DE102015007295B3

DE102015007295B3 - Setzvorrichtung

Info

Publication number: DE102015007295B3
Application number: DE102015007295.1A
Authority: DE
Inventors: Kevin Rothe
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Setzvorrichtung zum Fügen zumindest zweier Fügepartner (43, 45), mittels einer Fügezange, die einen Niederhalterhebel (7), der einen Niederhalter (23) mit darin geführten Stempel (25) trägt, und einen Matrizenhebel (5) aufweist, zwischen dessen Matrize (21) und dem Niederhalter (23) die beiden Fügepartner (43, 45) positionierbar sind, und mit einer Antriebseinheit (19), die über ein Antriebsgestänge (11) mit dem Niederhalterhebel (7) verbunden ist, und zwar zur Schwenkbetätigung des Niederhalterhebels (7) von einer Offenposition (A) um einen Zustellhub (hZ) in eine Zustellposition (B), in der der Niederhalter (23) mit einer Niederhalterkraft (FNH) die Fügepartner (43, 45) gegen die Matrize (21) drückt, welches Antriebsgestänge (11) an einer Schwenklagerstelle (13) am Niederhalterhebel (7) schwenkbar angelenkt ist. Erfindungsgemäß ist das Antriebsgestänge (11) ein zweiarmiger Antriebshebel, der mit einem mit Bezug auf die Schwenklagerstelle (13) antriebsseitigen Hebelarm (17), der mit der Antriebseinheit (19) zusammenwirkt, und mit einem abtriebsseitigen Hebelarm (15) ausgebildet ist, der bei einer Zustellbewegung (I) des Antriebshebels (11) in die Zustellposition (B) den Niederhalterhebel (7) mit der Niederhaltekraft (FNH) gegen die Fügepartner (43, 45) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Setzvorrichtung zum Fügen zumindest zweier Fügepartner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In der Automobil-Großserienfertigung können innerhalb der Fahrzeugkarosserie mittels robotergestützter Fügezangen Blechteile gefügt werden, wobei unterschiedliche punktförmige mechanische Fügetechniken Anwendung finden, zum Beispiel Vollstanznieten, Halbhohlstanznieten oder Clinchen.
Aus der EP 0 815 980 A1 ist eine gattungsgemäße Fügezange bekannt, die einen Niederhalterhebel, der einen Niederhalter mit darin geführtem Stempel trägt, und einen Matrizenhebel aufweist. Zwischen dessen Matrize und dem Niederhalter sind die beiden miteinander zu verbindenden Blechteile positionierbar. Zudem weist die Fügezange eine Antriebseinheit auf, die über ein Antriebsgestänge mit dem Niederhalterhebel verbunden ist. Bei Aktivierung der Antriebseinheit erfolgt eine Schwenkbetätigung des Niederhalterhebels, und zwar von einer Offenposition um einen Zustellhub bis in eine Zustellposition, in der der Niederhalter mit einer Niederhaltekraft die beiden Fügepartner gegen die Matrize drückt. Das Antriebsgestänge ist zur Bewegungsübertragung an einer Schwenklagerstelle am Niederhebel schwenkbar angelenkt.
Die Antriebseinheit kann zum Beispiel ein hydraulisches System aus zum Beispiel zwei voneinander separaten hydraulischen Zylindern sein, die gegebenenfalls ineinander verschachtelt sind. Mittels der Zylinder kann der Niederhalterhebel sowie der Stempel betätigt werden. Alternativ dazu kann die Antriebseinheit ein Elektromotor sein, der den Niederhalterhebel und/oder den Stempel betätigt.
Beim Fügevorgang wird der Industrieroboterarm mitsamt der Fügezange in die Karosserie bis zu einer Fügestelle eingefädelt. Diese kann jedoch aufgrund der beengten Raumverhältnisse in der Karosserie gegebenenfalls nur schwer zugänglich sein.
