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Die Erfindung betrifft eine Setzeinheit sowie ein Verfahren zum Setzen von Verbindungselementen an einem Werkstück.
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Bei den Verbindungselementen handelt es sich beispielsweise um Einpresselemente wie Einpressmuttern, Einpressbolzen, Einpressschrauben oder auch Niete, welche durch Ausüben einer vorbestimmten Einpresskraft in ein Werkstück (Bauteil), üblicherweise ein Blech, eingepresst werden. Bei den Verbindungselementen kann es sich daneben auch um sonstige Schrauben oder auch Niete oder Bolzen handeln. Die Verbindungselemente werden bei automatisierten Verfahren oder auch bei teilautomatisierten Verfahren mit Hilfe einer sogenannten Setzeinheit am Werkstück befestigt. Diese ist üblicherweise als eine Einpresseinheit ausgebildet, welche einen hydraulisch/pneumatisch/elektrisch verfahrbaren Stößel aufweist, welcher eine Einpresskraft in Setzrichtung auf das Verbindungselement ausübt. Aus der
WO 2016/156359 A2 ist elektrischer Direktantrieb für eine Setzeinheit zu entnehmen.
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Die Verbindungselemente werden üblicherweise mit Hilfe einer Zuführeinheit, einem Setzkopf der Setzeinheit zugeführt. Eine als Zuführblock bezeichnete Setzeinheit ist aus der
WO 2016/055478 A1 zu entnehmen.
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Sofern es sich bei den Einpresselementen nicht um selbststanzende Elemente handelt muss das in das Werkstück vor der Setzoperation ein Loch eingestanzt werden, in das das Einpresselement eingesetzt wird. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang. Bei dem Loch-Stanzvorgang fällt dabei ein sogenannter Stanzbutzen an, welcher entsorgt werden muss.
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In vielen Anwendungsbereichen kommt es dabei auf eine möglichst hohe Taktrate für die Befestigung der Verbindungselemente am Werkstück an. Dies betrifft insbesondere auch die Kraftfahrzeugindustrie.
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Für das automatisierte Setzen werden dabei häufig Bearbeitungsmaschinen, insbesondere auch Industrieroboter eingesetzt, bei denen die Setzeinheit bei einer frei im Raum verfahrbaren Roboterhand angeordnet ist. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen werden die Verbindungselemente häufig an komplexen Karosseriebauteilen angeordnet, wobei die Befestigungsstellen aufgrund einer komplexen Bauteilgeometrie für die Setzeinheit teilweise schwer zugänglich sind.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Setzeinheit und ein Verfahren zum zügigen Setzen von Verbindungselementen an einem Werkstück anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Setzeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Setzen von Verbindungselementen mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
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Die im Hinblick auf die Setzeinheit angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen.
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Die Setzeinheit umfasst allgemein einen Niederhalter sowie einen im Niederhalter verschieblich gelagerten Stempel, welcher über den Stößel antreibbar ist. Der Stößel wird dabei üblicherweise über einen Antrieb in einer Zustellrichtung verfahren. Mit dem Niederhalter wird beim Bearbeitungsvorgang ein Bauteil gegen einen Halter, insbesondere gegen eine Matrize, beispielsweise eine Stanzmatrize oder auch eine Einpressmatrize gepresst. Mit Hilfe des Stempels erfolgt der eigentliche Bearbeitungsvorgang. Mit Hilfe des Stempels wird wahlweise eine Loch(stanz-)operation oder auch eine Setzoperation zum Einpressen eines Verbindungselements, insbesondere Einpressmutter oder auch Einpressbolzen, durchgeführt. Der Stempel weist allgemein einen Stempelkopf auf, welcher insbesondere als ein Stanzkopf ausgebildet ist, mit dem – insbesondere in Zusammenwirken mit einer geeigneten Matrize – eine Lochstanzoperation durchführbar ist.
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Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass mittels der Setzeinheit sowohl die Loch(stanz-)operation als auch die Setzoperation durchgeführt werden können. Beide Operationen erfolgen dabei mit Hilfe des einen gemeinsamen Stempels.
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Um diese Doppelfunktion auszuführen ist der Stempel von einer Stempelhülse umgeben. Der Stempel und die Stempelhülse sind dabei derart aneinander angeordnet, dass sie gemeinsam bis zu einer ersten Hubposition, welche nachfolgend auch als Setzposition bezeichnet wird, verfahrbar sind und im Betrieb verfahren werden. Bei einem weiteren axialen Verfahren des Stempels ist die Stempelhülse vom Stempel entkoppelt, sodass lediglich noch der Stempel weiter bis zu einer vorderen, zweiten Hubposition verfahrbar ist und im Betrieb bei einer Lochstanzoperation auch verfahren wird. Diese zweite Hubposition wird nachfolgend auch als Lochstanzposition bezeichnet.
