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Die
Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Eine solche Stanznietvorrichtung ist aus
der
DE 43 19 436 C1 bekannt.
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Einsatzgebiet
der Erfindung ist das Stanznieten. Beim Stanznieten werden Werkstücke mit
einem geeigneten Niet ohne Vorlochen der Werkstücke miteinander verbunden.
Die zu verbindenden Werkstücke
werden während
des Nietvorgangs von Werkzeugen gehalten und eingespannt und ein
Stempel führt
die Nietbewegung aus. Bei dem Stanznietverfahren, bei dem die Erfindung
eingesetzt wird, stanzt der Niet das Werkstück, daß dem Stempel zugewandt ist
und verformt das Werkstück,
daß dem Stempel
abgewandt ist, plastisch, ohne es zu stanzen. Der Niet ist teilweise
hohl und verformt sich ebenfalls plastisch und es entsteht eine
formschlüssige
Verbindung zwischen den Werkstücken
und dem Niet. Der teilweise hohle Niet wird als Halbhohlniet bezeichnet
und der Hohlraum des Niets nimmt das ausgestanzte Material des stempelseitigen Werkstücks auf.
Die Durchführung
des Stanznietverfahrens erfordert Druckkräfte von ca. 50 kN.
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Vorteil
des Stanznietverfahrens sind die Möglichkeiten, mehrere Werkstücke aus
gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen ohne Vorlochen und ohne
Entfernen von ausgestanztem Material miteinander zu verbinden.
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Stanznietverfahren
werden z.B. bei der Herstellung von Serienprodukten in automatisierten
Fertigungseinrichtungen eingesetzt. Vorrichtungen, die das Stanznietverfahren
ausführen,
sind z.B. stationäre,
feststehende Pressen oder bewegliche Stanznietzangen. Bei stationären Pressen
werden die Werkstücke
in die Presse eingelegt, während
bewegliche Stanznietzangen an die Stanznietposition der Werkstücke zugestellt
werden. Die Zustellung und Positionierung erfolgt dabei mittels
Roboter oder anderer automatisierter Handlingeinrichtungen.
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Aus
dem US-Patent 1 320 225 ist eine zwei Kniehebel umfassende Kniehebelvorrichtung
bekannt, mittels derer zwei Stahlplatten gegeneinander gepresst
werden können.
Hierzu werden die Kniehebelgelenke der Kniehebelvorrichtung von
einem U-förmigen
Bauteil umgriffen, welches durch eine Kolben/Zylinder-Einheit linear
hin- und herbewegt werden kann. Auf diese Weise können die
zwei Kniehebel sich unter entsprechender Verlängerung bzw. Verkürzung der
gesamten Kniehebelvorrichtung einander annähern bzw. sich voneinander
entfernen.
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Vorrichtungen
zum Stanznieten weisen zwei Werkzeuge zum Einspannen der Werkstücke während dem
Stanznietvorgang sowie einen Stempel zum Bewegen des Niets auf.
Die beiden Werkzeuge zum Einspannen werden als Niederhalter und
Gegenhalter bezeichnet. Der
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Niederhalter
befindet sich auf der Stempelseite der Werkstücke und drückt die Werkstücke mit ca.
10 kN auf den starren Gegenhalter, der sich auf der Seite befindet,
die dem Stempel abgewandt ist. Der Gegenhalter hat die Funktion
einer Matrize und die Form der Matrize bestimmt die plastische Verformung
der Werkstücke
und des Niets mit. Niederhalter und Stempel sind Bestandteile der
eigentlichen Nieteinheit in der Vorrichtung zum Stanznieten. Vor
dem eigentlichen Stanznietvorgang ist der Abstand zwischen starrem
Gegenhalter einerseits und der Nieteinheit mit beweglichem Niederhalter
mit Stempel andererseits um ein vielfaches größer als die Materialstärke der
Werkstücke.
Dadurch können
die Werkstücke
in die Vorrichtung zum Stanznieten eingelegt bzw. die Vorrichtung
an die Nietposition zugestellt werden, ohne daß Kollisionsgefahr besteht.
Vor dem eigentlichen Stanznietvorgang wird der Niet an das Stempelende
zugeführt
und Nieteinheit mit Niederhalter und Stempel von der Ausgangsposition
in die Arbeitsposition zugestellt, so daß die Werkstücke zwischen
Niederhalter und Gegenhalter eingespannt sind und der Stempel mit
Niete sich in unmittelbarer Nähe
der Werkstücke
befindet. Anschließend
führt der
Stempel die Nietbewegung aus und nach dem Nietvorgang fahren die
jeweiligen Bewegungen wieder in die Ausgangsposition. Der Stempeldruck
während
dem Nietvorgang bewirkt ein Biegemoment auf den Rahmen der Vorrichtung,
so daß sich
der Rahmen aufbiegt.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Gestaltung der Antriebe für die Bewegungen der verschiedenen Bauteile
in der Vorrichtung zur Durchführung
des Stanznietverfahrens. Der Hub der Nieteinheit ist relativ groß im Vergleich
zum Hub von Niederhalter bzw. Stempel. Die erforderliche Kraft zur
Bewegung der Nieteinheit ist relativ klein im Vergleich zur Kraft,
die Niederhalter und Stempel für
den Nietvorgang aufbringen müssen.
