DE102012207391B4

DE102012207391B4 - Werkzeugvorrichtung zum Einbringen von Stanznieten mit einer Prüfeinrichtung für die Stanzmatrize

Info

Publication number: DE102012207391B4
Application number: DE102012207391.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Schattenkirchner; Christian Winkler; Cornelia Eder; Siegfried Mühlender
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2032-05-05
Also published as: DE102012207391A1

Abstract

Werkzeugvorrichtung (100) zum Einbringen von Stanznieten in Blechmaterialien und/oder blechähnliche Materialien, mit- einer Nieteinrichtung (200), die einen Stempel (210) und eine Matrize (220) aufweist, die zum Zwecke des Einbringens eines Stanzniets zueinander relativbeweglich sind, und- einer Prüfeinrichtung (300), mit der die Matrize (220) auf Schäden geprüft werden kann, wozu diese Prüfeinrichtung (300) eine Stelleinrichtung (310) mit einem daran befestigten Prüfsensor (340) aufweist, wobei dieser Prüfsensor (340) zum Zwecke der Prüfung der Matrize (220) nach Beendigung eines Nietvorgangs mittels der Stelleinrichtung (310) an die Matrize (220) herangefahren und nach der Prüfung wieder von der Matrize (220) weggefahren wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung zum Einbringen von Stanznieten in Blechmaterialien und/oder blechähnliche Materialien, wozu diese Werkzeugvorrichtung wenigstens eine Nieteinrichtung mit einem Stempel und einer Matrize aufweist, wobei der Stempel und die Matrize zum Zwecke des Einbringens wenigstens eines Stanzniets zueinander relativbeweglich sind.
Werkzeugvorrichtungen zum Einbringen von Stanznieten sind z. B. in der DE 198 16 198 A1 und DE 20 2007 011 668 U1 beschrieben. Beim fortwährenden Betrieb derartiger Werkzeugvorrichtungen kommt es zu Verschleißerscheinungen an Stempel und Matrize. Unter Umständen kann es auch unvermittelt zur spontanen Beschädigung des Stempels oder der Matrize kommen, wobei die Matrize hierfür insgesamt anfälliger ist. Meist werden derartige Schäden während des Betriebs nicht sofort festgestellt, sondern erst zeitversetzt, wenn schon ein erheblicher Schaden und/oder Fehlteile entstanden sind.
In der DE 10 2004 002 593 A1 ist eine Möglichkeit zur laufenden Überwachung der Matrize an einer Vorrichtung zum Durchsetzfügen beschrieben, wobei ein strömbares Prüfmedium zur Matrize geleitet wird und bei Schäden an der Matrize am Strömungsverhalten dieses Prüfmediums ein Abweichen von einem Sollwert festgestellt wird.
Die DE 100 56 859 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur akustischen Qualitätsprüfung von kalten Umformfügeverbindungen.
Aus der DE 103 12 458 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verpressungsgrades einer formschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen bekannt.
In der DE 196 02 712 A1 sind ein Verfahren und eine Simulationsvorrichtung zur Ermittlung von experimentellen Daten zur Qualitätsbewertung von Werkzeugträgern beschrieben.
Die WO 2009/112804 A2 beschreibt eine Matrizenzustandserfassung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Werkzeugvorrichtung der eingangs genannten Art mit einer Möglichkeit zur Prüfung bzw. Überwachung der Matrize anzugeben, die die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zum Einbringen von Stanznieten in Blechmaterialien und/oder blechähnliche Materialien umfasst

- eine Nieteinrichtung, die einen Stempel und eine Matrize bzw. Stanzmatrize aufweist, die zum Zwecke des Einbringens (wenigstens) eines Stanzniets zueinander relativbeweglich sind, und
- eine Prüfeinrichtung, mit der die Matrize der Nieteinrichtung überprüft bzw. auf Schäden geprüft werden kann, wozu diese Prüfeinrichtung eine Stelleinrichtung mit (wenigstens) einem daran befestigten Prüfsensor aufweist, wobei dieser Prüfsensor zum Zwecke der Prüfung der Matrize nach Beendigung eines Nietvorgangs mittels der Stelleinrichtung an die Matrize herangefahren und nach der Prüfung wieder von der Matrize weggefahren wird bzw. wieder weggefahren werden kann.

Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung kann auch als Niet- oder Stanznietanlage bezeichnet werden. Die Prüfung der Matrize mittels des Prüfsensors erfolgt insbesondere berührungslos, also ohne dass der Prüfsensor die Matrize kontaktiert. Schäden an der Matrize sind insbesondere Verschleiß, Aufschweißungen und mechanische Beschädigungen, wie bspw. Abplatzungen, Risse, Brüche und dergleichen. Ein Nietvorgang kann das Einbringen eines einzelnen Stanzniets oder das Einbringen mehrerer Stanznieten umfassen. Ein einzubringender Niet ist insbesondere ein Hohlstanzniet.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung ist darin zu sehen, dass kein strömbares Prüfmedium erforderlich ist, und somit die hierfür erforderlichen Einrichtungen entfallen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Überprüfung der Matrize in kurzer Zeit und mit hoher Zuverlässigkeit ausgeführt werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung ein Roboter ist. Bei einem solchen Roboter handelt es sich vorzugsweise um einen Industrieroboter, der insbesondere ein Stand-allone-Gerät ist, der aber auch an einem Portal oder dergleichen (bspw. auch an einem Deckenträger) befestigt sein kann. Der Roboter ist derart angeordnet, dass sein Roboterarm an die Matrize oder zumindest in die Näher der Matrize der Nieteinrichtung heranbewegt werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung bzw. der Roboter derart ausgebildet ist, dass der Prüfsensor während der Prüfung der Matrize die Matrizenstirnfläche und/oder die Matrizenaußenkontur abfährt und/oder umrundet, was insbesondere berührungslos erfolgt. Bei einer runden Matrize würde der Prüfsensor z. B. eine durch den Roboter ausgeführte Kreisbahn beschreiben.
Der Prüfsensor kann ein Ultraschallsensor, ein Bildsensor (wie insbesondere eine CCD-Kamera) oder ein Thermosensor sein. Der Prüfsensor kann aber auch ein induktiver Prüfsensor sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein solcher induktiver Prüfsensor in einer Aufnahme bzw. in einer Halterung aus einem nicht magnetisierbaren Material eingebettet ist. Bevorzugt ist die Aufnahme bzw. Halterung als flaches Bauteil ausgebildet und insbesondere aus einem Flachmaterial (bspw. einem massiven Flachhalbzeug) gebildet, damit diese nach Beendigung eines Nietvorgangs und vor Beginn des nächsten Nietvorgangs zur Durchführung der Prüfung zwischen den Stempel und die Matrize der Nieteinrichtung einfahren kann. Bei dem nicht magnetisierbaren Material kann es sich um ein Kunststoffmaterial oder um einen Faserverbundwerkstoff (bspw. Pertinax) handeln.
Bevorzugter Weise ist der induktive Prüfsensor innerhalb der Aufnahme bzw. Halterung zurückversetzt angeordnet, so dass bei der Prüfung ein Kontakt mit der Matrize vermieden wird und der Prüfsensor geschützt ist. Die Aufnahme bzw. Halterung kann mittels einer Verlängerung oder dergleichen an der Stelleinrichtung bzw. am Roboter (bzw. Roboterarm) befestigt sein, was bedeutet, dass die Halterung nicht unmittelbar, sondern mittelbar am Roboter befestigt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Nieteinrichtung einen C-Bügel umfasst, an dessen sich gegenüberliegenden Enden der Stempel und die Matrize befestigt sind. Der Stempel (oder gegebenenfalls auch die Matrize) kann in an und für sich bekannter Weise mittels einer Krafterzeugungseinrichtung (bspw. einem Elektro-Stellmotor, einem Hydraulik-Stellmotor oder dergleichen) in Richtung auf die Matrize zubewegt werden (oder umgekehrt), um einen Stanzniet in die zwischen dem Stempel und der Matrize befindlichen Blechmaterialien einzubringen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung mit einer Nieteinrichtung und einer Prüfeinrichtung.
2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht den zur Prüfeinrichtung aus 1 gehörenden Prüfsensor, einschließlich der Prüfsensorhalterung.

