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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen
Fügen,
Stanzen, Lochen, Prägen,
Nieten oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Vorrichtungen werden bei der Verbindung von Metallblechen verwendet.
Beim sogenannten Clinchen bzw. mechanischen Fügen mittels Umformen werden
an Verbindungsstellen zu verbindende Blechteile unter Wirkung von
Werkzeugsätzen,
die jeweils aus einem Stempel und Matrize bestehen, kleine räumliche
Gebilde geformt, die Fügeelemente.
Die Fügeelemente
werden gebildet, indem in einem Fügebereich der Blechwerkstoff
der flächig aufeinanderliegenden
Blechteile aus einer Blechebene gemeinsam heraus verschoben und
gestaucht werden.
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Eine
hierzu einsetzbare Vorrichtung ist beispielsweise aus
DE 43 35 318 A1 bekannt.
DE 43 35 318 A1 beschreibt
eine Werkzeugmaschine, die zwei Werkzeuge umfasst, die relativ zueinander
bewegbar sind, um zusammenzuwirken. Ein mit einem Arbeitskolben
verbundenes erstes Werkzeug führt
eine lineare Hubbewegung gegenüber
einem zweiten Werkzeug aus. Der Arbeitskolben wird in Richtung der
Hubachse geführt.
Zur Erzeugung der Hubbewegung ist ein Antriebskolben mit zwei Kniehebeln
vorgesehen, die jeweils mit ihrem ersten Ende am Antriebskolben über einen
parallel zur Hubachse im Antriebskolben verschiebbar gelagerten
Gleitstein angelenkt sind. Das jeweils andere Ende der Kniehebel
ist an dem Arbeitskolben bzw. einem Widerlagerkolben angelenkt.
Der Widerlagerkolben ist verschiebbar in einem Hubwiderlager, das
hubachsgleich zum und entfernt vom Arbeitskolben ist. Die Kniehebel
können durch
eine Bewegung des Antriebskolbens in die Hubachse zwischen Arbeitskolben
und Hubwiderlager verschwenkt werden, so daß ein Hub ausgeführt wird.
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Als
nachteilig hat sich dabei herausgestellt, daß mit der Werkzeugmaschine
eine Anpassung auf unterschiedlich dicke zu verbindende Blechteile
nicht einfach und schnell erfolgen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum mechanischen
Fügen oder
dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die
eine flexiblere Gestaltung eines Öffnungsmaßes zwischen den Werkzeugen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Hierdurch
wird eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen oder dergleichen geschaffen,
bei der ein Abstand zwischen zwei Werkzeugteilen, die relativ zueinander
entlang einer Hubachse bewegt werden können, vergrößert werden kann. Eines der Werkzeugteile
ist an einem Stößel angeordnet,
der gegen den Antrieb aus einer Grundstellung verschoben werden
kann. Eine Gelenkkette bestehend aus dem Stößel und einem an diesem angelenkten
Kniehebel und einem am Kniehebel angelenkten verschiebbaren Schubstück wirkt
sowohl in Richtung der angetriebenen Hubbewegung der beiden aufeinander
zu bewegten Werkzeugteile, als auch bei einer manuellen Bewegung
des Stößels mit
einer Erhöhung
des Abstands der beiden Werkzeugteile aus einer Grundstellung. Eine
solche Vorrichtung kann ein vergleichsweise großes Öffnungsmaß zwischen den beiden Werkzeugteilen
bieten, woraus ein erweitertes Einsatzspektrum hinsichtlich der
zu bearbeitenden Werkstückbereiche
folgt. Die Vergrößerung des Öffnungsmaßes bietet
die Möglichkeit,
Bauteile einfach „einfädeln" zu können. Zudem
wird das Werkzeugteil mit dem Stößel in Selbsthaltung
in der Stellung mit dem größeren Öffnungsmaß gehalten.
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Die
Vorrichtung weist kompakte Abmessungen und eine geringe Masse auf
und ist somit bevorzugt als Handgerät zu verwenden.