Der Antrieb für
die Bewegung der Nieteinheit muß in
der Arbeitsposition die große
Kraft von Niederhalter und Stempel während dem Nietvorgang aufnehmen
können.
Der Niederhalter muß die Kraft
zum Einspannen der Werkstücke
aufbringen und der Niederhalterhub muß die Aufbiegung des Rahmens
kompensieren, so daß die
Werkstücke während dem
Nietvorgang eingespannt bleiben. Niederhalter und Stempel sollen
unabhängig voneinander
und unabhängig
von der Position der Nieteinheit linear verschiebbar sein.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die kabel- bzw. schlauchlose Zuleitung
der Antriebsenergie für
die Bewegungen von Nieteinheit, Niederhalter und Stempel.
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Die
Nieten sollen am Stempelende während dem
Zeitraum nach der Nietzuführung
und vor dem eigentlichen Nietvorgang gehalten werden, so daß der Niet
seine Lage nicht verändern
kann. Aufgabe der Erfindung ist eine Haltemöglichkeit für den Niet am Stempelende zu
schaffen.
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Beim
Einsatz der Vorrichtung in automatisierten Fertigungseinrichtungen
ist hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Wiederholgenauigkeit
gefordert. Dazu sollen die zu bewegenden Massen möglichst
gering sein. Weitere Anforderungen sind geringe Abmessungen, damit
auch schwer zugängliche
Nietpositionen erreichbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
und der Unteransprüche
gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
besteht aus C-förmigen
Rahmen und daran befestigtem Gegenhalter, Nietzuführung, Gehäuse und
darin linear verschiebbarer Nieteinheit, wobei die Nieteinheit Zylinder,
Niederhalter und Stempel beinhaltet. Die Nieteinheit wird mittels
Kniehebelantrieb von der Ausgangsposition in die Arbeitsposition
verschoben, so daß die
Werkstücke
zwischen Niederhalter und Gegenhalter eingespannt sind und der Stempel
mit Niete sich in unmittelbarer Nähe der Werkstücke befindet.
In der Arbeitsposition ist der Kniehebel ausgestreckt und kann dadurch
die relativ große
Kraft von Stempel bzw. Niederhalter während dem Nietvorgang aufnehmen.
Der Kniehebel wird von einem Linearantrieb betätigt, der mit geringer Antriebskraft
sicherstellt, daß der
Kniehebel bei großer
Belastung in der Strecklage nicht ausknickt. Niederhalter und Stempel
sind am Ende, daß dem
Werkstück
abgewandt ist, als Kolben ausgebildet und die Kolben werden mit
Fluiddruck beaufschlagt um die Bewegungen auszuführen. Während dem Nietvorgang weitet
sich der C-förmige
Rahmen aufgrund elastischer Biegung auf und der Hub des Niederhalters
kompensiert diese Aufbiegung, so daß die Werkstücke während des Nietvorgangs
immer eingespannt sind. Die Zuleitung des Fluids vom Gehäuse zur
Nieteinheit erfolgt über teleskopische
Rohrleitungen, so daß die
Kolben von Niederhalter und Stempel unabhängig voneinander und unabhängig von
der Position der Nieteinheit immer mit Fluiddruck beaufschlagt werden
können
und keine Schlauchleitungen benötigt
werden. Ebenso wird Unterdruck über
eine teleskopische Rohrleitung vom Gehäuse zur Nieteinheit geleitet.
Innerhalb der Nieteinheit wird der Unterdruck an das Stempelende geleitet
und hält
dort den Niet während
dem Zeitraum nach der Nietzuführung
und vor dem eigentlichen Nietvorgang, so daß der Niet seine Lage nicht
verändern
kann.
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In
den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen
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1: Gesamtansicht der Stanznietzange,
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2: Längsschnitt von Gehäuse und
Nieteinheit der Stanznietzange, Ausgangsposition
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3: Längsschnitt von Gehäuse und
Nieteinheit der Stanznietzange, Arbeitsposition
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4: Schnitt entlang der Linie
F-F aus 2,
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5: Schnitt entlang der Linie
C-C aus 4,
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6: Schnitt entlang der Linie
G-G aus 5,
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7: Schnitt entlang der Linie
D-D aus 2,
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8: Schnitt entlang der Linie
E-E aus 7,
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9: Schnitt entlang der Linie
H-H aus 8.
