joining methods, for example for wobble rivets or wobble rivet runners.
  • the wobbling movement reduces the axial forces during the joining process.
  • the wobble-joining device 10 can be made lighter and less voluminous overall.
  • a robot 48 with lower performance requirements can be used.
  • the stresses occurring at the joint location are lower than with a standard joint connection, which is carried out purely axially.
  • the lower joining forces make it possible to make the arms 16, 24 less rigid.
  • the arms 16, 24 can be formed with a lower mass. Alternatively or in addition to this, the arms 16, 24 can be made longer, so that there is a greater throat depth.
  • the length of the arms can be, for example, in the range of at least 40 cm, in particular at least 50 cm.
  • joining operations can also be carried out at relatively inaccessible locations, in particular at a relatively large distance from the joining location 55 from an edge of the workpieces 52, 54.
  • the arrangement of the motor 28 in the region of the base frame 12 and the fact that the joining head 26 is moved on the base frame 12 by means of the displacement block 20 results in a slim or flat design of the joining head 26. This also contributes to the fact that joining connections are made places that are difficult to access, e.g. in automotive engineering inside the body.
  • Fig. 2 shows the lower end of the joining head 26 in a sectional view.
  • the joining head 26 has a housing section 60 of an essentially hollow cylindrical configuration.
  • a hold-down 62 is axially displaceably mounted on the housing section 60.
  • the hold-down device 62 is designed to contact the upper workpiece 52 with its end face 64.
  • the hold-down device 62 is arranged above the hold-down device 62 in the interior of the housing section 60
  • Spring assembly 66 in the main joining direction 56 biased to the counter-holder 18.
  • the spring assembly 66 can be, for example, a packet of disc springs with a central recess. Alternatively, it can be a coil spring or the like.
  • the hold-down device can also be pressed on by hydraulic or pneumatic means.
  • the holding-down device 62 contacts the upper workpiece 52 with its end face 64, while the joining head 26 continues to move, the holding-down device 62 dodges into the housing section 60 against the force of the spring assembly 66.
  • This is shown schematically at 68 shown.
  • the joining head 26 has a wobble gear 70, which can be designed in a conventional manner, for example as a ring gear or a planetary gear.
  • An output of the wobble mechanism 70 is connected to a plunger 74 which generally extends axially downward.
  • the wobble mechanism 70 gives the punch 74 a wobble movement 72 around the main joining axis 56.
  • the stamp 74 passes through the spring assembly 66 without touching it.
  • An end face 76 of the punch 74 is arranged in a starting or rest position (shown in FIG. 2) of the hold-down device 62 at a distance from a punch rivet element 78 to be used in the joining process. In this starting or rest position of the hold-down 62, the punch 74 is arranged coaxially to the main axis of the joining. This makes it possible to feed the punch rivet element 78 by means of the feed tube 38, which is introduced into the mouthpiece 40 via a channel (not shown in FIG. 2).
  • the area of the mouthpiece 40 of the hold-down device 62 is shown in greater detail in FIG. 3.
  • the punch rivet element 78 shown there is designed as a semi-hollow rivet, with a forward-extending hollow cylinder section 79 and a head section 80, the top surface of which is designed as a closed surface on which the end face 76 of the punch 74 can engage.
  • the punch rivet element 78 is held in the mouthpiece 40 by means of a holding device 82.
  • the holding device 82 (see also FIG. 4) has four jaws 84 arranged approximately in a circular shape.
  • the jaws 84 are floatingly supported in a cavity 86 of the mouthpiece 40 in the radial direction.
  • the cheek elements 84 have a common annular groove 89 on the outside, into which an elastic ring element, for example a spring ring 88, is inserted.
  • the spring rings 88 ken 84 compressed radially inwards, but can also be moved elastically radially outwards, as indicated schematically in Fig. 4.
  • the jaws 84 each have an inner holding section 90.
  • the holding sections 90 are adapted to hold the head section 80 of the punch rivet element 78 between them elastically.
  • the jaws 84 each have an inwardly projecting projection, which together form an annular lug 91.
  • the hollow cylinder section 79 passes through the ring nose 91 without contact; but it can also rest on the ring nose 91. However, the ring nose 91 prevents a punch rivet element 78 held in the holding device 82 from slipping downward.
  • the jaws 84 together form an insertion section 92 which widens conically upwards.
  • the mouthpiece 40 has a centering ring which projects into the insertion section 92 and has a frustoconical outer surface.
  • the jaws 84 bear against the centering ring 93 when they are brought into the position shown in FIG. 5 by the spring ring 88. As a result, the jaws 84 center on the centering ring 93.
  • the jaws 84 furthermore form an inwardly projecting ring projection 94.
  • the ring projection 94 engages over the head section 80 of the punch rivet element 78 and thus prevents the latter from escaping upward from the holding device 82, for example in the case of the Joined head 26.
  • the mouthpiece 40 has an interior space 96 which widens conically upwards.
  • the interior 96 opens out towards the holding device 82 in a cylindrical guide section 98.
  • the housing section forming the guide section 98 has axial projections on which the holding device 82 is centered by itself with its insertion section 92 in the idle state.
  • the end face 76 of the stamp 74 is arranged clearly above the guide section 98.
  • a feed channel 100 which leads obliquely from above into the interior 96 and via which the feed pipe 38 can be inserted into the interior 96 without colliding with the stamp 74.
  • FIG. 3a shows an alternative embodiment of a mouthpiece 40a.
  • the construction and the mode of operation of the mouthpiece 40a correspond to the design of the mouthpiece 40 of FIG. 3.
  • the holding device 82a has modified jaws 84a.
  • the inner contour thereof, including the holding section 90a, the ring projection 91a and the ring nose 94a, is adapted such that a cylindrical auxiliary joining element 78a can now be held elastically.
  • the feed pipe 38 is introduced into the interior 96 from above at an angle via the feed channel 100, as is shown schematically at 101.
  • a punch rivet element 78 is fed over the feed tube 38.
  • the hollow cylinder section 79 is first inserted between the jaws 84, possibly centered by the insertion section 92 (cf. FIG. 5).
  • the jaws 84 elastically expand radially outward, as shown in FIG. 6. By further applying supply pressure from above to the punch rivet element 78, this finally snaps behind the ring projection 94.
  • the jaws 84 are pressed radially inward by means of the spring ring 88 and thus hold the head section 80 firmly between them.
  • the feed tube 38 is then withdrawn again from the feed channel 100 in order to clear the way for the stamp 74.
  • the joining head 26 is moved towards the workpiece arrangement 52, 54 until the end face 64 of the hold-down device 62 hits the upper workpiece 52.
  • the hold-down device 62 is pressed inward into the housing section 60, so that the position of the punch rivet element 78 held by the holding device 82 remains constant with respect to the workpiece arrangement 52, 54.
  • the punch 74 is lowered further until it is finally guided through the guide section 98, on the insertion section 92 of the jaws 84.
  • the jaws 84 are in turn expanded radially.
  • the holding section 90 releases the punch rivet element 78 so that it slides down through an opening 102 and comes to rest on the upper workpiece 52.
  • the end face 76 of the stamp 74 finally touches the top of the head section 80, the jaws 84 remaining in an expanded state, as is shown schematically in FIG. 7.
  • the mouthpiece 40 has the lower opening 102, so that the punch 74 can move up to the top of the upper workpiece 52 around the punch rivet element 78 to fit flush into the workpiece assembly 52, 54.
  • the counter-holder 18 forms a die for the joining process.
  • the end of the punch 74 acting on the punch rivet element 78 tapers from the end face 76 upwards in the direction toward the punch center.
  • the taper is formed in the area of the stamp 74 which penetrates into the holding section 90.
  • the taper is preferably chosen so large that the end portion of the plunger 74 does not or only slightly moves the jaws 84 during the wobbling movement. This protects the jaws 84 and prevents wear.
  • the joining head 26 is lifted off the workpiece arrangement 52, 54 by means of the motor 28, the spring assembly 66 again moving the hold-down device 62 into the rest position, which is shown in FIG. 2.
  • FIG. 8 shows the feed pipe 38 in greater accuracy.
  • punch rivet elements 78 into the holding device 82 via the feed pipe 38 by means of compressed air.
  • the punch rivet elements 78 are pressed into the holding device 82 by a plunger 104, which is displaceable in the feed tube 38.
  • the tappet 104 has a dome-shaped tip 106 at its front end in order to ensure that the punch rivet elements 78 during the transition from the oblique orientation of the feed tube 38 to the axial orientation in the holding insert. do not tilt direction 82.
  • the feed pipe 38 is provided at its front end with a suitable bend, designated 108 in FIG. 8.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of a plunger 104 '.
  • the tappet 104 ′ has a section 110 which is elastic in the transverse direction at its front region and a dome-shaped tip 106 is arranged at the front end thereof. This makes it possible to also drive through stronger bends 108 of a feed pipe 38 by means of the plunger 104 '.
  • the wobble joining device 114 has a base frame 115, from which a lower arm 16 '(second arm) and an upper arm 24' (first arm) extend rigidly.
  • the second arm 16 ′ is constructed similarly to the arm 16 of the wobble joining device 10.
  • the first arm 24 is rigidly fixed to the base frame 115.
  • a joining head 116 is arranged, which has both an axial drive 118 for axially moving the punch 74 (setting feed and setting force) and a wobble drive 120, which is designed to press the punch 74 via an angular head 119 to cause a wobble.
  • the wobble drive 120 and the angle head 119 also move during the joining process.
  • the embodiment in FIG. 10 can be mounted on a robot 48 just like the wobble joining device 10 of FIG. 1.
  • the axial drive 118 can be designed as an electrically driven spindle.
  • the wobble joining device 124 has a base frame 126 which has a lower C-bracket half 128 and an upper C-bracket half 130.
  • the bracket halves 128, 130 are mutually displaceable parallel to the joining direction.
  • a frame motor 132 which can set up a rapid feed, is used for this purpose. With it, the two bracket halves 128, 130 are moved towards and away from each other. This makes it possible to set different opening widths of the bracket halves 128, 130.
  • the rack motor 132 drives a linear drive 136. Guides 134 prevent the C-bracket halves 128, 130 from twisting. They also absorb the moments caused by the setting force.
  • 12 shows the feed device 36 of FIG. 1 in section.
  • the feed device 36 has a housing 140 which is fastened to the hold-down device 62 of the joining head 26 and is slidably mounted on the housing section 60 with the aid of a bearing section 142.
  • a receiver 144 is movably mounted in the housing 140.
  • a curved feed channel 146 is attached to the receiver 144 and has at its free end the feed interface 42 for connecting a flexible line for feeding auxiliary joining elements 78.
  • the receiver 144 is fixedly connected to the feed pipe 38, which is mounted so that it can move longitudinally in the housing 140.
  • the receiver 144 is connected to a cylinder tube 148 on the side opposite and coaxial to the feed tube 38.
  • the cylinder tube 148 contains the plunger or loading pin 104 and a piston 150 for moving the loading pin 104.
  • Via connections 152, 154, the piston 150 is on opposite sides with a drive fluid, e.g. Compressed air, can be acted upon.
  • a cylinder bore 156 is provided in the housing 140 parallel to the cylinder tube 148.
  • a further piston 158 with a piston rod 160, which is fastened in the housing 140 to the receiver 144.
  • a working fluid e.g. Compressed air
  • the piston 158 can be moved in the direction of the receiver 144 against the force of a compression spring 164.
  • An auxiliary joining element 78 is fed in several stages in the feed device 36.
  • the auxiliary joining element 78 coming from the direction of arrow 165, is conveyed by compressed air through the feed channel 146 into the receiver 144.
  • the auxiliary joining element 78 is held in the receiver 144 by a stop 166 and a resilient locking element 168 in front of the end 106 of the charging pin 104.
  • the piston 158 is pressurized. As a result, he displaces the receiver 144 and the parts connected to it in relation to the housing 140 in the direction of the arrow 165.
  • the feed pipe 38 penetrates into the channel 100 of the mouthpiece 40 and arrives with its outlet opening in the mouthpiece 40 via the holding device 42
  • the piston 150 is pressurized via the connection 154, so that the latter pushes the auxiliary joining element 78 into the holding device 82 with the aid of the charging pin 104.
  • the connection 162 is connected to an unpressurized space and the receiver 144 is moved back into the starting position shown by the spring 164.
  • the pistons 150 together with the charging pin 104 are returned to the starting position shown.
  • the charging pin 104 has reached its starting position, the next auxiliary joining element 78 is fed via the interface 42.
