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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Nietvorrichtung, genauer gesagt
eine Nietvorrichtung mit einem Stempel und einer Matrize, die auf
einem beweglichen Träger
angeordnet sind, siehe bspw. das Dokument US-A-4955119.
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Zur
Befestigung von Blechen unter einander, und insbesondere zur Befestigung
von Blechen eines Kraftfahrzeuges, kann ein Verfahren zur Befestigung durch
Nieten verwendet werden, bei welchem die Bleche in Berührung gebracht
werden. Eine Matrize wird auf einer Seite der zusammenzufügenden Bleche
in Stellung gebracht, und ein Stempel übt gegenüber der Matrize eine Kraft
auf die Bleche aus, um so die Bleche zu verformen, sodass man einen
Befestigungspunkt erhält.
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Es
kann eine Nietgesamtheit vorgesehen werden, die einen Träger oder
auch „Kopf" umfasst, der mit
einer Matrize und einem entsprechenden Stempel ausgestattet ist.
Der bewegliche Kopf wird zu verschiedenen Punkten hin verstellt,
um für
das Zusammenfügen
der Bleche Befestigungspunkte zu erzeugen.
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Jedoch
kann die Positionierung der zu befestigenden Bleche mit einer gewissen
Toleranz erfolgen. Wenn der Nietkopf durch den Roboter verstellt wird,
um die Matrize mit einem zusammenzufügenden Blech in Berührung zu
bringen, wenn sich das Blech nicht genau in der Referenzposition
befindet, kann die Stanz- oder Nietmatrize eine gewisse Kraft auf
das Blech ausüben,
woraufhin sich eine gewisse Verformung des Bleches ergeben kann.
Wenn die Verformung beträchtlich
ist, kann diese Verformung des Bleches auf dauerhafte Weise zurückbleiben. Eine
solche Verformung kann sichtbar sein, beispielsweise auf der Farbe
des Blechs eines Kraftfahrzeuges, was bei der Außenbeurteilung der Qualität des Fahrzeuges
abträglich
ist. Eine solche Verformung kann dann im folgenden Fehler beim Zusammenfügen von
Teilen mit sich bringen, die am Blech angebracht werden, wie beispielsweise
Türen eines Kraftfahrzeuges.
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Die
vorliegende Erfindung hat eine verbesserte Nietvorrichtung zur Aufgabe,
und insbesondere eine solche Vorrichtung, die das Zusammenfügen von
Blechen ermöglicht,
wobei sie das Einbringen von dauerhaften Verformungen vermeidet.
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Aufgabe
der Erfindung ist ebenfalls eine Nietvorrichtung, die eine Positionierung
des Trägers trotz
Positionierungsfehler der zusammenzufügenden Elemente erlaubt.
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Aufgabe
der Erfindung ist weiterhin eine Nietvorrichtung, die ausgehend
von einer vorab existierenden Vorrichtung einfach erhalten werden
kann und mit geringen Herstellungskosten erhalten werden kann.
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Eine
solche Nietvorrichtung umfasst einen Stempel und eine entsprechende
Matrize, die auf einem Träger
gegenüberliegend
angeordnet sind, wobei die Matrize dazu bestimmt ist, vor dem Einsatz des
Stempels durch Verstellung des Trägers während einer Annäherungsphase
mit einem Fügeelement
in Berührung
gebracht zu werden, wobei die Matrize auf dem Träger zwischen einer ausgefahrenen
Stellung zur Erfassung eines Ansetzens und einer eingefahrenen,
für den
Stanzvorgang vorgesehenen Anschlagstellung beweglich montiert ist.
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Die
auf dem Träger
beweglich montierte Matrize erlaubt es während der Verstellung des Trägers, dass
die Matrize mit dem Fügeelement
in Berührung kommt,
und dass der Träger
sich im Verhältnis
zum Fügeelement
(beispielsweise zu nieten) noch weiter verstellen kann, ohne in
das Fügeelement
eine Spannung einzubringen. So verstellt sich die Matrize von der
ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung, wenn die Matrize
mit dem Fügeelement
in Berührung
kommt. Diese Verstellung ermöglicht
es, das Ansetzen zu erfassen. Der Träger wird verstellt, bis sich
die Matrize in der Anschlagstellung befindet, in welcher sie in
der Lage ist, mit dem Stempel zusammenzuwirken.
