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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufrüsten einer ansonsten betriebsfertigen
Zangen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, eine Wegmeßeinrichtung zum Aufrüsten einer
Zange gemäß dem Anspruch
12 sowie eine auf diese Weise aufgerüstete Zange gemäß dem Anspruch
17.
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Zangen
zur Bearbeitung von Gegenständen sind
allgemein bekannt. Es kann sich bei Ihnen um Crimpzangen, Schneidzangen
oder Zangen für
andere Zwecke handeln. Sie lassen sich auch aufrüsten, indem sie zum Beispiel
im Bereich ihrer Arbeitsbacken je nach durchzuführender Aufgabe mit geeignetem
Bearbeitungswerkzeug ausgestattet werden.
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Soll
mit einer solchen Zange zum Beispiel ein Kraft-Weg-Verlauf bezogen
auf das Zangenmaul ermittelt werden, soll also der Verlauf einer
im Zangenmaul wirkenden Maulkraft in Abhängigkeit einer Maulöffnung des
Zangenmauls aufgenommen werden, so muß die Zange mit einer Kraftmeßeinrichtung zur
Messung der Maulkraft sowie mit einer Wegmeßeinrichtung zur Messung der
Maulöffnung
ausgestattet werden. Dies erfolgt üblicherweise bei der Herstellung
der Zange, wie dies aus dem
Deutschen
Gebrauchsmuster 298 06 179.1 bekannt ist.
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Wünschenswert
wäre es
allerdings, wenn ein Kraft-Weg-Verlauf nicht nur mit fabrikfertig
hergestellten Zangen aufgenommen werden könnte.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich von
bereits betriebsfertigen Zangen zu erweitern.
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Eine
verfahrensseitige Lösung
ist im Anspruch 1 angegeben. Dagegen finden sich vorrichtungsseitige
Lösungen
in den Ansprüchen
13 und 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils
nachgeordneten Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Aufrüsten
einer ansonsten betriebsfertigen Zange mit zwei zur Bildung eines
Zangemauls relativ zueinander bewegbaren Arbeitsbacken, zwei relativ
zueinander verschwenkba ren Handgriffen sowie einer Antriebseinrichtung,
die bei Verschwenkung der Handgriffe eine Antriebsbewegung zum Antreiben
der Arbeitsbacken ausführt,
zeichnet sich dadurch aus, daß auf
die betriebsfertige Zange wenigstens eine Wegmeßeinrichtung zum Erfassen einer
Maulöffnung
des Zangenmauls aufgesetzt wird.
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Dadurch
läßt sich
in einfacher Weise die Zange um eine Funktion erweitern, die bei
der Aufnahme von Kraft-Weg-Kurven benötigt wird. Alte Zangen lassen
sich somit in dieser Weise nachrüsten,
so daß es
nicht erforderlich ist, zur Durchführung dieser Funktion eine
neue Zange zu erwerben.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird die betriebsfertige Zange
zusätzlich
im Bereich ihres Zangenmauls mit einer Kraftmeßeinrichtung zur Messung einer
im Zangenmaul wirkenden Maulkraft ausgestattet, so daß nunmehr
auch mit einer bereits ausgelieferten Zange Kraft-Weg-Verläufe aufgenommen
werden können,
um die Qualität
der Bearbeitung eines im Zangenmaul befindlichen Gegenstandes beurteilen
zu können.
Zu diesem Zweck werden üblicherweise
bei der Bearbeitung aufgenommene Kraft-Weg-Verläufe mit vorgegebenen Kraft-Weg-Verläufen verglichen,
um bei Übereinstimmung
das Arbeitsergebnis als gut zu bewerten. Liegen dagegen größere Abweichungen
vor, wird das Arbeitsergebnis als nicht ausreichend bewertet.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung erfaßt die Wegmeßeinrichtung
die Maulöffnung
durch Abfühlen
einer Bewegung der Antriebseinrichtung. In diesem Fall steht die
Wegmeßeinrichtung
mit der Antriebseinrichtung in mechanischem Kontakt und muß zu diesem
Zweck in geeigneter Weise auf die Zange aufgesetzt werden. Hierzu
ist Zugang ins Innere der Zange erforderlich, was aber in der Regel
kein Problem ist, da Zangen der genannten Art häufig nicht vollständig verschlossen
sind.
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Die
Wegmeßeinrichtung
kann die Maulöffnung
aber auch auf jede andere geeignete Weise erfassen, etwa auf optischem,
elektrischem, elektromechanischem oder magnetischem Wege. Insofern
lassen sich also auch Zan gen mit einer Wegmeßeinrichtung ausstatten, die
keinen Zugang ins Innere gestatten.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Maulöffnung durch
die Wegmeßeinrichtung
in einer Endphase der Schließbewegung der
Arbeitsbacken mit höherer
Ortsauflösung
erfaßt als
in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken.