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Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass für die Loch(stanz-)operation typischerweise ein kleinerer Stempeldurchmesser erforderlich ist als für die Ausübung einer Einpresskraft auf das Verbindungselement. Durch die hier beschriebene Ausgestaltung ist sichergestellt, dass Stempel und Stempelhülse zum Einpressen des Verbindungselements eine gemeinsame (vergrößerte) Stempelfläche definieren, mit der sie gegen eine Oberseite des Verbindungselements verfahren und die entsprechende Einpresskraft übertragen. Im Falle einer Setzoperation wirken daher der Stempelkopf und die Stempelhülse gemeinsam auf das Einpresselement ein. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Stempelhülse und der Stanzkopf bis zum Erreichen der ersten Hubposition eine gemeinsame Stirnfläche ausbilden. Bei der ersten Hubposition befindet sich diese gemeinsame Stirnfläche dabei typischerweise im Inneren des Niederhalters, also oberhalb der Oberfläche des Werkstücks.
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Gleichzeitig ist jedoch gewährleistet, dass im Falle einer Lochoperation lediglich der zentrale, innenliegende Stempel weiter verfährt und ein Loch mit geringerem Durchmesser stanzt. Die Stempelhülse verfährt daher maximal bis zu einer Hubposition auf Höhe der Oberfläche des Werkstücks.
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Umgekehrt ist bei der Lochstanzoperation der Stempelkopf gegenüber der Stempelhülse in Zustellrichtung weiter ausgefahren und dringt in das Werkstück ein. In der zweiten, vorderen Hubposition steht der Stempelkopf über den Niederhalter in Zustellrichtung heraus.
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Stempel und Stempelhülse sind dabei zweckdienlicherweise über eine mechanische Zwangsführung aneinander gelagert. Diese Zwangsführung ist dabei derart, dass die Stempelhülse zwangsweise bis zur ersten Hubposition mitgeführt wird. Die Zwangsführung ist daher hubwegabhängig gesteuert und vorzugsweise rein passiv ohne aktive Stellglieder.
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Ab einer bestimmten Hubposition, speziell die erste Hubposition wird diese mechanische Zwangsführung vorteilhafterweise aufgehoben, sodass bei einem weiteren Vorschub des Stempels die Stempelhülse nicht weiter mitgenommen wird.
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Hierzu ist allgemein ein Mitnehmeranschlag zwischen Stempel und Stempelhülse wirksam, welcher ab einer definierten Hubposition außer Eingriff gebracht wird, sodass also die Zwangskopplung aufgehoben ist.
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Zweckdienlicherweise ist hierfür eine Drehbewegung zwischen Stempelhülse und Stempel vorgesehen, wobei durch eine Verdrehung der Stempelhülse gegenüber dem Stempel die Zwangsmitnahme aufgehoben und der Mitnehmeranschlag außer Eingriff gebracht wird.
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Zweckdienlicherweise ist zur Ausübung dieser Verdrehung eine Nut-Stiftführung mit einem Stift und einer Führungsnut ausgebildet, derart, dass bei einer axialen Relativverschiebung zwischen dem insbesondere feststehenden Stift und der Nut nach Art einer Kulissenführung eine Drehbewegung hervorgerufen wird. Die Nut-Stiftführung weist allgemein zwei Bauteile auf, nämlich den Stift und die Führungsnut, wobei das eine Bauteil feststehend und das andere Bauteil am Stempel oder an der Stempelhülse ausgebildet ist. Die Führungsnut ist derart beschaffen, dass bei einer Relativverschiebung der Bauteile in Zustellrichtung diese zueinander verdreht werden, so dass die gewünschte Verdrehung zwischen Stempel und Stempelhülse erfolgt. Insbesondere weist hierbei die Stempelhülse die Führungsnut auf, in die der feststehende Stift eingreift. Der Stift ist dabei insbesondere als radial abstehender Stift an einer Innenwandung des Niederhalters ausgebildet. Insgesamt wird daher die Stempelhülse gegenüber dem Stempel verdreht.
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Neben diesem ersten eigenständig erfinderischen Aspekt der Setzeinheit weist diese einen zweiten eigenständigen erfinderischen Aspekt auf, nämlich eine spezielle Ausgestaltung der Führung eines Auswerferstifts für einen Stanzbutzen. Dieser Aspekt ist insbesondere in den Ansprüchen 8 bis 12 beansprucht. Die Merkmalskombination des Anspruchs 8, ggf. in Kombination mit einem der weiteren Ansprüche 9 bis 12 ohne die Merkmale des Anspruchs 1 wird daher als eine eigenständig erfinderische Ausgestaltung angesehen. Die Einreichung einer Teilanmeldung hierauf bleibt vorbehalten.
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Zweckdienlicherweise ist dabei der Auswerferstift rein passiv aktiviert und wird gemeinsam mit der Bewegung des Stempels bzw. des Stößels betätigt. Es ist daher kein eigener Antrieb für den Auswerferstift erforderlich. Dieser wird bei der Lochstanzoperation automatisch durch eine mechanische Zwangskopplung geführt.