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In 1 ist die Vorrichtung zur
Durchführung des
Stanznietverfahrens als Stanznietzange (1) ausgeführt, die
an einem Roboter oder einer anderen automatisierten Handlingeinrichtung
angebracht ist, die in der Zeichnung nur angedeutet ist. In der 1 befindet sich die Stanznietzange
in der Nietposition in der Nähe
der beiden zu vernietenden Werkstücke (2, 3).
Die Stanznietzange besteht aus C-Rahmen (4) mit Gegenhalter
(29), Nietzuführung
(5), Gehäuse
(6) und darin integrierter Nieteinheit (7) mit
Niederhalter (8) und Stempel (9). In der Figur 2
ist ein Längsschnitt durch
Gehäuse
(6) und Nieteinheit (7) dargestellt, wobei sich
die Nieteinheit in der Ausgangsposition befindet. Die Nieteinheit
ist über
den Bolzen (10) an den Schenkel (11) des Kniehebels
(12) angelenkt und der Kniehebel wird von dem Pneumatikzylinder (13)
betätigt.
Die Nieteinheit ist im Gehäuse
(6) verschiebbar gelagert und beinhaltet die Zylinder (14, 15),
die Zylinderdeckel (16, 17), den Niederhalter
(8) und den Stempel (9). Niederhalter und Stempel
sind am Ende, daß dem
Werkstück
abgewandt ist, als Kolben (18, 19) ausgebildet,
die in den Zylindern (14, 15) gelagert sind. Der
Niederhalter ist rohrförmig
gestaltet und umschließt
den Stempel. Stempel und Niederhalter bilden am Ende, daß dem Werkstück zugewandt
ist, in der dargestellten Ausgangsposition eine zylindrische Aufnahme
(20), in der die Niete (21) aufgenommen wird.
Der Stempel (9) ist teilweise rohrförmig gestaltet und die Innenbohrung
(22) wird mit Unterdruck beaufschlagt, so daß die Niete
festgehalten wird. Der Unterdruck wird vom Gehäuseanschluß (23) über die
teleskopische Rohrverbindung (24) und den Rohranschluß (25)
zu der Innenbohrung geleitet. Die teleskopische Rohrverbindung (24)
besteht aus Rohr (26), Gehäusebohrung (27) und
Dichtringen (28), die Rohr und Gehäusebohrung abdichten. Der Unterdruck
wird von einem Drucksensor überwacht. Anhand
des Druckwertes kann erkannt werden, ob sich eine Niete in der zylindrischen
Aufnahme (20) befindet.
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In
der 3 ist die Arbeitsposition
zum Ende des Nietvorgangs dargestellt. Der Kniehebel (12)
befindet sich in der Strecklage und die Nieteinheit befindet sich
in der Arbeitsposition. Die Werkstücke (2, 3) sind
zwischen dem Gegenhalter (29) und dem Niederhalter (8)
eingespannt und der Stempel (9) hat den Nietvorgang ausgeführt, so
daß die
Niete (21) und die Werkstücke miteinander verbunden sind.
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Die
Schnitte in den 4, 5, 6 zeigen die Zuleitung des Hydrauliköls zu dem
Zylinder (14) zum Antrieb des Niederhalterkolbens (18). Über die
teleskopische Rohrverbindungen (30, 31) werden
die beiden Seiten des Niederhalterkolbens (18) mit Hydrauliköl beaufschlagt.
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Die
Schnitte in den 7, 8, 9 zeigen die Zuleitung des Hydrauliköls zu dem
Zylinder (15) zum Antrieb des Stempelkolbens (19). Über die
teleskopischen Rohrverbindungen (32, 33) werden
die beiden Seiten des Stempelkolbens (19) mit Hydrauliköl beaufschlagt.
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Die
teleskopischen Rohrverbindungen (31, 32, 33, 34)
ermöglichen
die Versorgung der jeweiligen Kolbenseiten mit Öldruck unabhängig von
der Stellung der Nieteinheit (7). Die teleskopischen Rohrverbindungen
(31, 32, 33, 34) bestehen jeweils
aus Rohr (34, 35, 36, 37), Gehäusebohrung
(38, 39, 40, 41) und Dichtringen
(42, 43, 44, 45).
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Während der
Durchführung
des Stanznietverfahrens wird der Öldruck an der rückwärtigen Seite
(46) des Stempelkolbens (19) mittels des Drucksensors
(47) kontinuierlich gemessen und daraus die Einpreßkraft kontinuierlich
ermittelt. Ebenso wird der Einpreßweg des Stempels mittels des
Wegsensors (48) kontinuierlich gemessen und mit diesen
Meßdaten
kann die Durchführung
des Stanznietverfahrens kontrolliert werden.