Dabei kann die Ortsauflösung
in der genannten Endphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken
auch ständig
ansteigen.
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Auf
diese Weise erfolgt eine Entzerrung des Kraft-Weg-Verlaufs im Bereich
hoher Kräfte,
so daß ein
genauerer Vergleich des gemessenen Kraft-Weg-Verlaufs mit vorgegebenen Kraft-Weg-Verläufen möglich ist,
was zu verbesserten bzw. genaueren Beurteilungsergebnissen führt.
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In
noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden bei jeweiligen
Maulöffnungswerten
gemessene Maulkräfte
mit Maulkraft-Grenzwerten verglichen, um bei Über- oder Unterschreiten der
Maulkraft-Grenzwerte ein Statussignal zu erzeugen. Prinzipiell dienen
dieses Statussignale dazu, Fehlersignale zu generieren. Allerdings
werden die Statussignale an aufeinanderfolgenden Maulöffnungswerten nur
dann zur Erzeugung eines Fehlersignals herangezogen, wenn die Anzahl
solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte eine vorbestimmte Schwelle überschritten
hat.
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Auf
diese Weise lassen sich temporäre
Abweichungen vom gewünschten
Kraft-Weg-Verlauf herausfiltern, deren Ursachen an sich bekannt
sind und nicht zur Fehlerdetektion herangezogen werden sollen. So
können
die temporären Änderungen
beispielsweise dann auftreten, wenn bei Zangen mit Ratschenbetrieb
nach Durchführung
eines Zangenhubs die Zangenstellung durch die Ratsche gehalten wird.
Hier sinkt zunächst
die Kraft im Zangenmaul ein wenig ab, um beim nächsten Hub dann wieder anzusteigen.
Derartige Kraftverläufe
sollen unberücksichtigt
bleiben, wenn es um die Beurteilung der Güte eines Arbeitsergebnisses
bezogen auf ein im Zangenmaul bearbeiteten Gegenstand geht.
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Natürlich kann
die o. g. Schwelle auch einstellbar sein.
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In
noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auf die Zange auch
eine mit der Wegmeßeinrichtung
und der Kraftmeßeinrichtung
verbundene elektrische Auswerte- und Signalausgabeeinheit aufgesetzt
werden, um einem Benutzer der Zange unmittelbar das Arbeitsergebnis
anzeigen zu können.
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Alternativ
dazu kann mit der Wegmeßeinrichtung
und der Kraftmeßeinrichtung
auch eine elektrische Auswerte- und Signalausgabeeinrichtung verbunden
sein, die von der Zange getrennt angeordnet ist. Zwischen der Wegmeßeinrichtung
und der Auswerte- und Signalausgabeeinrichtung kann dabei ein elektrisches
Kabel verlaufen oder eine andere Schnittstelle vorhanden sein, etwa
eine optische oder eine Infrarotschnittstelle, oder dergleichen.
Dadurch läßt sich
das Arbeitsergebnis auch an anderer Stelle des Betriebseinsatzes
der Zange überwachen,
etwa in einer Zentrale.
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Eine
erfindungsgemäße Wegmeßeinrichtung
zur Erfassung einer Maulöffnung
des Zangemauls einer Zange weist einen auf die Zange aufsetzbaren
Trägerkörper und
eine von diesem abstehende Blattfeder auf, deren Verbiegung durch
ein mit ihr in Kontakt stehendes elektrisches Sensorelement detektierbar
ist, wobei die Blattfeder in die Zange einführbar ist. Dabei kann das Sensorelement
zum Beispiel ein auf der Blattfeder angeordneter Dehnungsmeßstreifen
sein oder ein zwischen Blattfeder und Trägerkörper liegendes piezoelektrisches
Element. Auch andere Ausgestaltungen des Sensorelements sind denkbar.
Der Trägerkörper selbst
weist elektrische Zuleitungen zum Sensorelement auf, um dieses mit
einer geeigneten Spannung bzw. einem geeigneten Strom versorgen
zu können,
um auf diese Weise bei Verbiegung der Blattfeder den sich ändernden Zustand
des Sensorelements detektieren zu können, aus dem sich die Schließstellung
des Zangenmauls ableiten läßt. Die
elektrischen Zuleitungen sind mit der eingangs erwähnten elektrischen
Auswerte- und Signalausgabeeinrichtung verbunden, die auf dem Trägerkörper selbst
bzw. auf der Zange oder separat von der Zange angeordnet sein kann.
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Dabei
kann der Trägerkörper mit
einem Klemmbügel
verschraubt sein, der eine Achse oder einen Distanzbolzen der Zange
klemmend umgreifen kann. Die Wegmeßeinrichtung läßt sich
daher in einfacher Weise ggf. zusammen mit der elektronischen Auswerte-
und Signalausgabeeinrichtung auf die Zange aufsetzen, um diese aufzurüsten.
