DE3917507A1 - Einrichtung zum automatischen wechseln von werkzeugen zum herstellen von blindnietverbindungen - Google Patents
Einrichtung zum automatischen wechseln von werkzeugen zum herstellen von blindnietverbindungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum
automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-,
insbesondere Blindnietverbindungen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Werkzeuge zur Verarbeitung von Blindnieten, wie bspw.
Dornbruch-Blindnieten oder Blindbolzen besitzen bspw. in ihrem
hinteren Bereich eine pneumatische oder hydraulische
Antriebseinheit sowie eine innere und eine äußere Hülse, die
relativ zueinander bewegbar sind. Die äußere Hülse, die mit
einem der Kopfform des Niets angepaßten Mundstück versehen ist,
ist mit dem Zylinder der Antriebseinheit verschraubt. Die innere
Hülse, die den Dorn des Blindniets bzw. Blindbolzens kraft- oder
formschlüssig, bspw. mit Hilfe von Spannbacken umfaßt, ist mit
der Kolbenstange der Antriebseinheit verschraubt. Mit anderen
Worten, der die Antriebseinheit enthaltene hintere Bereich des
Werkzeugs ist mit dem das Mundstück und die innere Hülse und
Teile der äußeren Hülse enthaltenen vorderen Bereich des
Werkzeugs fest verschraubt.
Bei der Herstellung einer Blindnietverbindung wird der Dorn des
Blindniets mittels der inneren Hülse nach hinten bewegt, während
der Setzkopf des Nietes durch das Mundstück der äußeren Hülse
fixiert ist. Dadurch formt dieser Nietdorn durch seine wulstige
Ausformung auf der dem Mundstück gegenüberliegenden Seite des
Werkstücks am Nietschaft einen Setzkopf. Diese Setzkopfbildung
am Niet an der gegenüberliegenden, meist unzugänglichen Seite
wird dann beendet, wenn die für die Verformung erforderlichen
Kräfte größer als diejenigen Kräfte werden, die über die
Sollbruchstelle des Nietdorns übertragbar sind. Der Nietdorn
reißt ab und wird durch Absaugen entsorgt.
Sollen mit demselben Werkzeug Verbindungen von Blindnieten
anderer Geometrie bzw. Art hergestellt werden, so muß das
Werkzeug angepaßt werden. Dies erfolgt beim bekannten Werkzeug
dadurch, daß sowohl die äußere Hülse mit dem darauf befindlichen
nietspezifischen Mundstück als auch die innere Hülse mit den
nietspezifischen Spannbacken losgeschraubt und durch andere
Hülsen ersetzt werden. Will man also einen Werkzeugwechsel bspw.
an einem Industrieroboter vornehmen, um mit diesem Blindniete
unterschiedlicher Geometrie und Art verarbeiten zu können, so
muß man, wie oben erwähnt, andere Hülseneinheiten aufschrauben,
was ein sehr umständliches und manuelles Umrüsten durch den
Bedienenden bedeutet. Ein vollautomatischer Betrieb ist nicht
möglich. Alternativ hierzu ist es möglich, das komplette
Werkzeug zu ersetzen. Hierzu muß sehr hoher technischer Aufwand
betrieben werden, da außer dem kompletten anderen Werkzeug
selbst entweder eine oder mehrere weitere
Energieversorgungseinheiten zu installieren sind, oder es muß
mit entsprechendem Aufwand für weitere energetische
Schnittstellen gesorgt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine
Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum
Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es bei nur geringem
Umrüstaufwand möglich ist, Verbindungen mit Blindnieten
unterschiedlicher Geometrie und/oder Art herzustellen, und wobei
nur ein Teil des Werkzeugs gewechselt werden muß.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung zum
automatischen Wechseln von Werkzeugen zum Herstellen von Niet-,
insbesondere Blindnietverbindungen der genannten Art, die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Einrichtung zum
automatischen Wechseln derartiger Werkzeuge geschaffen, bei dem
das jeweils benötigte nietspezifische vordere Teil auf den
nietneutralen hinteren Teil des Werkzeugs, welcher sich am
Wechselflansch des bspw. Industrieroboters befindet und die
Antriebseinheit trägt, in einfacher Weise aufgebracht und von
diesen abgenommen werden kann. Das Umrüsten von einem Werkzeug
zum anderen zur Herstellung von Verbindung mittels Blindnieten
unterschiedlicher Geometrie und/oder Art kann somit
vollautomatisch erfolgen und die Umrüstdauer beträgt nur wenige
Sekunden, wobei gleichzeitig dafür gesorgt ist, daß der
technische Aufwand minimal ist, da hier nur eine rein
mechanische Schnittstelle notwenig ist.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist erreicht, daß die
Werkzeugwechselaufnahme für das jeweilige vordere Werkzeugteil
gleichzeitig für die Kupplung und Entkupplung der beiden
Werkzeugteile eingesetzt werden kann.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Entkupplungs- und
Kupplungsmöglichkeit durch die Werkzeugwechselaufnahme ergibt
sich mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
Für eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung der
lösbaren Verbindung sind die Merkmale gemäß Anspruch 4
vorgesehen. Dabei ist es zweckmäßig, gleichzeitig die Merkmale
gemäß Anspruch 5 vorzusehen.
