DE102004005859A1

DE102004005859A1 - Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen

Info

Publication number: DE102004005859A1
Application number: DE102004005859A
Authority: DE
Inventors: Günter HERRMANN; Oswin Mössner
Original assignee: Claas Fertigungstechnik GmbH
Current assignee: Claas Fertigungstechnik GmbH
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-25
Also published as: ES2308316T3; US7805829B2; ATE397502T1; US20050172481A1; EP1561526B1; EP1561526A1; DE502005004322D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen (4) in Bauteilen (11), wobei das Nietelement (4) einenends durch einen Lagefixieradapter (3) in der Nietposition lagefixiert wird und anderenends von einem Nietadapter (5) verformbar ist und der Nietadapter (5) zumindest ein lageveränderliches Masseelement (34) aufweist und die in dem Masseelement speicherbare Aufprallenergie (33) die Verformung des Nietelementes (4) bewirkt und die Aufprallenergie (33) des lageveränderlichen Masseelementes (34) änderbar ist. Auf diese Weise wird eine hohe Flexibilität in der Anpassung der erzielbaren Aufprallenergie (33) an verschiedene Randbedingungen ermöglicht, die sicherstellt, dass eine minimale Zahl von Arbeitshüben oder nur ein einziger Arbeitshub zur Einbringung eines Nietelementes (4) in Bauteile (11) erforderlich sind. Dies reduziert neben Geräuschbelästigungen vor allem die mechanische Beanspruchung des Nietadapters (5) und des ihn führenden Arbeitsroboters (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind vielfältigste Mechanismen zur Einbringung und Fixierung von Verbindungselementen wie etwa Nietelementen in Bauteile bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 43 05 406 A1 ein sogenanntes Schraubeneinführ- und Bundstauchsystem dessen das jeweilige Verbindungselement in das Bauteil einfügende Mitnahmeelement in Horizontalführungen zum Bauteil hin und von diesem weg bewegt werden kann. Dabei soll der Antrieb des Mitnahmeelementes so konzipiert sein, dass Verbindungselemente in Bauteilbohrungen unter Einhaltungen vordefinierter Presspassungen sicher eingefügt und umgeformt werden können. Dabei kommt ein System zur Anwendung bei dem mittels Spulenanordnungen kurzzeitig sehr hohe Wirbelströme erzeugt werden, die letztlich über geeignete Übertragungsmittel den sogenannten, das in das Bauteil einzubringende Verbindungselement aufnehmenden Treiber kurzzeitig derartig beschleunigen, dass die Verbindungselemente sicher in das jeweilige Bauteil eingefügt werden können. Derartige Ausführungen haben jedoch den Nachteil, dass sie stets sehr hohe und häufig weit über den für das sichere Einbringen der Verbindungselemente in das Bauteil erforderlichen Kräften liegende Belastungen in das Montagesystem einbringen, sodass entweder dessen Lebensdauer erheblich eingeschränkt wird oder eine diesen Belastungen standhaltende Überdimensionierung in Kauf genommen werden muss.
Weit verbreitet zur Einbringung und Fixierung von Verbindungselementen in Bauteile sind auch sogenannte Niethämmer und Nietzangen. Derartige Systeme sind in der Regel druckluftbetrieben, wobei die das Verbindungselement in das Bauteil einbringenden und in diesem fixierenden bewegten Masseelemente das Verbindungselement solange kontaktieren bis dieses seine gewünschte Fixierposition erreicht hat.
Neben Ungenauigkeiten bei der Montage durch das mehrmalige Kontaktieren ein und desselben Verbindungselementes haben derartige Systeme insbesondere den Nachteil, dass sie sehr geräuschintensiv arbeiten.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung einen Fixiermechanismus für Verbindungselemente vorzuschlagen, der eine präzise und geräuscharme Montage der Verbindungselemente ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Indem die Aufprallenergie des lageveränderlichen Masseelementes änderbar ist, wird eine hohe Flexibilität in der Anpassung der erzielbaren Aufprallenergie an verschiedene Randbedingungen ermöglicht, die sicherstellt, dass eine Reduzierung, im besten Fall nur ein einziger Arbeitshub zur Verformung eines Nietelementes in den zu verbindenden Bauteilen erforderlich ist. Dies reduziert neben Geräuschbelästigungen vor allem die mechanische Beanspruchung des Nietadapters und des ihn führenden Arbeitsroboters.