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Im
Falle einer mit einer Blattfeder ausgerüsteten Wegmeßeinrichtung
muß die
Blattfeder nach dem Aufsetzen des Trägerkörpers auf die Zange ins Innere
der Zange hineinragen und dort von der Antriebseinrichtung der Zange
beaufschlagt bzw. verstellt werden. Hierzu ist die Blattfeder in
geeigneter Weise auszurichten, und es ist das von der Blattfeder beaufschlagte
Sensorelement in entsprechender Weise zu eichen. Vorzugsweise kann
dabei die Blattfeder die Bewegung eines zur Antriebseinrichtung gehörenden Antriebselements
abtasten, das sich zu Beginn der Schließbewegung der Arbeitsbacken
relativ langsam und zum Ende der Schließbewegung der Arbeitsbacken
hin immer schneller bewegt, um auf diese Weise für die Endphase der Schließbewegung
der Arbeitsbacken eine höhere
Ortsauflösung hinsichtlich
des Schließwinkels
bzw. der Schließstellung
der Arbeitsbacken zu erhalten. Das durch die Blattfeder abgetastete
Antriebselement kann dabei ein Arm eines Kniehebels sein, über den
bei Verschwenkung der Zangenhandgriffe die Arbeitsbacken angetrieben
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im
einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 den
vorderen Bereich einer erfindungsgemäßen Zange mit verschiedenen
Wegmeßeinrichtungen
zur Messung einer Maulöffnung
des Zangenmauls sowie mit einer Kraftmeßeinrichtung zur Messung der
im Zangenmaul wirkenden Maulkraft;
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2 eine
auf den vorderen Bereich der Zange aufsetzbare Wegmeßeinrichtung;
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3 bis 5 die
Zange nach 1 bei verschiedenen Maulöffnungen α des Zangemauls;
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6 ein
Kraft-Weg-Diagramm zur Erläuterung
der Beziehung zwischen Maulkraft und Maulwinkel bei der erfindungsgemäßen Zange;
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7 ein
Blockdiagramm einer mit der Zange zusammenarbeitenden Signalverarbeitungs-
und -ausgabeeinrichtung; und
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8 einen
vorgespeicherten Kraft-Weg-Verlauf für einen durchzuführenden Crimpvorgang.
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Entsprechend
der 1 weist eine erfindungsgemäße Zange 1 zwei Handgriffe 2 und 3 auf, von
denen hier aus Platzgründen
nur der vordere Bereich angedeutet ist. Der eine und in 1 obere Handgriff 2 ist
einstückig
mit einem oberen Arbeitsbacken 4 verbunden, an den in seinem
unteren Bereich ein unterer Arbeitsbacken 5 angelenkt ist,
und zwar über
eine gemeinsame Schwenkachse 6. Der in 1 untere
Handgriff 3 ist in seinem vorderen Bereich hinten am unteren
Arbeitsbacken 5 angelenkt, und zwar über eine weitere gemeinsame
Schwenkachse 7. Zwischen dem vorderen Bereich des unteren
Handgriffs 3 und dem vorderen Bereich des oberen Handgriffs 2 ist
ein Kniehebelarm 8 vorhanden. Dieser Kniehebelarm 8 ist
in seinem oberen Ende über
eine gemeinsame Schwenkachse 9 am oberen Handgriff 2 angelenkt
sowie an seinem unteren Ende über
eine gemeinsame Schwenkachse 10 am unteren Handgriff 3 angelenkt,
und zwar kurz hinter dem unteren Arbeitsbacken 5. Im unteren
und nach hinten weisenden Bereich trägt der Kniehebelarm 8 eine Zahnreihe 11 für ein Ratschenglied 12,
das in allgemein bekannter Weise zur Arretierung der Zangenposition
dient, wenn das Zangenmaul noch nicht vollständig geschlossen worden ist.
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Das
Zangenmaul, das in 1 zwischen den vorderen Enden
der Arbeitsbacken 4 und 5 zu liegen kommt, trägt das Bezugszeichen 13.
Im Bereich des Zangenmauls 13 weisen die Arbeitsbacken 4 und 5 weitere
Achselemente 14 und 15 auf, mit deren Hilfe sich
nicht dargestellte Bearbeitungselemente an den Arbeitsbacken 4 und 5 im
Bereich des Zangenmauls 13 befestigen lassen, etwa Crimpstempel.
