DE10121219A1 - Verfahren zum Nieten oder Stanzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Nieten oder Stanzen mittels einer Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen durch einen Aufnehmer (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 Stanzvorrichtun (8) über eine Gegenkraftstruktur (9) miteinander verbunden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass von einem ersten Sensor (1) die Relativbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Gegenkraftstruktur (9), vonn einem zweiten Sensor die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur (9) und Stempel (3) 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 vorgegebener 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 Stanztiefe bzw. der Nietkopfüberstand nur ungenau bestimmt ist. Dieses Problem ist dann besonders bedeutsam, wenn kurze Niete, harte Materialien und große Werkstücke verwendet werden. Die Verbiegung der Gegenkraftstruktur führt zu erheblichen Ungenauigkeiten bzgl. der Stanztiefe bzw. des Nietkopfüberstand.

Bisher war es üblich, die Gegenkraftstruktur möglichst groß und biegesteif zu konstruieren. Um eine Verformung innerhalb eines akzeptablen Rahmens zu hal­ ten, waren erheblicher Aufwand und Kosten bei der Konstruktion der Gegenkraft­ bügel notwendig. Eine Kompensation eventueller Verformungen des Gegenkraft­ bügels erfolgte manuell, nachdem empirisch der Fehler ermittelt worden ist.

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 durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Verfahrensansprüche bzw. durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst. Weitere spezielle Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln oder in Kom­ bination auftreten können, 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 Stanz- oder Setzkraft, verwendeten Materialien, verwendeten Nieten und anderen material- oder formspezifischen Parametern unterschiedlich sein kann, da unter­ schiedliche Kräfte auftreten, erlaubt eine flexible Anpassung an jede Betriebssitu­ ation. Durch die Korrektur des Bewegungsablaufes bei dem Niet- bzw. Stanzvor­ gang in Abhängigkeit von der Aufbiegung wird die Position des Nietkopfes präzi­ se erreicht. Die Ungenauigkeiten beim Niet- bzw. Stanzvorgang aufgrund der Verformung der Gegenkraftstruktur werden in gewissen Grenzen kompensiert. Eine vorteilhafte Folge dieses Verfahrens kann sogar sein, dass Gegenkraftstruk­ turen verwendet werden können, die eine geringere Steifigkeit bzw. höhere Ver­ formbarkeit haben, so dass sie einfacher konstruiert werden können und somit Herstellungskosten 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. Bei einem Kontakt des Aufnehmers mit dem Werkstück ist die Niettiefe aus der Rela­ tivbewegung zwischen Aufnehmer und Stempel bestimmbar. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die für die Erfassung der Relativbewegung zwischen Stempel und Aufnehmer notwendigen Kabeldurchführungen unter der ständigen Bewegung sowohl des Aufnehmers als auch des Stempels im Langzeitbetrieb leiden und mit der Zeit Verschleißerscheinungen unterworfen sind.

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 bzw. zwischen Stempel und Gegenkraftstruktur ermittelt, und die Tiefe der Nietung bzw. Stanzung mit Hilfe der beiden Messwerte geregelt. Die beiden Sensoren sind vorzugsweise als Wegsensoren, insbesondere digitale Schrittzähler, ausgebildet. Wichtig hierbei ist, dass nicht allein die relative Ver­ schiebung zwischen Aufnehmer und Stempel erfasst wird, sondern zusätzlich auch die Bewegung des Aufnehmers aufgrund von Verformungen der Gegen­ kraftstruktur.

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 kann auf einfache Art und Weise eine Kalibrierung vorgenommen werden. Die Kraftmessung erfolgt über das Gehäuse, so dass die vom Stempel und vom Nie­ derhalter ausgeübten Kräfte gemeinsam gemessen werden. Mit dieser Information kann danach die tatsächliche Tiefe der Nietung bzw. Stanzung wie auch die Niet­ länge genau bestimmt werden. Diese Referenzmessungen können auch dazu be­ nutzt werden, die Dicke von Werkstücken genau und schnell zu bestimmen. Die Relativverschiebung zwischen Stempel und Aufnehmer im tiefsten Punkt ent­ spricht genau der Einpresstiefe bzw. dem Nietkopfüberstand.

