DE10101724A1

DE10101724A1 - Verfahren zum Nieten oder Stanzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10101724A1
Application number: DE2001101724
Authority: DE
Inventors: Michael Bloecher; Joachim Moeser; Rheinhold Opper
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-07-18

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Nieten oder Stanzen mittels einer Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen innerhalb des Aufnehmers (4) geführten Stempel (3) aufweist, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize (5) bzw. ein Werkstück (6) bewegt werden kann, wobei Matrize (5) und Niet- oder Stanzvorrichtung (8) über eine Gegenkraftstruktur (9) miteinander verbunden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass von einem ersten Sensor (1) die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Stempel, von einem zweiten Sensor die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Aufnehmer (4) gemessen wird und die Tiefe der Nietung bzw. Stanzung mit Hilfe der beiden Messwerte geregelt wird. Die zugehörige Vorrichtung erlaubt eine schnelle und genaue Erfassung der Dicke eines Werkstückes (6) und eine präzise Stanzung oder Nietung mit gleichbleibender Tiefe unabhängig von Schwankungen der Materialqualität oder anderer Parameter, die zu Verformungen der Gegenkraftstruktur (9) während des Stanzvorganges führen können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nieten oder Stanzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Aus der DE 197 31 222 A1 sind ein Verfahren zum Ausbilden einer Stanznietverbindung sowie eine Fügevor richtung für Stanznieten bekannt. Die beim Setzen eines Nietes bzw. beim Stan zen auftretenden großen Kräfte auf ein Werkstück müssen von einer Gegenkraft kompensiert werden. Dieses wird üblicherweise erreicht, indem das Werkstück an einer Gegenkraftstruktur abgestützt wird, welche bevorzugt im wesentlichen die Form eines C hat und so üblicherweise auch als C-Bügel bezeichnet wird.

Für das präzise Setzen eines Nietes bzw. ein genaues Stanzen ist es wichtig zu wissen, wie tief ein Niet bzw. ein Stempel in das Werkstück eingedrungen ist. Dieses Problem stellt sich insbesondere dann, wenn große Werkstücke verarbeitet werden, wo die Gegenkraftstruktur (C-Bügel) sehr groß ist. In der Praxis kommen Armlängen von C-Bügeln bis zu 1,5 Meter vor. Insbesondere bei großen, auf das Werkstück einwirkenden Kräften tritt eine Verformung der Gegenkraftstruktur ein, so dass die tatsächliche Stanz- oder Niettiefe nur ungenau bestimmt ist. Die ses Problem ist dann besonders bedeutsam, wenn kurze Niete, harte Materialien und große Werkstücke verwendet werden. Die Verbiegung der Gegenkraftstruktur führt zu erheblichen Ungenauigkeiten beim Setzen von Nieten bzw. bei Stanzun gen.

Bisher war es üblich, die Gegenkraftstruktur möglichst groß und biegesteif zu konstruieren. Um eine Verformung innerhalb eines akzeptablen Rahmens zu halten, waren erheblicher Aufwand und Kosten bei der Konstruktion der Gegenkraft bügel notwendig. Eine Kompensation eventueller Verformungen des Gegenkraft bügels erfolgte nicht.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Nieten oder Stanzen anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile überwindet und einen besonders genauen Ablauf des Setz- oder Stanzvorganges ermöglicht, sowie eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens zu beschreiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ver fahrensansprüche bzw. dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst. Weitere spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Nieten oder Stanzen mit einem Ge genkraftbügel wird die Verformung der Gegenkraftstruktur während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungseinheit erfasst und ein Bewegungs ablauf bei dem Niet- bzw. Stanzvorgang in Abhängigkeit von der Aufbiegung korrigiert. Die Erfassung der Verformung der Gegenkraftstruktur, die je nach An pressdruck, verwendeten Materialien, verwendeten Nieten und anderen material- oder formspezifischen Parametern unterschiedlich sein kann, da unterschiedliche Kräfte auftreten, erlaubt eine flexible Anpassung an jede Betriebssituation. Durch die Korrektur des Bewegungsablaufes bei dem Niet- bzw. Stanzvorgang in Ab hängigkeit von der Aufbiegung wird die gewünschte Stanztiefe bzw. die tatsächli che Tiefe der Niete präzise erreicht. Die Ungenauigkeit beim Niet- bzw. Stanz vorgang aufgrund der Verformung der Gegenkraftstruktur wird kompensiert. Eine vorteilhafte Folge dieses Verfahrens kann sogar sein, dass Gegenkraftstrukturen verwendet werden können, die eine geringere Steifigkeit bzw. höhere Verform barkeit haben, so dass sie einfacher konstruiert werden können und somit Herstel lungskosten eingespart werden können.