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Durch
die lineare Führung
der Werkzeugteile zueinander führen
diese reine Linearbewegungen in einer Achse aus, weitere Anteile
einer Bewegung, wie beispielsweise Kreisbogenbahnen bei an Zangengliedern
angeordneten Werkzeugteilen, sind nicht zu berücksichtigen.
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Bevorzugt
wird die Vorrichtung elektromechanisch angetrieben, was im Gegensatz
zu pneumatischen oder hydraulischen Antrieben einen höheren Wirkungsgrad
liefert sowie leiser, sauberer und steuerungstechnisch einfacher
ist.
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Die
Ausbildung eines Rollengewindetriebes mit einer Spindelmutter und
einer Spindel, die von einem elektromechanischen Antrieb angetrieben
wird, ermöglicht
eine einfache lineare Gestaltung des Antriebs. Die Spindel kann
sich bis in das Schubstück erstrecken,
so daß sich
die Spindel und das Schubstück über einen Gleitring
zwischen dem Schubstück und
der Spindel, der an einem an der Spindel gesicherten Loslager angeordnet
ist, gegenseitig stabilisieren. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise
erreicht und ein sicheres Gleiten des Schubstücks gegenüber dem Loslager. Zudem ist
durch Verwendung von Spindelantrieb und Kniehebel eine hohe Kraftübersetzung
möglich.
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Bevorzugt
wird die Spindelmutter vom Schubstück drehfest gehalten und von
dem Schubstück
in einer Ausnehmung geführt.
Ein direktes Zusammenwirken und eine Paßgenauigkeit zwischen den beweglichen
Teilen werden damit erreicht.
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Durch
eine Führung
der Feder in einer in dem Schubstück ausgestalteten Ausnehmung,
die die Feder im komprimierten Zustand aufnimmt, wird ermöglicht,
daß die
Feder nicht verspringt und reversibel komprimiert und wieder entlastet
werden kann.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Element und der Feder eine Scheibe angeordnet,
die mit glatten Flächen
ausgebildet ist und eine unabhängige
Materialwahl von Spindelmutter und Feder, die sich nicht direkt
berühren,
ermöglicht.
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Durch
die Verwendung eines Griffrohrs, in dem das Element und das Schubstück quer
zur Hubachse angeordnet sind, liegt eine kompakte und am Griffrohr
leicht zu handhabende Vorrichtung vor.
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Bevorzugt
ist die Vorrichtung aus einem Griffrohr und einem damit verbundenen
Rahmenteil gestaltet, an dem eines der Werkzeugteile fest befestigt ist.
Hierdurch werden ein einfacher Aufbau und eine hohe Steifigkeit
des Rahmenteils durch eine Integration des Griffes erreicht.
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Vorteilhafterweise
ist ein Verriegelungsmechanismus vorhanden, der ein unbeabsichtigtes
Auslösen
der Hubbewegung aus einer Stellung, bei der sich Finger oder Hände einer
Bedienungsperson zwischen den Werkzeugteilen befinden könnten, verhindert.
Dazu kann eine Elektronik zur Bestimmung der Position des Schubstücks vorgesehen
sein. Bevorzugt ist ein Sicherheitsschalter vorgesehen, mit dem nur
bei Kontakt mit dem Schubstück
eine Auslösung der
Hubbewegung möglich
ist. Dadurch kann eine Auslösung
je nach Stellung des Schubstücks
verhindert werden.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch in einer Teilschnittdarstellung eine Seitenansicht einer
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Grundstellung.
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2 zeigt
schematisch in einer Teilschnittdarstellung eine Seitenansicht der
Ausführungsform nach 1 in
einer Schließstellung.
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3 zeigt
schematisch in einer Teilschnittdarstellung eine Seitenansicht der
Ausführungsform nach 1 in
einer Offenstellung.