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Vorzugsweise
ist die Matrize in der Annäherungsphase
entlang einer Verstellachse des Trägers beweglich.
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Bei
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass ein Verstellhub der Matrize im Wesentlichen gleich
einer minimalen Anhaltestrecke des Trägers ist, der sich mit einer
bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit
verstellt. So befehligt man ein Anhalten des Trägers, sobald die Berührung der
Matrize mit dem Fügeelement
erfasst wurde, und unter Berücksichtigung
der Trägheit
des Trägers
beim Anhalten wird letzterer endgültig stillstehen, wenn sich
die Matrize im Wesentlichen in ihrer Anschlagstellung befindet.
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Wenn
die Anhaltestrecke des Trägers
leicht größer ist
als der Hub der Matrize, ist dies nicht störend, insoweit als durch die
Positionierung der Matrize geringe Spannungen im Fügeelement
erzeugt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
kann ein Verstellhub der Matrize vorgesehen sein, der deutlich höher ist
als eine minimale Anhaltestrecke des Trägers, der sich mit einer bestimmten
Annäherungsgeschwindigkeit
verstellt. In diesem Fall kann man nach Erfassung der Berührung zwischen
der Matrize und dem zu nietenden Element ein progressives Verlangsamen
des sich annähernden
Trägers
befehligen, bis die Matrize in die Anschlagstellung einfährt.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Sensor der Verstellung der Matrize
relativ zum Träger
und ein Modul zur Steuerung der Verstellung des Trägers, das
dazu geeignet ist, Verstellparameter des Trägers in Abhängigkeit eines vom Sensor gelieferten
Messsignals zu steuern. Der Sensor der Verstellung kann ein Sensor
sein, der angibt, ob die Matrize sich in der ausgefahrenen Stellung
oder nicht befindet, um das Ansetzen zu erfassen, oder ein Sensor
der Verstellung, der es erlaubt, die Stellung der Matrize zwischen
der ausgefahrenen Stellung und der eingefahrenen Stellung zu bestimmen,
oder sogar dessen Geschwindigkeit und dessen Beschleunigung im Verhältnis zum
Träger.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die Matrize durch ein elastisches Element in die ausgefahrene Stellung
gedrückt.
So befindet sich die Matrize, wenn sie nicht mit dem zu nietenden
Element in Berührung ist,
vollständig
in der ausgefahrenen Stellung, um eine ausreichend frühzeitige
Erfassung der Berührung
zur Ermöglichung
eines Befehls zum Anhalten des Trägers zu erlauben.
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Bei
einer Ausführungsform
ist der Träger
am Ende eines gelenkigen Arms eines Stanzroboters montiert.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Steuerung einer Nietvorrichtung
mit einem Träger,
der einen Stempel und eine entsprechende gegenüberliegende Matrize trägt, wobei
die Matrize mit der Möglichkeit
einer Verstellung zwischen einer ausgefahrenen Stellung zur Erfassung
einer Berührung und
einer Anschlagstellung für
den Stanzvorgang auf dem Träger
montiert ist, wobei man den Träger
mit einer bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit
verstellt, um die Matrize mit einem Fügeelement in Berührung zu
bringen, man das Ansetzen durch eine Verstellung der Matrize im
Verhältnis
zum Träger
erfasst, und ein Anhalten der Verstellung des Trägers befehligt.
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Bei
einer Ausführungsform
befehligt man ein abruptes Anhalten des Trägers, sodass die Trägheit des
Trägers
beim Anhalten eine zusätzliche
Verstellung des Trägers
verursacht, bis die Matrize im Wesentlichen in die Anschlagstellung
einfährt.
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Bei
einer Ausführungsform
befehligt man ein progressives Anhalten des Trägers, bis die Matrize im Wesentlichen
in die Anschlagstellung einfährt.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden beim Studium der
detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die beispielhaft
in nicht beschränkender
Weise angegeben wird und durch die beigefügten 1 bis 5 veranschaulicht
ist, welche eine Nietvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
in verschie denen Positionen bei der Verwirklichung eines Nietpunktes
darstellen, besser verstanden werden.