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Hierzu ist insbesondere der Auswerferstift zum einen über eine Ausgleichsfeder in Axialrichtung und über eine Rückzugsfeder entgegen der Axialrichtung gedrückt bzw. gezogen. Mittels der Ausgleichsfeder wird daher eine ausreichend hohe Auspresskraft zum Auspressen des Stanzbutzens erreicht. Gleichzeitig wird mittels der Rückzugsfeder das Zurückholen des Auswerferstifts in die Ausgangsposition gewährleistet.
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Zweckdienlicherweise ist dabei die Ausgleichsfeder über einen Kipphebel mit dem Auswerferstift verbunden. Die Ausgleichsfeder ist daher seitlich neben dem Auswerferstift angeordnet.
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Vorzugsweise ist weiterhin die Rückzugsfeder für den Auswerferstift konzentrisch zu diesem angeordnet. Sie stützt sich dabei insbesondere mit ihrem einen Ende am Stempel und mit ihrem anderen Ende an einem Anschlag des Auswerferstifts ab. Vorzugsweise ist dabei die Federkraft der Ausgleichsfeder größer als die der Rückzugsfeder, sodass zumindest in der Stanzposition ein Herausdrücken des Stanzbutzens aus dem Werkstück in die darunter liegende Matrize gewährleistet ist.
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Die Ausgleichsfeder wirkt bevorzugt auf einen Bolzen ein und stützt sich insbesondere am Niederhalter ab. Der Bolzen wirkt zweckdienlicherweise auf ein Ende des Kipphebels ein. Der Bolzen selber ist vorzugsweise innerhalb eines Oberteils der Stempelaufnahme gleitverschieblich beispielsweise in einer Bohrung geführt. Innerhalb der Bohrung ist ein insbesondere einstellbarer Anschlag angeordnet, welcher die Bewegung des Bolzens begrenzt. Bei dem einstellbaren Anschlag handelt es sich insbesondere um einen Gewindestift.
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Der Auswerferstift ist vorzugsweise gemeinsam mit dem Stempel bis zu einer vorgegebenen Hubposition (Stanzposition) mitgeführt und wird nach erfolgter Lochstanzoperation durch die Ausgleichsfeder relativ zum Stempel in Zustellrichtung zum Auswerfen des Stanzbutzens verfahren.
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Von besonderer Bedeutung bei der hier beschriebenen Setzeinheit ist die Tatsache, dass die Steuerung zum einen der Loch(stanz-) bzw. der Einpressoperation und/oder des Auswerferstifts rein hubweggesteuert über die Hubbewegung des Stößels erfolgt. Der Stößel der Antriebseinheit wirkt dabei allgemein auf die Stempelaufnahme und versetzt diese in Axial- oder Setzrichtung. Zweckdienlicherweise weist hierzu die Stempelaufnahme eine zentrale Ausnehmung auf, in die der Stößel eintauchen kann. In diese zentrale Ausnehmung dringt von der gegenüberliegenden Seite der Stempel ein.
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Der Niederhalter ist weiterhin zweckdienlicherweise über eine Niederhalterfeder gegen die Stempelaufnahme gelagert. Zweckdienlicherweise ist weiterhin eine Bundschraube zur Verbindung der Stempelaufnahme mit dem Niederhalter vorgesehen. Diese ist mit ihrem Bund (Kopf) zweckdienlicherweise innerhalb der Stempelaufnahme verschieblich bis zu einem Anschlag gelagert. Gleichzeitig ist die Bundschraube mittels eines Gewindes insbesondere am Niederhalter einschraubbar, sodass ein zulässiger Hubweg einstellbar ist.
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Die gesamte hier dargestellte Vorrichtung kann wahlweise an einer feststehenden Bearbeitungsmaschine vorzugsweise jedoch an einem frei im Raum beweglichen Manipulator, insbesondere an einem mehrachsigen Industrieroboter befestigt werden. Hierzu wird insbesondere ein Träger an einer Manipulatorhand (Roboterhand) befestigt, sodass die gesamte Vorrichtung quasi frei im Raum und an die gewünschte Arbeitsposition verfahrbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung eines Setzvorgangs zum Setzen eines Verbindungselements, umfassend eine Setzeinheit sowie eine Zuführeinheit, die sich in einer Ausgangsposition befinden,
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2A–2D Schnittansichten der Setzeinheit gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II in 4 in unterschiedlichen Arbeitspositionen
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3A–3D Viertelschnittansichten der Setzeinheit entlang der Schnittlinie III-III in 4 in den unterschiedlichen in 2A–2D dargestellten Arbeitspositionen sowie
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4 eine Draufsicht auf die Setzeinheit.
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In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 2 dient zur Durchführung eines insbesondere mehrstufigen Setzvorgangs, bei dem ein als Einpresselement ausgebildetes Verbindungselement an einem Werkstück 6, insbesondere ein Blech, gesetzt wird. Bei dem Verbindungselement 4 handelt es sich beispielsweise um eine Einpressmutter, einen Einpressbolzen (Schraube) oder auch einen Niet. Bei dem Verbindungselement 4 handelt es sich beispielsweise um ein selbststanzendes Verbindungselement, beispielsweise eine selbststanzende Mutter oder einen selbststanzenden Niet. Grundsätzlich ist die Vorrichtung 2 jedoch auch für das Setzen von Verbindungselementen 4 in vorgelochte Werkstücke 6 ausgebildet.