  • the feed device 36 can also be used in the wobble joining devices 114 and 124 of FIGS. 10 and 11.
  • wobble joining devices 10, 114, 124 are equally suitable, if the punch 74 can also be brought into a position aligned with the main joining direction 56 (for example in the case of orbital joining), standard joining connections (for example standard punch rivet connections, standard clinch connections, Standard clinch rivet connections).

Abstract

The invention relates to a device (10; 114) for wobble-joining at least two plate-shaped pieces (52, 54), especially sheets. Said device comprises a base frame (12; 115), a die (74) that can be displaced by means of an axial drive (28, 30, 22; 118) along a main joining axis (56) towards the pieces (52, 54) or away from them and that can be set into a wobbling motion about the main joining axis (56) by means of a wobble drive (28, 30, 34, 70; 110). The device further comprises a dolly (18) on the side of the pieces (52, 54) opposite the die (74). The die (74) and at least one wobble train (70) of the wobble drive (28, 30, 34, 70; 120) are mounted on the joining head (26; 116) which is disposed on one end of a first arm (24) that extends at an angle to the main joining axis (56). The dolly (18) is disposed on one end of the second arm (16) that extends at an angle to the main joining axis (56), said first and said second arm (24, 16) being mounted on the base frame (12; 115).

Description

Taumelfügevorrichtung Swash joining device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Taumelfügen von wenigstens zwei plattenförmigen Werkstücken, insbesondere Blechen, aneinander, mit einem Grundgestell, einem Stempel, der mittels eines Axialantriebs entlang einer Fügehaup- tachse auf die Werkstücke zu bzw. von diesen weg bewegbar ist und der mittels eines Taumelantriebs in eine Taumelbewegung um die Fügehauptachse herum versetzbar ist, und einem Gegenhalter auf der dem Stempel gegenüberliegenden Seite der Werkstücke.The present invention relates to a device for the wobble joining of at least two plate-shaped workpieces, in particular sheets, to one another, with a base frame, a stamp, which can be moved towards and away from the workpieces by means of an axial drive along a main joining axis and which can be moved away from one another The wobble drive can be set into a wobble movement around the main joining axis, and a counter-holder on the side of the workpieces opposite the punch.
Eine derartige Taumelfügevorrichtung ist bekannt aus der DE 100 32 816 A1.Such a wobble joining device is known from DE 100 32 816 A1.
Zum Fügen zweier plattenförmiger Werkstücke, insbesondere von Metallblechen, aneinander, sind diverse Verfahren bekannt. Beispiele solcher Verfahren sind Punktschweißen, Nieten sowie das Bolzenschweißen. Im letzteren Fall wird an einem der Bleche eine Mutter aufgeschweißt und die Werkstücke werden aneinanderge- schraubt.Various methods are known for joining two plate-shaped workpieces, in particular metal sheets, to one another. Examples of such processes are spot welding, riveting and stud welding. In the latter case, a nut is welded onto one of the sheets and the workpieces are screwed together.
Neben den klassischen Nietverfahren, bei denen die Werkstücke vorab mit Bohrungen zu versehen sind, ist seit einigen Jahren das sog. Stanznieten im Einsatz. Beim Stanznieten werden in der Regel Halbhohlniete, aber auch Hohlniete und Vollniete verwendet, die mittels eines Stempels in die zwei oder mehr Werkstücke hineinge- presst werden, ohne dass vorher eine Bohrung gesetzt wird. Dabei biegt sich die hohizylindrische Stirnseite des Nietelementes während des Fügevorganges auf und verbindet so die zwei Werkstücke "quasi formschlüssig". Obgleich es Stanznietelemente gibt, die durchgehend hohl ausgebildet sind (vgl. DE 100 32 816 A1), so werden derzeit überwiegend sog. Halbhohlnietelemente verwendet, deren Kopfseite geschlossen ist (vgl. beispielsweise DE 199 27 103 A1).In addition to the classic riveting processes, in which the workpieces have to be drilled beforehand, so-called punch riveting has been in use for several years. Punch rivets are generally used with punch rivets, but also hollow rivets and full rivets, which are pressed into the two or more workpieces by means of a punch, without a hole having to be drilled beforehand. The hollow cylindrical end face of the rivet element bends during the joining process and thus connects the two workpieces "in a virtually positive manner". Although there are punch rivet elements that are hollow throughout (cf. DE 100 32 816 A1), so-called semi-rivet elements whose head side is closed are currently predominantly used (cf. for example DE 199 27 103 A1).
Ferner ist es bekannt, zwei plattenförmige Werkstücke mittels des sog. Durchsetzfü- gens ("Clinchen") zu verbinden. Dabei wird an dem unteren Werkstück eine Hohlmatrize als Gegenhalter angeordnet. Von oben wird ein Stempel in die zwei Werkstücke hineingedrückt, so dass eine durch beide Werkstücke verlaufende Vertiefung darin eingepresst wird. Beispielhaft wird zu diesem Stand der Technik auf die Druckschrif- ten DE 198 40 780 A1, DE 199 29 778 A1 sowie DE 199 45 743 A1 verwiesen. Schließlich ist als weitere Verbindungstechnik das sog. Taumelnietclinchen bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Art Kombination des Taumelstanznietens und des Durchsetzfügens. Mittels eines Stempels wird dabei ein massives Vollelement in die Werkstückanordnung eingepresst, wobei an der Unterseite der Werkstückanordnung wiederum ein Gegenhalter angeordnet ist. Das Vollnietelement verbleibt in der umgeformten Werkstückanordnung als eine Art "verlorener Stempel". Hinsichtlich dieses Standes der Technik wird beispielhaft verwiesen auf die DE 101 02 712 A1.Furthermore, it is known to connect two plate-shaped workpieces by means of so-called clinching. A hollow die is arranged on the lower workpiece as a counter-holder. A stamp is pressed into the two workpieces from above, so that a depression running through both workpieces is pressed therein. As an example, reference is made to the documents DE 198 40 780 A1, DE 199 29 778 A1 and DE 199 45 743 A1 for this prior art. Finally, the so-called wobble rivet is known as a further connection technique. This is a kind of combination of wobble punch riveting and clinching. A solid solid element is pressed into the workpiece arrangement by means of a stamp, a counter-holder being arranged on the underside of the workpiece arrangement. The full rivet element remains in the deformed workpiece arrangement as a kind of "lost stamp". With regard to this prior art, reference is made, for example, to DE 101 02 712 A1.
Die drei beschriebenen Fügeverfahren sind sämtlich quasi formschlüssige Verbindungen und gehören zu dem Gebiet der mechanischen Fügetechnik, auch umformtechni- sehe Fügetechnologie genannt.The three joining processes described are all quasi form-fitting connections and belong to the field of mechanical joining technology, also called joining technology.
Die zum Herstellen der Fügeverbindung notwendigen Axialkräfte in Fügehauptrich- tung sind dabei in der Regel beträchtlich. Für alle drei Verfahren sind daher Abwandlungen dieser Technologie entwickelt worden, bei denen der Stempel der Fügevorrichtung taumelartig bewegt wird. Hierdurch lassen sich die hohen Fügekräfte um ein Vielfaches reduzieren. Die oben angegebenen Dokumente arbeiten sämtlich nach dem Taumelverfahren. Dabei ist es sowohl bekannt, den Stempel um einen Winkel in bezug auf die Fügehauptachse zu neigen und auf einer Kreisbahn um diese Achse rotieren zu lassen. Dies wird häufig auch als Taumelfügen bezeichnet. Bei einer anderen Ausführungsform beschreibt der Stempel eine Rosettenbahn (Hypozykloide), wo- bei als Taumelgetriebe häufig ein Planetengetriebe verwendet wird. Diese Technik wird auch als Orbitalfügen bezeichnet. Im vorliegenden Zusammenhang werden diese Arten von Bewegungen generell unter dem Begriff "Taumelfügen" zusammengefasst. Entscheidend ist dabei, dass der Stempel keine rein axiale Bewegung vollzieht, sondern sowohl eine Axialbewegung als auch eine Bewegung, bei der der Stempel be- züglich der Fügehauptachse geneigt ist.The axial forces in the main joining direction required to establish the joining connection are usually considerable. For all three processes, modifications of this technology have therefore been developed in which the stamp of the joining device is moved in a wobble manner. This enables the high joining forces to be reduced many times over. The above documents all work according to the wobble process. It is both known to incline the punch at an angle with respect to the main joining axis and to rotate it on a circular path about this axis. This is often referred to as wobble joining. In another embodiment, the stamp describes a rosette path (hypocycloid), a planetary gear often being used as the wobble gear. This technique is also known as orbital joining. In the present context, these types of movements are generally summarized under the term "wobble joining". The decisive factor here is that the punch does not perform a purely axial movement, but rather both an axial movement and a movement in which the punch is inclined with respect to the main joining axis.
Nichtsdestotrotz sind auch beim Taumelfügen die in Axialrichtung auftretenden Kräfte nicht unerheblich. Die bislang hergestellten Vorrichtungen sind von einer relativ massiven stationären Bauart. Zudem werden diese bekannten Taumelfügevorrichtungen in der Regel lediglich zur Verbindung von durchgehend ebenen Werkstücken verwen- det. Sobald die plattenförmigen Bauelemente gebogen sind, gestaltet sich der Fügevorgang schwierig oder ist sogar unmöglich. Dies gilt insbesondere deswegen, weil die Taumelfügevorrichtungen im Bereich der Fügestelle recht voluminös aufbauen, insbesondere aufgrund des notwendigen Taumelgetriebes. Schließlich sind die bekannten Vorrichtungen jeweils ausschließlich zum Taumelstanznieten, zum Clinchen oder zum Taumelnietclinchen ausgelegt. Der Fügevorgang selbst ist arbeitsaufwendig, da die jeweiligen Nietelemente in der Regel zunächst von Hand zu positionieren sind.Nevertheless, the forces occurring in the axial direction are also not insignificant in the case of wobble joining. The devices manufactured so far are of a relatively solid, stationary design. In addition, these known wobble joining devices are generally only used to connect continuously flat workpieces. As soon as the plate-shaped components are bent, the joining process is difficult or even impossible. This applies in particular because the wobble joining devices in the area of the joint have a rather voluminous construction, in particular due to the wobble mechanism required. Finally, the known devices are designed exclusively for wobble punch riveting, clinching or wobble riveting. The joining process itself is labor-intensive since the respective rivet elements are usually to be positioned by hand first.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Taumelfügevorrichtung anzugeben.In contrast, it is the object of the present invention to provide an improved wobble joining device.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die eingangs genannte Taumelfügevorrichtung gelöst, wobei der Stempel und wenigstens ein Taumelgetriebe des Taumelantriebs an einem Fügekopf gelagert sind, der an ei- nem Ende eines ersten Armes angeordnet ist, der sich quer zur Fügehauptachse erstreckt, und wobei der Gegenhalter an einem Ende eines zweiten Armes angeordnet ist, der sich quer zur Fügehauptachse erstreckt, wobei der erste und der zweite Arm an dem Grundgestell gelagert sind.According to a first aspect of the present invention, this object is achieved by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble mechanism of the wobble drive are mounted on a joining head which is arranged on one end of a first arm which extends transversely to the main joining axis , and wherein the counter-holder is arranged at one end of a second arm which extends transversely to the main joining axis, the first and the second arm being mounted on the base frame.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Taumelfügevorrichtung ist es mög- lieh, die Taumelfügevorrichtung universell zu verwenden.Due to the configuration of the wobble joining device according to the invention, it is possible to use the wobble joining device universally.
Die obige Aufgabe wird ferner gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die eingangs genannte Taumelfügevorrichtung gelöst, wobei der Stempel und wenigstens ein Taumelgetriebe des Taumelantriebs an einem Fügekopf gelagert sind, wobei der Fügekopf einen auf das obere plattenförmige Werkstück aufsetzbaren Niederhalter aufweist, der mittels einer elastischen Einrichtung gegenüber dem Fügekopf in Fügehauptrichtung vorgespannt ist, und wobei das Taumelgetriebe oberhalb der elastischen Einrichtung angeordnet ist.The above object is further achieved according to a second aspect of the present invention by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble mechanism of the wobble drive are mounted on a joining head, the joining head having a hold-down device which can be placed on the upper plate-shaped workpiece and which by means of a elastic device is biased relative to the joining head in the main joining direction, and wherein the wobble mechanism is arranged above the elastic device.