Im einfachsten Fall kann die Aufprallenergie über die Parameter Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes, Länge der Beschleunigungsstrecke dieses Masseelementes oder dessen Masse beeinflusst werden, wobei je nach Flexibilität der Anpassung nur einzelne oder alle diese Parameter Berücksichtigung finden. Aufgrund dessen, dass diese Parameter auf einfache Weise änderbar sind, führt dies auch zu einer unkomplizierten Beeinflussung der Aufprallenergie des lageveränderlichen Masseelementes.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dann, wenn die Aufprallenergie in Abhängigkeit von spezifischen Eigenschaften der zu verbindenden Bauteile und/oder von spezifischen Eigenschaften der Nietelemente und/oder von der Lage des Nietadapters im Raum bestimmt werden, da gerade diese Parameter maßgeblichen Einfluss auf die erforderliche Verformungsenergie und damit letztlich auf die zu generierende Aufprallenergie haben.
Indem das lageveränderliche Masseelement innerhalb des Nietadapters horizontal verfahrbar angeordnet ist, wird auf konstruktiv einfache Weise eine präzise Beschleunigung einer exakt definierten Masse ermöglicht, sodass letztlich die Aufprallenergie präzise einstellbar wird. Aufgrund der zum Teil sehr hohen Beschleunigungen ist es zudem von besonderem Interesse eine möglichst kompakte Form des zu beschleunigenden Masseelementes sicherzustellen. Auf einfache Weise wird dies dadurch erreicht, dass das Masseelement nur von einem Zusatzgewicht und einem diesem zugeordneten, das Nietelement verformenden Stößel sowie einen zumindest diese Elemente aufnehmenden horizontal verfahrbaren Tragrahmen gebildet wird.
Damit nach dem Kontakt des Stößels mit dem Nietelement eine Rückfederung und damit ein mehrmaliges Kontaktieren des Nietelementes durch den Stößel vermieden wird, nimmt der Nietadapter zudem eine Klemmeinheit auf, die einerseits nach Durchlaufen der Beschleunigungsstrecke eine definierte Verzögerung der Linearführeinrichtung des lageveränderlichen Masseelementes bewirkt und zudem die Bewegung des lageveränderlichen Masseelementes nach dem Kontakt mit dem Nietelement abbremst. Das Abbremsen der Linearführeinrichtung und des lageveränderlichen Masseelementes kann im einfachsten durch pneumatisches Klemmen erfolgen.
Damit eine präzise Positionierung des lageveränderlichen Masseelementes zur Einstellung einer definierten Beschleunigungsstrecke möglich ist wird das Masseelement in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch elektrisch betriebene Linearmotoren in horizontaler Richtung innerhalb des Nietadapters bewegt.
Eine einfache Einstellung der ermittelten Länge der Beschleunigungsstrecke wird dann möglich wenn dem lageveränderlichen Masseelement ein Linearführungssystem zugeordnet ist, dessen Wegmesssystem von einem mittels an sich bekanntem Sensor abgreifbaren Lineal gebildet wird, wobei das Lineal im einfachsten Fall unmittelbar in die Führungsschienen des lageveränderlichen Masseelementes integriert ist.
Aufgrund dessen, dass die horizontale Komponente der Schwerkraft des lageveränderlichen Masseelementes je nach horizontaler Ausrichtung des Nietadapters entweder in oder entgegen der Nietrichtung wirkt, macht eine präzise Einstellung der Aufprallenergie Informationen über die momentane Ausrichtung des Nietadapters erforderlich. Im einfachsten Fall können derartige Informationen dadurch bereitgestellt werden, dass ein als Neigungssensor ausgebildeter Lagesensor am Nietadapter oder an dem den Nietadapter aufnehmenden Segment des Arbeitsroboters angeordnet ist.
Aufgrund der komplexen Zusammenhänge zwischen den die Aufprallenergie beeinflussenden Parametern ist es zweckmäßig dem Nietadapter eine Steuer- und Recheneinheit zuzuordnen, in der abarbeitbare Berechnungsalgorithmen editierbar hinterlegt sind, die unter Berücksichtigung der verschiedenen Eingangsdaten die erforderliche Aufprallenergie und die Größe der einzelnen Parameter, wie die Masse des lageveränderlichen Masseelementes, dessen Beschleunigung und die Länge der Beschleunigungsstrecke ermitteln.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Steuer- und Recheneinheit so ausgeführt sein, dass die in ihr generierten Ausgangssignale unmittelbar die Einstellung der verschiedenen Parameter in dem Nietadapter bewirkt.
Zur besseren Überwachung der ablaufenden Vorgänge kann der Steuer- und Recheneinheit zudem ein Anzeigemonitor in der Weise zugeordnet sein, dass dem Betreiber der Nietsetzarbeitsstation die verschiedenen von dem System berücksichtigten Eingangsdaten und die ermittelten Ausgangsdaten visuell anzeigt werden.