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Die Vorrichtung 2 weist eine Setzeinheit 8 auf, mittels der der eigentliche Setzvorgang, also das Einpressen des Verbindungselements 4, im Werkstück 6 erfolgt. Weiterhin weist die Vorrichtung 2 eine Zuführeinheit 10 auf, die zum insbesondere seitlichen Zuführen des Verbindungselements 4 zur Setzeinheit 8 ausgebildet ist. Die Setzeinheit 8 sowie die Zuführeinheit 10 sind an einem Träger 12 angeordnet.
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Dieser ist – wie im Ausführungsbeispiel dargestellt – vorzugsweise nach Art eines bogenförmigen, insbesondere C-bogenförmigen Trägers 12 ausgebildet. Dieser weist einen oberen Bogenteil 12A sowie einen unteren Bogenteil 12B auf.
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Die Vorrichtung 2 weist weiterhin einen ersten Antrieb 14 auf, bei dem es sich insbesondere um einen elektromotorischen Antrieb handelt. Diesem ersten Antrieb 14 ist ein Stößel 16 zugeordnet, welcher insbesondere elektromotorisch in einer Zustellrichtung 18 verfahrbar ist. Am vorderen Ende des Stößels 16 ist die Setzeinheit 8 befestigt. Diese wird also mithilfe des Stößels 16 in Zustellrichtung 18 versetzt. Der erste Antrieb 14 ist dabei am Träger 12, insbesondere am vorderen Ende des oberen Bogenteils 12A fixiert.
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Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin einen Halter 20, welcher zur Auflage oder zum Halten des Werkstücks 6 vorgesehen ist. Im Betrieb liegt das Werkstück 6 auf diesem Halter 20 auf. Dieser Halter 20 bildet dabei eine insbesondere mehrteilige Matrize 22. Der Halter 20 bzw. die Matrize 22 sind gegenüberliegend zur Setzeinheit 8 am unteren Bogenteil 12B angeordnet.
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Die Matrize 22 weist in hier nicht näher dargestellter Weise einen Grundkörper sowie einen innerhalb des Grundkörpers verstellbaren Matrizenstempel auf. Zur Verstellung des Matrizenstempels ist ein Antriebsmechanismus 28 vorgesehen. Dieser umfasst einen zweiten Antrieb 30, welcher ebenfalls insbesondere als ein Elektromotor ausgebildet ist. Weiterhin umfasst der Antriebsmechanismus 28 eine Betätigungsstange 32, die mittels des zweiten Antriebs 30 in ihrer Längsrichtung versetzbar ist. An ihrem vorderen Ende ist sie mit einem Gestänge 34 verbunden, welches wiederum mit dem Matrizenstempel verbunden ist.
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Die Zuführeinheit 10 ist am Träger 12 mittels einer Linearführung 48 befestigt und kann in Zustellrichtung 18 an unterschiedliche Positionen verfahren werden. Zur Übergabe des Verbindungselements 4 an die Setzeinheit 8 weist dieser eine seitliche Zuführöffnung auf. Die Zuführung erfolgt also allgemein seitlich, etwa rechtwinklig zur Zustellrichtung 18. Die Zuführeinheit 10 weist hierzu insbesondere einen in Querrichtung ausfahrbaren Zuführstempel oder Schieber auf. Dieser wird wahlweise pneumatisch, hydraulisch und insbesondere elektromotorisch betätigt.
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Die Zuführung der Verbindungselemente 4 zur Zuführeinheit 10 erfolgt im Ausführungsbeispiel mithilfe eines Zuführschlauchs 54.
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Der Setzvorgang wird allgemein mithilfe einer Steuervorrichtung 56 gesteuert. Diese steuert dabei insbesondere den ersten Antrieb 14, den zweiten Antrieb 30, sowie die Verstellung der Zuführeinheit 10 entlang der Linearführung 48 (welche vorzugsweise ebenfalls mittels eines elektromotorischen Antriebs erfolgt).
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Die Vorrichtung
2 weist mehrere besondere Aspekte auf. Ein erster Aspekt, der ausführlich in der
PCT/EP2016/080700 beschrieben ist, betrifft das Verfahren der Zuführeinheit
10 zusammen mit der Setzeinheit
8 in Zustellrichtung
18, insbesondere ein dynamische Nachführen der Zuführeinheit
10 bei der Abfolge von mehreren hintereinander ablaufenden Setzvorgängen (Arbeitszyklen).