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Die
Schwenkachsen 7, 9 und 10 sowie die zwischen
ihnen liegenden Bereiche des Kniehebelarms 8 und des vorderen
Teils des unteren Handgriffs 3 bilden einen Kniehebel,
der zum Antrieb der Arbeitsbacken 4 und 5 bei Verschwenkung
der Handgriffe 2 und 3 dient. Wird der Handgriff 3 in 1 vom oberen
Handgriff 2 weggeschwenkt, so bewegt sich die Schwenkachse 10 auf
einer Kreisbahn entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 9 herum, während sie
sich gleichzeitig auch auf einer Kreisbahn um die Schwenkachse 7 im
Uhrzeigersinn herumbewegt, was dazu führt, daß sich das Zangenmaul 13 öffnet. Der
Kniehebel aus den Achsen 7, 9 und 10 wird
somit zusammengeführt.
Wird ausgehend von diesem Zustand der untere Handgriff 3 wieder
auf den oberen Handgriff 2 zu verschwenkt, so wird der Kniehebel
wieder gestreckt, was zur Schließung des Zangenmauls 13 führt. Dabei
wird ausgehend vom gespreizten Zustand der Handgriffe 2 und 3 bei
offenem Zangenmaul der Kniehebel 7, 9, 10 zunächst langsam
gestreckt und bei weiterer Verschwenkbewegung der Handgriffe 2 und 3 aufeinander
zu immer schneller gestreckt, bis schließlich das Zangenmaul 13 seine
Schließstellung
(gezeigt in 1) erreicht hat. Hier liegen
die aufeinanderzuweisenden Flächen der
sich gegenüberliegenden
Arbeitsbacken 4 und 5 parallel. Der Maulwinkel α beträgt hier
0°.
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Im
Bereich des Zangenmauls 13 befindet sich eine nur hier
schematisch angedeutete Kraftmeßeinrichtung 16.
Sie befindet sich in einem Teil des Zangenmauls, der bei Bearbeitung
eines im Zangenmaul 13 liegenden Gegenstandes von der im Zangenmaul
wirkenden Maulkraft beaufschlagt wird. Zur Messung der Maulkraft
im Zangenmaul können grundsätzlich alle
Arten von Kraftsensoren eingesetzt werden, die zum Beispiel den
piezoelektrischen Effekt oder die Magnetostriktion ausnutzen oder
Dehnungsmeßstreifen.
Dabei sind je nach Einbauort für die
Messung der Maulkraft im Zangenmaul Dehnungsmeßstreifen und piezoelektrischen
Kraftsensoren besonders geeignet. Die Kraftmeßeinrichtung 16 kann
zum Beispiel für
den Fall eines Dehnungsmeßstreifens
in einem Bereich des oberen Arbeitsbackens 4 angeordnet
sein, der bei Wirkung der Maulkraft im Zangenmaul 13 elastisch
deformiert wird. Ist die Kraftmeßeinrichtung 16 ein
piezoelektrischer Sensor, so könnte
dieser zwischen dem oberen Arbeitsbacken 4 und dem mit
ihm zu verbindenden Bearbeitungswerkzeug positioniert werden. Entsprechendes
könnte
man alternativ auch im Bereich des unteren Arbeitsbackens 5 vorsehen.
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Als
Wegmeßeinrichtung
zur Messung der Maulöffnung α des Zangenmauls 13 können verschiedene
Einrichtungen zum Einsatz kommen.
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Beispielsweise
könnte
an die Verwendung eines Potentiometers 17 gedacht werden,
dessen Widerstand sich bei Verschwenkung der Handgriffe 2, 3 bzw.
Verschwenkung der Arbeitsbacken 4, 5 ändert. Dieses
Potentiometer kann zwischen dem hinteren Teil des oberen Arbeitsbackens 4 und
der Schwenkachse 10 des Kniehebelantriebs angeordnet werden.
So könnte
beispielsweise eine Widerstandsstrecke des Potentiometers 17 am
oberen Arbeitsbacken 4 gelagert sein, während ein Abgriff des Potentiometers
mit der Schwenkachse 10 verbunden ist und bei Bewegung
der Schwenkachse 10 entsprechend mitgenommen wird. Da sich
ausgehend von der voll geöffneten
Stellung der Zange 1 bei Verschwenkung der Handgriffe 2 und 3 aufeinanderzu der
Kniehebelarm 8 zunächst
nur langsam um die Schwenkachse 9 im Uhrzeigersinn dreht,
wird der Abgriff des Potentiometers 17 zunächst nur
pro Schließwinkelschritt
der Maulöffnung 13 wenig
verschoben. Mit weiterer Verschwenkung der Handgriffe 2 und 3 aufeinanderzu
wird der Kniehebel stärker
und stärker
gestreckt, so daß pro
Schließwinkelschritt
der Maulöffnung 13 der
Abgriff des Potentiometers 17 immer weiter verschoben wird.