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In
der 1 umfasst eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete
Nietvorrichtung einen im Wesentlichen C-förmigen Träger 2 mit einem oberen
Arm 3 und einem unteren Arm 4, wobei die oberen
und unteren Arme 3 und 4 durch einen zentralen Abschnitt 5 verbunden
sind. Die Nietvorrichtung umfasst eine Stempelgesamtheit 6,
die am freien Ende des oberen Arms 3 entgegengesetzt dem
zentralen Abschnitt 5 befestigt ist, und eine Matrizen-
oder Döppergesamtheit 7,
die am freien Ende des unteren Arms 4 entgegengesetzt dem
zentralen Abschnitt 5 angeordnet ist.
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Die
Stempelgesamtheit 6 umfasst ein Gehäuse 8, in welchem
ein Stempel 9 mit einem Schaft 10 und einem Stanzkopf 11 gleiten
kann, wobei der Stempel 9 sich in Richtung der Döppergesamtheit 7 verstellen
kann, indem er aus dem Gehäuse 8 ausfährt oder
in das Gehäuse 8 einfährt. Um
eine Verstellung des Stempels 9 zu befehligen und eine Stanzkraft
anzuwenden, kann man in dem Gehäuse 8 ein
elektrisches Stellglied oder ein Stellglied vom Kolben/Zylindertyp
vorsehen, welches in den Figuren aus Gründen der Vereinfachung der
Zeichnungen nicht dargestellt ist, und das durch eine hydraulische Leitung 12 versorgt
werden kann, welches in das Gehäuse 8 mündet, auf
der zum Stempel 9 entgegengesetzten Seite.
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Die
Döppergesamtheit 7 umfasst
einen Sockel 13, der an dem Ende des unteren Arms 4 befestigt
ist, wobei der Sockel 13 mit einem Sackloch oder auch einer
Schulterbohrung 14 versehen ist, das/die in einer Linie
mit dem Stempel 9 der Stempelgesamtheit 6 angeordnet
ist. Ein Döpper 15 umfasst
einen Schaft 16 und einen Kopf, der eine Matrize 17 bildet. Der
Schaft 16 des Döppers 15 ist
axial gleitend im Sackloch oder der Schulterbohrung 14 angeordnet, sodass
der Döpper 15 sich
zwischen einer eingefahrenen Anschlagstellung (3, 4),
in welcher der Kopf 17 auf dem Sockel 13 zum Anschlag
kommt, und einer ausgefahrenen Stellung zur Erfassung des Ansetzens
(1, 2 und 5) verstellen
kann. Der Döpper 15 liegt
gegenüber
dem Stempel 9, sodass der Döpperkopf 17 eine zum
Stempel 9 hin ausgerichtete konkave Ausnehmung aufweist,
die im Wesentlichen in ihrer Form mit dem Kopf 11 des Stempels 9 übereinstimmt,
um die Verformung von Elementen vom Blechtyp zu ermöglichen,
die zwischen dem Döpper 15 und
dem Stempel 9 angeordnet sind. Eine Feder oder auch elastisches
Element 18 ist in dem Sackloch oder der Schulterbohrung 14 zwischen
dem Boden des Loches oder der Bohrung 14 und dem freien
Ende des Schaftes 16 des Döppers 15 angeordnet.
Die Feder 18 drückt
den Döpper 15 in
die ausgefahrene Stellung. Es kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter
Anschlag vorgesehen sein, um ein vollständiges Austreten des Döppers 15 zu
verhindern. Der Döpper 15 kann
sich zwischen der durch den Anschlag festgelegten ausgefahrenen Stellung
und der eingefahrenen Stellung verstellen, in welcher der Döpperkopf 17 sich
auf dem Sockel 13 abstützt.
Der Hub des Döppers
ist die Strecke zwischen dem Kopf 17 des Döppers 15 in
der ausgefahrenen Stellung und dem Sockel 13. Die Döppergesamtheit 7 umfasst
weiterhin einen Positionssensor 19, der in der Lage ist,
die Position des Schaftes 16 des Döppers 15 im Sackloch
oder der Schulterbohrung 14 zu erfassen.
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Die
Nietvorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Steuermodul 20,
das über
eine Verbindung mit dem Positionssensor 19 verbunden ist.