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4 zeigt
schematisch in einer Teilschnittdarstellung eine Seitenansicht der
Ausführungsform nach 1.
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5 zeigt
schematisch in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung die
Ausführungsform nach 1 in
einer Grundstellung.
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6 zeigt
schematisch eine Vorderansicht der Ausführungsform nach 1 in
einer Grundstellung.
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7 zeigt
schematisch in einer Teilschnittdarstellung eine Vorderansicht nach 1 in
einer Grundstellung.
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8 zeigt
schematisch eine Draufsicht nach 1.
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1, 2 und 3 zeigen
eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen flächig aufeinanderliegender Bleche
(nicht dargestellt) durch Umformen mit einem Werkzeugsatz aus zwei
Werkzeugteilen 1, 2, beispielsweise aus einem
Stempel und einer Matrize. Von den Werkzeugteilen 1, 2 ist
mindestens das Werkzeugteil 2 relativ zu dem Werkzeugteil 1 bewegbar.
Die Bewegung ist eine reine Hubbewegung und erfolgt linear in Richtung
einer Hubachse 3. Die Werkzeugteile 1, 2 wirken
zusammen, wenn sie aufeinander zu bewegt werden und auf die (nicht
dargestellten) zwischen ihnen befindlichen Bleche einwirken. Die
Werkzeugteile 1, 2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
an Werkzeugträgern 4, 5 angeordnet.
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Die
Vorrichtung ist in den 1, 2 und 3 in
unterschiedlichen Stellungen der Werkzeugteile 1, 2 bzw.
Werkzeugträger 4, 5 zueinander
dargestellt. 1 zeigt die Vorrichtung in einer
Grundstellung der Werkzeugträger 4, 5 zueinander.
Die beiden Werkzeugträger 4, 5 weisen
einen Abstand, das sogenannte Öffnungsmaß, auf.
Dabei beträgt
der Abstand zwischen den Werkzeugträgern 4, 5 mehrere Millimeter,
vorzugsweise 3 bis 10 mm, weiter bevorzugt etwa 6 mm.
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Das
Werkzeugteil 2 ist an einem Stößel 6 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Werkzeugträger 5,
an dem das Werkzeugteil 2 angeordnet ist, an den Stößel 6 angeschraubt.
Der Stößel 6 wird
linear in Richtung der Hubachse 3 geführt. Am Stößel 6 ist ein Ende
eines Kniehebels 7 angelenkt. Ein weiteres Ende des Kniehebels 7 ist
an einem Schubstück 8 angelenkt,
das quer zur Hubachse 3 verschieblich angeordnet ist. Die
Anlenkung der Enden des Kniehebels 7 erfolgt über Zylinderstifte 9, 10.
Das Schubstück 8 ist
in einem länglichen
rohrförmigen
Steg 11 geführt,
der unter einem Winkel zur Hubachse 3 ausgerichtet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
verläuft
der Steg 11 quer zur Hubachse 3. Eine Bewegung
des Schubstücks 8 in
Richtung des Stößels 6 führt dazu,
daß der
Kniehebel 7 weitgehend in die Hubachse 3 der Hubbewegung
schwenkbar ist. Damit wird eine in 2 gezeigte
Schließstellung
erreicht, in der die Werkzeugteile 1, 2 beim Auftreffen
auf die Bleche (nicht dargestellt) zusammenwirken.
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Zur
Verschiebung des Schubstücks 8 ist
ein Element 12 in dem Steg 11 angeordnet, das
von einem Antrieb 13 antreibbar und gegen das Schubstück 8 verschiebbar
ist. Die Bewegung des angetriebenen Elements 12 erfolgt
linear quer zur Hubachse 3. Zwischen dem Element 12 und
dem Schubstück 8 ist
eine komprimierbare Feder 14 und eine Scheibe 15 in
dem Steg 11 angeordnet. Die Feder 14, die als spiralförmige Druckfeder
ausgestaltet ist, ist aus der in 1 gezeigten
Grundstellung der Vorrichtung komprimierbar. Mindestens ein Teil
der Feder 14 ist in einer Ausnehmung 16 des Schubstücks 8 aufgenommen.