Mit dieser Ausführungsform ist das Taumelgetriebe an dem Fügekopf relativ weit von der Fügestelle entfernt angeordnet. Demzufolge baut der Fügekopf im Bereich der Fügestelle klein. Die Taumelfügevorrichtung kann folglich auch in Situationen verwendet werden, bei denen die plattenförmigen Werkstücke benachbart zu der Fügestelle gebogen sind.With this embodiment, the wobble mechanism is arranged on the joining head relatively far from the joining point. As a result, the joint head is small in the area of the joint. The wobble joining device can consequently also be used in situations in which the plate-shaped workpieces are bent adjacent to the joining point.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst durch die eingangs genannte Taumelfügevorrichtung, wobei die Taumelfüge- Vorrichtung zum Taumelfügen mittels Hilfsfügeelementen, wie z.B. Nietelementen, ausgebildet ist. Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch die eingangs genannte Taumelfügevorrichtung gelöst, wobei der Stempel und wenigstens ein Taumelgetriebe des Taumelantriebs an einem Fügekopf gelagert sind und wobei an dem Grundgestell eine Mehrzahl unterschiedlicher Gegenstücke befe- stigbar ist, die für unterschiedliche Fügeverfahren ausgelegt sind, die Taumelstanznieten, Taumelclinchen und Taumelnietclinchen beinhalten. Durch diese Maßnahme lässt sich die gleiche Grundvorrichtung für unterschiedliche Taumelfügeverfahren verwenden. Wenn der Taumelantrieb nicht gestartet wird, kann die Vorrichtung auch zum Stanznieten bzw. Clinchen verwendet werden.According to a third aspect of the present invention, the above object is achieved by the wobble joining device mentioned at the beginning, the wobble joining device being designed for wobble joining by means of auxiliary joining elements, such as, for example, rivet elements. According to a fourth aspect of the present invention, the above object is achieved by the wobble joining device mentioned at the outset, wherein the punch and at least one wobble gear of the wobble drive are mounted on a joining head and a plurality of different counterparts can be attached to the base frame, which are used for different joining methods are designed which include wobble punch rivets, wobble rivets and wobble rivets. This measure allows the same basic device to be used for different wobble joining processes. If the wobble drive is not started, the device can also be used for punch riveting or clinching.
Es versteht sich, dass die Erfindungen gemäß dem ersten bis vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können. Dabei sind beliebige Kombinationen von nur zwei oder auch mehr Aspekten der vorliegenden Erfindung möglich.It is understood that the inventions according to the first to fourth aspects of the present invention can be combined with one another in an advantageous manner. Any combinations of only two or more aspects of the present invention are possible.
Bei der Taumelfügevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn der Axialantrieb in das Grundgestell integriert und dazu ausgelegt ist, den ersten Arm und den zweiten Arm aufeinander zu bzw. weg zu bewegen. Durch diese Ausführungsform lässt sich die Masse und das Volumen des Fügekopfes verringern. Hierdurch lässt sich die Taumelfügevorrichtung auch an unzugänglicheren Stellen einsetzen. Durch die geringere Masse des Fügekopfes kön- nen die Arme bei gleicher Stabilität ebenfalls leichter ausgebildet werden.In the wobble joining device according to the first aspect of the present invention, it is particularly preferred if the axial drive is integrated in the base frame and is designed to move the first arm and the second arm towards or away from one another. With this embodiment, the mass and the volume of the joining head can be reduced. As a result, the wobble joining device can also be used in more inaccessible places. Due to the lower mass of the joining head, the arms can also be made lighter with the same stability.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Taumelantriebsmotor des Taumelantriebs in das Grundgestell integriert und über ein Koppelgetriebe mit dem Taumelgetriebe in dem Fügekopf gekoppelt. Durch diese Ausführungsform wird die Masse und das Volumen des Fügekopfes noch weiter verringert, mit den sich daraus ergebenden Vorteilen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Koppelgetriebe ein Umschlingungs- getriebe aufweist, das sich entlang des ersten Armes erstreckt. Auf diese Weise kann die Motorleistung des Taumelantriebsmotors auf effiziente und gewichtssparende Weise zu dem Fügekopf übertragen werden.According to a further preferred embodiment according to the first aspect of the present invention, a wobble drive motor of the wobble drive is integrated in the base frame and coupled to the wobble gear in the joining head via a coupling gear. With this embodiment, the mass and the volume of the joining head are reduced even further, with the resulting advantages. It is particularly advantageous if the coupling gear has a belt transmission that extends along the first arm. In this way, the motor power of the wobble drive motor can be transmitted to the joining head in an efficient and weight-saving manner.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind der erste Arm und der zweite Arm an dem Grundgestell starr miteinander gekoppelt. Dabei sind der Taumelantrieb und der Axialantrieb vorzugsweise in den Fügekopf integriert. Diese Ausführungsform ist konstruktiv günstig zu realisieren. Insgesamt ist es bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung von Vorteil, wenn ein Axialantriebsmotor des Axialantriebs und ein Taumelantriebsmotor des Taumelantriebs durch denselben Motor gebildet sind. Hierdurch kann die Taumelfügevorrichtung insgesamt ein geringeres Gewicht und geringeres Volumen erhalten. Dabei können geeignete Kupplungen und/oder Getriebe vorhanden sein, um die Leistung des Motors für den Axialantrieb und den Taumelantrieb zu verzweigen.According to an alternative embodiment according to the first aspect of the invention, the first arm and the second arm are rigidly coupled to one another on the base frame. The wobble drive and the axial drive are preferably integrated in the joining head. This embodiment is structurally inexpensive to implement. Overall, it is advantageous in the first aspect of the present invention if an axial drive motor of the axial drive and a wobble drive motor of the wobble drive are formed by the same motor. As a result, the wobble joining device can be given a lower weight and volume overall. Suitable clutches and / or gears can be present in order to branch the power of the motor for the axial drive and the wobble drive.
Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn ein Axialantriebsmotor des Axialantriebs ein Elektromotor ist. Dieser lässt sich leicht ansteuern und benötigt zur Energiezufuhr lediglich ein elektrisches Versorgungsnetz.It is also particularly preferred if an axial drive motor of the axial drive is an electric motor. This can be easily controlled and only requires an electrical supply network to supply energy.
Insgesamt ist es bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ferner von Vorteil, wenn das Grundgestell an einem Roboterarm eines Roboters festgelegt ist. Hierdurch lässt sich die Taumelfügevorrichtung beispielsweise auch im industriellen Montagebereich, insbesondere bei der Kfz-Karosserieherstellung, einsetzen. Denn bei diesem Anwendungsgebiet ist es notwendig, die jeweilige Fügevorrichtung in beliebigen Raumlagen auch an unzugängliche Stellen zu versetzen.Overall, it is also advantageous in the first aspect of the present invention if the base frame is attached to a robot arm of a robot. As a result, the wobble joining device can also be used, for example, in industrial assembly, in particular in the manufacture of motor vehicle bodies. Because in this area of application it is necessary to move the respective joining device to any inaccessible places in any spatial position.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, wenn die elastische Einrichtung ein Federpaket aufweist. Hierdurch lässt sich die elastische Vorspannung des Niederhalters auf konstruktiv einfache Weise realisieren.In the second aspect of the present invention, it is advantageous if the elastic device has a spring assembly. In this way, the elastic pretensioning of the hold-down device can be implemented in a structurally simple manner.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Stempel durch das Federpaket hin- durchgeführt ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Fügekopf im Bereich der Fügestelle besonders schlank auszubilden, so dass Fügeverbindungen auch an unzugänglichen Stellen realisierbar sind.It is particularly advantageous if the stamp is passed through the spring assembly. This measure makes it possible to make the joining head particularly slim in the area of the joining point, so that joining connections can also be implemented in inaccessible places.
Bei dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Fügekopf eine Halteeinrichtung für ein Hilfsfügeelement aufweist. Hierdurch ist es möglich, zunächst ein Hilfsfügeelement in dem Fügekopf mittels der Halteeinrichtung festzulegen. Das Hilfsfügeelement muss daher nicht von Hand zwischen Stempel und Werkstückanordnung positioniert werden. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Halteeinrichtung wenigstens zwei in Radialrichtung elastisch vorgespannte Backen aufweist, die dazu ausgelegt sind, radial an dem Hilfsfügeelement anzugreifen. Durch die radial vorgespannten Backen ist es möglich, das Nietelement in der Halteeinrichtung zu halten, ohne dass die Halteeinrichtung motorisch zu bewegen ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Backen mittels eines elastischen Ringelementes vorgespannt sind, das an den Backen angreift, vorzugsweise von außen an den Backen. Durch diese Maßnahme lässt sich die elastische Vorspannung der Backen auf konstruktiv einfache Weise realisieren.In the third aspect of the present invention, it is advantageous if the joining head has a holding device for an auxiliary joining element. This makes it possible to first fix an auxiliary joining element in the joining head by means of the holding device. The auxiliary joining element therefore does not have to be positioned manually between the punch and the workpiece arrangement. It is particularly advantageous if the holding device has at least two jaws which are elastically prestressed in the radial direction and are designed to engage radially on the auxiliary joining element. The radially preloaded jaws make it possible to hold the rivet element in the holding device without the holding device having to be moved by a motor. It is particularly advantageous if the jaws are pretensioned by means of an elastic ring element which engages the jaws, preferably from the outside on the jaws. This measure enables the elastic prestressing of the jaws to be implemented in a structurally simple manner.
Von besonderem Vorteil ist es bei dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ferner, wenn die wenigstens zwei Backen in Radialrichtung schwimmend gelagert sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Halteeinrichtung, und damit das Hilfsfügeelement, durch den Stempel zentriert werden kann. Ferner ermöglicht die schwimmende Lagerung, dass der durch die Halteeinrichtung, also zwischen den Backen hindurch tre- tende Stempel, Taumelbewegungen vollziehen kann, ohne die Halteeinrichtung zu beschädigen.In the third aspect of the present invention, it is also of particular advantage if the at least two jaws are floatingly supported in the radial direction. This ensures that the holding device, and thus the auxiliary joining element, can be centered by the stamp. Furthermore, the floating mounting enables the stamp that passes through the holding device, that is to say between the jaws, to perform wobbling movements without damaging the holding device.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Backen einen Halteabschnitt für das Hilfsfügeelement aufweisen und wenn sich die Backen oberhalb des Halteabschnittes konisch aufweiten. Hierdurch lässt sich zum einen alternativ zu der Stempelzentrierung oder zusätzlich hierzu die Halteeinrichtung zentrieren. Ferner ist das Einführen des Stempels von oben in die Halteeinrichtung hinein erleichtert.It is also advantageous if the jaws have a holding section for the auxiliary joining element and if the jaws expand conically above the holding section. As a result, the holding device can be centered as an alternative to the punch centering or in addition to this. Furthermore, the insertion of the stamp from above into the holding device is facilitated.
Insgesamt ist es bei dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ferner von Vorteil, wenn der Fügekopf eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Hilfsfügeelementen in die Halteeinrichtung aufweist. Durch diese Maßnahme lässt sich der Vorgang des Einsetzens eines Hilfsfügeelementes in die Halteeinrichtung automatisieren. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Zuführeinrichtung einen Kanal in den Fügekopf hinein aufweist, der oberhalb der Halteeinrichtung mündet. Hierdurch ist es möglich, die Hilfsfügeelemente von oben in die Halteeinrichtung hinein einzuführen.Overall, it is furthermore advantageous in the third aspect of the present invention if the joining head has a feeding device for feeding auxiliary joining elements into the holding device. This measure allows the process of inserting an auxiliary joining element into the holding device to be automated. It is particularly advantageous if the feed device has a channel into the joining head which opens above the holding device. This makes it possible to insert the auxiliary joining elements into the holding device from above.