Bevorzugte konstruktive Ausführungen von Kupplungsvorrichtung
und Entriegelungsvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen
gemäß Anspruch 6 und/oder 7 und/oder 8.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
beschrieben ist. Es zeigen:
Fig. 1 in längsgeschnittener Darstellung eine
Einrichtung zum automatischen Wechseln von
Werkzeugen zum Herstellen von
Blindnietverbindungen gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, in
einer Position, in der der vordere Werkzeugteil
vom hinteren Werkzeugteil gerade aufgenommen
werden soll,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung,
jedoch in einer Position, in der der hintere
Werkzeugteil mit dem vorderen Werkzeugteil
verbunden ist, und
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung,
jedoch in einer Position, in der der vordere
Werkzeugteil vom hinteren Werkzeugteil
abgekuppelt und abgelegt werden soll.
Die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung in der Zeichnung in ihren wesentlichen Teilen
dargestellte Einrichtung 10 dient zum automatischen Wechseln von
Werkzeugen 11 zum Herstellen von Verbindungen von Blindnieten,
insbesondere Dornbruch-Blindnieten oder -Blindbolzen. Derartige
Blindnieten sind zweiteilig ausgebildet, wobei der eine
hülsenförmige Teil am Ende seines Schaftes einen vorbereiteten
Nietkopf aufweist. Der andere Teil des Dornbruch-Blindniets
besitzt einen Dorn und einen einendig angeformten
Verformungskopf, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser
des Schaftes des einen Teils entspricht.
Die Einrichtung 11 besitzt außer dem Werkzeug 11, das aus einem
vorderen auswechselbar gehaltenen Werkzeugteil 12 und einem
hinteren, in der Werkzeugmaschine bspw. einem Roboterarm fest
eingespannten (nicht dargestellt) hinteren Werkzeugteil 13
zusammengesetzt ist, Werkzeugwechselaufnahmen 14 zum
speichernden Aufnehmen jeweils eines vorderen Werkzeugteils 12.
Die Werkzeugwechselaufnahmen 14 sind in einer der benötigten
Anzahl verschiedener Werkzeuge entsprechenden Vielzahl
vorgesehen, wobei es sich versteht, daß sie an verschiedenen
Orten einzeln oder an einem Ort zusammengefaßt und ggf. als
Einheit derart angeordnet sein können, daß sie von bspw.
Roboterarm erreicht werden können.
Der hintere Werkzeugteil 12 besitzt eine nur teilweise
dargestellte pneumatische oder hydraulische Antriebseinheit 16,
die einen Zylinder 17 und eine an einem nicht dargestellten
Kolben befestigte Kolbenstange 18 aufweist. Der Zylinder 17 ist
in nicht dargestellter Weise an einer Werkzeugmaschine bspw. an
einem Roboterarm befestigt und mit pneumatichen oder
hydraulischen Energiezufuhreinrichtungen verbunden. Im doppelt
wirkenden Zylinder 17, der an seinem vorderen Ende eine
konzentrisch zur Kolbenstange 18 angeordnete Sacklochbohrung 19
besitzt, ist über den Kolben die hohle Kolbenstangen 18 auf
und abbewegbar.
Der in der Werkzeugwechselaufnahme 14 ablegbare und mit dem
hinteren Werkzeugteil 13 kuppelbare bzw. von diesem
entkuppelbare vordere Werkzeugteil 12 besitzt eine hier
mehrteilige äußere Hülse 21, die mit dem Zylinder 17 in
Verbindung ist, und eine hier mehrteilige innere Hülse 22, die
mit der Kolbenstange 18 über eine automatisch betätigbare
Kupplungsvorrichtung 23 verbunden ist.