Typischerweise weist eine Setzvorrichtung eine Matrize, einen Aufnehmer und einen in dem Aufnehmer geführten Stempel auf, der direkt oder indirekt auf ein Werkstück drückt, welches sich zwischen Matrize und Aufnehmer befindet. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einem ersten Sensor die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Gegenkraft struktur und von einem zweiten Sensor die Relativbewegung zwischen Aufneh mer und Stempel ermittelt, und die Tiefe der Nietung bzw. Stanzung mit Hilfe der beiden Messwerte geregelt. Die beiden Sensoren sind vorzugsweise als Wegsen soren, insbesondere digitale Schrittzähler, ausgebildet. Wichtig hierbei ist, dass nicht allein die relative Verschiebung zwischen Aufnehmer und Stempel erfasst wird, sondern zusätzlich auch die Bewegung des Aufnehmers aufgrund von Ver formungen der Gegenkraftstruktur.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Aufsetzen des Stempels und des Aufnehmers auf der Matrize bzw. auf einem Werkstück durch eine Kraftmessung am Antrieb des Stempels erfasst. Durch das Messen einer Re ferenzposition bei einer definierten Kraft beim Aufsetzen des Stempels und des üblicherweise durch eine Feder an diesem abgestützten Aufnehmers auf die Mat rize oder das Werkstück kann auf einfache Art und Weise eine Kalibrierung vor genommen werden. Mit dieser Information kann danach die tatsächliche Tiefe der Nietung bzw. Stanzung genau bestimmt werden. Diese Referenzmessungen kön nen auch dazu benutzt werden, die Dicke von Werkstücken genau und schnell zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonders bevorzugten Ausführung bewirkt, dass ein aufgrund einer gewünschten Niet- oder Stanztiefe vorgegebener Bewegungsweg des Stempels in Richtung auf das Werkstück um die während des Niet- oder Stanzvorganges vom ersten Sensor gemessene Relativbewegung zwi schen Gegenkraftstruktur und Aufnehmer verlängert wird. Bei unterschiedlichen Härten des zu verarbeitenden Materials, aber auch schon bei unterschiedlichen Temperaturen etc. sind die beim Nieten oder Stanzen auftretenden Kräfte unterschiedlich, was zu nicht genau empirisch bestimmbaren Verformungen der Ge genkraftstruktur führt. Durch die erfindungsgemäße Kompensation mit der vom ersten Sensor gemessenen Relativbewegung, die genau der Verformung der Ge genkraftstruktur entspricht, kann trotzdem eine gleichbleibende Qualität des Stanz- oder Nietvorganges erzielt werden.

Darüber hinaus kann aber die Messung der Verformung der Gegenkraftstruktur auch wertvolle weitere Informationen liefern, nämlich z. B. über die Qualität des verarbeiteten Materials, den Zustand der Gegenkraftstruktur, die Güte des durch geführten Vorganges selbst etc. Auch dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfin dung.

Eine erfindungsgemäße Niet- oder Stanzvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des obigen Verfahrens, weist einen Aufnehmer und einen innerhalb des Auf ein Werkstück bewegt werden können, wobei Matrize und Niet- oder Stanzvor richtung über eine Gegenkraftstruktur, insbesondere einen etwa C-förmigen Ge genkraftbügel, miteinander verbunden sind. Dadurch, dass ein erster Sensor vor handen ist, der die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Gegenkraftruktur misst, und ein zweiter Sensor, der die Relativbewegung zwischen Aufnehmer und Stempel misst, ist eine genaue Erfassung der tatsächlichen Position des Stempels relativ zur Matrize bzw. zum Werkstück möglich. Abweichungen von der Solllage können beim Bewegungsablauf erstmalig durch Regelung korrigiert werden und müssen nicht mehr aufgrund empirischer Beobachtungen und entsprechend unge naue Steuerung ausgeglichen werden.

Bevorzugt ist der erste Wegaufnehmer ein linearer Wegaufnehmer, vorzugsweise ein digitaler Zähler, der beispielsweise strichförmige Markierungen auf einer Art Lineal zählt. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Verarbeitung der Signale in einer Überwachungseinheit.

Weitere spezielle Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand einer Nietsetzmaschine in der folgenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist als spezielles, exemplarisches Beispiel der Erfindung zu verstehen, das diese je doch nicht einschränken soll. Die Erfindung kann auch bei Stanzmaschinen und ähnlichen Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen ein Stempel in einer äuße ren Führung, z. B. einem Niederhalter oder einem Aufnehmer, geführt wird.