Bei der Ausführungsform mit radial vorgespannten Backen nimmt das Hilfsfügeele- ment dann den gleichen Weg in die Halteeinrichtung hinein wie der Stempel. Dabei ist es ferner von Vorteil, wenn der Kanal von schräg oben auf die Halteeinrichtung zu ausgerichtet ist. Hierdurch ist es möglich, die Hilfsfügeelemente von oben in die Halteeinrichtung in annähernd richtiger axialer Ausrichtung einzuführen. Es müssen keine Mittel vorhanden sein, um das Hilfsfügeelement innerhalb des Fügekopfes zu wen- den.In the embodiment with radially prestressed jaws, the auxiliary joining element then takes the same path into the holding device as the stamp. It is also advantageous if the channel is oriented obliquely from above towards the holding device. This makes it possible to insert the auxiliary joining elements from above into the holding device in an approximately correct axial orientation. No means are required to turn the auxiliary joining element inside the joining head.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Zuführeinrichtung ein Zuführrohr auf, das in den Ka- nal einführbar ist. Hierdurch ist es möglich, das Hilfsfügeelement lagerichtig geführt unmittelbar bis zu der Halteeinrichtung bzw. in die Halteeinrichtung hinein zu führen. Dabei ist der Stempel entweder aus der Halteeinrichtung zurückziehbar. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Stempel in einer Ruheposition des Fügekopfes von der Oberseite der Halteeinrichtung beabstandet ist, um das Hilfsfügeelement kollisionsfrei zuführen zu können. Hierbei wird der Stempel dann in die Halteeinrichtung eingeführt, indem der Niederhalter beim Aufsetzen auf die Werkstückanordnung relativ zu dem axial festgelegten Stempel versetzt wird.According to a further preferred embodiment according to the third aspect of the present invention, the feed device has a feed pipe which is nal is insertable. This makes it possible to guide the auxiliary joining element in the correct position directly up to the holding device or into the holding device. The stamp can either be withdrawn from the holding device. However, it is particularly preferred if the punch is spaced from the top of the holding device in a rest position of the joining head in order to be able to feed the auxiliary joining element without collision. Here, the stamp is then inserted into the holding device in that the hold-down device is displaced relative to the axially fixed stamp when it is placed on the workpiece arrangement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Halteeinrichtung dazu ausgelegt, jeweils ein Hilfsfügeelement elastisch zu halten, wobei die Zuführeinrichtung Mittel aufweist, die dazu ausgelegt sind, jeweils ein Hilfsfügeelement stempelseitig in die Halteeinrichtung zu drücken. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erfolgen, dass die Mittel zum Drücken des Hilfsfügeelementes in die Halteeinrichtung als Druckluftmittel ausgebildet sind, insbesondere in Verbindung mit dem Zuführrohr.According to a further preferred embodiment according to the third aspect of the present invention, the holding device is designed to hold an auxiliary joining element elastically in each case, the feeding device having means which are designed to press an auxiliary joining element into the holding device on the ram side. This can advantageously take place in that the means for pressing the auxiliary joining element into the holding device are designed as compressed air means, in particular in connection with the feed pipe.
Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu können die Mittel zum Drücken des Hilfsfügeelementes in die Halteeinrichtung auch einen Stößel aufweisen. Durch einen Stößel lässt sich eine lagerichtige Einführung des Hilfsfügeelementes in die Halteeinrichtung konstruktiv einfach realisieren. Dabei kann vorzugsweise durch den dabei erfolgenden Versatzweg des Stößels auf einfache Weise erkannt werden, ob der Zuführvorgang tatsächlich erfolgreich war oder nicht. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Stößel in dem Zuführrohr verschieblich gelagert ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Stößel wenigstens abschnittsweise elastisch ausgebildet ist, insbesondere in Richtung quer zu seiner Längserstreckung. Hierdurch ist es möglich, die Hilfsfü- geelemente auch durch ein gekrümmtes Zuführrohr zuzuführen. Dabei kann der Stößel entweder insgesamt oder nur abschnittsweise elastisch ausgebildet sein, beispielsweise nur an einem vorderen Ende, an dem die Umlenkung von einem schrägen Zuführkanal auf die Fügehauptrichtung erfolgt.As an alternative to this or in addition to this, the means for pressing the auxiliary joining element into the holding device can also have a plunger. A plunger allows the auxiliary joining element to be inserted into the holding device in the correct position in terms of design. In this case, it can preferably be recognized in a simple manner by the displacement path of the plunger which takes place whether the feeding process was actually successful or not. It is particularly advantageous if the tappet is displaceably mounted in the feed tube. It is particularly advantageous if the tappet is elastic at least in sections, in particular in the direction transverse to its longitudinal extent. This makes it possible to also feed the auxiliary joining elements through a curved feed pipe. The plunger can be designed to be elastic either as a whole or only in sections, for example only at a front end at which the deflection from an oblique feed channel to the main joining direction takes place.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Stößel eine kalotten- förmige Spitze auf. Durch die kalottenförmige Spitze kann gewährleistet werden, dass die Hilfsfügeelemente bei der Umlenkung von einem schrägen Zuführkanal in die Fügehauptrichtung nicht verkanten. Mittels der kalottenförmigen Spitze kann beim Einführen in die Halteeinrichtung immer eine Axialkraft auf das Hilfsfügeelement übertragen werden, parallel zu der Fügehauptrichtung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nach-stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.According to a further preferred embodiment, the tappet has a dome-shaped tip. The dome-shaped tip ensures that the auxiliary joining elements do not tilt when deflected from an inclined feed channel into the main joining direction. By means of the dome-shaped tip, an axial force can always be transmitted to the auxiliary joining element during insertion into the holding device, parallel to the main joining direction. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Taumelfügevorrichtung;1 shows a schematic side view of a first embodiment of the wobble joining device according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch einen unteren Teil des Fügekopfes der Taumelfügevorrichtung der Fig. 1 ;FIG. 2 shows a schematic sectional view through a lower part of the joining head of the wobble joining device of FIG. 1;
Fig. 3 ein Detail III der Fig. 2;Fig. 3 shows a detail III of Fig. 2;
Fig. 3a eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung mit einer alternativen Halteeinrichtung;3a shows a representation corresponding to FIG. 3 with an alternative holding device;
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Halteeinrichtung des Füge- kopfes der Fig. 2;4 shows an exploded perspective view of the holding device of the joining head of FIG. 2;
Fig. 5 eine Ansicht auf den Fügekopf der Fig. 2 von unten, bei geschlossener Halteeinrichtung;5 shows a view of the joining head of FIG. 2 from below, with the holding device closed;
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, bei teilweise geöffneter Halteeinrichtung;6 shows a view corresponding to FIG. 5, with the holding device partially open;
Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, bei geöffneter Halteeinrichtung;7 shows a view corresponding to FIG. 5, with the holding device open;
Fig. 8 eine schematische Schnittansicht durch ein Zuführrohr einer Zuführeinrichtung der Taumelfügevorrichtung der Fig. 1;FIG. 8 shows a schematic sectional view through a feed pipe of a feed device of the wobble joining device of FIG. 1;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines alternativen Stempels für das Zuführrohr der Fig. 8;Fig. 9 is a side view of an alternative stamp for the feed tube of Fig. 8;
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Taumelfügevorrich- tung; Fig. 11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Taumelfügevorrichtung; und10 shows a further embodiment of a wobble joining device according to the invention; 11 shows a further embodiment of a wobble joining device according to the invention; and
Fig. 12 eine Schnittansicht der Zuführeinrichtung der Taumelfügevorrichtung der Fig. 1.FIG. 12 is a sectional view of the feed device of the wobble joining device of FIG. 1.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Taumelfügevorrichtung generell mit 10 bezeichnet.In Fig. 1, a first embodiment of the wobble joining device according to the invention is generally designated 10.
Die Taumelfügevorrichtung 10 weist ein längliches Grundgestell 12 mit einem Gehäuse 14 auf. Von dem Grundgestell 12 erstreckt sich ein erster Arm (im Folgenden zweiter Arm) 16, an dessen Ende ein Gegenhalter 18 (Matrize) festgelegt ist. Der Gegen- halter 18 ist auswechselbar, um verschiedene Taumelfügeverfahren durchführen zu können, einschließlich von Taumelnieten, Taumelclinchen, Taumelnietclinchen und Stanznieten. An dem Grundgestell 12 ist ferner ein Verschiebeblock 20 in axialer Richtung verschieblich gelagert, und zwar mittels einer Linearführung 22. An dem Verschiebeblock 20 ist ein weiterer Arm 24 (im Folgenden erster Arm) 24 angebracht. Am Ende des ersten Armes 24 ist ein Fügekopf angeordnet, der in Fig. 1 generell mit 26 bezeichnet ist.The wobble joining device 10 has an elongated base frame 12 with a housing 14. A first arm (hereinafter second arm) 16 extends from the base frame 12, at the end of which a counter-holder 18 (die) is fixed. The counter-holder 18 can be exchanged in order to be able to carry out various wobble joining methods, including wobble rivets, wobble rivets, wobble rivet rivets and punch rivets. Furthermore, a displacement block 20 is mounted on the base frame 12 so as to be displaceable in the axial direction, specifically by means of a linear guide 22. A further arm 24 (hereinafter referred to as first arm) 24 is attached to the displacement block 20. At the end of the first arm 24 there is a joining head, which is generally designated 26 in FIG. 1.
An dem Grundgestell 12 ist ein Motor 28, hier ein elektrischer Motor 28, angeordnet. Anstelle eines elektrischen Motors kann jedoch ein fluidischer Motor oder ähnliches vorgesehen sein. Oberhalb des Motors 28 ist ein Getriebe 30 vorgesehen, das die Drehzahl des elektrischen Motors 28 übersetzt. Der Ausgang des Getriebes 30 ist mit dem Verschiebeblock 20 gekoppelt, so dass der Verschiebeblock 20 an der Linearführung 22 mittels des elektrischen Motors 28 versetzbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein nicht dargestellter Spindeltrieb dienen. Axialbewegungen des Verschiebeblockes 20 führen zu Axialbewegungen 32 des Fügekopfes 26.A motor 28, here an electric motor 28, is arranged on the base frame 12. Instead of an electric motor, however, a fluidic motor or the like can be provided. Above the motor 28, a gear 30 is provided which translates the speed of the electric motor 28. The output of the transmission 30 is coupled to the displacement block 20, so that the displacement block 20 can be displaced on the linear guide 22 by means of the electric motor 28. A spindle drive (not shown) can be used for this purpose. Axial movements of the displacement block 20 lead to axial movements 32 of the joining head 26.
Die Antriebsleistung des elektrischen Motors 28 wird in dem Getriebe 30 ferner verzweigt auf einen Riemenantrieb, der einen Riemen 34 aufweist. Der Riemen 34 erstreckt sich parallel zu dem ersten Arm 24 und dient dazu, einem nachstehend noch beschriebenen Stempel des Fügekopfes 26 eine Taumelbewegung zu erteilen. Anstelle eines Riemenantriebes kann jede andere Art von Koppelgetriebe verwendet werden. An dem Fügekopf 26 ist seitlich eine Zuführeinrichtung 36 vorgesehen. Die Zuführeinrichtung 36 weist ein schräg nach unten weisendes Zuführrohr 38 auf, das in ein Mundstück 40 des Fügekopfes 26 einführbar ist, wie es schematisch bei 39 angedeutet ist.The drive power of the electric motor 28 is further branched in the transmission 30 to a belt drive which has a belt 34. The belt 34 extends parallel to the first arm 24 and serves to give a stamp of the joining head 26, which will be described below, a wobbling movement. Instead of a belt drive, any other type of coupling gear can be used. A feed device 36 is provided on the side of the joining head 26. The feed device 36 has a feed tube 38, which points obliquely downwards and can be inserted into a mouthpiece 40 of the joining head 26, as is indicated schematically at 39.
Die Zuführeinrichtung 36 weist ferner eine Zuführschnittstelle 42 auf, die mit einer herkömmlichen Zuführeinheit (nicht gezeigt) verbindbar ist. Die herkömmliche Zuführeinheit kann bei dem Fügevorgang zu verwendende Hilfsfügeelemente (z.B. Nietelemente) zu der Zuführeinrichtung 36 zuführen, beispielsweise mittels Druckluft.The feed device 36 also has a feed interface 42 which can be connected to a conventional feed unit (not shown). The conventional feed unit can feed auxiliary joining elements (e.g. rivet elements) to be used in the joining process to the feeding device 36, for example by means of compressed air.
An einer den Armen 16, 24 abgewandten Seite des Grundgestells 12 ist ferner eine Versorgungsschnittstelle 44 vorgesehen, über die die Taumelfügevorrichtung 10 mit Versorgungsleitungen und Steuerleitungen eines nicht näher dargestellten Steuersystems verbindbar ist.On a side of the base frame 12 facing away from the arms 16, 24, a supply interface 44 is also provided, via which the wobble joining device 10 can be connected to supply lines and control lines of a control system (not shown in more detail).
Ferner ist in Fig. 1 ein Halter 46 gezeigt, an dem die Taumelfügevorrichtung 10 anbringbar ist. Der Halter 46 ist am Ende eines ein- oder mehrgliedrigen Roboterarms 50 eines Roboters 48 festgelegt, der in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.Furthermore, a holder 46 is shown in FIG. 1, on which the wobble joining device 10 can be attached. The holder 46 is fixed at the end of a one-part or multi-part robot arm 50 of a robot 48, which is shown schematically in FIG. 1.