Dies führt
schließlich
dazu, daß sich
ein besseres Ortsauflösungsvermögen bei
der Wegmessung ergibt, das um so größer wird, je weiter das Zangemaul 13 geschlossen
wird. Hierauf wird werter unten noch näher eingegangen.
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Alternativ
zu der als Potentiometer 17 ausgebildeten Wegmeßeinrichtung
kann diese auch in der in 2 gezeigten
Weise ausgebildet sein. Es handelt sich hier um eine Wegmeßeinrichtung
mit einem Trägerkörper 18,
der in einfacher Weise auf die bereits betriebsfertige Zange 1 aufgesetzt
werden kann, um diese nachträglich
mit einer Wegmeßeinrichtung aufzurüsten. Hierzu
weist der Trägerkörper 18 in
seinem vorderen unteren Bereich einen Klemmbügel 19 auf, mit dem
er über
eine Schraube 20 verbunden ist, durch die der Klemmbügel 19 gegen
den Trägerkörper 18 gezogen
werden kann. Bei Aufsetzen des Trägerkörpers 18 auf die Zange 1 kann
der Klemmbügel 19 somit
eine Querachse 21 der Zange 1 hintergreifen, die
von außen
zugänglich
ist. Wird dann die Schraube 20 angezogen, wird die Querachse 21 zwischen
Trägerkörper 18 und
Klemmbügel 19 eingeklemmt,
was zu einem festen Sitz des Trägerkörpers 18 auf
der Zange 1 führt.
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Der
Trägerkörper 18 ist
in seinem zum hinteren Zangenende weisenden Bereich mit einer Blattfeder 22 verbunden,
die in Längsrichtung
der Zange verläuft
und vom Trägerkörper 18 absteht.
Diese Blattfeder 22 kann einen Dehnungsmeßstreifen 23 tragen,
der bei Verkrümmung
der Blattfeder 22 seine elektrischen Eigenschaften ändert. Im
Falle der 1 und 2 ist der
Dehnungsmeßstreifen 23 an der
unteren Seite der Blattfeder 22 angebracht, weist also
auf die Zange 1 zu. Alternativ zum Dehnungsmeßstreifen 23 kann
die Blattfeder aber auch beispielsweise ein piezoelektrisches Element 24 beaufschlagen,
das zwischen Blattfeder 22 und Trägerkörper 18 angeordnet
ist. Wird die Blattfeder 22 daher in den 1 und 2 nach
oben verbogen, wird je nach Ausführungsform
entweder der Dehnungsmeßstreifen 23 deformiert
oder es wird das piezoelektrische Element 24 druckbeaufschlagt.
Die damit zusammenhängenden
physikalischen Anderungen lassen sich durch eine geeignet gewählte Meßspannung
detektieren, die an die jeweiligen Elemente angelegt wird. Da dies
Stand der Technik ist, soll hierauf nicht weiter im einzelnen eingegangen
werden.
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Wie
insbesondere in 1 weiter zu erkennen ist, ragt
das freie Ende der Blattfeder 22 ins Innere der Zange 1 hinein.
Es kommt auf einem Ansatz 25 des Kniehebelarms zu liegen,
wobei der Ansatz die Schwenkachse 9 in Richtung zum ersten
Handgriff 2 überragt.
An diesen Ansatz 25 greift im übrigen auch eine Zugfeder 26 an,
deren anderes Ende an einem weiter vorn liegenden Bereich des oberen
Arbeitsbackens 4 befestigt ist. Die Zugfeder 26 ist
also bestrebt, den Kniehebelarm 8 entgegen dem Uhrzeigersinn
um die Schwenkachse 9 zu drehen.
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In
der 1 ist die Verbiegung der Blattfeder 22 am
geringsten, wobei hier das Zangenmaul 13 seine Schließstellung
erreicht hat. Wird das Zan genmaul wieder geöffnet, dreht sich der Kniehebelarm 8 entgegen
dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 9, so daß jetzt
der Ansatz 25 des Kniehebelarms 8 die Blattfeder 22 nach
oben in 1 verbiegt, was zu entsprechender
Beaufschlagung entweder des Dehnungsmeßstreifens 23 oder
des piezoelektrischen Elements 24 führt. Die sich in diesem Zusammenhang
ergebenden Änderungen
der elektrischen Eigenschaften von Dehnungsmeßstreifen 23 oder
piezoelektrischen Element 24 sind dabei ein Maß für den Öffnungswinkel α des Zangenmauls 13.
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Anhand
der 3 bis 5 soll nachfolgend näher der
Betrieb der erfindungsgemäßen Zange
bei Verwendung einer Wegmeßeinrichtung
beschrieben werden, die mit einer Blattfeder 22 ausgestattet
ist, bei deren Verbiegung sich ein Dehnungsmeßstreifen 23 oder
ein piezoelektrisches Element 24 beaufschlagen lassen,
entsprechend der Ausführungsform nach 2.