Die äußere Hülse 21 besitzt ein hinteres Führungsteil 26, dessen
im Außendurchmesser kleinerer Endbereich 27 in der
Sacklochbohrung 19 des Zylinders 17 zentrierend und ein- und
ausfahrbar aufgenommen ist und der in einem mittleren Bereich
vier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete axiale
Schlitze 28 aufweist. An seinem anderen Ende ist der
Führungsteil 26 mit einem im Innendurchmeser größeren
Innengewindeteil 29 versehen, der mit einem Halteteil 31 der
äußeren Hülse 21 verschraubt ist. Das Halteteil 31 ist an seinem
unteren Ende verjüngt und nimmt in einer Gewindebohrung 32
seiner Stirnplatte 33 ein Mundstück 34 auf, dessen Form an den
betreffenden Niet- bzw. Setzkopf des verwendeten Blindniets bzw.
Blindbolzens stirnseitig angepaßt ist.
Die konzentrisch zur äußeren Hülse 21 angeordnete innere Hülse
22, die mit ihrem unteren Ende das innere Ende des hohlen
Mundstücks 34 umgreift, besitzt einen Innenkonusbereich 36 und
einen sich daran anschließenden zylindrischen Bereich 35, in
welchen Bereichen entsprechend geformte Spannbacken 37 axial
bewegbar gehalten sind. Die innere Hülse 22 ist an ihrem anderen
Ende mit einem hohlen Zwischenstück 38 verschraubt, dessen
anderes Ende über die außenumfangsseitig angreifende
Kupplungsvorrichtung 23 mit einem Kupplungsdorn 39 kuppelbar
verbunden ist, welcher auf das vordere Ende der Kolbenstange 18
aufgeschraubt ist. Die innere Hülse 22 ist relativ zur äußeren
Hülse 21 axial bewegbar und gegenüber dieser mittels einer
Druckfeder 41 vorgespannt. Die Druckfeder 41 stützt sich dabei
einerseits an einer oberen Ringplatte 42, die zwischen dem
Führungsteil 26 und dem Haltteil 31 der äußeren Hülse 21
eingeklemmt ist, und andernends an einer unteren Ringplatte 43
ab, die in einem längsmittigen Bereich der inneren Hülse 22 an
dieser mittels eines Sprengrings 44 gehalten ist. Innerhalb der
inneren Hülse 22 und des Zwischenstücks 38 ist eine
Führungshülse 46 axial beweglich geführt, deren unteres Ende auf
die obere Stirn der Spannbacken 37 mit Hilfe einer an einer
Ringschulter 48 angreifenden Druckfeder 47 gedrückt ist.
Andernends stützt sich die Druckfeder 47 an der unteren Stirn
des Zwischenstücks 38 ab.
Die Kupplungsvorrichtung 23 besitzt vier über den Umfang
gleichmäßig verteilt angeordnete schwenkbare Kupplungsklauen
bzw. -haken 51, die mittels Nuten 52 an einem Ringwulst 53 am
oberen Ende des Zwischenstücks 38 schwenkbar bzw. klappbar
derart gehalten sind, daß ihr oberes hakenförmiges Ende 54
radial bewegbar ist. Oberhalb und unterhalb des Ringwulstes 53
bzw. der Nuten 52 sind um die vier Kupplungshaken 51 jeweils ein
Federring 56 bzw. 57 gelegt. Am unteren Betätigungsende 58 der
Kupplungshaken 51 greifen Keile 59 an, die die axialen Schlitze
28 im Führungsteil 26 der äußeren Hülse 28 durchdringen. Die
Keile 59 sind über eine obere Nase 60 zwischen den Federringen
56 und 57 gehalten. Zur Kupplungsverbindung bzw. zum Einhaken
der Kupplungshaken 51 in den mit der Kolbenstange 18 fest
verschraubten Kupplungsdorn 39 ist dieser mit einer Umfangsnut
61 versehen.
Die Werkzeugwechselaufnahme 14 ist nach Art eines Topfes 65
ausgebildet, dessen Innendurchmesser nur etwas größer als der
Außendurchmesser des vorderen Teils 12 des Werkzeugs 11 ist. Auf
dem Boden 66 des Topfes 65 liegt eine Ringplatte 67, in der das
eine Ende einer Druckfederstütze 68 aufgenommen ist. Beim
Ablegen und Speichern eines vorderen Werkzeugteils 12 innerhalb
der Topfes 65 der Werkzeugwechselaufnahme 14 liegt ein
Ringbereich der Stirnplatte 33 der äußeren Hülse 21 des vorderen
Werkzeugteils 12 auf dem anderen Ende der Druckfederstütze 68
auf, so daß das vordere Werkzeugteil 12 je nach der axial auf
sie ausgeübten Kraft mehr oder weniger weit gegen die
Federwirkung in die Werkzeugwechselaufnahme 14 eingebracht
werden kann. Das obere Ende des Topfes 65 der
Werkzeugwechselaufnahme 14 besitzt einen Innenkonus 69, der als
Vorrichtung zum Lösen der Kupplungsvorrichtung 23 dient.