1 zeigt die Zuführeinheit
10 sowie die Setzeinheit
8 in einer vollständig zurückgezogenen Ausgangsposition. Ausgehend von dieser Ausgangsposition lässt sich die Zuführeinheit
10 in beliebige Zwischenpositionen zwischen der Ausgangsposition und einer Setzposition der Setzeinheit
8 verfahren. In der jeweiligen Zwischenposition erfolgt eine Zuführung eines jeweiligen Verbindungselements
4 zur Setzeinheit
8. Zweckdienlicherweise sind dabei Setzeinheit
8 und Zuführeinheit
10 unabhängig voneinander in Richtung zur Setz- oder Arbeitsposition verfahrbar, so dass für die Zuführeinheit
10 eine individuelle Zwischenposition eingenommen werden kann, die unabhängig von der jeweiligen Position der Setzeinheit
8 ist. Durch diese Maßnahme ist eine individuelle Positionierung der Zuführeinheit
10 in einer Zwischenposition nahe am Werkstück
6 ermöglicht. Hierdurch wird eine erforderliche Rückstellbewegung der Setzeinheit
8 nach der eigentlichen Setzoperation zur erforderlichen Aufnahme eines weiteren Verbindungselements
4 reduziert. Hierdurch ergeben sich Einsparungen in Verfahrzeiten und damit insgesamt eine geringere Taktrate für einen jeweiligen Arbeitszyklus.
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Ein weiterer wesentlicher Aspekt, welcher Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, ist der spezielle Aufbau der Setzeinheit 8, wie er sich in beispielhafter Ausgestaltung aus den 2A–2D sowie den 3A–3D ergibt. Die 2A–2D zeigen jeweils eine Schnittansicht der Setzeinheit 8 entlang der Schnittlinie II-II der 4 in unterschiedlichen Arbeitspositionen. Die 3A–3D zeigen jeweils eine Schnittansicht der Setzeinheit 8 entlang der Schnittlinie III-III der 4 in den unterschiedlichen Arbeitspositionen. Die 4 zeigt eine Draufsicht auf die Setzeinheit 8 von oben.
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Die 2A zeigt dabei die Setzeinheit 8 in einer Grundstellung, die 2B die Setzeinheit 8 nach erfolgtem Lochstanzvorgang nach dem Erzeugen eines Loches 46 und beim Auswerfen eines Stanzbutzens 104, die 2C zeigt die Setzeinheit 8 bei einer Setzoperation, und zwar nachdem eine Mutter (Verbindungselement 4) der Setzeinheit 8 zugeführt wurde und vor dem eigentlichen Ein – pressvorgang. 2D zeigt schließlich den Zustand unmittelbar beim Einpress- oder Setzvorgang.
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Korrespondierend zu den 2A bis 2D zeigen die 3A bis 3D die gleichen Arbeitspositionen wie die 2A bis 2D, jedoch in isometrischen Viertelschnittdarstellungen.
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Die Setzeinheit 8 erstreckt sich allgemein in Zustellrichtung 18. Im oberen Bereich der Setzeinheit 8 ist jeweils ein Endstück des Stößels 16 des ersten Antriebs 14 dargestellt. Dieses Endstück ist insbesondere T-förmig ausgebildet. Der Stößel 16 dringt in eine zentrale Ausnehmung einer Stempelaufnahme 70 ein und übt auf diese eine axiale Stellbewegung aus. Bei der Stempelaufnahme 70 handelt es sich um einen weitgehend massiven Block, welcher verdrehgesichert jedoch mit dem Stößel 16 in axialer Richtung und damit in Zustellrichtung 18 verschieblich am Träger 12, insbesondere am oberen Bogenteil 12A befestigt ist.
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An der Stempelaufnahme 70 ist gegen die Federkraft einer Niederhalterfeder 72 ein Niederhalter 74 gelagert. Dieser weist an seinem vorderen Ende vorzugsweise einen Niederhaltereinsatz 76 auf. Dieser ist bevorzugt austauschbar beispielsweise über eine Schraubverbindung befestigt. Stempelaufnahme 70 und Niederhalter 74 sind über eine Schraube 78, insbesondere eine Bundschraube wie dargestellt verbunden. Innerhalb der Stempelaufnahme 70 ist der Stempel 80 geführt.
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Der Stempel 80 weist an seinem oberen Ende ein verbreitertes Kopfteil 80A auf, an den sich zunächst ein oberer Stempelbereich 80B, an diesen ein unterer Stempelbereich 80C und schließlich endseitig ein Stempelkopf 80D in Zustellrichtung 18 anschließen. Die einzelnen Teilstücke des Stempels 80 sind dabei jeweils als Hülsen ausgebildet. Der untere Stempelbereich 80C weist dabei einen gegenüber dem oberen Stempelbereich 80B und bevorzugt auch gegenüber dem Stempelkopf 80D geringeren Durchmesser auf, wobei die Übergänge jeweils stufenartig unter Ausbildung von Anschlägen ausgebildet sind. Der Stempelkopf 80D ist insbesondere als ein Stanzkopf ausgebildet.