Mittels des Roboters 48, der über eine geeignete Steuerung verfügt, lässt sich die Taumelfügevorrichtung 10 als Montagewerkzeug verwenden, beispielsweise bei der Karosseriefertigung für Kraftfahrzeuge.By means of the robot 48, which has a suitable control system, the wobble joining device 10 can be used as an assembly tool, for example in the manufacture of bodies for motor vehicles.
Bei 52 und 54 sind zwei plattenförmige Werkstücke in Form von Blechen gezeigt, bei- spielsweise zwei an einer Fahrzeugkarosserie zu verbindende Bleche aus Metall, die beispielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen können. Mittels des Roboters 48 wird die Taumelfügevorrichtung 10 zu einem gewünschten Fügeort 55 verfahren, so, dass der Fügekopf 26 oberhalb des oberen Werkstückes 52 und der Gegenhalter 18 unterhalb des unteren Werkstückes 54 angeordnet sind. Dabei wird die Lage der Taumelfügevorrichtung 10 mittels des Roboters 48 so gesteuert, dass eine durch den Fügekopf 26 und den Gegenhalter 18 verlaufende Fügehauptachse 56 am Fügeort 55 senkrecht auf den Werkstücken 52, 54 steht.At 52 and 54 two plate-shaped workpieces are shown in the form of metal sheets, for example two metal sheets to be connected to a vehicle body, which can be made of steel or aluminum, for example. The wobble joining device 10 is moved to a desired joining location 55 by means of the robot 48 such that the joining head 26 is arranged above the upper workpiece 52 and the counter-holder 18 below the lower workpiece 54. The position of the wobble joining device 10 is controlled by means of the robot 48 such that a main joining axis 56 running through the joining head 26 and the counter-holder 18 is perpendicular to the workpieces 52, 54 at the joining location 55.
Der eigentliche Fügevorgang wird durchgeführt, indem der Fügekopf 26 mittels des Verschiebeblockes 20 auf den Gegenhalter 18 zu abgesenkt wird. Gleichzeitig mit dieser Axialbewegung 32 des Fügekopfes 26 wird ein in dem Fügekopf 26 angeordneter Stempel mittels des Taumelantriebes (über Motor 28 und Riemen 34) in eine Taumelbewegung versetzt. Alternativ kann die Taumelbewegung des Stempels auch zeitversetzt erfolgen, also eine bestimmte Zeit nach dem Einleiten der Axialbewegung und/oder ab dem Überschreiten bestimmter Kraftgrenzen (die sich beispielsweise mittels des Motorstromes ermitteln lassen).The actual joining process is carried out by lowering the joining head 26 onto the counter-holder 18 by means of the displacement block 20. Simultaneously with this axial movement 32 of the joining head 26, a punch arranged in the joining head 26 is moved into one by means of the wobble drive (via motor 28 and belt 34) Staggered movement. Alternatively, the tumbling movement of the plunger can also take place with a time delay, that is to say a certain time after the initiation of the axial movement and / or after certain force limits have been exceeded (which can be determined, for example, by means of the motor current).
Nachstehend wird der Fügekopf 26 an Hand des Anwendungsbeispieles Taumelstanznieten erläutert. Es versteht sich jedoch, dass allein durch Austauschen des Gegenhalters 18 der Fügekopf 26 auch für andere Taumelfügeverfahren verwendbar ist, beispielsweise für Taumelclinchen oder Taumelnietclinchen.The joining head 26 is explained below using the application example of wobble punch rivets. However, it goes without saying that simply by replacing the counter-holder 18, the joining head 26 can also be used for other wobble joining methods, for example for wobble rivets or wobble rivet runners.
Durch die Taumelbewegung werden, wie oben erläutert, die Axialkräfte beim Füge- Vorgang heruntergesetzt. Dies hat zur Folge, dass die Taumelfügevorrichtung 10 insgesamt leichter und weniger voluminös ausbildbar ist. Demzufolge kann ein Roboter 48 mit geringeren Leistungsanforderungen zum Einsatz kommen. Außerdem sind die am Fügeort auftretenden Spannungen kleiner als bei einer Standardfügeverbindung, die rein axial durchgeführt wird. Durch die geringeren Fügekräfte ist es möglich, die Arme 16, 24 weniger steif auszuführen. Demzufolge können die Arme 16, 24 mit geringerer Masse ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Arme 16, 24 länger ausgebildet sein, so dass sich eine größere Rachentiefe ergibt.As explained above, the wobbling movement reduces the axial forces during the joining process. The result of this is that the wobble-joining device 10 can be made lighter and less voluminous overall. As a result, a robot 48 with lower performance requirements can be used. In addition, the stresses occurring at the joint location are lower than with a standard joint connection, which is carried out purely axially. The lower joining forces make it possible to make the arms 16, 24 less rigid. As a result, the arms 16, 24 can be formed with a lower mass. Alternatively or in addition to this, the arms 16, 24 can be made longer, so that there is a greater throat depth.
Die Länge der Arme kann beispielsweise im Bereich von wenigstens 40 cm, insbesondere wenigstens 50 cm liegen. Hierdurch lassen sich Fügevorgänge auch an rela- tiv unzugänglichen Stellen, insbesondere mit einem relativ großen Abstand des Fügeortes 55 von einer Kante der Werkstücke 52, 54 durchführen.The length of the arms can be, for example, in the range of at least 40 cm, in particular at least 50 cm. As a result, joining operations can also be carried out at relatively inaccessible locations, in particular at a relatively large distance from the joining location 55 from an edge of the workpieces 52, 54.
Durch die Anordnung des Motors 28 im Bereich des Grundgestells 12 und dadurch, dass der Fügekopf 26 mittels des Verschiebeblockes 20 an dem Grundgestell 12 bewegt wird, ergibt sich eine schlanke bzw. flache Bauform des Fügekopfes 26. Auch dies trägt dazu bei, dass Fügeverbindungen an nur schwer zugänglichen Stellen durchgeführt werden können, z.B. im Automobilbau im Inneren der Karosserie.The arrangement of the motor 28 in the region of the base frame 12 and the fact that the joining head 26 is moved on the base frame 12 by means of the displacement block 20 results in a slim or flat design of the joining head 26. This also contributes to the fact that joining connections are made places that are difficult to access, e.g. in automotive engineering inside the body.
Fig. 2 zeigt das untere Ende des Fügekopfes 26 in einer Schnittdarstellung. Der Fügekopf 26 weist einen Gehäuseabschnitt 60 von im wesentlichen hohlzylindrischer Ausgestaltung auf. An dem Gehäuseabschnitt 60 ist ein Niederhalter 62 axial ver- schieblich gelagert. Der Niederhalter 62 ist dazu ausgelegt, mit seiner Stirnseite 64 das obere Werkstück 52 zu kontaktieren. Dabei ist der Niederhalter 62 mittels eines oberhalb des Niederhalters 62 im Inneren des Gehäuseabschnittes 60 angeordneten Federpaketes 66 in Fügehauptrichtung 56 auf den Gegenhalter 18 zu vorgespannt. Das Federpaket 66 kann beispielsweise ein Paket aus Tellerfedern mit mittiger Ausnehmung sein. Alternativ kann es sich um eine Schraubenfeder o.a. handeln. Der Niederhalter kann auch durch hydraulische oder pneumatische Mittel angedrückt wer- den.Fig. 2 shows the lower end of the joining head 26 in a sectional view. The joining head 26 has a housing section 60 of an essentially hollow cylindrical configuration. A hold-down 62 is axially displaceably mounted on the housing section 60. The hold-down device 62 is designed to contact the upper workpiece 52 with its end face 64. The hold-down device 62 is arranged above the hold-down device 62 in the interior of the housing section 60 Spring assembly 66 in the main joining direction 56 biased to the counter-holder 18. The spring assembly 66 can be, for example, a packet of disc springs with a central recess. Alternatively, it can be a coil spring or the like. The hold-down device can also be pressed on by hydraulic or pneumatic means.
Wenn bei einem Axialhub des Fügekopfes 26 der Niederhalter 62 mit seiner Stirnseite 64 das obere Werkstück 52 kontaktiert, erfolgt bei fortgesetztem Hub des Fügekopfes 26 eine Ausweichbewegung des Niederhalters 62 in den Gehäuseabschnitt 60 hinein, gegen die Kraft des Federpaketes 66. Dies ist schematisch bei 68 gezeigt. Oberhalb des Federpaketes 66 weist der Fügekopf 26 ein Taumelgetriebe 70 auf, das in herkömmlicher Weise beispielsweise als Hohlradgetriebe oder als Planetenradgetriebe ausgebildet sein kann.If, during an axial stroke of the joining head 26, the holding-down device 62 contacts the upper workpiece 52 with its end face 64, while the joining head 26 continues to move, the holding-down device 62 dodges into the housing section 60 against the force of the spring assembly 66. This is shown schematically at 68 shown. Above the spring assembly 66, the joining head 26 has a wobble gear 70, which can be designed in a conventional manner, for example as a ring gear or a planetary gear.
Ein Abtrieb des Taumelgetriebes 70 ist mit einem sich generell axial nach unten erstreckenden Stempel 74 verbunden. Das Taumelgetriebe 70 erteilt dem Stempel 74 eine Taumelbewegung 72 um die Fügehauptachse 56 herum. Der Stempel 74 durchsetzt das Federpaket 66, ohne dieses zu berühren. Eine Stirnseite 76 des Stempels 74 ist in einer Ausgangs- bzw. Ruhelage (in Fig. 2 gezeigt) des Niederhalters 62 von einem in dem Fügevorgang zu verwendenden Stanznietelement 78 beabstandet angeordnet. In dieser Ausgangs- bzw. Ruhelage des Niederhalters 62 ist der Stempel 74 koaxial zur Fügehauptachse angeordnet. Hierdurch ist es möglich, das Stanznietelement 78 mittels des Zuführrohrs 38 zuzuführen, das über einen in Fig. 2 nicht näher bezeichneten Kanal in das Mundstück 40 eingeführt wird.An output of the wobble mechanism 70 is connected to a plunger 74 which generally extends axially downward. The wobble mechanism 70 gives the punch 74 a wobble movement 72 around the main joining axis 56. The stamp 74 passes through the spring assembly 66 without touching it. An end face 76 of the punch 74 is arranged in a starting or rest position (shown in FIG. 2) of the hold-down device 62 at a distance from a punch rivet element 78 to be used in the joining process. In this starting or rest position of the hold-down 62, the punch 74 is arranged coaxially to the main axis of the joining. This makes it possible to feed the punch rivet element 78 by means of the feed tube 38, which is introduced into the mouthpiece 40 via a channel (not shown in FIG. 2).
Der Bereich des Mundstückes 40 des Niederhalters 62 ist in Fig. 3 in größerer Genauigkeit dargestellt. Das dort gezeigte Stanznietelement 78 ist als Halbhohlniet ausge- bildet, mit einem sich nach vorne erstreckenden Hohizylinderabschnitt 79 und einem Kopfabschnitt 80, dessen Kopffläche als geschlossene Fläche ausgebildet ist, an der die Stirnseite 76 des Stempels 74 angreifen kann. Das Stanznietelement 78 ist in dem Mundstück 40 mittels einer Halteeinrichtung 82 gehalten.The area of the mouthpiece 40 of the hold-down device 62 is shown in greater detail in FIG. 3. The punch rivet element 78 shown there is designed as a semi-hollow rivet, with a forward-extending hollow cylinder section 79 and a head section 80, the top surface of which is designed as a closed surface on which the end face 76 of the punch 74 can engage. The punch rivet element 78 is held in the mouthpiece 40 by means of a holding device 82.
Die Halteeinrichtung 82 (s. auch Fig. 4) weist vier annähernd in einer Kreisform ange- ordnete Backen 84 auf. Die Backen 84 sind in einem Hohlraum 86 des Mundstückes 40 in Radialrichtung schwimmend gelagert. Die Backenelemente 84 weisen außenumfänglich eine gemeinsame Ringnut 89 auf, in die ein elastisches Ringelement, beispielsweise ein Federring 88, eingelegt ist. Durch den Federring 88 werden die Bak- ken 84 in radialer Richtung nach innen zusammengedrückt, lassen sich jedoch auch elastisch radial nach außen bewegen, wie es in Fig. 4 schematisch angedeutet ist.The holding device 82 (see also FIG. 4) has four jaws 84 arranged approximately in a circular shape. The jaws 84 are floatingly supported in a cavity 86 of the mouthpiece 40 in the radial direction. The cheek elements 84 have a common annular groove 89 on the outside, into which an elastic ring element, for example a spring ring 88, is inserted. The spring rings 88 ken 84 compressed radially inwards, but can also be moved elastically radially outwards, as indicated schematically in Fig. 4.