Zur Einpassung des erfindungsgemäßen Nietadapters in bestehende Produktionsabläufe ist es zudem von Vorteil, wenn der Nietadapter als Endeffektor eines Arbeitsroboters ausgeführt ist, sodass er problemlos in bestehende Produktionsabläufe integrierbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche und werden nachfolgend an Hand eines in mehreren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1 eine räumliche Ansicht der erfindungsgemäßen Nietsetzarbeitsstation
2 den erfindungsgemäßen Nietadapter in einer Detailansicht
3 den Schwerkraftverlauf am Nietadapter in verschiedenen Arbeitspositionen
4 eine schematische Darstellung der Parameterermittlung am Nietadapter
1 zeigt eine Nietsetzarbeitsstation 1 die im Wesentlichen aus einem ersten, einen Lagefixieradapter 3 für vorzugsweise Nietelemente 4 schwenkbeweglich aufnehmenden Arbeitsroboter 2 sowie einem weiteren den erfindungsgemäßen Nietadapter 5 schwenkbeweglich führenden Arbeitsroboter 6 gebildet wird. In an sich bekannter Weise sind die Segmente 7, 8 der Arbeitsroboter 2, 6 um beliebig im Raum angeordnete Schwenkachsen 9, 10 verschwenkbar, sodass der von dem jeweiligen Arbeitsroboter 2, 6 geführte Lagefixieradapter 2 und der Nietadapter 5 beliebige Positionen innerhalb der Arbeitsbereiche der Arbeitsroboter 2, 6 einnehmen können. Die Arbeitsbereiche beider Arbeitsroboter 2, 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass sie zumindest in einem Teilbereich ihrer Aktionsradien zusammenarbeiten können. In diesem Bereich sind der dargestellten Nietsetzarbeitsstadion 1 miteinander zu verbindende Bauteile 11 zugeordnet, sodass der Lagefixieradapter 3 und der Nietadapter 5 bei der Einbringung und Fixierung von Nietelementen 4 in die miteinander zu verbindenden Bauteile 11 zusammenarbeiten können.
In an sich bekannter und deshalb nicht näher beschriebenen Weise kann der an dem frontseitigen Segment 7 des ersten Arbeitsroboters 2 schwenkbar angeordnete Lagefixieradapter 3 so ausgeführt sein, dass seine frontseitige Adaptiereinheit 12 sowohl Werkzeuge 13 zum Einbringen von Bohrungen 14 in die zu verbindenden Bauteile 11 als auch die Nietelemente 4 zum Verbinden der Bauteile 11 aufnehmen kann. In der Regel arbeitet die Adaptiereinheit 12 mit entsprechenden Werkzeug- und Verbindungselementspeichern zusammen (nicht dargestellt), aus denen einerseits verschiedene Werkzeuge 13 entnommen und in diese zurückgeführt werden können und andererseits der Adaptiereinheit 12 verschiedenste Nietelemente 4 zugeführt werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde der Adaptiereinheit 12 des Lagefixieradapters 3 ein Nietelement 4 übergeben, welches diese durch Verschwenken der Segmente 7 des Arbeitsroboters 2 in eine der die zu verbindenden Bauteile 11 durchsetzenden Bohrungen 14 in der Weise einfügt, dass der Kopf 15 des Nietelementes 4 bündig an dem, dem Lagefixieradapter 3 zugeordneten Bauteil 11 anliegt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Adaptiereinheit 12 auch mehrere Nietelemente 4 aufnehmen kann, sodass zugleich mehrere Nietelemente 4 in die entsprechenden Bohrungen 14 eingesetzt und in dieser Position fixiert werden können. Weiter ist es auch denkbar, dass die Segmente 7 des den Lagefixieradapter 3 aufnehmenden Arbeitsroboters 2 in der Arbeitsposition in ihrer Position fix sind und nur die Adaptiereinheit 12 beispielsweise horizontal verschiebbar ausgeführt ist, sodass zunächst das Werkzeug 13 die Bohrung 14 bearbeiten oder herstellen und sodann das Einsetzen des Nietelementes 4 erfolgen kann.
Sind ein oder mehrere Nietelemente 4 durch den Lagefixieradapter 12 in die zu verbindenden Bauteile 11 eingefügt worden, wird im nächsten Schritt durch den erfindungsgemäßen und noch näher zu beschreibenden Nietadapter 5 das Verformen der Nietelemente 4 und damit das Verbinden der Bauteile 11 vorgenommen. Dabei wird der Nietadapter 5 durch Verschwenken der Segmente 8 des den Nietadapter 5 tragenden Arbeitsroboters 6 um die jeweiligen Schwenkachsen 10 an das jeweilige Nietelement 4 herangeführt.