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In einem unteren Bereich der Setzeinheit 8 ist weiterhin eine Stempelhülse 82 angeordnet, die den Stempel 80 insbesondere konzentrisch in einem Teilbereich umgibt. Insbesondere umgibt die Stempelhülse 82 den unteren Stempelbereich 80C sowie auch den Stempelkopf 80D. Die Stempelhülse 82 weist an ihrem oberen Ende einen Aufnahmebereich 82A auf, in den ein vorderer, zapfenartig verjüngter Bereich des oberen Stempelbereichs 80B eindringt. Der obere Stempelbereich 80B stützt sich dabei in dem Aufnahmebereich 82A vorzugsweise über eine Feder 84 an der Stempelhülse 82 ab.
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Die Stempelaufnahme 70 weist ein verbreitertes Oberteil 70A mit einer zentralen Aufnahme für den Stempelkopf 80A auf. An das verbreiterte Oberteil 70A schließt sich ein hülsenförmiges Führungsteil 70B der Stempelaufnahme 70 an. Der Stößel 16 wirkt im Betrieb auf den Stempelkopf 80A von oben ein und drückt diesen gegen einen Anschlag der Stempelaufnahme 70, der am Ende der zentralen Aufnahme des Oberteils 70A ausgebildet ist. Stempel 80 und Stempelaufnahme 70 sind dabei insbesondere in allen vier gezeigten Arbeitspositionen jeweils über den Stößel 16 zueinander fixiert. Das Führungsteil 70B erstreckt sich über die gesamte Länge des oberen Stempelbereichs 80B, welcher im Führungsteil 70B gleitverschieblich geführt ist.
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Der Niederhalter 74 umgibt das Führungsteil 70B üblicherweise konzentrisch unter Zwischenanordnung der Niederhalterfeder 72. Diese stützt sich einerseits an einem vorderen Anschlag des Niederhalters 74 und andererseits am Oberteil 70A der Stempelaufnahme 70 ab, insbesondere in einem stufenförmigen Übergangsbereich vom Oberteil 70A zum Führungsteil 70B.
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Der Niederhalter 70 weist weiterhin an seinem oberen Ende einen verbreiterten Bund 70C auf, in den die Schraube 78 eingeschraubt ist. Ein Schraubenkopf der Schraube 78 ist in einer Kopfaufnahme geführt, die im verbreiterten Oberteil 70A seitlich neben der zentralen Aufnahme für den Stempelkopf 80A ausgebildet ist.
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Innerhalb des Stempels 80 ist konzentrisch ein Auswerferstift 86 geführt. Auf einen Kopf des Auswerferstifts 86 wirkt ein Kipphebel 88 mit einem ersten Arm ein. Ein zweiter Arm stützt sich in einer Ausnehmung 90 eines Bolzens 92 ab, welcher wiederum gleitverschieblich innerhalb einer Bohrung 94 der Stempelaufnahme 70 geführt ist. Die Bohrung 94 ist hierbei in dem verbreiterten Bund 70A der Stempelaufnahme 70 ausgebildet. Innerhalb dieser Bohrung 94 ist ein einstellbarer Anschlag 96 ausgebildet, welcher insbesondere durch einen Gewindestift gebildet ist. Der untere Bereich des Bolzens 92 ist durch eine randseitige Aufnahme 98 des Niederhalters 74 hindurchgeführt und endseitig mit einer Stellmutter 100 gesichert. Innerhalb der Aufnahme 98 ist eine Ausgleichsfeder 102 (Druckfeder) angeordnet, welche sich einerseits am Niederhalter 74 und andererseits am Bolzen 92 abstützt. Die Ausgleichsfeder 102 drückt den Bolzen 92 und damit den zweiten Kipparm des Kipphebels 88 nach oben. Auf den gegenüberliegenden ersten Kipparm wirkt ebenfalls eine Druckfeder, die als Rückzugsfeder 103 bezeichnet wird. Diese stützt sich im Inneren des Stempels 80 ab. Das Kopfteil 80A des Stempels 80 weist eine seitliche Ausnehmung auf, über die der erste Kipparm des Kipphebels 88 eingreift, um sich an einem oberen Kopf des Auswerferstifts 86 abzustützen. Die Ausnehmung erlaubt ein Verschwenken des Kipphebels 88 innerhalb des Kopfteils 80A. Über die Stellmutter 100 ist eine Einstellung der Endposition des Auswerferstifts 86 insbesondere in der Grundstellung möglich. Weiterhin ist durch den Anschlag 96 eine Einstellung einer unteren Endposition des Auswerferstifts 86 ermöglicht. Insgesamt ist daher die Hublage des Auswerferstifts 86 einstellbar.