Die Backen 84 weisen jeweils einen inneren Halteabschnitt 90 auf. Die Halteabschnitte 90 sind dazu angepasst, den Kopfabschnitt 80 des Stanznietelementes 78 zwischen sich elastisch zu halten. Unterhalb des Halteabschnittes 90 weisen die Bak- ken 84 jeweils einen nach innen tretenden Vorsprung auf, die gemeinsam eine Ringnase 91 bilden. Der Hohizylinderabschnitt 79 durchsetzt die Ringnase 91 berührungsfrei; er kann aber auch an der Ringnase 91 anliegen. Die Ringnase 91 verhindert jedoch, dass ein in der Halteeinrichtung 82 gehaltenes Stanznietelement 78 nach unten durchrutscht.The jaws 84 each have an inner holding section 90. The holding sections 90 are adapted to hold the head section 80 of the punch rivet element 78 between them elastically. Below the holding section 90, the jaws 84 each have an inwardly projecting projection, which together form an annular lug 91. The hollow cylinder section 79 passes through the ring nose 91 without contact; but it can also rest on the ring nose 91. However, the ring nose 91 prevents a punch rivet element 78 held in the holding device 82 from slipping downward.
Oberhalb des Halteabschnittes 90 bilden die Backen 84 gemeinsam einen sich nach oben hin konisch aufweitenden Einführabschnitt 92. Das Mundstück 40 weist an seinem den Backen 84 zugekehrten Ende einen in den Einführabschnitt 92 hineinragenden Zentrierkranz mit kegelstumpfförmiger Außenfläche auf. Die Backen 84 liegen an dem Zentrierkranz 93 an, wenn sie durch den Federring 88 in die in Fig. 5 gezeigte Position gebracht werden. Demzufolge zentrieren sich die Backen 84 an dem Zentrierkranz 93.Above the holding section 90, the jaws 84 together form an insertion section 92 which widens conically upwards. At its end facing the jaws 84, the mouthpiece 40 has a centering ring which projects into the insertion section 92 and has a frustoconical outer surface. The jaws 84 bear against the centering ring 93 when they are brought into the position shown in FIG. 5 by the spring ring 88. As a result, the jaws 84 center on the centering ring 93.
Zwischen dem Halteabschnitt 90 und dem Einführabschnitt 92 bilden die Backen 84 ferner einen nach innen vortretenden Ringvorsprung 94. Der Ringvorsprung 94 über- greift den Kopfabschnitt 80 des Stanznietelementes 78 und verhindert so, dass dieses aus der Halteeinrichtung 82 nach oben entweicht, beispielsweise bei auf den Kopf gestellten Fügekopf 26.Between the holding section 90 and the insertion section 92, the jaws 84 furthermore form an inwardly projecting ring projection 94. The ring projection 94 engages over the head section 80 of the punch rivet element 78 and thus prevents the latter from escaping upward from the holding device 82, for example in the case of the Joined head 26.
Oberhalb der Halteeinrichtung 82 weist das Mundstück 40 einen sich nach oben hin konisch aufweitenden Innenraum 96 auf. Der Innenraum 96 mündet zu der Halteein- richtung 82 hin in einem zylindrischen Führungsabschnitt 98. Der den Führungsabschnitt 98 bildende Gehäuseabschnitt weist axiale Vorsprünge auf, an denen sich die Halteeinrichtung 82 im Ruhezustand mit ihrem Einführabschnitt 92 von selbst zentriert.Above the holding device 82, the mouthpiece 40 has an interior space 96 which widens conically upwards. The interior 96 opens out towards the holding device 82 in a cylindrical guide section 98. The housing section forming the guide section 98 has axial projections on which the holding device 82 is centered by itself with its insertion section 92 in the idle state.
In der dargestellten Ruheposition ist die Stirnseite 76 des Stempels 74 deutlich ober- halb des Führungsabschnittes 98 angeordnet. An dem Mundstück 40 ist ein von schräg oben in den Innenraum 96 führender Zuführkanal 100 vorgesehen, über den das Zuführrohr 38 in den Innenraum 96 einführbar ist, ohne mit dem Stempel 74 zu kollidieren.In the rest position shown, the end face 76 of the stamp 74 is arranged clearly above the guide section 98. Provided on the mouthpiece 40 is a feed channel 100 which leads obliquely from above into the interior 96 and via which the feed pipe 38 can be inserted into the interior 96 without colliding with the stamp 74.
Fig. 3a zeigt eine alternative Ausführungsform eines Mundstückes 40a. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Mundstückes 40a entsprechen der Ausführung des Mundstückes 40 der Fig. 3. Zur Lagerung von zylindrischen Hilfsfügeelementen 78a weist die Halteeinrichtung 82a geänderte Backen 84a auf. Deren Innenkontur einschließlich des Halteabschnittes 90a, des Ringvorsprunges 91a und der Ringnase 94a ist so angepasst, dass nunmehr jeweils ein zylindrisches Hilfsfügeelement 78a elastisch gehalten werden kann.3a shows an alternative embodiment of a mouthpiece 40a. The construction and the mode of operation of the mouthpiece 40a correspond to the design of the mouthpiece 40 of FIG. 3. For the mounting of cylindrical auxiliary joining elements 78a, the holding device 82a has modified jaws 84a. The inner contour thereof, including the holding section 90a, the ring projection 91a and the ring nose 94a, is adapted such that a cylindrical auxiliary joining element 78a can now be held elastically.
Der Vorgang des Zuführens eines Stanznietelements 78 in die Halteeinrichtung 82 wird im Folgenden an Hand der Fig. 3 und 4 sowie der Fig. 5 bis 7 erläutert.The process of feeding a punch rivet element 78 into the holding device 82 is explained below with reference to FIGS. 3 and 4 and FIGS. 5 to 7.
Ausgehend von der Darstellung der Fig. 3 sei angenommen, dass sich in der Halteeinrichtung 82 kein Stanznietelement 78 befindet. Im Folgenden wird das Zuführrohr 38 von schräg oben über den Zuführkanal 100 in den Innenraum 96 eingeführt, wie es schematisch bei 101 gezeigt ist. Sobald ein in Fig. 3 gezeigtes Ende des Zuführrohres 38 über der Halteeinrichtung 82 liegt, wird ein Stanznietelement 78 über das Zuführrohr 38 zugeführt. Dabei wird zunächst dessen Hohizylinderabschnitt 79 zwischen die Backen 84 eingeführt, ggf. zentriert durch den Einführabschnitt 92 (vgl. Fig. 5).Starting from the illustration in FIG. 3, it is assumed that there is no punch rivet element 78 in the holding device 82. In the following, the feed pipe 38 is introduced into the interior 96 from above at an angle via the feed channel 100, as is shown schematically at 101. As soon as one end of the feed tube 38 shown in FIG. 3 lies over the holding device 82, a punch rivet element 78 is fed over the feed tube 38. The hollow cylinder section 79 is first inserted between the jaws 84, possibly centered by the insertion section 92 (cf. FIG. 5).
Sobald der Kopfabschnitt 80 an dem Einführabschnitt 92 anliegt, weiten sich die Bak- ken 84 radial nach außen elastisch auf, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Durch weiteres Ausüben von Zuführdruck von oben auf das Stanznietelement 78 schnappt dieses schließlich hinter den Ringvorsprung 94. Die Backen 84 werden mittels des Federringes 88 radial nach innen zusammengedrückt und halten so den Kopfabschnitt 80 zwischen sich fest. Anschließend wird das Zuführrohr 38 wieder aus dem Zuführkanal 100 zurückgezogen, um den Weg für den Stempel 74 freizumachen.As soon as the head section 80 abuts the insertion section 92, the jaws 84 elastically expand radially outward, as shown in FIG. 6. By further applying supply pressure from above to the punch rivet element 78, this finally snaps behind the ring projection 94. The jaws 84 are pressed radially inward by means of the spring ring 88 and thus hold the head section 80 firmly between them. The feed tube 38 is then withdrawn again from the feed channel 100 in order to clear the way for the stamp 74.
Bei dem anschließenden Fügevorgang wird, wie bereits oben erläutert, der Fügekopf 26 auf die Werkstückanordnung 52, 54 zu bewegt, bis die Stirnseite 64 des Niederhalters 62 auf dem oberen Werkstück 52 auftrifft. Bei Fortsetzen der Axialbewegung 32 wird der Niederhalter 62 nach innen in den Gehäuseabschnitt 60 hineingedrückt, so dass die Lage des von der Halteeinrichtung 82 gehaltenen Stanznietelementes 78 in Bezug auf die Werkstückanordnung 52, 54 konstant bleibt. Durch den weiteren Axialhub wird der Stempel 74 weiter nach unten abgesenkt, bis er schließlich, geführt durch den Führungsabschnitt 98, auf den Einführabschnitt 92 der Backen 84 auftrifft. Hierbei werden die Backen 84 wiederum radial aufgeweitet. Dabei gibt der Halteabschnitt 90 das Stanznietelement 78 frei, so dass dieses nach unten durch eine Öffnung 102 durchrutscht und auf dem oberen Werkstück 52 zu liegen kommt. Bei Fort- setzen der Axialbewegung berührt schließlich die Stirnseite 76 des Stempels 74 die Oberseite des Kopfabschnittes 80, wobei die Backen 84 in einem aufgeweiteten Zustand bleiben, wie es schematisch in Fig. 7 gezeigt ist.In the subsequent joining process, as already explained above, the joining head 26 is moved towards the workpiece arrangement 52, 54 until the end face 64 of the hold-down device 62 hits the upper workpiece 52. As the axial movement 32 continues, the hold-down device 62 is pressed inward into the housing section 60, so that the position of the punch rivet element 78 held by the holding device 82 remains constant with respect to the workpiece arrangement 52, 54. Due to the further axial stroke, the punch 74 is lowered further until it is finally guided through the guide section 98, on the insertion section 92 of the jaws 84. Here, the jaws 84 are in turn expanded radially. The holding section 90 releases the punch rivet element 78 so that it slides down through an opening 102 and comes to rest on the upper workpiece 52. When the axial movement continues, the end face 76 of the stamp 74 finally touches the top of the head section 80, the jaws 84 remaining in an expanded state, as is shown schematically in FIG. 7.
Anschließend erfolgt der oben bereits beschriebene Fügevorgang, mit Fortsetzen der Axialbewegung und kombinierter Taumelbewegung des Stempels 74. Das Mundstück 40 weist die untere Öffnung 102 auf, so dass der Stempel 74 sich bis auf die Oberseite des oberen Werkstückes 52 bewegen kann, um das Stanznietelement 78 bündig in die Werkstückanordnung 52, 54 zu fügen. Dabei bildet der Gegenhalter 18 eine Matrize für den Fügevorgang.This is followed by the joining process already described above, with continuation of the axial movement and combined wobbling movement of the punch 74. The mouthpiece 40 has the lower opening 102, so that the punch 74 can move up to the top of the upper workpiece 52 around the punch rivet element 78 to fit flush into the workpiece assembly 52, 54. The counter-holder 18 forms a die for the joining process.
Wie es insbesondere in den Fig. 3 und 4 erkennbar ist, verjüngt sich das auf das Stanznietelement 78 einwirkende Ende des Stempels 74 von der Stirnseite 76 ausgehend nach oben in Richtung hin zur Stempelmitte. Die Verjüngung ist dabei in dem Bereich des Stempels 74 ausgebildet, der in den Halteabschnitt 90 eindringt. Die Verjüngung ist dabei vorzugsweise so groß gewählt, dass der Endabschnitt des Stempels 74 während der Taumelbewegung die Backen 84 nicht oder nur geringfügig bewegt. Hierdurch werden die Backen 84 geschont und Verschleiß wird vermieden.As can be seen in particular in FIGS. 3 and 4, the end of the punch 74 acting on the punch rivet element 78 tapers from the end face 76 upwards in the direction toward the punch center. The taper is formed in the area of the stamp 74 which penetrates into the holding section 90. The taper is preferably chosen so large that the end portion of the plunger 74 does not or only slightly moves the jaws 84 during the wobbling movement. This protects the jaws 84 and prevents wear.