1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Werkzeugvorrichtung zum Einbringen von Stanznieten in Blechmaterialien und/oder blechähnliche Materialien. Die Werkzeugvorrichtung 100 (bzw. Stanznietanlage) dient bspw. der Befestigung eines Federdoms an einer Kraftfahrzeugkarosserie mittels Hohlstanznieten. Die Werkzeugvorrichtung 100 umfasst eine Nieteinrichtung 200, mit einem Stempel 210 und einer Matrize 220, die an sich gegenüberliegenden Enden eines C-Bügels 230 befestigt sind. Bei der Nieteinrichtung 200 handelt es sich um eine flurgebundene stationäre Nieteinrichtung. Alternativ könnte der C-Bügel 230 auch an einem Portal, einem Roboter, einer Deckentragvorrichtung oder dergleichen befestigt sein. Auch könnte es sich um einen manuell tragbaren C-Bügel handeln.
Der Stempel 210 kann mittels eines am oberen C-Bügel 230 gehaltenen Stellmotors 240, wobei es sich insbesondere um einen elektrisch betriebenen Stellmotor handelt, aus der gezeigten Position in Richtung der Matrize 220 bewegt werden. Um einen Nietvorgang durchzuführen, werden, wie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, zwischen dem Stempel 210 und der Matrize 220 die zu fügenden Blechmaterialien positioniert und insbesondere auf der Matrize 220 abgelegt. Anschließend wird der Stempel 210 in Richtung der Matrize 220 mit bis zu 8 t Druckkraft bewegt, wobei ein vom Stempel 210 mitgeführter Stanzniet (wie bspw. ein Hohlstanzniet) die Blechmaterialien durchdringt und durch plastische Verformung an der Matrize 220 eine dauerhafte Verbindung der Blechmaterialien herbeiführt.
Beim fortlaufenden Betrieb der Werkzeugvorrichtung 100 kommt es insbesondere an der Matrize 220 zu Verschleißerscheinungen. Ferner kann es während eines Nietvorgangs abrupt zu mechanischen Beschädigungen an der Matrize 220 in Form von Abplatzungen, Brüchen, Rissen und dergleichen kommen. Um derartige Schäden erfassen und rechtzeitig reagieren zu können umfasst die Werkzeugvorrichtung 100 ferner eine Prüfeinrichtung 300 mit einem induktiven Prüfsensor 340, mit der die Matrize 220 (oder gegebenenfalls auch der Stempel 210) nach einem Nietvorgang und insbesondere nach jedem Nietvorgang (d. h. bei jedem Arbeitszyklus) auf Schäden überprüft werden kann. Dies soll vorzugsweise automatisiert erfolgen, insbesondere derart, dass auch die Auswertung der vom Prüfsensor 340 erfassten Messdaten automatisch erfolgt.
Die Prüfeinrichtung 300 umfasst einen flurgebundenen Roboter 310 mit einem Roboterarm 320 an dessen freiem Ende der Prüfsensor 340 befestigt ist, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert. Anstelle des als Stand-allone-Gerät ausgebildeten und flurgebundenen Roboters 310 kann auch ein an einem Portal oder dergleichen geführter Roboter vorgesehen sein.
Mittels des Roboters 310 kann der Prüfsensor 340 nach Beendigung eines Nietvorgangs zur Durchführung einer Prüfmessung an die Matrize 220 herangefahren werden und wird gemäß Darstellung oberhalb der Matrize 220 positioniert. Zur Prüfung überkreist der Prüfsensor 340 die Stirnseite der Matrize 220, ohne dass es zu einer Berührung kommt (der Messabstand beträgt z. B. 0,5 mm bis 1,5 mm und insbesondere ca. 0,8 mm). Ebenso könnte vorgesehen sein, dass der Prüfsensor 340 die Matrize 220 umrundet. Anschließend wird der Prüfsensor 340 wieder von der Matrize 220 wegbewegt. Die vorausgehend erläuterten und in 1 mit Pfeilen angedeuteten Stell- und Verfahrbewegungen des Prüfsensors 340 werden durch den Roboter 310 ausgeführt.
2 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht den in einer Aufnahme bzw. Halterung 330 aufgenommenen induktiven Prüfsensor 340. Die aus einem nicht magnetisierbaren Material, wie bspw. einem Kunststoffmaterial, gebildete Halterung 330 ist über eine langgestreckte und flach ausgebildete Verlängerung 350 am freien Ende des Roboterarms 320 befestigt (siehe 1). Der bereits gekapselt ausgeführte Prüfsensorkopf 341 des Prüfsensors 340 ist in einer Durchgangsbohrung 331 in der Halterung 330 eingesetzt und insbesondere auch festgeklebt. Hierdurch wird eine quasi doppelte Kapselung des Prüfsensors 340 erreicht. Gegenüber der vorderen bzw. unteren Stirnfläche der flachen Halterung 330 ist der Prüfsensorkopf 341 zu seinem Schutze zurückversetzt (bspw. um ca. 0,5 mm bis 1 mm). Das Leervolumen vor dem Prüfsensorkopf 341 kann mit einer nicht magnetisierbaren Füllmasse aufgefüllt sein. Mit 360 ist ein elektronisches Anschlusskabel für den Prüfsensor 340 bezeichnet.
Die von dem Prüfsensor 340 aufgenommenen Messwerte werden mit einer nicht dargestellten Computereinrichtung ausgewertet. Ist die Matrize 220 ohne Schäden kann eine „in Ordnung“- Meldung ausgegeben werden. Ist die Matrize 220 hingegen beschädigt oder weist starke Verschleißerscheinungen auf, kann eine „Fehler“-Meldung ausgegeben werden, um auf einen erforderlichen Wechsel bzw. auf eine erforderliche Reparatur der Matrize 220 hinzuweisen.
Bezugszeichenliste

