DE10335085B4

DE10335085B4 - Setzwerkzeug mit auswechselbaren Baugruppen

Info

Publication number: DE10335085B4
Application number: DE10335085.3A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Lang; Andreas Wenzel
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: DE10335085A1

Abstract

Setzwerkzeug zum umformtechnischen Fügen, mit einem Rahmen (6), einem am Rahmen vorgesehenen Antrieb (8) und mehreren den Fügevorgang unmittelbar betreffende Baugruppen (10, 12), wobei eine oder mehrere der Baugruppen (10, 12) am Rahmen (6) mittels einer Schnellwechselaufnahme (16, 18) auswechselbar angeordnet sind, und das Setzwerkzeug als Stanznietwerkzeug ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in sich geschlossenes unabhängiges Nietmagazin in einen Setzkopf (10) des Setzwerkzeugs integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Setzwerkzeug zum umformtechnischen Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material, insbesondere zum Stanznieten oder Durchsetzfügen (Clinchen), sowie eine Fertigungsanlage mit mindestens einem derartigen Setzwerkzeug.
Derartige Setzwerkzeuge bestehen üblicherweise aus einem Rahmen, einem hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb und mehreren den Fügevorgang unmittelbar betreffende Baugruppen wie einen Setzkopf und eine Matrize. In Fertigungsstrassen sind diese Setzwerkzeuge üblicherweise an Roboterarmen angebracht. Diese robotergeführten Setzwerkzeuge werden derzeit nach sogenannten Formaten, d. h. im Hinblick auf Größe, Form und Qualität der Fügeverbindung, ausgelegt. Im Fall von Stanznietwerkzeugen handelt es sich hierbei um die Nietgröße und -form (Nietdurchmesser und Nietkopfgeometrie) sowie die Matrizengeometrie, die einen Einfluss auf die Qualität der Nietverbindung hat.
Da die den Fügevorgang unmittelbar betreffenden Baugruppen nach bestimmten derartigen Formaten ausgelegt sind, muss das komplette Setzwerkzeug ausgewechselt werden, wenn eines dieser Formate geändert werden soll. Für jede größere Fertigungsanlage muss daher eine entsprechende Anzahl unterschiedlicher Setzwerkzeuge vorrätig gehalten werden, was naturgemäß mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden ist. Das Auswechseln der Setzwerkzeuge erfordert überdies einen beträchtlichen Arbeitsaufwand, da Energieversorgungs- und Nietzuführungsleitungen gelöst und wieder angeschlossen werden müssen.
Eine Zangennietvorrichtung zur Herstellung schwer zugänglicher Nietverbindungen ist in AT 81 385 B beschrieben. Die Zangennietvorrichtung umfasst zwei in der Maulöffnung einer Nietmaschine auswechselbar angeordnete, döppertragende Schenkel. Der untere Schenkel ist am unteren Arm des Nietbügels festgeschraubt, während der obere Schenkel am unteren Nietstempelende scharnierartig befestigt ist und an seinem äußeren Ende den Oberdöpper trägt. Das innere Ende des oberen Schenkels wird von einer am oberen Arm des Nietbügels in einer ringförmigen Nut befestigten Schraube beim Nieten unterstützt. Auf diese Weise bleibt der Raum zwischen den Zangenschenkeln für das zu nietende Arbeitsstück frei.
In AT 81 386 B ist eine Hilfseinrichtung für Nietmaschinen beschrieben. Diese Hilfseinrichtung umfasst einen auf das freie Ende des Nietbügels aufschiebbaren Hilfsnietbügel, der an einem zugespitzten Horn den unteren Döpper trägt und dessen oberer Teil mit einer Bohrung zur Führung des oberen Döppers versehen ist, der an einer in die eigentliche Döpperspindel eingesetzten Verlängerungsstange befestigt ist.
Eine weitere Nietvorrichtung ist in US 2,331,359 A beschrieben. Die Nietmaschine umfasst eine Nietpistole, einen darauf befestigten Hammer zum Übermitteln von darauf ausgeübten Stößen auf einen Niet, einen entfernbaren Amboss, der gleitend auf dem Hammer befestigt ist, nachgiebige Mittel zum Spannen des Ambosses in Richtung des Hammers, um einen zu nietenden Niet dazwischen zu greifen, und manuell betreibbare Mittel zum in Eingriff bringen mit dem Amboss, um denselben von dem Hammer gegen die Wirkung der nachgiebigen Mittel zu bewegen, um den Niet freizugeben.