Nach erfolgtem Fügevorgang wird der Fügekopf 26 mittels des Motors 28 von der Werkstückanordnung 52, 54 abgehoben, wobei das Federpaket 66 den Niederhalter 62 wieder in die Ruheposition versetzt, die in Fig. 2 gezeigt ist.After the joining process has taken place, the joining head 26 is lifted off the workpiece arrangement 52, 54 by means of the motor 28, the spring assembly 66 again moving the hold-down device 62 into the rest position, which is shown in FIG. 2.
Fig. 8 zeigt in größerer Genauigkeit das Zuführrohr 38. Generell ist es möglich, Stanznietelemente 78 über das Zuführrohr 38 mittels Druckluft in die Halteeinrichtung 82 zu fördern. Bei der vorgestellten Ausführungsform werden die Stanznietelemente 78 jedoch durch einen Stößel 104 in die Halteeinrichtung 82 hineingedrückt, der in dem Zuführrohr 38 verschieblich ist.8 shows the feed pipe 38 in greater accuracy. In general, it is possible to convey punch rivet elements 78 into the holding device 82 via the feed pipe 38 by means of compressed air. In the embodiment presented, however, the punch rivet elements 78 are pressed into the holding device 82 by a plunger 104, which is displaceable in the feed tube 38.
Der Stößel 104 weist an seinem vorderen Ende eine kalottenförmige Spitze 106 auf, um zu gewährleisten, dass die Stanznietelemente 78 bei dem Übergang von der schrägen Ausrichtung des Zuführrohrs 38 in die axiale Ausrichtung in der Halteein- richtung 82 nicht verkanten. Hierzu ist das Zuführrohr 38 an seinem vorderen Ende mit einer geeigneten Abbiegung versehen, die in Fig. 8 mit 108 bezeichnet.The tappet 104 has a dome-shaped tip 106 at its front end in order to ensure that the punch rivet elements 78 during the transition from the oblique orientation of the feed tube 38 to the axial orientation in the holding insert. do not tilt direction 82. For this purpose, the feed pipe 38 is provided at its front end with a suitable bend, designated 108 in FIG. 8.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Stößels 104'. Der Stößel 104' weist an seinem vorderen Bereich einen in Querrichtung elastischen Abschnitt 110 auf, an dessen vorderem Ende eine kalottenförmige Spitze 106 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, auch stärkere Biegungen 108 eines Zuführrohrs 38 mittels des Stößels 104' zu durchfahren.9 shows an alternative embodiment of a plunger 104 '. The tappet 104 ′ has a section 110 which is elastic in the transverse direction at its front region and a dome-shaped tip 106 is arranged at the front end thereof. This makes it possible to also drive through stronger bends 108 of a feed pipe 38 by means of the plunger 104 '.
Fig. 10 schließlich zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Taumelfügevorrichtung 114. Die Taumelfügevorrichtung 114 weist ein Grundgestell 115 auf, von dem aus sich ein unterer Arm 16' (zweiter Arm) und ein oberer Arm 24' (erster Arm) starr erstrecken. Der zweite Arm 16' ist ähnlich aufgebaut wie der Arm 16 der Taumelfügevorrichtung 10.10 finally shows an alternative embodiment of a wobble joining device 114 according to the invention. The wobble joining device 114 has a base frame 115, from which a lower arm 16 '(second arm) and an upper arm 24' (first arm) extend rigidly. The second arm 16 ′ is constructed similarly to the arm 16 of the wobble joining device 10.
Der erste Arm 24 ist, wie gesagt, starr an dem Grundgestell 115 festgelegt. An dem Ende des ersten Arms 24 ist ein Fügekopf 116 angeordnet, der sowohl einen Axial- antrieb 118 zum axialen Bewegen des Stempels 74 (Setzvorschub und Setzkraft) als auch einen Taumelantrieb 120 aufweist, der dazu ausgelegt ist, den Stempel 74 über einen Winkelkopf 119 in eine Taumelbewegung zu versetzen. Der Taumelantrieb 120 und der Winkelkopf 119 bewegen sich beim Fügevorgang mit.As stated, the first arm 24 is rigidly fixed to the base frame 115. At the end of the first arm 24, a joining head 116 is arranged, which has both an axial drive 118 for axially moving the punch 74 (setting feed and setting force) and a wobble drive 120, which is designed to press the punch 74 via an angular head 119 to cause a wobble. The wobble drive 120 and the angle head 119 also move during the joining process.
Die Ausführungsform in Fig. 10 kann genau so wie die Taumelfügevorrichtung 10 der Fig. 1 an einem Roboter 48 montiert werden. Der Axialantrieb 118 kann als elektrisch angetriebene Spindel ausgebildet sein.The embodiment in FIG. 10 can be mounted on a robot 48 just like the wobble joining device 10 of FIG. 1. The axial drive 118 can be designed as an electrically driven spindle.
Fig. 11 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer Taumelfügevorrichtung 124. Die Taumelfügevorrichtung 124 weist ein Grundgestell 126 auf, das eine untere C-Bügelhälfte 128 und eine obere C-Bügelhälfte 130 aufweist. Die Bügelhälften 128, 130 sind parallel zur Fügerichtung gegeneinander versetzbar. Hierzu dient ein Gestellmotor 132, der einen Schnellvorschub einrichten kann. Mit ihm werden die beiden Bügelhälften 128, 130 aufeinander zu und voneinander weg bewegt. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Öffnungsweiten der Bügelhälften 128, 130 einzustellen. Der Gestellmotor 132 treibt einen Linearantrieb 136 an. Führungen 134 verhindern ein Verdrehen der C-Bügelhälften 128, 130. Außerdem nehmen sie die durch die Setzkraft verursachten Momente auf. ln Fig. 12 ist die Zuführeinrichtung 36 der Fig. 1 im Schnitt dargestellt. Die Zuführeinrichtung 36 weist ein Gehäuse 140 auf, das an dem Niederhalter 62 des Fügekopfes 26 befestigt und mit Hilfe eines Lagerabschnittes 142 an dem Gehäuseabschnitt 60 gleitend gelagert ist. In dem Gehäuse 140 ist ein Empfänger 144 beweglich gelagert. An dem Empfänger 144 ist ein gebogener Zuführkanal 146 angebracht, der an seinem freien Ende die Zuführschnittstelle 42 für den Anschluss einer flexiblen Leitung zur Zuführung von Hilfsfügeelementen 78 aufweist. Der Empfänger 144 ist fest mit dem Zuführrohr 38 verbunden, das in dem Gehäuse 140 längs beweglich gelagert ist.11 shows a further alternative embodiment of a wobble joining device 124. The wobble joining device 124 has a base frame 126 which has a lower C-bracket half 128 and an upper C-bracket half 130. The bracket halves 128, 130 are mutually displaceable parallel to the joining direction. A frame motor 132, which can set up a rapid feed, is used for this purpose. With it, the two bracket halves 128, 130 are moved towards and away from each other. This makes it possible to set different opening widths of the bracket halves 128, 130. The rack motor 132 drives a linear drive 136. Guides 134 prevent the C-bracket halves 128, 130 from twisting. They also absorb the moments caused by the setting force. 12 shows the feed device 36 of FIG. 1 in section. The feed device 36 has a housing 140 which is fastened to the hold-down device 62 of the joining head 26 and is slidably mounted on the housing section 60 with the aid of a bearing section 142. A receiver 144 is movably mounted in the housing 140. A curved feed channel 146 is attached to the receiver 144 and has at its free end the feed interface 42 for connecting a flexible line for feeding auxiliary joining elements 78. The receiver 144 is fixedly connected to the feed pipe 38, which is mounted so that it can move longitudinally in the housing 140.
Auf der dem Zuführrohr 38 entgegengesetzten Seite und koaxial zu diesem ist der Empfänger 144 mit einem Zylinderrohr 148 verbunden. Das Zylinderrohr 148 enthält den Stößel bzw. Ladestift 104 und einen Kolben 150 zum Bewegen des Ladestiftes 104. Über Anschlüsse 152, 154 ist der Kolben 150 auf entgegengesetzten Seiten mit einem Antriebsfluid, z.B. Druckluft, beaufschlagbar.The receiver 144 is connected to a cylinder tube 148 on the side opposite and coaxial to the feed tube 38. The cylinder tube 148 contains the plunger or loading pin 104 and a piston 150 for moving the loading pin 104. Via connections 152, 154, the piston 150 is on opposite sides with a drive fluid, e.g. Compressed air, can be acted upon.
In dem Gehäuse 140 ist parallel zu dem Zylinderrohr 148 eine Zylinderbohrung 156 vorgesehen. In der Zylinderbohrung 156 befindet sich ein weiterer Kolben 158 mit einer Kolbenstange 160, die in dem Gehäuse 140 geführt an dem Empfänger 144 befestigt ist. Durch Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid, z.B. Druckluft, das über einen Anschluss 162 zuführbar ist, ist der Kolben 158 gegen die Kraft einer Druckfeder 164 in Richtung des Empfängers 144 bewegbar.A cylinder bore 156 is provided in the housing 140 parallel to the cylinder tube 148. In the cylinder bore 156 there is a further piston 158 with a piston rod 160, which is fastened in the housing 140 to the receiver 144. By applying a working fluid, e.g. Compressed air, which can be supplied via a connection 162, the piston 158 can be moved in the direction of the receiver 144 against the force of a compression spring 164.
Die Zuführung eines Hilfsfügeelementes 78 erfolgt bei der Zuführeinrichtung 36 in mehreren Stufen. In der ersten Stufe wird das Hilfsfügeelement 78 aus Richtung des Pfeils 165 kommend mittels Druckluft durch den Zuführkanal 146 in den Empfänger 144 gefördert. In dem Empfänger 144 wird das Hilfsfügeelement 78 durch einen Anschlag 166 und ein federndes Sperrelement 168 vor dem Ende 106 des Ladestiftes 104 festgehalten. In der nächsten Stufe wird der Kolben 158 mit Druck beaufschlagt. Hierdurch verschiebt er den Empfänger 144 und die mit diesem verbundenen Teile gegenüber dem Gehäuse 140 in Richtung des Pfeils 165. Hierdurch dringt das Zuführrohr 38 in den Kanal 100 des Mundstückes 40 ein und gelangt mit seiner Austrittsöffnung über die Halteeinrichtung 42 in dem Mundstück 40. In der dritten Stufe wird über den Anschluss 154 der Kolben 150 mit Druck beaufschlagt, so dass dieser das Hilfsfügeelement 78 mit Hilfe des Ladestiftes 104 bis in die Halteeinrichtung 82 hineinschiebt. In der vierten Stufe wird der Anschluss 162 mit einem drucklosen Raum verbunden und der Empfänger 144 wird durch die Feder 164 in die dargestellte Ausgangslage zurückbewegt. Ferner wird durch Druckbeaufschlagung des Anschlusses 152 und durch Verbinden des Anschlusses 154 mit einem drucklosen Raum der Kolben 150 zusammen mit dem Ladestift 104 in die dargestellte Ausgangsposition zurückgefahren. Sobald der Ladestift 104 seine Ausgangslage erreicht hat, wird das nächste Hilfsfügeelement 78 über die Schnittstelle 42 zugeführt.An auxiliary joining element 78 is fed in several stages in the feed device 36. In the first stage, the auxiliary joining element 78, coming from the direction of arrow 165, is conveyed by compressed air through the feed channel 146 into the receiver 144. The auxiliary joining element 78 is held in the receiver 144 by a stop 166 and a resilient locking element 168 in front of the end 106 of the charging pin 104. In the next stage, the piston 158 is pressurized. As a result, he displaces the receiver 144 and the parts connected to it in relation to the housing 140 in the direction of the arrow 165. As a result, the feed pipe 38 penetrates into the channel 100 of the mouthpiece 40 and arrives with its outlet opening in the mouthpiece 40 via the holding device 42 In the third stage, the piston 150 is pressurized via the connection 154, so that the latter pushes the auxiliary joining element 78 into the holding device 82 with the aid of the charging pin 104. In the fourth stage, the connection 162 is connected to an unpressurized space and the receiver 144 is moved back into the starting position shown by the spring 164. Furthermore, by pressurizing the connector 152 and by connecting the connection 154 to an unpressurized space, the pistons 150 together with the charging pin 104 are returned to the starting position shown. As soon as the charging pin 104 has reached its starting position, the next auxiliary joining element 78 is fed via the interface 42.
Es versteht sich, dass die Zuführeinrichtung 36 auch bei den Taumelfügevorrichtungen 114 bzw. 124 der Fig. 10 und 11 verwendet werden kann.It goes without saying that the feed device 36 can also be used in the wobble joining devices 114 and 124 of FIGS. 10 and 11.
