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Die
Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Ermittlung des Verlaufs
einer in einem Zangenmaul wirkenden Maulkraft in Abhängigkeit
einer Maulöffnung
des Zangenmauls gemäß den Oberbegriffen der
nebengeordneten Ansprüche
1 und 18, auf eine Zange gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 6 sowie auf eine Wegmeßeinrichtung gemäß dem Anspruch
17.
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Aus
dem Deutschen Gebrauchsmuster
DE 298 06 179, U1 ist bereits eine Zange
bekannt, die zwei zur Bildung eines Zangenmauls relativ zueinander
bewegbare Arbeitsbacken, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der
Maulkraft und eine Wegmeßeinrichtung
zur Messung der Maulöffnung
aufweist, um den Verlauf einer im Zangenmaul wirkenden Maulkraft
in Abhängigkeit
der Maulöffnung
des Zangenmauls ermitteln zu können.
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Ein
derart ermittelter Kraft-Weg-Verlauf wird gespeichert, um die Qualität der Bearbeitung
eines im Zangenmaul vorhandenen Gegenstands beurteilen zu können. Hierzu
wird der gespeicherte Kraft-Weg-Verlauf mit einem vorgegeben Kraft-Weg-Verlauf
verglichen. Liegt Übereinstimmung
vor, wird das Arbeitsergebnis als gut beurteilt. Anderfalls wird
ein Fehlersignal erzeugt. Ein gemessener Kraft-Weg-Verlauf kann
aber auch daraufhin überprüft werden,
ob er innerhalb eines Bandes von Kraft-Weg-Verläufen zu liegen kommt, die zuvor
empirisch ermittelt worden sind. Liegt er innerhalb des Bandes,
wird der Bearbeitungsvorgang als gut bezeichnet, während ansonsten
wiederum ein Fehlersignal erzeugt wird.
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Bei
der bekannten Zange besteht allerdings ein Nachteil darin, daß sich der
Kraft-Weg-Verlauf insbesondere in der Endphase des Bearbeitungsvorgangs,
also in der Endphase der Schließbewegung der
Arbeitsbacken nur ungenau erfassen läßt. Eine Beurteilung der Güte des Arbeitsergebnisses
gerade in dieser Endphase ist daher nur unter Vorbehalt möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, die eine bessere Beurteilung der Bearbeitungsgüte eines
im Zangenmaul vorhandenen Gegenstandes zulassen. Ferner sollen eine
hierzu geeignete Zange und Wegmeßeinrichtung zur Verfügung gestellt
werden.
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Die
verfahrensseitigen Lösungen
sind in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 18 angegeben. Dagegen
finden sich die vorrichtungsseitigen Lösungen in den Ansprüchen 6 und
17. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Ermittlung des Verlaufs einer in einem Zangenmaul wirkenden
Maulkraft in Abhängigkeit
einer Maulöffnung des
Zangenmauls bei einer Zange, die zwei zur Bildung des Zangemaulsrelativ
zueinander bewegbare Arbeitsbacken, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der
Maulkraft und eine Wegmeßeinrichtung
zur Messung der Maulöffnung
aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Maulöffnung durch die Wegmeßeinrichtung
in einer Endphase der Schließbewegung der
Arbeitsbacken mit höherer
Ortsauflösung
erfaßt wird
als in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken.
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Dabei
kann nach einer Weiterbildung der Erfindung die Ortsauflösung in
dieser Endphase der Schließbewegung
der Arbeitsbacken auch ständig oder
stetig ansteigen.
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Durch
die verbesserte Ortsauflösung
in der Endphase der Schließbewegung
der Arbeitsbacken wird erreicht, daß sich die jeweiligen Maulkräfte wesentlich
besser den jeweiligen Schließstellungen
der Arbeitsbacken zuordnen lassen, und zwar infolge des höheren Ortsauflösungsvermögens, so
daß eine wesentlich
bessere Beurteilung des gemessenen Kraft-Weg-Verlaufs durch Vergleich mit vorgegebenen
Kraft-Weg-Verläufen
möglich
ist. Somit läßt sich die
Güte eines
durch die Zange erhaltenen Arbeitsergebnisses besser erfassen, so
daß eine
genauere Qualifizierung des durch die Zange bearbeiteten Gegenstandes
hinsichtlich seiner Güte
möglich
ist.
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Eine
bessere Beurteilung der Bearbeitungsgüte eines durch die Zange bearbeiteten
Gegenstandes wird aber auch dadurch erzielt, daß zunächst bei den jeweiligen Maulöffnungswerten
gemessene Maulkräfte
mit Maulkraft-Grenzwerten
verglichen werden, um bei Über-
oder Unterschreiten der Maulkraft- Grenzwerte ein jeweiliges Statussignal
zu erzeugen. Dabei werden die Statussignale an aufeinanderfolgenden
Maulöffnungswerten
nur dann zur Erzeugung eines Fehlersignals herangezogen, wenn die
Anzahl solcher aufeinanderfolgender Maulöffnungswerte eine vorbestimmte
Schwelle überschritten
hat, die auch einstellbar sein kann.