Gemäß 2 ist der Tragrahmen 16 des erfindungsgemäßen Nietadapters 5 im einfachsten Fall mittels Schraubverbindungen drehfest mit dem Adaptierflansch 17 des frontseitigen Segments 8 des entsprechenden Arbeitsroboters 6 verbunden, sodass der Nietadapter 5 durch Verschwenken der einzelnen Segmente 8 des Arbeitsroboters 6 um die jeweiligen Schwenkachsen 10 präzise im Arbeitsbereich des Arbeitsroboters 6 geführt werden kann. Dem drehfest mit dem Arbeitsroboter 6 verbundenen Tragrahmen 16 des Nietadapters 5 sind in seinen äußeren Randbereichen als Pneumatikzylinder 18 ausgeführte Verstellmittel 19 zugeordnet, die kolbenstangenseitig mit an einem Zwischenrahmen 21 des Nietadapters 5 fixierten Stellflanschen 20 verbunden sind. Der Zwischenrahmen 21 ist so in dem Nietadapter 5 gelagert, dass er bei Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung der in den Trag rahmen 16 integrierten Pneumatikzylinder 18 in horizontaler Richtung 22 relativ zum Tragrahmen 16 verfahrbar ist. Fronseitig wird der Zwischenrahmen 21 von einer sogenannten Druckstempelbuchse 23 durchsetzt, die den Zwischenrahmen 21 an seinem frontseitigen Ende überragt. Durch Druckbeaufschlagung der im Tragrahmen 16 angeordneten Pneumatikzylinder 18 kann der Zwischenrahmen 21 so an das die zu verbindenden Bauteile 11 durchsetzende Nietelement 4 herangeführt werden, dass das frontseitige Ende der Druckstempelbuchse 23 fest auf dem ihr zugewandten Bauteil 11 aufsitzt und das freie Ende des Nietelementes 4 wenigstens teilweise in die Druckstempelbuchse 23 hineinragt, wobei zugleich die Position des Nietelementes 4 innerhalb der zu verbindenden Bauteile 11 festgelegt ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die beschriebenen Pneumatikzylinder 18 zur genaueren Positionierung des Zwischenrahmens 21 auch durch nicht dargestellte elektrisch betriebene Linearmotoren ersetzt sein können.
Innenseitig sind dem Zwischenrahmen 21 Führungsschienen 24 zugeordnet auf welchen ein weiterer Tragrahmen 25 horizontal verfahrbar angeordnet ist. Die horizontale Verfahrbarkeit des Tragrahmens 25 wird dabei von Verstellmitteln 27 ermöglicht, die als elektrisch betriebene Linearmotoren 26 ausgeführt sind und die an dem Zwischenrahmen 21 fixiert sind, wobei sich deren die Linearmotoren 26 führenden und abstützenden Statoren 28 unterhalb des Tragrahmens 25 entlang des Zwischenrahmens 21 erstrecken und an diesem fixiert sind. Durch Inbetriebnahme der elektrischen Stellmotoren 26 können diese entlang der Statoren 28 verfahren werden, wobei sie über einen ihnen zugeordneten Schubfinger 29 den inneren Tragrahmen 25 des Nietadapters 5 in horizontaler Richtung 30 auf die Druckstempelbuchse 23 zu verfahren. Der relativ zum Zwischenrahmen 21 verfahrbare Tragrahmen 25 nimmt zumindest ein Zusatzgewicht 31 und in seinem frontseitigen Bereich einen Stößel 32 auf, wobei der Stößel 32 so an dem Tragrahmen 25 angeordnet ist, dass er bei dessen horizontaler Bewegung 29 in Richtung der Druckstempelbuchse 23 diese durchsetzen und auf das ihm zugeordnete Ende des Nietelements 4 auftreffen kann. Dabei führt die im Moment des Auftreffens des Stößels 32 auf dem Nietelement 4 dem Stößel 32 innewohnende Energie, im Folgenden als Aufprallenergie 33 bezeichnet, zu einer Deformation des Nietelementes 4 in der Weise, dass das dem Stößel 32 zugeordnete Ende gestaucht und damit eine feste Verbindung der von dem Nietelement 4 durchsetzten Bauteile 11 erreicht wird. Erfindungsgemäß bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel der in dem Zwischenrahmen 21 verfahrbare Tragrahmen 25, das Zusatzgewicht 31 und der Stößel 32 das lageveränderliche Masseelement 34.