Die Figur zeigt eine Nietvorrichtung 8 mit einer Gegenkraftstruktur 9, welche ein Werkstück 6 als C-förmiger Bügel umgibt. Das Werkstück 6 liegt auf einer Matri ze 5 auf. Ein Aufnehmer 4 nimmt Niete auf, welche mit Hilfe eines von einer An triebseinheit 10 angetriebenen Stempels 3 in das Werkstück 6 eingetrieben wer den. Ein erster Sensor 1 misst die Relativbewegung zwischen Aufnehmer 4 und Gegenkraftstruktur 9. Dieser Sensor ist bevorzugt ein linearer Wegaufnehmer, der aus einer Art Lineal besteht, welches die Bewegung des Aufnehmers 4 mitmacht, und aus einem Zähler, der an der Gegenkraftruktur 9 befestigt ist und an ihm vorbeiwandernde Markierungen auf dem Lineal zählt. Ein zweiter Sensor 2 misst die Relativbewegung zwischen Aufnehmer 4 und Stempel 3. Solche Sensoren sind an sich bekannt und meistens in die Antriebseinheit 10 des Stempels 3 integ riert. Bei Spindelantrieben sind es z. B. Schrittzähler. Der erste Sensor 1 und der zweite Sensor 2 sind mit einer Überwachungseinheit 7 verbunden, die dadurch die Aufbiegung der Gegenkraftstruktur 9 bei Krafteinwirkung des Stempels 3 auf das Werkstück 6 erfassen kann. Mit der Kenntnis der so ermittelten Aufbiegung der Gegenkraftstruktur 9 kann die Bewegung des Stempels 3 so geregelt werden, das immer eine gleichbleibende Eindringtiefe der Niete sichergestellt ist. Aufgrund der Korrektur kann der Gegenkraftbügel 9 eventuell sogar leichter, kleiner und preisgünstiger konstruiert werden.

Das Verfahren zum Nieten oder Stanzen, bei dem die Verformung der Gegen kraftstruktur 9 während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungs einheit 7 erfasst wird und ein Bewegungsablauf bei dem Niet- bzw. Stanzvorgang in Abhängigkeit von der Aufbiegung korrigiert wird, ist besonders geeignet, um ein präzises Setzen von Nieten bzw. ein besonders genaues Stanzen zu gewähr leisten und dabei noch zusätzliche Informationen über den Arbeitsvorgang zu ge winnen.

Bezugszeichenliste

1

erster Sensor

2

zweiter Sensor

3

Stempel

4

Aufnehmer

5

Matrize

6

Werkstück

7

Überwachungseinheit

8

Niet- oder Stanzgerät

9

Gegenkraftstruktur, C-förmiger Gegenkraftbügel

10

Antriebseinheit

Claims

1. Verfahren zum Nieten oder Stanzen mit einer Gegenkraftstruktur (9), ins besondere einem etwa C-förmigen Gegenkraftbügel (9), bei dem die Ver formung der Gegenkraftstruktur während eines Niet- oder Stanzvorgangs von einer Überwachungseinheit (7) erfasst wird und ein Bewegungsablauf bei dem Niet- bzw. Stanzvorgang in Abhängigkeit von der Verformung korrigiert wird.

2. Verfahren zum Nieten oder Stanzen mittels einer Niet- oder Stanzvorrich tung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen innerhalb des Aufnehmers (4) geführten Stempel (3) aufweist, welche jeweils in Richtung auf eine Mat rize (5) bzw. ein Werkstück (6) bewegt werden können, wobei Matrize (5) und Niet- oder Stanzvorrichtung (8) über eine Gegenkraftstruktur (9) mit einander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass von einem ersten Sensor (1) die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Aufnehmer (4) und von einem zweiten Sensor die Relativbewegung zwi schen Aufnehmer (4) und Stempel (3) gemessen wird, und die Tiefe der Nietung bzw. Stanzung mit Hilfe der beiden Messwerte geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kalibrie ren das Aufsetzen des Aufnehmers (4) und des Stempels auf der Matrize (5) bzw. auf dem Werkstück (6) durch eine Kraftmessung erfasst wird, wobei die Messwerte der beiden Sensoren (1 und 2) bei einer vorgegebe nen definierten Kraft als Referenzwerte aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf grund einer gewünschten Niet- oder Stanztiefe vorgegebener Bewegungs weg des Stempels (3) in Richtung auf das Werkstück (6) um die während des Niet- oder Stanzvorganges vom ersten Sensor (1) gemessene Relativ bewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Aufnehmer (4) verlängert wird.

S. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die gemessene Verformung der Gegenkraftstruktur (9) als Qualitätssignal für den Zustand der Gegenkraftstruktur, die Beschaffenheit des Werkstückes und/oder die Güte des durchgeführten Vorganges aufge zeichnet wird.

6. Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen inner halb des Aufnehmers (4) geführten Stempel (3) aufweist, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize (5) bzw. ein Werkstück (6) bewegt werden können, wobei Matrize (5) und Niet- oder Stanzvorrichtung (8) über eine Gegenkraftstruktur (9), insbesondere einen etwa C-förmigen Gegenkraft bügel (9), miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (1) vorhanden ist, der die Relativbewegung zwischen Auf nehmer (4) und Gegenkraftstruktur (9) misst, und ein zweiter Sensor (2), der die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Stempel (3) misst.

7. Niet- oder Stanzvorrichtung (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der erste Sensor (1) ein linearer Wegaufnehmer, vorzugsweise ein digitaler Zähler ist.

8. Niet- oder Stanzvorrichtung (8) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Überwachungseinheit (7) vorhanden ist, der die Mess werte der beiden Sensoren (1 und 2) zugeführt werden und die aus den Messwerten die Verformung der Gegenkraftstruktur (9) ermittelt und auf zeichnet und/oder eine Antriebseinheit (10) für den Stempel (3) entspre chend ansteuert.