Eine weitere Vorrichtung zum mechanischen Fügen, Scheren, Schneiden, Bördeln oder schlagenden Umformen von Blech, Rohr oder Profilteilen ist in DE 100 06 789 A1 beschrieben. Die Vorrichtung weist einen oberen und einen unteren Werkzeughalter auf, die in einer Arbeitsrichtung zueinander ausgerichtet und mit einer vorgegebenen Öffnungsseite zueinander beabstandet sind. In den Werkzeughaltern sind Werkzeuge aufgenommen, wobei mindestens ein Werkzeughalter ein Werkzeug auswechselbar aufnimmt, wozu der mindestens eine Werkzeughalter ein Werkzeugnest aufweist, in das das auswechselbare Werkzeug mit einem eine Gesamteinspannlänge bestimmenden Werkzeugschaft einsetzbar und mittels eines Befestigungselements arretierbar ist. Das Werkzeugnest für das auswechselbare Werkzeug weist eine axiale Führung mit seitlicher Lagesicherung für mindestens zwei eine erste und zweite Teileinspannlänge bestimmende Werkzeugschaftabschnitte auf. Der Werkzeugschaft ist in Arbeitsrichtung um die Strecke der längsten der mindestens zwei Teileinspannlängen verschiebbar in eine Einsetz/Entnahmestellung, bei der der Werkzeugschaft für ein seitliches Einsetzen/Entnehmen des Werkzeugschaftes lagersicherungsfrei in dem Werkzeugnest des Werkzeughalters sitzt. Die Länge der längsten der mindestens zwei Teileinspannlängen ist kleiner gleich der Länge der vorgegebenen Öffnungsweite.
In DE 38 52 634 T2 ist ein Nietverfahren und eine Vorrichtung beschrieben. Eine Realisierung des Nietverfahrens und der Vorrichtung erfolgt in einer Montagezelle unter Verwendung eines Paares unter Rechnersteuerung synchron arbeitender Robotik-Bearbeitungszentren, die in der Lage sind, automatisch und spiegelbildlich zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der in einer Einspannung gehalterten und zu verbindenden Bauteile zu arbeiten. Dabei steuern die Rechner die Roboter aufgrund von in einem Speicher gehaltenen Konstruktionsdaten für die gesamte Baugruppe.
Eine Stanznietzuführung ist in DE 198 42 103 A1 beschrieben. Hierbei werden mehrere Stanznieten in einem Magazin gespeichert und die Stanznieten werden aus dem Magazin entnommen und einzeln einer Vorrichtung zugeführt, wobei das Magazin nach Unterschreiten einer Mindestzahl von Stanznieten im Magazin wiederbefüllt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Setzwerkzeug zum umformtechnischen Fügen sowie eine Fertigungsanlage mit mindestens einem derartigen Setzwerkzeug zu schaffen, bei denen der durch einen Formatwechsel bedingte Aufwand möglichst gering ist.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
Erfindungsgemäß werden eine oder mehrere den Fügevorgang unmittelbar betreffende Baugruppen am Rahmen mittels einer Schnellwechselaufnahme auswechselbar angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei den Baugruppen um den Setzkopf und die Matrize des Setzwerkzeuges, wobei jedoch auch nur ein Teil des Setzkopfes betroffen sein kann. Bei einem Formatwechsel muss daher nicht das gesamte Setzwerkzeug ausgewechselt werden; vielmehr werden mittels der Schnellwechselaufnahmen nur diejenigen Baugruppen gewechselt, die vom Formatwechsel betroffen sind. Die Anzahl der in einer Fertigungsanlage vorrätig zu haltenden Setzwerkzeuge kann daher erheblich reduziert werden. Außerdem ist ein rascherer Formatwechsel möglich.
Im Fall von herkömmlichen Stanznietwerkzeugen sind zum Zuführen der Niete eine Nietzuführeinrichtung erforderlich, der die Niete üblicherweise über Nietzuführschläuche zugeführt werden. Um die im Zusammenhang mit der Nietzuführung auftretenden Schwierigkeiten bei einem Formatwechsel zu reduzieren, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein „autonomes”, d. h. in sich geschlossenes unabhängiges Nietmagazin in das Setzwerkzeug, insbesondere in den Setzkopf, integriert ist, das in einer externen Befüllstation wiederbefüllt werden kann. Die im Stand der Technik vorgesehenen Nietzuführschläuche können daher entfallen, was den Kosten- und Arbeitsaufwand weiter reduziert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Fertigungsanlage mit mindestens einem derartigen an einem Roboter angebrachten Setzwerkzeug vorgesehen, das Zugriff auf eine oder mehrere Wechselstationen hat, in denen eine bestimmte Anzahl von auswechselbaren Baugruppen vorrätig gehalten werden. Die Wechselstation wird zweckmäßigerweise mit einer Befülleinrichtung zum Wiederbefüllen eines Nietmagazins versehen, wenn es sich bei dem Setzwerkzeug um ein Stanznietwerkzeug handelt.
Wenn auch der bevorzugte Anwendungsbereich der Erfindung die Niettechnik, insbesondere Stanzniettechnik ist, lässt sich die Erfindung auch bei Setzwerkzeugen zum Durchsetzfügen (Clinchen) verwenden.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stanznietwerkzeuges;
2 eine vergrößerte Darstellung des mit dem strichpunktierten Kreis II bezeichneten Abschnitt des Stanznietwerkzeuges in 1;