100: Werkzeugvorrichtung (Stanznietanlage)
200: Nieteinrichtung
210: Stempel
220: Matrize (Nietmatrize)
230: C-Bügel
240: Stellmotor
300: Prüfeinrichtung
310: Roboter
320: Roboterarm
330: Halterung
331: Bohrung
340: Prüfsensor
341: Prüfsensorkopf
350: Verlängerung
360: Anschlusskabel

Claims

Werkzeugvorrichtung (100) zum Einbringen von Stanznieten in Blechmaterialien und/oder blechähnliche Materialien, mit - einer Nieteinrichtung (200), die einen Stempel (210) und eine Matrize (220) aufweist, die zum Zwecke des Einbringens eines Stanzniets zueinander relativbeweglich sind, und - einer Prüfeinrichtung (300), mit der die Matrize (220) auf Schäden geprüft werden kann, wozu diese Prüfeinrichtung (300) eine Stelleinrichtung (310) mit einem daran befestigten Prüfsensor (340) aufweist, wobei dieser Prüfsensor (340) zum Zwecke der Prüfung der Matrize (220) nach Beendigung eines Nietvorgangs mittels der Stelleinrichtung (310) an die Matrize (220) herangefahren und nach der Prüfung wieder von der Matrize (220) weggefahren wird.
Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (310) ein Roboter ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (310) derart ausgebildet ist, dass der Prüfsensor (340) während der Prüfung der Matrize (220) die Matrizenstirnseite und/oder die Matrizenaußenkontur abfährt.
Werkzeugvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsensor (340) ein Ultraschallsensor, ein Bildsensor oder ein Thermosensor ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsensor (340) ein induktiver Prüfsensor ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Prüfsensor (340) in einer Aufnahme (330) aus einem nicht magnetisierbaren Material eingebettet ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nicht magnetisierbaren Material um Kunststoffmaterial handelt.
Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Prüfsensor (340) innerhalb der Aufnahme (330) zurückversetzt angeordnet ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (330) mittels einer Verlängerung (350) an der Stelleinrichtung (310) befestigt ist.
Werkzeugvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nieteinrichtung (200) einen C-Bügel (230) umfasst, an dessen sich gegenüberliegenden Enden der Stempel (210) und die Matrize (220) befestigt sind.