Im frontseitigen, den zu verbindenden Bauteilen 11 zugeordneten Bereich nimmt der Zusatzrahmen 21 zudem eine Klemmeinheit 35 auf, die über zumindest ein Anschlagelement 36 verfügt, welches einerseits die von den Linearmotoren 26 bewirkte Horizontalbewegung 30 des Masseelementes 34 begrenzt und deren Anschlagelement 36 im einfachsten Fall pneumatisch das Masseelement 34 nach erfolgtem Aufprall des Stößels 32 auf dem Nietelement 4 festhält, sodass eine Rückfederung des Masseelementes 34 und eine nochmalige Kontaktierung des Nietelementes 4 vermieden wird. Die pneumatische Fixierung des Masseelementes 34 kann dabei im einfachsten Fall so ausgeführt sein, dass das Zusatzgewicht 31 durch Erzeugung eines Unterdrucks im Bereich des Anschlagelements 36 von diesem angesaugt wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Klemmeinheit 35 das Masseelement 34 auch an einer anderen Stelle, beispielsweise im Bereich des Tragrahmens 25, fixieren kann. Die Abbremswirkung des lageveränderlichen Masseelementes 34 kann auch dadurch noch erhöht werden, dass dem Schubfinger 29 in nicht dargestellter Weise Dämpfungselemente zugeordnet sind, die zumindest einen Teil der dem rückfedernden Masseelement 34 innewohnende Energie absorbieren.
Die Rückführung des lageveränderlichen Masseelementes 34 in seine Ausgangsposition zur Durchführung eines weiteren Nietvorganges erfolgt durch Rückführung der Linearmotoren 26 in deren Ausgangsposition, wobei die Linearmotoren 26 mittels eines einem Linearhubelement 37 zugeordneten Rückführelement 38 das lageveränderliche Masseelement 34 erfassen und in den der Druckstempelbuchse 23 abgewandten Bereich des Zwischenrahmens 21 gemäß Pfeilrichtung 40 zurückführen, wobei die Lagefixierung in dieser Ausgangsposition im einfachsten Fall durch ein sogenanntes federndes Druckstück 39 bewirkt wird. Damit nun in erfindungsgemäßer Weise die Aufprallenergie 33 des lageveränderlichen Masseelementes 34 einstellbar wird, ist zumindest einer der mit dem Zwischenrahmen 21 verbundenen Führungsschienen 24 eine sogenannte Linearführeinrichtung 41 mit integrierter Wegmessung zugeordnet. Derartige Linearführeinrichtungen 41 sind in der Regel so aufgebaut, dass der sie tragenden Führungsschiene 24 eine Wegmesseinrichtung 42 in Form eines beispielsweise eingravierten Lineals 43 zugeordnet ist und die Linearführeinrichtung 41 über geeignete Sensoren 44 dieses Lineal 43 abgreift, sodass das lageveränderliche Masseelement 34 mittels dieses Lineals 43 exakt positionierbar ist.
Gemäß geltender physikalischer Gesetzmäßigkeiten wird die Aufprallenergie 33 des Stößels 32 auf dem Nietelement 4 maßgeblich von der Masse des lageveränderlichen Masseelementes 34, dessen Beschleunigung und der verfügbaren Beschleunigungsstrecke 45 bestimmt. Eine erste Möglichkeit der Änderung der Aufprallenergie 33 wäre, Zusatzgewichte 31 unterschiedlicher Masse einzusetzen, wobei höhere Massen der Zusatzgewichte 31 zu höheren Aufprallenergien 33 führen würden. Der Austausch der Zusatzgewichte 31 führt jedoch zu erheblichem Montageaufwand. Zudem ist die auf diese Weise erreichbare Aufprallenergieänderung sehr eingeschränkt, da in der Regel der verfügbare Bauraum eine hohe Flexibilität beim Einsatz von unterschiedlichen Zusatzgewichten 31 nicht zulässt. Erheblich effektvoller ist die Änderung der Aufprallenergie 33 durch Änderung der Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes 34 und der Länge der zur Beschleunigung des Masseelementes 34 zur Verfügung stehenden Beschleunigungsstrecke 45. Die Änderung der Aufprallenergie 33 durch Änderung der Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes 34 lässt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, dass die Strombeaufschlagung der Linearmotoren 26 geändert wird, wobei höhere Beschleunigen des Masseelementes 34 zur Zunahme der Aufprallenergie 33 führen. Analog hierzu kann die verfügbare Beschleunigungsstrecke 45 variiert werden, wobei eine Zunahme der Beschleunigungsstrecke 45 ebenfalls höhere Aufprallenergien 33 nach sich zieht. Zur Vermeidung hoher Verzögerungskräfte an den Linearmotoren 26 am Ende der Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes 34 in Richtung des Nietelementes 4, ist innerhalb des Nietadapters 5 zudem eine Verzögerungsstrecke 46 vorgesehen innerhalb derer die Linearmotoren 26 allmählich abgebremst werden, während sich das lageveränderliche Masseelement 34 weiter in Richtung des Nietelementes 4 bewegt und erst nach seinem Kontakt mit dem Nietelement 4 wie zuvor beschrieben mittels der Klemmeinheit 35 abgebremst wird.