3 der 2 entsprechende Ansichten auswechselbarer Setzköpfe;
4 eine vergrößerte Ansicht des mit dem strichpunktierten Kreis IV bezeichneten Abschnitt des Setzwerkzeuges in 1;
5 Seitenansichten auswechselbarer Matrizen;
6 eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsanlage mit mehreren Setzwerkzeugen.
Bei dem in 1 dargestellten Setzwerkzeug 2 handelt es sich um ein Stanznietwerkzeug, das am Arm eines Roboters 4 angebracht ist. Das Stanznietwerkzeug setzt sich aus einem C-förmigen Rahmen 6, einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb 8, einem Setzkopf 10, einer Matrize 12 und einer Steuereinrichtung 14 zusammen.
Der Setzkopf 10 besteht im wesentlichen aus einem den Setzvorgang durchführenden Stempel, einem die zu fügenden Bauteile haltenden Niederhalter und einer Nietzuführung. Da es sich hierbei um bekannte Bauteile bzw. Baugruppen handelt, wird auf sie nicht näher eingegangen.
Wie bereits eingangs erläutert, muss im Stand der Technik das gesamte Setzwerkzeug am Roboterarm ausgewechselt werden, wenn ein Formatwechsel wie z. B. eine Änderung der Form und Größe des Stanznietes bzw. der Qualität der Nietverbindung (Form der Matrize) durchgeführt werden soll. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind daher die den Formatwechsel unmittelbar betreffenden Baugruppen, und zwar der Setzkopf 10 sowie die Matrize 12, mittels schematisch angedeuteter Schnellwechselaufnahmen 16 bzw. 18 (2 und 4) am übrigen Teil des Setzwerkzeuges angebracht. Bei einem Formatwechsel müssen daher lediglich der Setzkopf 10 und/oder die Matrize 12 ausgewechselt werden, was mit Hilfe der Schnellwechselaufnahmen 16 bzw. 18 in kürzester Zeit durchgeführt werden kann. Die Schnellwechselaufnahmen 16 und 18 können beispielsweise als Rast-, Spann- oder Klemmverbindungen ausgebildet sein.
Es müssen somit nicht mehr ganze Setzwerkzeuge unterschiedlicher Formate vorrätig gehalten werden; vielmehr genügt es, Setzköpfe 10', 10'' ... unterschiedlicher Formate (s. 3) sowie Matrizen 12', 12'' ... unterschiedlicher Formate (s. 5) vorrätig zu halten.
6 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Fertigungsanlage mit mehreren Stanznietwerkzeugen 2, die jeweils am Arm 5 eines Roboters 4 angebracht sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fertigungsanlage eine Fertigungsstraße 20 zum Montieren von Fahrzeugen, in welcher in aufeinanderfolgenden Stationen Stanznietverbindungen im Heckbereich 24, im Kabinenbereich 26, im Frontbereich 28 und in den Seitenbereichen 30 herzustellen sind.
In der ersten Station ist dem robotergeführten Stanznietwerkzeug 2 eine Wechselstation W1 zugeordnet. Wie durch gestrichelte Linien angedeutet, hat das Stanznietwerkzeug 2 durch den Roboter 4 Zugriff auf die Wechselstation W1, so dass es mit in der Wechselstation W1 vorrätig gehaltenen Setzköpfen 10 und Matrizen 12 bestückt werden kann.
Das Stanznietwerkzeug 2 ist zweckmäßigerweise mit einem in sich geschlossenen, unabhängigen Nietmagazin (nicht gezeigt) versehen. Wie in 6 schematisch angedeutet, enthält die Wechselstation W1 eine Befüllstation 32, mit der das in den Setzkopf integrierte Nietmagazin wiederbefüllt werden kann. Das Nietmagazin kann ein Nietmagazin mit lose darin angeordneten Nieten oder ein Nietmagazin mit gegurteten Nieten sein. Denkbar ist auch, das Nietmagazin auswechselbar am Setzwerkzeug vorzusehen, so dass statt einer Befüllstation 32 eine Magazinwechselvorrichtung vorgesehen werden könnte.
In der nächsten Station der Fertigungsstraße 20 ist der dort vorgesehene Roboter 4 mit dem an seinem Arm 5 befestigten Stanznietwerkzeug 2 so dargestellt, dass das Stanznietwerkzeug 2 Zugriff zu zwei Wechselstationen, und zwar der Wechselstation W1 sowie einer Wechselstation W2 hat. Die Wechsel- bzw. Befüllvorgänge für das Stanznietwerkzeug 2 können daher wahlweise an der einen oder anderen Wechselstation W1 bzw. W2 durchgeführt werden.
Für die beiden darauf folgenden Stationen der Fertigungsstraße 20 ist nur eine einzige Wechselstation W3 vorgesehen, zu der drei verschiedene robotergeführte Stanznietwerkzeuge 2 Zugriff haben. Die Wechselstation W3 ist gleich oder ähnlich wie die Wechselstationen W1 und W2 aufgebaut.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 sind als Setzwerkzeuge Stanznietwerkzeuge vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass statt der Stanznietwerkzeuge oder zusätzlich zu diesen Setzwerkzeuge zum Durchsetzfügen (Clinchen) vorgesehen werden können.