Es versteht sich ferner, dass die erfindungsgemäßen Taumelfügevorrichtungen 10, 114, 124 dann, wenn der Stempel 74 auch in eine mit der Fügehauptrichtung 56 ausgerichtete Position verbracht werden kann (z.B. beim Orbitalfügen), gleichermaßen dazu geeignet sind, Standardfügeverbindungen (z.B. Standardstanznietverbindungen, Standardclinchverbindungen, Standardclinchnietverbindungen) auszuführen. It also goes without saying that the wobble joining devices 10, 114, 124 according to the invention are equally suitable, if the punch 74 can also be brought into a position aligned with the main joining direction 56 (for example in the case of orbital joining), standard joining connections (for example standard punch rivet connections, standard clinch connections, Standard clinch rivet connections).

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (10; 114) zum Taumelfügen von wenigstens zwei plattenförmigen Werkstücken (52, 54), insbesondere Blechen, aneinander, mit einem Grundgestell (12; 115), - einem Stempel (74), der mittels eines Axialantriebs (28, 30, 22; 118) entlang einer Fügehauptachse (56) auf die Werkstücke (52, 54) zu bzw. von diesen weg bewegbar ist und der mittels eines Taumelantriebs (28, 30, 34, 70; 120) in eine Taumelbewegung um die Fügehauptachse (56) herum versetzbar ist, und - einem Gegenhalter (18) auf der dem Stempel (74) gegenüberliegenden Seite der Werkstücke (52, 54), dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (74) und wenigstens ein Taumelgetriebe (70) des Taumelantriebs (28, 30, 34, 70; 120) an einem Fügekopf (26; 116 gelagert sind, der an einem Ende eines ersten Armes (24) angeordnet ist, der sich quer zur Fügehauptachse (56) erstreckt, und dass der Gegenhalter (18) an einem Ende eines zweiten Armes (16) angeordnet ist, der sich quer zur Fügehauptachse (56) erstreckt, wobei der erste und der zweite Arm (24, 16) an dem Grundgestell (12; 115) gelagert sind.1. Device (10; 114) for wobbling together at least two plate-shaped workpieces (52, 54), in particular sheets, with a base frame (12; 115), - a stamp (74) which is operated by means of an axial drive (28, 30 , 22; 118) can be moved towards or away from the workpieces (52, 54) along a main joining axis (56) and which can be made to tumble around the main joining axis (28, 30, 34, 70; 120) by means of a wobble drive (28, 30, 34, 70; 120). 56) can be moved around, and - a counter-holder (18) on the side of the workpieces (52, 54) opposite the stamp (74), characterized in that the stamp (74) and at least one wobble mechanism (70) of the wobble drive (28 , 30, 34, 70; 120) are mounted on a joining head (26; 116) which is arranged at one end of a first arm (24) which extends transversely to the main joining axis (56), and that the counter-holder (18) one end of a second arm (16) is arranged, which extends transversely to the main joining axis (56), de r first and second arms (24, 16) on the base frame (12; 115) are stored.
2. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Axialantrieb (28, 30, 22) in das Grundgestell (12) integriert und dazu ausgelegt ist, den ersten Arm (24) und den zweiten Arm (16) aufeinander zu bzw. voneinander weg zu bewegen.2. wobble joining device according to claim 1, characterized in that the axial drive (28, 30, 22) integrated in the base frame (12) and is designed to the first arm (24) and the second arm (16) towards each other or from each other to move away.
3. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taumelantriebsmotor (28) des Taumelantriebs (28, 30, 34, 70) in das3. wobble joining device according to claim 1 or 2, characterized in that a wobble drive motor (28) of the wobble drive (28, 30, 34, 70) in the
Grundgestell (12) integriert ist und über ein Koppelgetriebe (30, 34) mit dem Taumelgetriebe (70) in dem Fügekopf (26) gekoppelt ist.Base frame (12) is integrated and is coupled via a coupling gear (30, 34) to the wobble gear (70) in the joining head (26).
4. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelgetriebe (30, 34) ein Umschlingungsgetriebe (34) aufweist, das sich entlang des ersten Armes (24) erstreckt. 4. wobble joining device according to claim 3, characterized in that the coupling gear (30, 34) has a belt transmission (34) which extends along the first arm (24).
5. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (24') und der zweite Arm (16') an dem Grundgestell (115) starr miteinander gekoppelt sind.5. wobble joining device according to claim 1, characterized in that the first arm (24 ') and the second arm (16') on the base frame (115) are rigidly coupled together.
6. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelantrieb (120) und der Axialantrieb (118) in den Fügekopf (116) integriert sind.6. wobble joining device according to claim 5, characterized in that the wobble drive (120) and the axial drive (118) are integrated in the joining head (116).
7. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialantriebsmotor (28) des Axialantriebs (28, 30, 22) und ein Taumelantriebsmotor (28) des Taumelantriebs (28, 30, 34, 70) durch den selben Motor (28) gebildet sind.7. wobble joining device according to one of claims 1-6, characterized in that an axial drive motor (28) of the axial drive (28, 30, 22) and a wobble drive motor (28) of the wobble drive (28, 30, 34, 70) by the same motor (28) are formed.
8. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Axialantriebsmotor (28) des Axialantriebs (28, 30, 22; 118) ein Elektromotor ist.8. wobble joining device according to one of claims 1-7, characterized in that an axial drive motor (28) of the axial drive (28, 30, 22; 118) is an electric motor.
9. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Grundgestell (12) an einem Roboterarm (50) eines Roboters (48) festgelegt ist.9. wobble joining device according to one of claims 1-8, characterized in that the base frame (12) on a robot arm (50) of a robot (48) is fixed.
10. Taumelfügevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (74) und wenigstens ein Taumelgetriebe (70) des Taumelantriebs (28, 30, 34, 70; 120) an einem Fügekopf (26; 116) gelagert sind, dass der Fügekopf (26; 116) einen auf das obere plattenförmige Werkstück (52) aufsetzbaren Niederhalter (62) aufweist, der mittels einer elastischen Einrichtung (66) gegenüber dem Fügekopf (26) in Fügehauptrichtung (56) vorgespannt ist, und dass das Taumelgetriebe (70) oberhalb der elastischen Einrichtung (66) ange- ordnet ist.10. wobble joining device according to the preamble of claim 1 and in particular according to one of claims 1-9, characterized in that the stamp (74) and at least one wobble mechanism (70) of the wobble drive (28, 30, 34, 70; 120) on one The joining head (26; 116) is mounted such that the joining head (26; 116) has a hold-down device (62) which can be placed on the upper plate-shaped workpiece (52) and which is opposed to the joining head (26) in the main joining direction (66) by means of an elastic device (66). 56) is biased and that the wobble mechanism (70) is arranged above the elastic device (66).
11. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Einrichtung (66) ein Federpaket (66) aufweist.11. wobble joining device according to claim 10, characterized in that the elastic device (66) has a spring assembly (66).
12. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (74) durch das Federpaket (66) hindurch geführt ist. 12. wobble joining device according to claim 11, characterized in that the stamp (74) is guided through the spring assembly (66).
13. Taumelfügevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelfügevorrichtung (10; 114) zum Taumelfügen mittels Hilfsfügeelementen, wie z.B. Nietelementen, ausgebildet ist.13. wobble joining device according to the preamble of claim 1 and in particular according to one of claims 1-12, characterized in that the wobble joining device (10; 114) for wobble joining by means of auxiliary joining elements, such as e.g. Rivet elements is formed.
14. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügekopf (26; 116) eine Halteeinrichtung (82) für ein Hilfsfügeelement (78) aufweist.14. wobble joining device according to claim 13, characterized in that the joining head (26; 116) has a holding device (82) for an auxiliary joining element (78).
15. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (82) wenigstens zwei in Radialrichtung elastisch vorge- spannte Backen (84) aufweist, die dazu ausgelegt sind, radial an dem Füge- hilfs-element (78) anzugreifen.15. wobble joining device according to claim 14, characterized in that the holding device (82) has at least two jaws (84) which are elastically prestressed in the radial direction and are designed to engage radially on the joining aid element (78).
16. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (84) mittels eines elastischen Ringelementes (88), das an den Backen (84) angreift, elastisch vorgespannt sind.16. wobble joining device according to claim 15, characterized in that the jaws (84) by means of an elastic ring element (88) which engages the jaws (84) are elastically biased.
17. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Backen (84) in Radialrichtung schwimmend gelagert sind.17. wobble joining device according to claim 15 or 16, characterized in that the at least two jaws (84) are mounted floating in the radial direction.
18. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (84) einen Halteabschnitt (90) für das Hilfsfügeele- ment (78) aufweisen und dass die Backen (84) sich oberhalb des Halteabschnittes (90) konisch aufweiten.18. wobble joining device according to one of claims 15 - 17, characterized in that the jaws (84) have a holding section (90) for the auxiliary joining element (78) and that the jaws (84) expand conically above the holding section (90) ,
19. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügekopf (26; 116) eine Zuführeinrichtung (36) zum Zuführen von Hilfsfügeelementen (78) in die Halteeinrichtung (82) aufweist.19. wobble joining device according to one of claims 14 - 18, characterized in that the joining head (26; 116) has a feed device (36) for feeding auxiliary joining elements (78) into the holding device (82).
20. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (36) einen Kanal (100) in den Fügekopf (26) hinein aufweist, der oberhalb der Halteeinrichtung (82) mündet.20. Tumble joining device according to claim 19, characterized in that the feed device (36) has a channel (100) into the joining head (26) which opens above the holding device (82).
21. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (100) von schräg oben auf die Halteeinrichtung (82) zu ausgerichtet ist. 21. wobble joining device according to claim 20, characterized in that the channel (100) is oriented obliquely from above to the holding device (82).
22. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (36) ein Zuführrohr (38) aufweist, das in den Kanal (100) einführbar ist.22. wobble joining device according to claim 20 or 21, characterized in that the feed device (36) has a feed tube (38) which can be inserted into the channel (100).
23. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Halteeinrichtung (82) dazu ausgelegt ist, jeweils ein Hilfsfügeelement (78) elastisch zu halten, und dass die Zuführeinrichtung (36) Mittel (104) aufweist, die dazu ausgelegt sind, jeweils ein Hilfsfügeelement (78) stempelseitig in die Halteeinrichtung (82) zu drücken.23. Tumble joining device according to one of claims 20-22, characterized in that the holding device (82) is designed to hold an auxiliary joining element (78) in each case elastically, and that the feed device (36) has means (104) which are designed to press an auxiliary joining element (78) into the holding device (82) on the ram side.
24. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Drücken des Hilfsfügeelementes in die Halteeinrichtung als Druckluftmittel ausgebildet sind.24. wobble joining device according to claim 23, characterized in that the means for pressing the auxiliary joining element into the holding device are designed as compressed air means.
25. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (104) zum Drücken des Fügehilfs-elementes (78) in die Halteeinrichtung (82) einen Stößel (104) aufweisen.25. wobble joining device according to claim 23, characterized in that the means (104) for pressing the joining aid element (78) in the holding device (82) have a plunger (104).
26. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 22 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (104) in dem Zuführrohr (38) verschieblich gelagert ist.26. wobble joining device according to claim 22 and 25, characterized in that the plunger (104) in the feed tube (38) is slidably mounted.
27. Taumelfügevorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (104') zumindest abschnittsweise elastisch ausgebildet ist.27. wobble joining device according to claim 25 or 26, characterized in that the plunger (104 ') is at least partially elastic.
28. Taumelfügevorrichtung nach einem der Ansprüche 25 - 27, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Stößel (104) eine kalottenförmige Spitze (106) aufweist.28. A wobble joining device according to one of claims 25-27, characterized in that the plunger (104) has a dome-shaped tip (106).
29. Taumelfügevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (74) und wenigstens ein Taumelgetriebe (70) des Taumelantriebs (28, 30, 34, 70; 120) an einem Fügekopf (26; 116) gelagert sind und dass an dem Grundgestell (12; 115) eine Mehrzahl unterschiedlicher Gegenhalter (18) befestigbar ist, die für unterschiedliche Fügeverfahren ausgelegt sind, die Taumelstanznieten, Taumelclinchen, Taumelnietclinchen und Stanznieten beinhalten. 29. wobble joining device according to the preamble of claim 1 and in particular according to one of claims 1-28, characterized in that the punch (74) and at least one wobble mechanism (70) of the wobble drive (28, 30, 34, 70; 120) on one Joining head (26; 116) are mounted and that a plurality of different counterholders (18) can be attached to the base frame (12; 115), which are designed for different joining methods, which include wobble punch rivets, wobble rivets, wobble rivet bumps and punch rivets.
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