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Es
sei angenommen, daß sich
gemäß 3 die
Zange in vollständig
geöffnetem
Zustand befindet. Hier sind die Zangenhandgriffe 2 und 32 am
weitesten voneinander gespreizt, während das Zangenmaul 13 eine
Maulöffnung α von 18° aufweist.
Der Kniehebel 7, 9, 10 befindet sich
hier in seiner am wenigsten gestreckten Stellung. Der Kniehebelarm 8 ist dabei
so verschwenkt, daß sein
die Schwenkachse 9 überragender
Ansatz 25 die Blattfeder 22 am stärksten nach
oben in 3 verbiegt. Der Dehnungsmeßstreifen 23 bzw.
das piezoelektrische Element 24 sind jetzt am stärksten beaufschlagt.
Dies soll die Ausgangsstellung der Zange 1 sein. Im vorliegenden
Fall beträgt
der Winkel β zwischen
der Verbindungsgeraden der Schwenkachsen 9 und 10 und
der Horizontalen H (parallel zur unteren ebenen Aufnahmefläche des
oberen Arbeitsbackens 4) 91°.
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Wird
jetzt der untere Handgriff 3 auf den oberen und stationär angenommenen
Handgriff 2 zugeschwenkt, so wird der Kniehebel 7, 9, 10 zunächst ein wenig
gestreckt. Dabei dreht sich die Schwenkachse 10 im Uhrzeigersinn
um die Schwenkachse 9. Hat der Winkel β zwischen der Verbindungsgeraden
der Schwenkachsen 9 und 10 und der Horizontalen
H einen Wert von 99° erreicht,
so ist vorliegend das Zangenmaul 13 schon um die Hälfte geschlossen
worden, also um 9°.
Der Maulwinkel α beträgt jetzt
nur noch 9°.
Dies wurde nach einer Winkeländerung Δβ von 8° erreicht.
Dabei ist zu erkennen, daß nach
wie vor die Blattfeder 22 durch den Ansatz 25 stark
verbogen ist, wenn auch nicht mehr so stark wie im Fall der 3.
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Bei
weiterer Verschwenkung des Zangenhandgriffs 3 auf den Handgriff 2 zu,
wird, wie in 5 gezeigt, das Zangenmaul 13 schließlich vollständig geschlossen,
so daß der
Maulwinkel α =
0° beträgt. Dies
wird ausgehend vom Zustand nach 4 durch eine
weitere Vergrößerung des
Winkels β auf
118° erreicht,
also nach einer weiteren Winkeländerung Δβ von 19°. Der Kniehebelarm 8 ist
jetzt so weit verschwenkt, daß nunmehr
der Ansatz 25 die Blattfeder 22 praktisch vollständig entlastet.
Der Kniehebel 7, 9, 10 ist dabei am weitesten
gestreckt.
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Ein
Vergleich der Winkel α und β in den 3 bis 5 zeigt,
daß zu
Anfang beim Schließen des
Zangenmauls nur eine relativ geringe Veränderung des Winkels β von 8° erforderlich
ist, um den Maulwinkel α von
18° auf
9° zu bringen,
das Zangenmaul 13 also etwa um die Hälfte zu schließen. Die zweite
Hälfte
der Schließbewegung
zur Veränderung des
Maulwinkels α von
9° auf 0° erfordert
dann eine Veränderung
des Winkels β von
19°. Dies
läßt erkennen,
daß pro
Winkelschließschritt
von α =
1° beim Schließen des
Zangenmauls 13 eine immer stärkere Verschiebung des Kniehebelarms 8 erfolgt
und somit eine immer stärkere
Verschwenkung seines Ansatzes 25, so daß zu Beginn der Schließbewegung
die Blattfeder 22 pro Winkelschließschritt von α = 1° nur wenig
entlastet und dann immer stärker
entlastet bzw. verschwenkt wird, je weiter sich das Zangenmaul schließt. Dieser
Effekt kann dazu ausgenutzt werden, bei Aufnahme von Kraft-Weg-Verläufen das Ortsauflösungsvermögen in den
jeweiligen Verlaufsdiagrammen in Richtung zu kleineren Maulwinkeln α zu vergrößern.
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Dies
ist in 6 gezeigt. Dort ist die Maulkraft K über den
Maulwinkel α aufgetragen. Über die gesamte
Skala des Maulwinkels α wird
ausgehend vom maximalen Maulwinkel α = 18° der Maulwinkel α = 9° schon nach
sehr kurzer Verschwenkung der Arbeitsbacken 4, 5 erreicht,
während
der Bereich von α =
9° bis α = 0° relativ
weit gestreckt ist. Gerade in diesem Bereich wirken aber die höheren Maulkräfte, da jetzt
die Bearbeitungswerkzeuge an das zu bearbeitende Gut im Zangenmaul
herangeführt
sind und dieses beaufschlagen, so daß sich die Maulkräfte bezogen
auf die jeweiligen Maulwinkel α viel
genauer erfassen lassen. Dies führt
zu einer besseren Beurteilung der Güte des Arbeitsergebnisses durch
Vergleich der pro Maulwinkel αi
erfaßten
Maulkraft Ki mit einer für
diesen Winkel αi
entsprechenden vorgegebenen Maulkraft Gi.