Damit nun das lageveränderliche Masseelement 34 eine Aufprallenergie 33 generiert, die stets gewährleistet, dass ein einziger Kontakt des Stößels 32 mit dem Nietelement 4 eine ausreichend intensive Deformation des Nietelementes 4 zur Verbindung der Bauteile 11 hervorruft, muss die Änderung der Aufprallenergie 33 insbesondere Materialeigenschaften der zu verbindenden Bauteile 11, Nietelementeigenschaften sowie die Lage des Nietadapters 5 im Raum berücksichtigen. Bezüglich der Verformbarkeit der zu verbindenden Bauteile 11 spielen insbesondere die Materialdicke und materialspezifische Verformungskennwerte wie etwa der Elastizitätsmodul eine Rolle. Analog hierzu hängt die erforderliche Aufprallenergie ganz wesentlich von der Beschaffenheit des Nietelementes 4 selbst ab, wobei hier insbesondere geometrische Abmessungen und Materialkennwerte des Nietelementes 4 eine Rolle spielen. Zudem beeinflusst die Lage des Nietadapters 5 im Raum die generierbare Aufprallenergie 33, da gemäß 3 je nach Lage des Nietadapters 5 die in Richtung des Stößels 32 wirkende Komponente der Schwerkraft (G, –Gx, +Gx) des lageveränderlichen Masseelementes 34 in oder entgegen der Bewegungsrichtung des lageveränderlichen Massenelementes 34 gerichtet ist. Damit die momentane Lage des Nietadapters 5 bestimmbar wird ist dem Nietadapter 5 zumindest ein an sich bekannter als Neigungssensor 47 ausgeführter Lagesensor 48 zugeordnet, der die Abweichung der Position des Nietadapters 5 aus der lotrechten Anordnung bestimmt. Aufgrund dessen, dass der Nietadapter 5 drehfest mit dem frontseitigen Element 8 des Arbeitsroboters 6 verbunden ist liegt es im Rahmen der Erfindung den Neigungssensor 47 auch unmittelbar in dieses fronseitige Segment 8 zu integrieren.
Damit nun eine Optimierung der Aufprallenergie 33 in der Weise möglich wird, das die Aufprallenergie 33 gerade so hoch voreinstellbar ist, dass eine Verbindung der Bauteile 11 mittels des zu deformierenden Nietelementes 4 durch einen einzigen Kontakt des Stößels 32 des Nietadapters 5 mit dem Nietelement 4 möglich wird, sodass die mechanischen Belastungen des Nietadapters 5 und des ihn tragenden Arbeitsroboters 6 sowie Geräuschemissionen vertretbar gering bleiben, steht der Nietadapter 5 gemäß 3 mit einer noch näher zu beschreibenden elektronischen Steuer- und Recheneinheit 49 in Wirkverbindung. Je nach Ausführung kann die Steuer- und Recheneinheit 49, wie dargestellt, unmittelbar an dem Nietadapter 5 oder an beliebiger Position des Arbeitsroboters 6 angeordnet sein. Gemäß der schematischen Darstellung in 4 übergibt der die Neigung des Nietadapters 5 bestimmende Neigungssensor 47 die von ihm generierten Neigungssignale X an die Steuer- und Recheneinheit 49. Zudem verfügt die Steuer- und Recheneinheit 49 über ein Eingabefeld 50, über welches von einem Bediener unter anderem die Masse des lageveränderlichen Masseelementes 34 sowie spezifische Daten des Nietelementes 4 und/oder der zu verbindenden Bauteile 11 eingegeben werden können, wobei der Steuer- und Recheneinheit 49 zudem ein Speichermodul 51 zugeordnet ist, welches die verschiedenen an die Steuer- und Recheneinheit 49 übergebenen Daten editierbar speichern kann. Damit der Bediener die ablaufenden Prozesse nachvollziehen kann, verfügt die Steuer- und Recheneinheit 49 zudem über einen Anzeigemonitor 52 auf dem verschiedenste Prozessdaten alphanumerisch oder graphisch darstellbar sind. In der Steuer- und Recheneinheit 49 sind zudem Berechnungsalgorithmen 54 hinterlegt, die aus den an die Steuer- und Recheneinheit 49 übergebenen Eingangsdaten 53, wie etwa die Masse des lageveränderlichen Masseelementes 34 sowie die spezifischen Daten des Verbindungselementes 4 und der zu verbindenden Bauteile 11, Ausgangsdaten 55 ermittelt. Die Ausgangsdaten 55 umfassen dabei zunächst optimierte Werte für die erforderliche Aufprallenergie 33 sowie Einstellparameter 56 für verschiedene, die Aufprallenergie 33 beeinflussende Funktionsbaugruppen des Nietadapters 5. Dabei umfassen die ermittelten Einstellparameter 56 die Länge der Beschleunigungsstrecke 45, die mittels der Linearmotoren 26 zu erreichenden Beschleunigungen des lageveränderlichen Masseelementes 34 und gegebenenfalls die erforderliche Masse des lageveränderlichen Masseelementes 34, die im einfachsten Fall auf die erforderliche Masse des Zusatzgewichtes 31 beschränkt sein kann. Schließlich generiert die Steuer- und Recheneinheit 49 Ausgangssignale Y1 .. Yn die entweder über ein Datenleitungssystem 57 oder drahtlos an die entsprechenden Organe des Nietadapters 