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Dadurch
lassen sich temporäre
Abweichungen von gemessenen Kraft-Weg-Verläufen herausfiltern, und zwar
in dem Sinne, daß sie
nicht mehr zur Beurteilung der Bearbeitungsgüte des im Zangenmaul befindlichen
Gegenstandes herangezogen werden. Ausschuß läßt sich daher vermeiden. Temporäre Schwankungen
in gemessenen Kraft-Weg-Verläufen
treten zum Beispiel dann auf, wenn es sich um Zangen mit sogenanntem
Ratschenantrieb handelt. Zwischen den jeweiligen Zangenhüben fällt bei
Blockierung der Zange durch die Ratsche die im Zangenmaul gemessene
Maulkraft vorübergehend
ab, um dann beim nächsten
Zangenhub wieder anzustiegen. Dies macht sich im Kraft-Weg-Verlauf
durch in Richtung zu kleineren Kräften weisende Dellen bemerkbar.
Diese gilt es herauszufiltern, um bei einem Vergleich des mit Dellen
behafteten Kraft-Weg-Verlaufs mit vorgegebenen und keine Dellen
aufweisenden Kraft-Weg-Verläufen
nicht zu Fehlinterpretationen hinsichtlich der Güte des Bearbeitungsergebnisses
zu kommen.
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Eine
erfindungsgemäße Zange
mit zwei zur Bildung eines Zangenmauls relativ zueinander bewegbaren
Arbeitsbacken, einer Kraftmeßeinrichtung zur
Messung einer im Zangenmaul wirkenden Maulkraft und einer Wegmeßeinrichtung
zur Messung einer Maulöffnung
des Zangemauls zeichnet sich dadurch aus, daß die Wegmeßeinrichtung so mit der Zange
verbunden ist, daß sie
die Maulöffnung
in einer Endphase der Schließbewegung
der Arbeitsbacken mit höherer
Ortsauflösung
erfaßt
als in einer Anfangsphase der Schließbewegung der Arbeitsbacken.
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Wie
bereits eingangs erwähnt,
läßt sich
hierdurch die Qualität
eines im Zangenmaul bearbeiteten Gegenstandes besser beurteilen,
da jetzt eine bessere Zuordnung der Maulkräfte zu den Maulöffnungswerten
insbesondere in der Endphase der Schließstellung der Arbeitsbacken
möglich
ist, in der die höchsten
Kräfte
auf den zu bearbeitenden Gegenstand einwirken. Hier handelt es sich
gleichzeitig auch um diejenigen Kräfte, die das Arbeitsergebnis entscheidend
beeinflussen.
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Erfindungsgemäß wird die
verbesserte Ortsauflösung
durch die spezielle Anordnung der Wegmeßeinrichtung an der Zange erhalten.
Dabei enthält die
Zange ein Antriebselement, das die Wegmeßeinrichtung verstellt, wobei
das Antriebselement bei gleichen Schließschritten des Zangenmauls
die Wegmeßeinrichtung
um so stärker
verstellt, je weiter sich das Zangenmaul schließt.
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Dabei
kann als Antriebselement ein verschwenkbares Element zum Einsatz
kommen, das zum Beispiel ein Arm eines Kniehebels sein kann. Grundsätzlich sind
aber auch anders gestaltete Antriebselemente möglich, die beim Schließen der
Zange das gewünschte
Geschwindigkeitsprofil aufweisen. Wichtig ist zunächst nur,
daß sie
sich zu Beginn der Schließbewegung
der Arbeitsbacken langsamer bewegen und in der Endphase der Schließbewegung der
Arbeitsbacken schneller.
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Entsprechend
wird dann die Wegmeßeinrichtung
verstellt, die nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Blattfeder
aufweisen kann, die vom Antriebselement verbiegbar ist. Über die
Blattfeder lassen sich dann die verschiedensten Sensoren ansteuern
bzw. betätigen.
Dabei kann die Blattfeder zum Beispiel als Sensor einen Dehnungsmeßstreifen tragen
oder ein piezoelektrisches Element beaufschlagen, das Teil der Wegmeßeinrichtung
ist.
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Möglich ist
aber auch, daß die
Wegmeßeinrichtung
ein Potentiometer aufweist, das vom Antriebselement betätigbar ist.