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Die 6 zeigt
beispielsweise drei Kraft-Weg-Verläufe A, B und C. Der Verlauf
A liegt innerhalb eines durch Punkte dargestellten Referenzbandes
und wird als gut eingestuft. Beim Verlauf B liegt zum Beispiel eine
fehlerhafte Vercrimpung vor, da einige Adern nicht in die Aderendhülse gelangt sind,
die auf die abisolierte Leitung aufgecrimpt worden ist. Der Verlauf
C zeigt ebenfalls eine fehlerhafte Vercrimpung, da hier das Kabel
zu kurz abisoliert worden ist.
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In
der 7 ist eine mit der Zange 1 verbundene
Signalverarbeitungs- und
-ausgabeeinrichtung 27 gezeigt. Sie ist mit den bereits
erwähnten
Kraftsensoren 16 für
die Messung der Maulkraft K und 23, 24 für die Messung
des Maulwinkels α verbunden. Sie
kann ferner mit einem Referenzsensor 28 verbunden sein,
um eine Temperaturabhängigkeit
der Ausgangssignale der Sensoren 16 bzw. 23, 24 ausgleichen
zu können.
Der Referenzsensor 28 ist in nicht näher dargestellter Weise so
an der Zange angeordnet, daß er
weder durch Verbiegungen noch durch Verschiebungen der einzelnen
Elemente der Zange beeinflußt
wird.
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Um
den Kraft-Weg-Verlauf zum Beispiel bei einer Crimpzange erfassen
zu können,
sind die Sensoren 16 bzw. 23, 24 ebenso
wie der Referenzsensor 28 über eine geeignete Schnittstelle
mit einer Auswerteschaltung 29 der Signalverarbeitungs-
und -ausgabeeinrichtung 27 verbunden, wobei die Auswerteschaltung 29 einen
Vergleichskreis 30 aufweist, der einzelne Kraft- und Wegdaten
(Ki, αi)
mit entsprechenden Kraft-Weg-Datenpaaren einer Kraft-Weg-Verlaufskurve 31i eines
ausgewählten Crimpvorgangs
vergleicht. Wie in 7 schematisch angedeutet, sind
die Kraft-Weg-Verlaufskurven 31.1, 31.2,
..., 31.n in einem Datenspeicher 32 gespeichert,
der mit der Auswerteschaltung 30 in einem Auswertemodul 33 der
Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 integriert
ist. Der Vergleichskreis 30 wird dabei zusammen mit der
Auswerteschaltung 29 zum Beispiel von einem Mikroprozessor gebildet.
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Der
Kraft-Weg-Verlauf einer durchgeführten Crimpung
sowie das von dem Vergleichskreis 30 gelieferte Vergleichsergebnis
können
im Datenspeicher 32 gespeichert werden, um für spätere Auswertungen
zur Verfügung
zu stehen.
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Die
Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung 27 umfaßt neben
einer bidirektionalen Infrarotschnittstelle 34 und einer
LCD-Anzeige 35 beispielsweise auch eine Leuchtdiodenanzeigen 36,
die beispielsweise drei Leuchtdioden umfaßt, von denen eine grünes, eine
andere gelbes und eine dritte rotes Licht aussendet. Leuchtet die
rote Leuchtdiode auf, liegt eine Fehlermeldung vor, was heißt, daß eine Vercrimpung
außerhalb
des Toleranzbandes liegt, welches in 6 beispielsweise
gepunktet dargestellt ist. Grün
zeigt an, daß die
Vercrimpung in Ordnung ist. Dagegen zeigt gelb an, daß die Vercrimpung
in Arbeit ist.
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Zur
Auswahl bestimmter Crimpverläufe
und anderer für
die einwandfreie Überwachung
des Crimpvorgangs erforderlicher Befehle und/oder Informationen
ist eine Eingabevorrichtung 37 vorgesehen, die mit der
Auswerteschaltung 29 verbunden ist. Die Eingabevorrichtung
ist nicht auf Tastaturen beschränkt,
sondern kann jede geeignete Form aufweisen.
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Um
ein bestimmtes Kontaktelement durch Vercrimpen an einem bestimmten
Kabel zu befestigen, wird vor Durchführung der ersten Crimpung die Art
der gewünschten
Crimpung ausgewählt.