5 übergeben werden und die an diesen Organen zur Einstellung der ermittelten Ausgangsdaten 55 führen. Im einfachsten Fall kann die erforderliche Länge der Beschleunigungsstrecke 45 in der Weise eingestellt werden, dass das entsprechende Ausgangssignal Y1 an die Linearführeinrichtung 41 übergeben wird und diese mittels der Wegmesseinrichtung 42 die genaue Positionierung des lageveränderlichen Masseelementes 34 vornimmt, sodass die ermittelte Beschleunigungsstrecke 45 von dem Masseelement 34 auch durchlaufen werden kann. Weiter können die in den Ausgangssignalen Y codierten Beschleunigungen des lageveränderlichen Masseelementes 34 an die Linearmotoren 26 übergeben werden, wobei die den Linearmotoren 26 zugeordneten an sich bekannten und deshalb nicht näher dargestellten Steuereinheiten aus diesen Beschleunigungssignalen Y2 Beschleunigungen der Linearmotoren 26 ermitteln, die schließlich mittels des Schubfingers 29 auf das lageveränderliche Masseelement 34 übertragen werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass den Linearmotoren 26 ein separates, nicht dargestelltes Wegmesssystem 42 zu deren präziser Positionierung zugeordnet ist, was letztlich die Flexibilität und Genauigkeit der Einstellbarkeit der Aufprallenergie 33 erhöht Zudem kann über den Anzeigemonitor 52 an den Bediener ein Hinweis ergehen, dass in den Nietadapter 5 integrierte Zusatzgewicht 31 durch ein für die Erreichung der erforderlichen Aufprallenergie 33 besser geeignetes Zusatzgewicht 31 zu ersetzen.
Es liegt im Rahmen des Könnens eines Fachmanns das beschriebene Ausführungsbeispiel in nicht dargestellter Weise abzuwandeln oder in anderen Maschinensystemen einzusetzen, um die beschriebenen Effekte zu erzielen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Nietsetzarbeitsstation
2: Arbeitsroboter
3: Lagefixieradapter
4: Nietelement
5: Nietadapter
6: Arbeitsroboter
7: Arbeitsrobotersegmente
8: Arbeitsrobotersegmente
9: Schwenkachse
10: Schwenkachse
11: Bauteile
12: Adaptiereinheit
13: Werkzeug
14: Bohrung
15: Nietkopf
16: Tragrahmen
17: Adaptierflansch
18: Pneumatikzylinder
19: Verstellmittel
20: Stellflansch
21: Zwischenrahmen
22: Richtung
23: Druckstempelbuchse
24: Führungsschiene
25: Tragrahmen
26: Linearmotor
27: Stellmittel
28: Stator
29: Schubfinger
30: Richtung
31: Zusatzgewicht
32: Stößel
33: Aufprallenergie
34: Masseelement
35: Klemmeinheit
36: Anschlagelement
37: Linearführungssystem
38: Rückführelement
39: federndes Klemmstück
40: Pfeilrichtung
41: Linearführeinrichtung
42: Wegmesssystem
43: Lineal
44: Sensor
45: Beschleunigungsstrecke
46: Verzögerungsstrecke
47: Neigungssensor
48: Lagesensor
49: Steuer- und Recheneinheit
50: Eingabefeld
51: Speichermodul
52: Anzeigemonitor
53: Eingabedaten
54: Berechnungsalgorithmen
55: Ausgangsdaten
56: Einstellparameter
57: Datenleitung
X: Neigungssignal
Y₁.. Y_n: Ausgangssignale

Claims

Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen, wobei das Nietelement einenends durch einen Lagefixieradapter in dem Bauteil in der Nietposition lagefixiert wird und wobei das Nietelement anderenends von einem Nietadapter verformbar ist und der Nietadapter zumindest ein lageveränderliches Masseelement aufweist und die in dem Masseelement speicherbare Aufprallenergie die Verformung des Nietelementes bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallenergie (33) des lageveränderlichen Masseelementes (34) änderbar ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderbarkeit der Aufprallenergie (33) zumindest von der Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes (34) und/oder von der Länge der Beschleunigungsstrecke (45) des lageveränderlichen Masseelementes (34) und/oder von der Masse des lageveränderlichen Masseelementes (34) bestimmt wird.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Beschleunigungsstrecke (45) und/oder die Masse und/oder die Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes (34) änderbar ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallenergie (33) des lageveränderlichen Masseelementes (34) in Abhängigkeit von spezifischen Eigenschaften der zu verbindenden Bauteile (11) und/oder von spezifischen Eigenschaften der Nietelemente (4) und/oder von der Lage des Nietadapters (5) im Raum einstellbar ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietadapter (5) zumindest einen Zwischenrahmen (21) aufweist, der über Linearführungen (24) das lageveränderliche Masseelement (34) aufnimmt.