Das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonders bevorzugten Ausführung bewirkt, dass ein aufgrund einer gewünschten Stanztiefe bzw. eines gewünschten Nietkopfüberstands vorgegebener Bewegungsweg des Stempels in Richtung auf das Werkstück um die während des Niet- oder Stanzvorganges vom ersten Sensor gemessene Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur und Aufnehmer ver­ längert 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 be­ stimmbaren Verformungen der Gegenkraftstruktur führt. Durch die erfindungs­ gemäße Kompensation mit der vom ersten Sensor gemessenen Relativbewegung, die genau der Verformung der Gegenkraftstruktur entspricht, kann trotzdem eine gleichbleibende Setz- bzw. Stanztiefe 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 Durchfüh­ rung des obigen Verfahrens, weist einen Aufnehmer und einen durch den Auf­ nehmer geführten Stempel auf, welche jeweils in Richtung auf eine Matrize bzw. 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 Gegenkraftstruktur misst, und ein zweiter Sensor, der die Relativbewegung entweder zwischen Auf­ nehmer und Stempel oder zwischen Stempel und Gegenkraftstruktur misst, ist eine genaue Erfassung der tatsächlichen Position des Stempels relativ zur Matrize bzw. zum Werkstück möglich. Abweichungen von der Solllage können beim Be­ wegungsablauf erstmalig durch Regelung korrigiert werden und müssen nicht mehr aufgrund empirischer Beobachtungen manuell eingegeben 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 Gegenkraftstruktur 9 befestigt ist und an ihm vorbeiwandernde Markierungen auf dem Lineal zählt. Ein zweiter Sensor 2 misst die Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruktur 9 und Stempel 3. Solche Sen­ soren sind an sich bekannt und meistens in die Antriebseinheit 10 des Stempels 3 integriert. 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 und des Aufnehmers 4 auf das Werkstück 6 erfassen kann. Mit der Kenntnis der so ermittelten Aufbiegung der Gegenkraftstruktur 9 kann die Bewegung des Stem­ pels 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 eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Setztiefe bzw. des Nietkopfüberstan­ des zu gewährleisten und dabei noch zusätzliche Informationen über den Arbeits­ vorgang zu gewinnen.

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 (8)

1. Verfahren zum Nieten, Stanzen oder Stanznieten mit einer Gegenkraft­ struktur (9), insbesondere einem etwa C-förmigen Gegenkraftbügel (9), bei dem die Verformung 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, Stanzen oder Stanznieten mittels einer Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen durch den Auf­ nehmer (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 Gegenkraft­ struktur (9) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass von einem ersten Sensor (1) die Relativbewegung zwischen Gegenkraft­ struktur (9) und Aufnehmer (4) und von einem zweiten Sensor die Rela­ tivbewegung zwischen Aufnehmer (4) und Stempel (3) bzw. zwischen Stempel (3) und Gegenkraftstruktur (9) gemessen wird, und die Tiefe der Nietung bzw. der Nietkopfüberstand mit Hilfe der beiden Messwerte gere­ gelt 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 Stanztiefe bzw. eines gewünschten Nietkopf­ überstands vorgegebener Bewegungsweg des Stempels (3) in Richtung auf das Werkstück (6) um die während des Niet- oder Stanzvorganges vom ersten Sensor (1) gemessene Relativbewegung zwischen Gegenkraftstruk­ tur (9) und Aufnehmer (4) verlängert wird.

5. 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, der Niete, der Matrize und/oder die Güte des durchge­ führten Vorganges aufgezeichnet wird.

6. Niet- oder Stanzvorrichtung (8), die einen Aufnehmer (4) und einen durch den Aufnehmer (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) bzw. zwischen Stempel (3) und Gegenkraftstruktur (9) 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.