Claims

Setzwerkzeug zum umformtechnischen Fügen, mit einem Rahmen (6), einem am Rahmen vorgesehenen Antrieb (8) und mehreren den Fügevorgang unmittelbar betreffende Baugruppen (10, 12), wobei eine oder mehrere der Baugruppen (10, 12) am Rahmen (6) mittels einer Schnellwechselaufnahme (16, 18) auswechselbar angeordnet sind, und das Setzwerkzeug als Stanznietwerkzeug ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in sich geschlossenes unabhängiges Nietmagazin in einen Setzkopf (10) des Setzwerkzeugs integriert ist.
Setzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auswechselbaren Baugruppen den Setzkopf (10) und/oder eine Matrize (12) umfassen.
Setzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nietmagazin in einer externen Befüllstation (32) wieder befüllbar ist.
Setzwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es an einem Roboter (4) angebracht ist.
Fertigungsanlage mit mindestens einem an einem Roboter (4) angebrachten Setzwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Setzwerkzeug (2) Zugriff auf mindestens eine Wechselstation (W1) hat, in der mehrere auswechselbare Baugruppen (10, 10', 10''; 12, 12', 12'') vorrätig gehalten werden.
Fertigungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstation (W1) mindestens eine Befülleinrichtung (32) zum Wiederbefüllen eines in das Setzwerkzeug integrierten Nietmagazins enthält.
Fertigungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das am Roboter (4) angebrachte Setzwerkzeug (2) Zugriff auf mehrere Wechselstationen (W1, W2) hat.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Setzwerkzeuge (2) Zugriff auf eine gemeinsame Wechselstation (W3) haben.