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lageveränderliche Masseelement (34) beidseitig in Linearführungen (24) geführt wird und frontseitig einen Stößel (32) zur Übertragung der Aufprallenergie (33) auf das Nietelement (4) aufnimmt.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des lageveränderlichen Masseelementes (34) von den bewegten Massen der Linearführeinrichtung (41) bestimmt wird und zumindest den Stößel (32), wenigstens ein definiertes Zusatzgewicht (31) und einen wenigstens den Stößel (32) und das Zusatzgewicht (31) aufnehmende Tragrahmen (25) umfasst.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Klemmeinheit (35) gebildetes Anschlagelement (36) die Beschleunigungsstrecke (45) des lageveränderlichen Masseelementes (34) begrenzt und eine definierte Verzögerung des lageveränderlichen Masseelementes (34) nach dessen Kontakt mit dem Nietelement (4) einleitet.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung durch pneumatisches Klemmen des Zusatzgewichtes (31) des lageveränderlichen Masseelementes (34) realisiert wird.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stellmittel (27) zur Bewegung des lageveränderlichen Masseelementes (34) vorgesehen sind, die die Bewegung des lageveränderlichen Masseelementes (34) entlang der Führungsschienen (24) in entgegengesetzte Richtungen (30, 40) ermöglicht.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (27) als elektrisch betriebene Linearmotoren (26) mit separatem Wegmesssystem (42) ausgeführt sind.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem lageveränderlichen Masseelement (34) ein Wegmesssystem (42) zugeordnet ist und wobei das Wegmesssystem (42) in ein Linearführungssystem (39) integriert ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearführungssystem (39) zumindest eine Führungsschiene (24) und das Wegmesssystem (42) ein in die Führungsschiene (24) eingearbeitetes Lineal (43) umfasst.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearführungssystem (39) in an sich bekannter Weise einen Sensor (44) zu Abtastung des Lineals (43) umfasst.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nietadapter (5) zumindest ein an sich bekannter Lagesensor (48) zugeordnet ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (48) als Neigungssensor (47) ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nietadapter (5) eine Steuer- und Recheneinheit (49) zugeordnet ist, an die die von dem wenigstens einen Lagesensor (47, 48) und dem Wegmesssystem (42) generierten Signale (X1, X2) als Eingangssignale (X) übergeben werden und in der die Masse des lageveränderlichen Masseelementes (34) und spezifische Daten der Nietelemente (4) und/oder der Bauteile (11) editierbar hinterlegt sind.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Recheneinheit (49) ein oder mehrere Berechnungsalgorithmen (54) zur Ermittlung der erforderlichen Aufprallenergie (33) hinterlegt sind und wobei der oder die Berechnungsalgorithmen (54) als Eingangsdaten (53) die Masse des lageveränderlichen Messeelementes (34) und/oder die spezifischen Daten der Nietelemente (4) und/oder die spezifischen Daten der Bauteile (11) und/oder die Eingangssignale (X) des Lagesensors (47, 48) und des Wegmesssystems (42) berücksichtigen.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Aufprallenergie (33) in der Steuer- und Recheneinheit (49) als Ausgangsdaten (55) die Länge der Beschleunigungsstrecke (45) und/oder die erforderlichen Beschleunigungen des lageveränderlichen Masseelementes (34) und/oder die erforderliche Masse des lageveränderlichen Masseelementes (34) bestimmt werden.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsdaten (55) als Ausgangssignale (Y1 .. Yi) an den Nietadapter (5) übergeben werden und in diesem die Änderung der Länge der Beschleunigungsstrecke (45) durch Verfahren des lageveränderlichen Masseelementes (34) und/oder der Beschleunigung des lageveränderlichen Masseelementes (34) durch Änderung der Beschleunigung der das lageveränderliche Masseelement (34) beschleunigenden Linearmotoren (26) bewirken.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer- und Recheneinheit (49) ein Anzeigemonitor (52) zugeordnet ist und dass der Anzeigemonitor (52) die Eingangsdaten (X), die generierten Ausgangsdaten (Y) und die Einstellparameter (56) anzeigen kann.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietadapter (5) als Endeffektor (8) eines ein- oder mehrachsigen Arbeitsroboters (6) ausgeführt ist.
Vorrichtung zur Fixierung von Nietelementen in Bauteilen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lagesensor (48) dem Endeffektor (8) zugeordnet ist.