Die Ausnehmung 16 ist radial in der Nähe des äußeren Umfangs des Schubstücks 8 ausgebildet.
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Das
Element 12 ist an seinem äußeren Umfang drehfest von dem
Schubstück 8 gehalten.
Dazu bildet ein Teil des Schubstücks 8 zwischen
dem Element 12 und dem Steg 11 einen Anschlag
in einer Rotationsachse quer zur Hubachse 3 und liegt zwischen
dem Außenumfang
des Elements 12 und dem Innenumfang des Stegs 11.
Das Schubstück 8 weist eine
Ausnehmung auf, in der zumindest ein Teil des Elements 12 und
die Scheibe 15 gleitverschieblich angeordnet sind.
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Eine
Hubbewegung des Werkzeugteils 2 wird erreicht, indem das
Element 12 gegen die Feder 14 verschoben wird,
die komprimiert in die Ausnehmung 16 geführt wird.
Nachdem die Feder 14 in die Ausnehmung 16 komprimiert
wurde, berührt
die Scheibe 15 einen Anschlag des Schubstücks 8 in Richtung
der Verschiebung des Elements 12 und der Scheibe 15.
Eine weitere Verschiebung des Elements 12 mit der Scheibe 15 führt zu einer
Verschiebung des Schubstücks 8.
Die Kraft des angetriebenen Elements 12 wird dann über das
Schubstück 8 und
den Kniehebel 7 in den Stößel 6 eingeleitet.
Das Schubstück 8,
der Kniehebel 7 und der Stößel 6 bilden eine
Gelenkkette. In 2 ist die Vorrichtung in einer Schließstellung
mit angenäherten
Werkzeugteilen 1, 2 am Ende eines Hubes dargestellt.
Der Kniehebel 7 ist weitgehend in die Hubachse 3 verschwenkt.
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Das
Ende der Hubbewegung wird über
eine Ansteuerung des Antriebs 13 des Elements 12 erreicht
und ist durch eine vorgegebene Steuerung des Antriebs 13 wählbar. Nach
dem Erreichen der Schließstellung,
d.h. der unteren Hublage, erfolgt der Antrieb des Elements 12 in
umgekehrter Richtung und das Element 12 wird in die in 1 gezeigte Ausgangslage,
d.h. die der Grundstellung, zurückverschoben,
wodurch das Schubstück 8 und
die Scheibe 15 über
die Federkraft der Feder 14 dem Element 12 nachfolgen
und die Vorrichtung in die Grundstellung gelangt. Der Stößel 6 fährt in einer Hubbewegung
wieder hoch, vom Werkzeugteil 1 weg.
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Der
Stößel 6 kann
von außen
manuell von der in 1 gezeigten Grundstellung in
eine in 3 gezeigte Stellung, der sogenannten
Offenstellung, verschoben werden. Bei der manuellen Verschiebung
des Stößels 6 verbleibt
das Element 12 in Ruhe. Die Bewegung des Stößels 6 verschwenkt
den Kniehebel 7 und verschiebt das Schubstück 8 in Richtung
des Elements 12. Die Gelenkkette aus Stößel 6, Kniehebel 7 und
Schubstück 8 wirkt
neben der Richtung in Schließstellung
auch in Richtung der Offenstellung. Die zwischen dem Element 12 und
dem Schubstück 8 angeordnete
Feder 14 wird aufgrund der manuellen Verschiebung des Stößels 6 nach oben
zwischen dem Element 12 und dem sich verschiebenden Schubstück komprimiert.
Im komprimierten Zustand der Feder 14 wird diese von der
Aufnehmung 16 aufgenommen. Nach der Kompression der Feder 14 gelangt
die Scheibe 15 in Anschlag mit dem Schubstück 8 und
bildet das Ende der Bewegung für
das Schubstück 8.