Aus der DE 10 2011 116 654 A1 ist eine Vorrichtung zum Stanznieten und Durchsetzfügen unter beengten Platzverhältnissen bekannt. Aus der DE 103 19 411 A1 ist eine weitere Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Stanznieten bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Setzvorrichtung bereitzustellen, bei der die Fügezange einen im Vergleich zum Stand der Technik bauraumreduzierten sowie einfachen Aufbau aufweist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das zwischen der Antriebseinheit und dem Niederhalterhebel geschaltete Antriebsgestänge ein zweiarmiger Antriebshebel. Dieser weist einen mit Bezug auf die Antriebshebel-Schwenklagerstelle antriebsseitigen Hebelarm und einen abtriebsseitigen Hebelarm auf. Der antriebsseitige Hebelarm wirkt mit der Antriebseinheit zusammen. Der abtriebsseitige Hebelarm des zweiarmigen Antriebshebels drückt bei einer Zustellbewegung des Antriebshebels den Niederhalterhebel mit der Niederhalterkraft gegen die beiden Fügepartner. Auf diese Weise erfolgt erfindungsgemäß sowohl die Zustellbewegung des Niederhalterhebels als auch der Aufbau der Niederhaltekraft mit einer einzigen gemeinsamen Antriebseinheit. Die Fügezange kann daher im Vergleich zum Stand der Technik bauraumreduziert sowie einfacher aufgebaut werden.
In einer technischen Umsetzung kann zwischen dem abtriebsseitigen Hebelarm des zweiarmigen Antriebshebels und dem Niederhalterhebel eine Niederhalterfeder abgestützt sein. Bei Ausführung der Zustellbewegung des Antriebshebels wird die Niederhalterfeder elastisch nachgiebig unter Aufbau der Niederhaltekraft um einen ersten Federweg zusammengedrückt. Dadurch kann die Niederhalterkraft bei Ausführung der Zustellbewegung kontinuierlich aufgebaut werden.
Der Niederhalterhebel kann an einer Zangen-Schwenkachse am Matrizenhebel schwenkgelagert sein. Im Hinblick auf eine einfache Bewegungsübertragung von der Antriebseinheit auf den Niederhalter können bevorzugt die Zangen-Schwenkachse und eine Antriebshebel-Schwenkachse zueinander achsparallel sowie mit einem vorgegebenen Achsabstand angeordnet sein.
Mittels des im Niederhalter geführten Stempels erfolgt der eigentliche Setzprozess: Hierzu wird nach Erreichen der Zustellposition, in der der Niederhalter mit der Niederhaltekraft gegen die beiden Fügepartner drückt, der im Niederhalter geführte Stempel um einen Setzhub sowie mit einer Setzkraft gegen die beiden Fügepartner verstellt, und zwar unter Bildung einer punktförmigen mechanischen Fügestelle. Zur weiteren Vereinfachung des Fügezangen-Antriebs kann der Stempel an seinem matrizenabgewandten Ende an einer Schwenklagerstelle kraftübertragend am abtriebsseitigen Hebelarm des zweiarmigen Antriebshebels angelenkt sein. Auf diese Weise ist bei einer Setzbewegung des zweiarmigen Antriebshebels der Stempel mit der Setzkraft gegen die Fügepartner verstellbar.
Die obige Setzbewegung des Antriebshebels kann in einer einfachen technischen Umsetzung unmittelbar an seine Zustellbewegung anschließen. In diesem Fall wird bei Ausführung der Setzbewegung die bereits um den ersten Federweg zusammengedrückte Niederhalterfeder elastisch nachgiebig um einen weiteren, zweiten Federweg zusammengedrückt. In einer technisch einfachen Lösung kann die Niederhalterfeder eine Schraubenfeder sein. In diesem Fall kann der Stempel bauraumgünstig mit seinem matrizenabgewandten Ende durch die Niederhalterfeder geführt sein und am abtriebsseitigen Hebelarm des zweiarmigen Antriebshebels angebunden sein.
Im Hinblick auf eine leichtgängige Kraftübertragung zwischen dem zweiarmigen Abtriebshebel und dem Stempel kann am matrizenabgewandten Ende des Stempels ein Querzapfen ausgebildet sein, der in einem Langloch des antriebsseitigen Hebelarms des zweiarmigen Antriebshebels verstellbar gehaltert ist. Mittels des Langlochs können Bewegungsspiele während des Zustell- und Setzprozesses ausgeglichen werden.