Dazu wird beispielsweise der Drahtdurchmesser oder Querschnitt und
der Typ des Kontaktelements in die Auswerteschaltung 29 über die
Eingabevorrichtung 37 eingegeben.
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Anschließend kann
dann der zulässige
Toleranzbereich der Crimpung und ggf. eine Benutzeridentifikation
eingegeben werden.
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Die
Auswerteschaltung 29 wählt
dann aus dem Datenspeicher 32 den entsprechenden Kraft-Weg-Verlauf
aus, zum Beispiel 31k für
den eingegebenen Crimpungstyp, wobei dieser Kraft-Weg-Verlauf 31k in 8 gezeigt
ist.
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Wird
nach dem Einlegen der zu verbindenden Teile zwischen die Crimpeinsätze das
Zangenmaul 13 geschlossen, so werden die Crimpeinsätze zunächst ohne
Auftreten einer Crimpkraft K aufeinanderzubewegt, bis beide Crimpeinsätze mit
dem Kontaktelement in Berührung
kommen. Dieses Schließen
der Crimpzange ist als Wegabschnitt S in 8 dargestellt.
Anschließend
wird zunächst
das Kontaktelement verformt, bis es im wesentlichen auf dem Draht
oder der Ader eines Kabels liegt. Der entsprechende Kraftverlauf
ist im Wegabschnitt B in 8 dargestellt. Sodann steigt
beim Zusammenpressen von Kontakt und Draht die Crimpkraft über den Wegabschnitt
P steil an, bis sie den für
die hier beispielsweise betrachtete Crimpung erforderlichen Wert
Fmax erreicht, also in einem zulässigen Toleranzbereich
um den Wert Fmax liegt. Während des
gesamten Crimpvorgangs überwacht
die Auswerteschaltung 29 durch Vergleich der von den Kraftsensoren 16 bzw 23, 24 gelieferten
Kraft-Weg-Datenpaare mit den entsprechenden Kraft-Weg-Datenpaaren
der ausgewählten
Kraft-Weg-Verlaufskurve 31k,
ob die aktuelle Crimpkraft dem zu erwartenden Sollwert entspricht.
Bleibt die Crimpkraft beispielsweise, wie im Abschnitt P in 8 durch
die gestrichelte Kurve dargestellt, deutlich unter dem erwarteten
Kraftverlauf, so liegt eine Fehlcrimpung vor, wie bereits oben erläutert. Der
Fehler wird dabei angezeigt, sobald die gemessene Crimpkraft außerhalb
des Toleranzbereichs liegt.
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Steigt
andererseits die Crimpkraft bereits beim Schließen des Zangenmauls (Wegabschnitt
S) auf einen deutlich von Null verschiedenen Wert an, so wird ebenfalls
ein Fehler gemeldet. In ähnlicher Weise
werden auch andere Fehler frühzeitig
erkannt, so daß der
Benutzer durch Abbrechen des Crimpvorgangs den Fehler korrigieren
und anschließend
eine einwandfreie Crimpung erhalten kann.
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Am
Ende eines Crimpvorgangs werden die entsprechenden Daten bezüglich Erfolg
oder Mißerfolg
beim Crimpen im Datenspeicher 32 gespeichert, um später die
Qualität
der einzelnen durchgeführten Crimpungen
protokollieren und statistisch auswerten zu können.
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Temporäre Kraftabfälle im Kraft-Weg-Diagramm,
die zum Beispiel beim Ratschenbetrieb der Zange auftreten, wenn
die Zange in einer Zwischenstellung durch die Ratsche arretiert
wird, werden erfindungsgemäß herausgefiltert.
Derartige temporäre Kraftabfälle sind
beim Ratschenbetrieb üblich
und kein Hinweis auf eine Fehlcrimpung. Zur Durchführung dieses
Filtervorgangs werden an den jeweiligen Maulöffnungswerten αi gemessene
Maulkräfte
Ki mit Maulkraft-Grenzwerten Gi verglichen, um bei Über- oder Unterschreiten
der Maulkraft-Grenzwerte Gi ein Statussignal Si zu erzeugen. Die
Statussignale Si sind allerdings noch nicht die Fehlersignale, die
zur Alarmmeldung führen.
Vielmehr werden Statussignale an aufeinanderfolgenden Maulöffnungswerten αi nur dann
zur Erzeugung eines Fehlersignals F herangezogen, wenn die Anzahl
solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte αi eine vorbestimmte Schwelle überschritten
hat, wobei die Schwelle durch die Eingabevorrichtung 37 auch
vorgebbar ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß die Kraft-Weg-Verläufe nur
für den
Schließvorgang
der Zange aufgezeichnet und gespeichert werden. Kraft-Weg-Verläufe bei Öffnung des
Zangenmauls werden nicht benötigt
und daher auch nicht aufgenommen.