Im folgenden sei das Aufnehmen eines in der
Werkzeugwechselaufnahme 14 abgelegten vorderen Werkzeugteils 12
mit dem Hilfe des betreffenden hinteren Werkzeugteils 13 anhand
der Fig. 1 beschrieben. Bei gegenüber dem Zylinder 17
eingefahrenem Kolben bzw. Kolbenstange 18 wird das hintere
Werkzeugteil 13 in Richtung zum in der Werkzeugwechselaufnahme
14 abgelegten und auf der Druckfedersützte 68 aufsitzenden
vorderen Werkzeugteil 12 gefahren. Zunächst nimmt die
Sacklochbohrung 19 des Zylinders 17 den Endbereich 27 der
äußeren Hülse 21 zentrierend auf. Das Stirnende des Zylinders 17
gelangt an eine Ringschulter 25 des Führungsteils 26 der äußeren
Hülse 21 als Anschlag. Diese Position zeigt Fig. 1. Dann wird
die Kolbenstange 18 in axialer Richtung nach unten bewegt,
worauf das vordere konische Ende des Kupplungsdorns 39 die vier
Kupplungshaken 51 radial auseinanderdrückt. Wird diese Bewegung
nach unten fortgesetzt, so rasten die vier Schwenkhaken 51
aufgrund der Kraft des oberen Federrings 56 in die Umfangsnut 61
des Dorns 39. Diese Position ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses
Kuppeln von hinterem Werkzeugteil 13 und vorderem Werkzeugteil
12 erfolgt in einer Position, in der die Kupplungsvorrichtung 23
oberhalb des Innenkonus 69 des Topfes 65 der
Werkzeugwechselaufnahme 14 liegt. Durch Anheben des Zylinders 17
mittels bspw. des Roboterarms kann dann das vordere Werkzeugteil
12 aus der Werkzeugwechselaufnahme 14 herausgefahren werden.
Im folgenden sei nun das Ablegen eines vorderen Werkzeugteils 12
in einer Werkzeugwechselaufname 14 beschrieben. Nachdem der
Roboterarm mit einem Werkzeug 11 zu einer
Werkzeugwechselaufnahme 14 gefahren ist, wird gemäß Fig. 2 das
vordere Werkzeugteil 12 in den Topf 65 eingetaucht und entgegen
der Kraft der Druckfederstütze 68, soweit eingefahren, bis die
vier Keile 59 der Kupplungsvorrichtung 23 des vorderen
Werkzeugteils 12 am als Entriegelungsvorrichtung dienenden
Innenkonus 69 des Topfes 65 entlanggleiten, wie dies in Fig. 3
dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die vier Keile 59 radial
nach innen bewegt werden und dadurch auf die Betätigungsenden 58
der vier Kupplungshaken 51 drücken, so daß die hakenförmigen
Enden 54 radial nach außen bewegt werden und so aus der
Umfangsnut 61 des Kupplungsdorns 39 frei kommen. Dieses
Einfahren des vorderen Werkzeugsteils 12 erfolgt bei gegenüber
dem Zylinder 17 zumindest teilweise ausgefahrener Kolbenstange
18. Ist die Kupplungsvorrichtung 23 geöffnet, so wird die
Kolbenstange 18 mit dem Kupplungsdorn 39 nach oben
zurückgefahren. Dabei drückt der Zylinder 17 über die äußere
Hülse 21 nach wie vor auf das vordere Werkzeugteil 12. Ist der
Kupplungsdorn 39 aus dem Eingriffsbereich der
Kupplungsvorrichtung 23 ausgefahren, so kann auch der Zylinder
17 zurückgefahren werden. Zunächst bewegt dabei sich auch das
vordere Werkzeugteil 12 mit nach oben, entsprechend der in Fig.
1 dargestellten Position, worauf dann der Zylinder 17 außer
Führungseingriff mit der äußeren Hülse 21 des vorderen
Werkzeuteils 12 kommt. Das hintere Werkzeugteil 13 kann dann mit
dem bspw. Roboterarm zu einer anderen Werkzeugwechselaufnahme 14
zur Aufnahme eines anderen Werkzeugvorderteils 12 gefahren
werden.