Das Steuermodul 20 umfasst in bekannter Weise Speichermittel
und einen Mikroprozessor, die in der Lage sind, ein Computerprogramm
durchzuführen,
das in den Speichermitteln gespeichert ist, und die Steuerung der
Nietvorrichtung 1 erlaubt, und insbesondere die Steuerung eines
gelenkigen Roboters, der nicht dargestellt ist und vorgesehen ist,
um den Träger 2 zu
verstellen.
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Wie
es in 1 dargestellt ist, befindet sich der Stempel 9 in
der eingefahrenen Stellung, und der Döpper 15 befindet sich
in der ausgefahrenen Stellung. Der Träger 2 befindet sich
in einer Referenzposition, in welche er vorab gebracht wurde. In
dieser Position befinden sich der Stempel 9 und der Döpper 15 auf
beiden Seiten der zwei Fügeelemente,
die sich in der Form eines ersten und zweiten Blechs 21, 22 präsentieren,
die flach aufeinander angeordnet sind.
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Nachdem
der Träger 2 in
die Referenzposition gebracht wurde, wird der Träger 2 während einer Annäherungsphase
verstellt, in die Richtung, die durch den Pfeil F1 angegeben ist,
und die mit der Stanzrichtung in einer Linie ist, d.h. mit der Verstellrichtung
des Stempels 9, und der Ausrichtungslinie des Stempels 9 mit
dem Döpper 15.
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Die 2-5 werden
im Folgenden unter Beibehaltung der in der 1 verwendeten
Bezugszeichen beschrieben.
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In
der 2 hat sich der Träger 2 in die durch
den Pfeil F1 angegebene Richtung verstellt, bis der Döpperkopf 17 mit
einer unteren Fläche 23 des zweiten
Bleches 22, die der Seite der Döppergesamtheit 7 zugewandt
ist, in Berührung
kommt. Wenn der Träger 2 seine
Verstellung leicht fortsetzt, verstellt sich der Döpper 15,
der durch die Fügeelemente 22, 21 gehalten
wird, im Verhältnis
zum Sockel 13 des Trägers 2.
Der Döpper 15 dringt
in das Sackloch oder die Schulterbohrung 14 ein, wie es
durch den Pfeil F2 angegeben ist. In dem Moment, wo der Döpper 15 beginnt,
sich im Verhältnis
zum Sockel 13 zu verstellen, kann diese Verstellung durch
den Positionssensor 19 erfasst werden und an das Steuermodul 20 übertragen
werden. In diesem Fall befehligt das Steuermodul 20 ein
Anhalten des Trägers 2.
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Jedoch
verstellt sich der Träger 2 unter
Berücksichtigung
der Trägheit
des Trägers 2 beim
Anhalten weiterhin im Verhältnis
zu den Fügeelementen 21 und 22,
wobei der Döpper 15 weiter
in den Sockel 13 eindringt, wie es durch den Pfeil F2 angegeben
ist.
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In
der 3, die dem folgenden Schritt entspricht, steht
der Träger 2 still.
Der Döpper 15 ist
in seine Anschlagstellung eingefahren, in welcher der Döpperkopf 17 über seinen
Bereich mit gößerem Durchmesser
sich direkt auf dem Sockel 13 abstützt. Der Döpper 17 ist ebenfalls
in Berührung
mit der unteren Fläche 23 des
zweiten Fügeelements 22.
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In
der 4 wurde das Ausfahren des Stempels 9 befehligt,
sodass der Stempelkopf 11 sich nach unten verstellt hat,
bis er mit den Fügeelementen 21, 22 in
Berührung
tritt, um diese letzteren durch Eindrücken in die durch den Döpperkopf 17 gebildete Matrize
lokal zu verformen.
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Nachdem
der Döpperkopf 17 direkt
auf dem Sockel 13 angeschlagen ist, ist die Stellung des
Döpperkopfs 17 sicher
und ohne Spiel im Verhältnis
zur Position des Stempelkopfs 11, sodass das Zusammenfügen in zufrieden
stellender Weise gesteuert werden kann, um einen Befestigungspunkt
zu erhalten, der Halt- und Widerstandseigenschaften aufweist, die
zufrieden stellend sind.