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Der Bewegungsablauf für die unterschiedlichen Operationen ist wie folgt:
Aus der Grundstellung (2A, 3A) wird der Stößel 16 zunächst in Zustellrichtung 18 verschoben, wodurch der Stempel 80 und auch der Niederhalter 76 gemeinsam in Zustellrichtung 18 verschoben werden. Zwischen Stempel 80 und Stempelhülse 82 besteht eine Zwangsführung, sodass auch die Stempelhülse 82 mitgeführt wird. Bei Erreichen des Werkstücks 6 setzt der Niederhalter 76 auf dem Werkstück 6 auf und presst dieses gegen die Matrize 22, 50 dass das Werkstück 6 geklemmt ist. Bei einer weiteren Zustellung des Stößels 16 wird die Stempelaufnahme 70 (und mit ihr der Stempel 80) relativ zum Niederhalter 76 gegen die Kraft der Niederhalterfeder 72 verschoben. Die Zwangsführung zwischen dem Stempel 80 und der Stempelhülse 82 wird spätestens bei Erreichen des Werkstücks 6, also einer Bauteiloberfläche, vorzugsweise etwas zuvor bei einer ersten Hubposition (Setzposition) H1 (2D) aufgehoben und es wird lediglich noch der Stempel 80 weiter nach vorne bis zu einer zweiten Hubposition (Stanzposition) H2 (2B) verschoben. Der Stempelkopf 80D ist als Stanzelement ausgebildet, welches beim weiteren Verschieben das Werkstück 6 durchstanzt, sodass ein Stanzbutzen 104 erzeugt wird.
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Die Zwangsführung zwischen Stempel 80 und Stempelhülse 82 und deren Aufhebung wird insbesondere anhand der 3A bis 3D deutlich: Die Stempelhülse 82 weist eine Führungsnut 106 auf, in die ein feststehender Führungsstift 108 eingreift. Der Führungsstift 108 ist dabei am Niederhalter 74, insbesondere am Niederhaltereinsatz 76 befestigt. Die Führungsnut 106 erstreckt sich dabei in einem vorderen Teilbereich zunächst streng in axialer Richtung, also in Zustellrichtung 18, bevor dann in einem mittleren Umlenkbereich sie etwas in Radialrichtung ausweicht und anschließend wieder in einen axialen Endabschnitt übergeht. Bei einem axialen Vorschub führt dies bei Erreichen des mittleren Umlenkbereichs zu einer Verdrehung der Stempelhülse 82 relativ zum Stempel 80.
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Weiterhin sind im rückwärtigen Bereich zwischen Stempel 80 und Stempelhülse 82 Mitnehmeranschläge 110A, B (3B) ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist dies durch eine in etwa zinnenartige Umfangskontur ausgebildet. Diese weist Zinnen sowie Taschen auf. Wie insbesondere aus der 3A hervorgeht, liegen zunächst die Zinnen einander gegenüber. Nach einer geringfügigen Verdrehung der Stempelhülse 82 relativ zum Stempel 80 greifen dann die Zinnen der Stempelhülse 82 in die Taschen des Stempels 80 ein, sodass die Zwangsführung zumindest für einen gewissen axialen Hub aufgehoben ist und der Stempel 80 relativ zur Stempelhülse 82 weiter verfahren kann. Die Relativverschiebung in Zustellrichtung 18 bestimmt sich dabei bevorzugt über die Tiefe der Taschen. Bei der Rückwärtsbewegung wird die Stempelhülse 82 mit Hilfe der Feder 84 wieder in die vordere Position gedrückt und es wird wieder die Grundstellung (2A) eingenommen.
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Wie weiterhin aus der 2B zu entnehmen ist, erfolgt vor der Rückführung in die Grundstellung noch das Auswerfen des Stanzbutzens 104 mit Hilfe des Auswerferstifts 86. Dieser wird mit Hilfe der Ausgleichsfeder 102 und über den Kipphebel 88 nach unten gedrückt. Die Federkraft der Ausgleichsfeder 102 ist hierzu größer als die der Rückzugsfeder 103. Über die Stellmutter 100 ist die obere Hubposition des Auswerferstifts 86 eingestellt. D. h. Die Stellmutter 100 sperrt quasi in der Grundstellung, so dass die Ausgleichsfeder 102 den Bolzen 92 nicht nach oben drücken kann. Verfährt der Stößel 80 nach unten, so wird die Stempelaufnahme 70 relativ zum Niederhalter 74 nach unten verfahren. Die Stellmutter 100 liegt nicht mehr am Niederhalter 74 an, sperrt also den Bolzen 92 nicht mehr. Bevorzugt wird die Ausgleichsfeder 102 komprimiert. Der Bolzen 92 kann von der Ausgleichsfeder 102 nach oben gedrückt werden, insbesondere bis zum Anschlag 96, wodurch eine untere Hubposition H3 des Auswerferstifts festgelegt ist (vgl. 2B)
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Sobald mittels des Stempels 80 der Stanzbutzen 104 herausgestanzt ist führt dies dazu, dass der Auswerferstift 86 durch die Ausgleichsfeder 102 weiter nach unten gedrückt und der Stanzbutzen 104 in die Matrize 22 übergeben wird. Beim Rückfahren in die Grundstellung wird der Auswerferstift 86 über die Rückzugsfeder 103 nach oben gedrückt.