Der Stößel 6 kann
nicht weiter nach oben bewegt werden.
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In
der in 3 gezeigten Offenstellung ist der Kniehebel 7 während der
Bewegung des Stößels 6 nach
oben über
die Totpunktslage des Kniehebels 7, d.h. der Kniehebel 7 bildet
einen rechten Winkel mit der Hubachse 3, hinwegbewegt worden.
Die auf den Kniehebel 7 über das Schubstück 8 wirkende
Federkraft der komprimierten Feder 14 bewirkt einen Druck
auf den Kniehebel 7 in Richtung der Offenstellung. Nachdem
die Vorrichtung aus der Grundstellung in die Offenstellung gebracht
wurde, befindet sich die Vorrichtung in Selbsthaltung und wird durch die
Federkraft der komprimierten Feder 14 in der Offenstellung
gehalten. Das Öffnungsmaß zwischen den
Werkzeugträgern 4, 5 kann
in der Offenstellung 20 mm bis 50 mm, vorzugsweise 35 mm bis 43
mm, ferner bevorzugt etwa 38 mm betragen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Element 12 als eine Spindelmutter ausgestaltet,
die auf einer Spindel 17 angeordnet ist. Die Spindel 17 ist vom
Antrieb 13 antreibbar. Dazu ist der Antrieb 13 als Drehstromsynchron-Motor
ausgebildet und am Steg 11 befestigt. Die Befestigung erfolgt über einen
Ring 19, der über
einen Zylinderstift 20 und einen Gewindestift 21 in
den Steg 11 eingreift. Die Spindel 17 ist über eine
Präzisionsspannmutter 22 an
dem Drehsynchronmotor befestigt. Die Spindel 17 ist im
Steg 11 mittig ausgerichtet und durch ein Festlager 18 gelagert.
Das Festlager 18 ist als Axialschrägkugellager ausgebildet. Die
Spindel ragt bis in eine Ausnehmung 23 des Schubstücks 8.
Endseitig ist die Spindel 17 im Schubstück 8 in der Ausnehmung 23 durch
ein Loslager 24 gelagert. Das Schubstück 8 kann damit gegenüber dem
Loslager 24 und der Spindel 17 axial verschoben
werden.
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An
dem Steg 11 ist ein Rahmenteil 25 ausgebildet.
An dem Rahmenteil 25 ist der das Werkzeugteil 1 aufweisende
Werkzeugträger 4 fest
befestigt. Das Rahmenteil 25 ist als C-Bügel ausgestaltet.
Zwischen dem als Griffrohr ausgestalteten Steg 11 und dem
Rahmenteil 25 ist eine flächige Durchbrechung 26 vorgesehen,
durch die Teile einer Hand oder Finger einer Bedienungsperson durchgesteckt
werden können,
um das Griffrohr sicher zu umfassen. Im Bereich der Durchbrechung 26 befindet
sich ein Auslösehebel 27,
der auf einen Schalter 28 einwirken kann. Der Auslösehebel 27 ist
gegenüber
dem Schalter 28 mit einer Feder 29 federvorgespannt
und schaltet den Schalter 28 nicht, solange der Auslösehebel 27 nicht
von einer Bedienungsperson betätigt wird.
Durch Betätigung
des Auslösehebels 27 wird der
Schalter 28 geschaltet, und der Drehsynchronmotor kann
die Spindel 17 antreiben, wodurch sich die Spindelmutter 12 und
die Scheibe 15 entlang der Spindelachse gegen die Feder 14 bis
zum Anschlag an das Schubstück 8 bewegen.
Dann wird die Axialkraft der Spindelmutter 12 über das
Schubstück 8 und
den Kniehebel 7 in den Stößel 6 eingeleitet. Während die
Grundstellung der Werkzeugträger
zueinander konstant ist, ist die untere Hublage der Hubbewegung
durch eine Programmierung der Drehsynchronmotoransteuerung frei
wählbar.