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Bei
all diesen Ausführungsbeispielen
liefert die Wegmeßeinrichtung
elek trische Ausgangssignale, die skaliert werden. Die Skala kann
zum Beispiel eine Widerstands- oder Spannungsskala, oder dergleichen,
sein.
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Wird
zum Beispiel das Zangenmaul in äquidistanten
Schritten (Längen- oder Winkelschritte)
geschlossen, so wird bei diesem Vorgang infolge des nicht linear
angetriebenen Antriebselements die Wegmeßeinrichtung mit jedem Schließschritt
unterschiedlich weit verschoben, so daß in jeden äquidistanten Schließschritt
des Zangenmauls ein unterschiedlich großer Skalenbereich fällt. Wird
anschließend
dieser Skalenbereich linearisiert, liegen auf dieser Skala die jeweiligen
Schließschritte
in unterschiedlichem Abstand voneinander, wobei die Abstände voneinander
um so größer werden,
je weiter das Zangenmaul geschlossen wird. Auf diese Weise wird
das höhere
Ortsauflösungsvermögen in der Endphase
der Schließbewegung
der Arbeitsbacken erhalten.
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Dabei
kann in Weiterbildung der Erfindung die Wegmeßeinrichtung einen von außen auf
die Zange aufsetzbaren Trägerkörper aufweisen,
an dem die Blattfeder so befestigt ist, daß sie durch eine im Zangengehäuse vorhandene Öffnung ins
Innere der Zange ragt und dort vom Antriebselement beaufschlagt
wird.
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Durch
diese besondere Ausgestaltung der Wegmeßeinrichtung kann erreicht
werden, daß sich auch
schon vorhandene und betriebsfertige Zangen in einfacher Weise mit
der Wegmeßeinrichtung
nachrüsten
lassen, und natürlich
auch mit der Kraftmeßeinrichtung,
um dann mit ihnen ebenfalls die eingangs genannten Verläufe zwischen
Maulkraft und Maulöffnung
aufnehmen zu können.
Alte Zangen können
somit für
diesen Zweck nachgerüstet
werden, was einen Neukauf von Zangen erübrigt und somit Kosten spart.
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Dabei
können
in noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Wegmeßeinrichtung
und die Kraftmeßeinrichtung
mit einer elektrischen Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung
verbunden sein, die entweder auch auf der Zange montierbar ist oder
sich separat zu dieser befindet. Im zuletzt genannten Fall könnten die
Weg- und die Kraftmeßeinrichtung über Kabel
mit der Signalverarbeitungs- und -ausgabeeinrichtung verbunden sein
oder über
eine andere geeignete Schnittstelle, etwa eine optische oder Infrarotschnittstelle.
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Eine
erfindungsgemäße Wegmeßeinrichtung
zur Verwendung bei einer Zange zur Durchführung der eingangs genannten
Verfahren enthält
einen auf die Zange aufsetzbaren Trägerkörper und eine mit ihm verbundene
und in die Zange einführbare
Blattfeder, deren Verbiegung durch ein mit ihr in Kontakt stehendes
elektrisches Sensorelement detektierbar ist. Die Blattfeder wird
dabei durch das bereits eingangs genannte Antriebselement verstellt. Eine
derartige Wegmeßeinrichtung
läßt sich
in einfacher Weise auf die Zange aufsetzen, etwa durch einen am
Trägerkörper befestigten
Klemmbügel,
der eine Zangenachse klemmend umgreifen kann, derart, daß dann die
Blattfeder ins Innere der Zange hineinragt, wobei letztere zu diesem
Zweck mit einer entsprechenden Öffnung
versehen ist.
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Es
sei noch darauf hingewiesen, daß es
sich bei der Zange um jede beliebige Zange handeln kann, in deren
Zangenmaul ein Gegenstand zu bearbeiten ist. So kann die Zange zum
Beispiel als Crimpzange ausgebildet sein, um mit Hilfe der gemessenen
Kraft-Weg-Verläufe
das Crimpergebnis überprüfen zu können. Die
Zange kann aber auch eine Schneidzange sein, um etwa strangförmiges Gut zum
Beispiel mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil und damit
Schneidkraftprofil zerschneiden zu können. Auch in diesem Fall müßte ein
gemessener Kraft-Weg-Verlauf mit gespeicherten Kraft-Weg-Verläufen verglichen
werden, um das Geschwindigkeitsprofil beim Schneiden einhalten zu können.
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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 Bearbeitungs elemente 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 werter 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 weiter 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 oder einen Distanzbolzen 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 Änderungen
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 Zangenmaul 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. Die ser
Effekt kann dazu ausgenutzt werden, bei Aufnahme von Kraft-Weg-Verläufen das Ortsauflösungsvermögen in den
jeweiligen Verlaufsdiagrammen in Richtung zu kleineren Maulwinkeln αzu 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. 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.