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Anschließend, wie
es in der 5 dargestellt ist, wird der
Kolben 9 angehoben, wie es durch den Pfeil F4 veranschaulicht
ist, und dann wird der Träger 2 nach
unten bewegt, wie es durch den Pfeil F5 veranschaulicht ist, wobei
der Sockel 13 des Trägers 2 sich
von den Fügeelementen 21, 22 entfernt.
Der Döpper 15,
der durch die Feder 18 in die ausgefahrene Stellung gedrückt wird,
(1) steigt wieder hin zu seiner ausgefahrenen Stellung
zur Erfassung des Ansetzens, sodass er für den nächsten Nietvorgang bereit ist.
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Es
wurde eine Form der Durchführung
eines Nietverfahrens beschrieben, bei welchem das Anhalten des Trägers 2 abrupt
befehligt wird, wobei die Trägheit
des Trägers 2 beim
Anhalten eine zusätzliche
Verstellung des Trägers 2 verursacht,
bis der Sockel 13 der Döppergesamtheit 7 mit
dem Döpperkopf 17 direkt
in Berührung
kommt, um ein zufrieden stellendes Halten des Döppers 15 während des
Stanzens sicherzustellen.
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Um
dies zu tun, ist offensichtlich, dass der erlaubte Hub des Döppers zwischen
der ausgefahrenen Stellung zur Erfassung des Ansetzens und der angefahrenen
Anschlagstellung im Wesentlichen gleich oder geringer der Strecke
sein muss, die für das
Anhalten des Trägers 2 erforderlich
ist, wenn sich dieser letzterer mit einer bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit
verstellt. Wohl gemerkt, in demjenigen Fall, wo die Anhaltestrecke
des beweglichen Trägers 2 größer ist
als der Hub des Döppers 15,
muss die zusätzliche
Verstellung ausreichend verringert werden, um das Einbringen dauerhafter
Verformungen in die Fügeelemente
jenseits eines Bereichs der Stanzverformung zu vermeiden.
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Wohl
gemerkt kann vorgesehen werden, die Annäherungsgeschwindigkeit des
Trägers 2 in
Abhängigkeit
des zur Verfügung
stehenden Hubes des Döppers 15 anzupassen.
Jedoch muss man die Tatsache berücksichtigen,
dass es vorteilhafter ist, die Stanzzeit zu verringern, um die für die Bildung
der verschiedenen Befestigungspunkte zwischen den Fügeelementen
erforderliche Zeit zu verringern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann das Befehlen eines progressiven Anhaltens des Trägers 2 vorgesehen
sein, auf kontrollierte Weise, mittels des Steuermoduls 20,
um so nach Erfassung des Ansetzens des Döpperkopfes 17 an die
untere Fläche 23 des
Fügeelementes 22 eine
zusätzliche
Verstellung des Trägers 2 zu
verursachen, bis der Döpper 15 in
die Anschlagstellung eingefahren ist.
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Um
dies zu tun, kann das progressive Anhalten auf vorbestimmte Weise
in Abhängigkeit
des Hubes des Döppers 15 und
der bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit
des Trägers 2 gesteuert
werden. Es kann vorgesehen sein, dass der verwendete Positionssensor 19 es
erlaubt, die Stellung des Döppers 15 entlang
seines gesamten Weges zu erkennen, und dass das Steuerungsmodul 20 es
erlaubt, die Position des Trägers 2 mit
einer Regelungsschleife zu steuern, welche die Positionsinformation
des Döppers 15 berücksichtigt.
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Der
Begriff „Nieten" kann die folgenden
Verfahren umfassen, auf welche die Erfindung in gleicher Weise Anwendung
finden kann: Clinchen, Nieten mit selbsttätigem Stanzen, Stanzen. Ebenso kann
der Begriff „Stanzen" durch „Fügen" ersetzt werden,
je nach betrachtetem Verfahren.
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Dank
der Erfindung erhält
man eine Nietvorrichtung, die es erlaubt, eine Matrize oder einen
Döpper
auf präzise
Weise in die Stanzstellung zu bringen, d.h. in Berührung mit
den Fügeelementen,
und ohne Verursachung von Verformungen in den Fügeelementen jenseits eines
Verformungsbereichs des Befestigungspunktes. Die Nietvorrichtung
kann anhand von bereits existierenden Vorrichtungen leicht erhalten
werden, und dies mit geringen Herstellungskosten.