Nach dem Erreichen der unteren Hublage erfolgt ein Drehrichtungswechsel
des Drehsynchronmotors und der Stößel fährt in die Grundstellung zurück.
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Um
zu verhindern, daß die
Werkzeugteile 1, 2 eine Hubbewegung ausüben können, wenn
der Abstand zwischen den Werkzeugteilen 1, 2 so
groß ist, daß Teile
einer Hand oder Finger einer Bedienungsperson zwischen sie geraten
könnten
und infolge der Hubbewegung gequetscht werden könnten, ist ein Sicherheitsschalter 30 vorgesehen.
Der Sicherheitsschalter 30 wird in Abhängigkeit von der Position des Schubstücks 8 im
Steg 11 betätigt.
Nur wenn der Sicherheitsschalter 30 betätigt ist, kann eine Auslösung der
Hubbewegung der Werkzeugteile 1, 2 in die Schließstellung
erfolgen. In der Grundstellung betätigt das Schubstück 8 den
als Schnappschalterwechsler ausgestalteten Sicherheitsschalter 30.
Eine Hubbewegung der Werkzeugteile 1, 2 ist auslösbar. Das Öffnungsmaß in der
Grundstellung ist so gering, daß keine
Finger oder Teile der Hand einer Bedienungsperson zwischen die Werkzeugteile 1, 2 gelangen
können.
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Während der
Hubbewegung des Stößels 6 betätigt das
Schubstück 8 den
Sicherheitsschalter 30, so daß die Hubbewegung von der Grundstellung in
die Schließstellung
und zurück
durch ein Öffnen des
Sicherheitsschalters 30 nicht erfolgt.
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Sofern
der Stößel 6 manuell
in die Offenstellung gemäß 3 gezogen
wurde, betätigt
das Schubstück 8 den
Sicherheitsschalter 30 nicht mehr, so daß eine Auslösung der
Hubbewegung der Werkzeugteile 1, 2 in die Schließstellung
nicht erfolgen kann.
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4 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung in einer Teilschnittdarstellung.
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5 zeigt
eine Detaildarstellung in einer Teilschnittdarstellung hinsichtlich
der Verbindung des als Drehsynchronmotors ausgestalteten Antriebs 13 an
dem Steg 11. Die Befestigung erfolgt über eine Schraubenverbindung über die
Schraube 33.
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6 und 7 sind
Stirnansichten der Vorrichtung nach 1 in einer
Grundstellung der Vorrichtung, wobei 7 eine Teilschnittdarstellung
entlang der in 1 markierten Schnittlinie 34 ist.
Aus 6 ist die lineare Führung des Stößels 6 erkennbar,
die zwischen dem Rahmenteil 25 und zwei Leisten 31, 32 gebildet
ist.
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8 zeigt
die Vorrichtung nach 1 von oben.
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Der
Drehsynchronmotor wird elektronisch gesteuert. Die Datenkommunikation
erfolgt über
eine Verbindungsleitung zwischen dem elektromechanischen Clinchbügel und
der Steuerung. Der Motor ist mit einem Positionsmeßsystem
ausgestattet, so über eine
Positionssollwertvorgabe die Anzahl der Spindelumdrehungen und somit
die Position des Stößels 6 festgelegt
werden kann. Die Positionssollwertvorgaben sind obere Stößelposition,
untere Stößelposition
und eine Referenzfahrt, die bei erstmaliger Inbetriebnahme oder
Störung,
beispielsweise nach einem Stromausfall, durchgeführt wird.
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Über die
Ansteuerung des Drehsynchronmotors sind auch Geschwindigkeitssollwertvorgaben
für die
Bewegungen möglich.
Die Bewegungen sind Verfahren des Stößels von der Grundstellung
in die Schließstellung,
Verfahren des Stößels von
der Schließstellung
in die Grundstellung und die Referenzfahrt.