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Der Bewegungsablauf für das Einpressen eines Einpresselements 4 (Verbindungselement, Einpressmutter) (Setzoperation) ist grundsätzlich vergleichbar. Ein entscheidender Unterschied besteht jedoch darin, dass der Stempel 80 maximal lediglich die Setzposition, also die erste Hubposition H1 (2D) erreicht, sodass also keine Entkopplung zwischen Stempelhülse 82 und Stempel 80 erfolgt. Vielmehr bilden Stempel 80 und Stempelhülse 82 ein gemeinsames Stempelbauteil mit einer gemeinsamen, in einer Ebene liegenden Stirnfläche, welche auf die Oberseite des Verbindungselements 4 einwirkt und gemeinsam eine Presskraft zum Einpressen desselben in das vorgelochte Werkstück 6 ausübt.
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Die 2C, 2D zeigen dabei eine Setzoperation in ein vorgelochtes Werkstück 6. Grundsätzlich können jedoch auch selbststanzende Verbindungselemente, insbesondere sogenannte Stanzmuttern verwendet werden, sodass auch das Einbringen einer solchen Stanzmutter in ein ungelochtes Werkstück 6 ermöglich ist.
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Bei derartigen selbststanzenden Verbindungselementen 4 fällt wieder ein Stanzbutzen 104 an, der automatisch durch den Auswerferstift 86 ausgeworfen wird. Dieser ist daher insbesondere derart eingestellt, dass er auch beim Setzen eines Verbindungselements 4 durch das Werkstück 6 etwas hindurch dringt, wie dies z. B. anhand der 2D zu erkennen ist. Die Einstellung des Auswerferstifts 86 erfolgt allgemein mit Hilfe der Stellmutter 100 und des Anschlags 96. Bei vorgelochten Bauteilen läuft der Auswerferstift 86 daher (in der Setzposition) in das Loch 46 im Bauteil hinein.
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Die Steuerung, ob es sich um einen Lochstanzvorgang (2A, 2B) oder lediglich um einen Setzvorgang (2C, 2D) handelt, wird ausschließlich durch die Vorgabe von unterschiedlichen Stößelhüben ΔH, also letztendlich durch den Antrieb 4 (Elektroantrieb) erreicht. Ausgehend von der Grundstellung gemäß 2A wird der Stößel 16 in Zustellrichtung 18 für die Lochstanzoperation (2B) ausgehend von einer Ausgangs-Hubposition A um einen ersten Stößelhub ΔH1 verfahren, so dass die in der 2B dargestellte Endposition erreicht ist. Nach dieser Lochoperation verfährt die Setzeinheit 8 wieder in die Grundstellung (2A, 2C) und nimmt ein Einpresselement 4, insbesondere eine Mutter auf. Für den anschließenden Setzvorgang wird der Stößel 16 ausgehend von der Ausgangs-Hubposition A um einen zweiten Stößelhub ΔH2 verfahren, so dass die in der 2D dargestellte Endposition erreicht ist. Dabei ist der zweite Stößelhub ΔH2 bei dem Setzvorgang geringer, beispielsweise um etwa die Hälfte im Vergleich zu dem ersten Stößelhub ΔH1 beim Lochstanzvorgang. Gleichzeitig ist auch der Auswerferstift 86 rein durch den Hubweg des Stößels 16 gesteuert. Es sind keine aktiven Steuerelemente erforderlich und angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Verbindungselement
- 6
- Werkstück
- 8
- Setzeinheit
- 10
- Zuführeinheit
- 12
- Träger
- 12A
- oberes Bogenteil
- 12B
- unteres Bogenteil
- 14
- erster Antrieb
- 16
- Stößel
- 18
- Zustellrichtung
- 20
- Halter
- 22
- Matrize
- 24
- Grundkörper
- 26
- Matrizenstempel
- 28
- Antriebsmechanismus
- 30
- zweiter Antrieb
- 32
- Betätigungsstange
- 34
- Gestänge
- 46
- Loch
- 48
- Linearführung
- 54
- Zuführschlauch
- 56
- Steuervorrichtung
- 70
- Stempelaufnahme
- 70A
- Oberteil der Stempelaufnahme
- 70B
- Führungsteil
- 72
- Niederhalterfeder
- 74
- Niederhalter
- 76
- Niederhaltereinsatz
- 78
- Schraube
- 80
- Stempel
- 80A
- Kopfteil
- 80B
- oberer Stempelbereich
- 80C
- unterer Stempelbereich
- 80D
- Stempelkopf
- 82
- Stempelhülse
- 82A
- Aufnahmebereich
- 84
- Feder
- 86
- Auswerferstift
- 88
- Kipphebel
- 90
- Ausnehmung
- 92
- Bolzen
- 94
- Bohrung
- 96
- Anschlag
- 98
- Aufnahme
- 100
- Stellmutter
- 102
- Ausgleichsfeder
- 103
- Rückzugsfeder
- 104
- Stanzbutzen
- 106
- Führungsnut
- 108
- Führungsstift
- 110A, B
- Mitnehmeranschlag
- H1
- erste Hubposition
- H2
- zweite Hubposition
- H3
- untere Hubposition des Auswerferstifts
- AH1
- erster Stößelhub
- ΔH2
- zweiter Stößelhub
- A
- Ausgangs-Hubposition
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/156359 A2 [0002]
- WO 2016/055478 A1 [0003]
- EP 2016/080700 [0046]