Auf diese Weise bleibt also der mit der Antriebseinheit
versehene hintere Werkzeugteil 14 am Roboterarm und damit mit
der Energieversorgung verbunden. Der nietspezifische vordere
Werkzeugteil 12 mit dem nietspezifischen Mundstück 34 und den
nietspezifischen Spannbacken 37 kann dagegen in einfacher Weise
rein mechanisch ausgewechselt werden. Zu erwähnen bleibt noch,
daß zur Herstellung einer Blindnietverbindung der Nietdorn durch
eine Relativbewegung der inneren Hülse 22 gegenüber den
Spannbacken 37 bzw. gegenüber der Führungshülse 46 zwischen die
Spannbacken 37 geklemmt wird und daß durch eine Relativbewegung
zwischen der äußeren Hülse 21, deren Mundstück auf den Nietkopf
drückt und diesen festhält, und der inneren Hülse 22 mit den
Spannbacken 37 der andere Teil des Blindniets zur
Verformungsbewegung nach oben gezogen wird. Somit dienen die
Bewegungen von Kolbenstange 18 und Zylinder 17 relativ
zueinander oder gemeinsam nicht nur zur Herstellung der
Nietverbindung sondern auch zur Durchführung des
Werkzeugwechselns. Die hohle Ausbildung von von innerer Hülse
22, Zwischenstück 38, Kupplungsdorn 39 und Kolbenstange 18 dient
zum Entsorgen des nach der Herstellung der Blindnietverbindung
abgerissenen Nietdorns.
Claims (8)
1. Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen zum
Herstellen von Niet-, insbesondere Blindnietverbindungen, bei
der ein mit einer Antriebseinheit versehener hinterer
Werkzeugteil des betreffenden Werkzeugs an einem
Maschinenteil, bspw. einem Roboterarm befestigt und ein
vorderer Werkzeugteil mit einem der Kopfform des Nietes
angepaßten Mundstück versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der vordere Werkzeugteil (12) und der hintere
Werkzeugteil (13) des Werkzeugs (11) automatisch lösbar
miteinander verbunden sind und daß eine
Werkzeugwechselaufnahme (14) vorgesehen ist, in der der
vordere Werkzeugteil (12) beim Einsetzen vom hinteren
Werkzeugteil (13) entkoppelbar und ablegbar ist und in der
der hintere Werkzeugteil (13) mit dem vorderen Werkzeugteil
(12) koppelbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem hinteren Werkzeugteil (13) und dem vorderen
Werkzeugteil (12) eine mechanisch lösbare und einrückbare
Kupplungsvorrichtung (23) vorgesehen ist und daß die
Werkzeugwechselaufnahme (14) eine Entkupplungsvorrichtung
(69) aufweist, mit der beim Einfahren des vorderen
Werkzeugteils (12) die Kupplungsvorrichtung (23) lösbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkzeugwechselaufnahme (14) für das vordere
Werkzeugteil (12) ein in dessen Einfahrrichtung bewegbares
Auflager (68) aufweist, in dessen den vorderen Werkzeugteil
(12) haltender Ruheposition der am vorderen Werkzeugteil (12)
angeordnete Teil der Kupplungsvorrichtung (23) außerhalb des
Eingriffsbereichs der Entkupplungsvorrichtung (69) liegt und
in dessen eingefahrener Position die Entkupplungsvorrichtung
(69) zur Wirkung kommt.
4. Einrichtung, bei der die Antriebseinheit des hinteren
Werkzeugteils eine in einem Zylinder geführte Kolbenstange
besitzt und der vordere Werkzeugteil eine mit dem Zylinder
des hinteren Werkzeugteils in Wirkverbindung stehende äußere
Hülse, die mit dem Mundstück versehen ist, und eine in der
äußeren Hülse axial bewegbar angeordnete innere Hülse, die
mit der Kolbenstange in Wirkverbindung ist, besitzt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (23) zwischen
der Kolbenstange (18) und der inneren Hülse (22) vorgesehen
ist, und daß die äußere Hülse (21) sich bei aufgenommenem
vorderen Werkzeugteil (12) am Zylinder (17) abstützt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
äußere Hülse (21) im Zylinder (17) zentrierend einführbar
aufgenommen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplungsvorrichtung (23) mit durch Federn
vorgespannte, außenumfangsseitig an einem mit der inneren
Hülse (22) verbundenen Zwischenstück (38) schwenkbar
angeordnete Klauen (51) versehen ist, die in oder über ein
Element (39) an der Kolbenstange (18) greifen.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Klauen (51) durch Entriegelungselemente (59) schwenkbar sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Entriegelungselemente (59) am Zwischenstück (38) angeordnet
sind und die äußere Hülse (21) durchdringen und überragen und
daß die Entkupplungsvorrichtung der Werkzeugwechselaufnahme
(14) Schrägflächen (69) besitzt, durch die die
Entriegelungselemente (59) radial bewegbar sind.
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ID=6381645
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