Wie oben erwähnt, ist der Niederhalterhebel an einer Zangen-Schwenklagerstelle am Matrizenhebel der Fügezange angelenkt. Zwischen der Zangen-Schwenklagerstelle und dem Niederhalter kann eine Abtriebsseite definiert werden, während zwischen der Zangen-Schwenklagerstelle und der Antriebseinheit eine Antriebsseite definiert werden kann. Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsweise ist es bevorzugt, wenn die Schwenklagerung des zweiarmigen Antriebshebels so ausgelegt ist, dass die Antriebshebel-Schwenklagerstelle entweder vertikal in Flucht zur Zangen-Schwenklagerstelle oder auf der oben definierten Antriebsseite angeordnet ist. Demgegenüber würde eine Anordnung der Antriebshebel-Schwenklagerstelle auf der oben definierten Abtriebsseite während des Zustell- und Setzprozesses zur Erzeugung eines Gegenmomentes führen, dass gegenläufig zur Niederhaltekraft wirkt. Mittels der erfindungsgemäßen Kinematik des Antriebsgestänges kann die Antriebseinheit räumlich beabstandet zum Niederhalter und zum Stempel positioniert werden, wodurch eine sehr geringe Störkontur der Vorrichtung auf der Stempelseite realisierbar ist. Besonders bevorzugt können zum Beispiel Hydraulikzylinder unmittelbar am Niederhalter wegfallen, wodurch der Niederhalter bauraumreduziert sowie als eine Hülse ausbildbar ist, in der der Setzstempel geführt ist. Der hülsenförmige Niederhalter kann bevorzugt an der, der matrizenzugewandten Seite des Niederhalterhebels angebunden sein und bauraumgünstig einen durchgängig konstanten kleinen Außendurchmesser aufweisen.
Die obige Hebel-Kinematik ist auf sämtliche punktförmige mechanische Fügetechniken anwendbar, wie zum Beispiel einem Vollstanznieten, einem Halbhohlstanznieten oder einem Clinchen. Beispielhaft kann die Fügezange eine Hohlhohlnietzange sein und kann der Setzstempel im Setzprozess einen Halbhohlstanzniet in die Fügepartner eintreiben.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine als Halbhohlstanznietzange ausgebildete Fügezange in einer Offenposition; und
2 und 3 jeweils Ansichten entsprechend der 1, in denen die Fügezange in einer Zustellposition und in einer Setzposition ist.
In der 1 ist eine Fügezange gezeigt, die über einen Anbindungsflansch 1 an einem nur angedeuteten Industrieroboterarm 3 befestigt ist. Die Fügezange ist in der 1 aus einem Matrizenhebel 5 sowie einem Niederhalterhebel 7 aufgebaut, die an einer Zangen-Schwenklagerstelle 9 um eine Zangen-Schwenkachse schwenkgelagert sind. Zudem weist die Fügezange als Antriebsgestänge einen zweiarmigen Antriebshebel 11 auf, der an einer Schwenklagerstelle 13 am Niederhalterhebel 7 schwenkbar angelenkt ist. Die Zangen-Schwenkachse 9 und eine Antriebshebel-Schwenkachse 13 sind zueinander achsparallel sowie mit einem vorgegebenen Achsabstand a angeordnet.
Der mit Bezug auf die Antriebshebel-Schwenklagerstelle 13 zweiarmige Antriebshebel 11 ist aufgeteilt in einen antriebsseitigen Hebelarm 15 und in einen abtriebsseitigen Hebelarm 17. Der abtriebsseitige Hebelarm 17 wirkt mit einer Antriebseinheit 19 zusammen. Diese ist in den Figuren als eine elektromotorisch oder hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung gezeigt, die zwischen dem Matrizenhebel 5 und dem antriebsseitigen Hebelarm 17 des zweiarmigen Antriebshebels 11 zwischengeschaltet ist.
Der Matrizenhebel 5 trägt gemäß den Figuren eine Matrize 21, während der Niederhalterhebel 7 an seiner matrizenzugewandten Seite einen hülsenförmigen Niederhalter 23 trägt, die außenseitig glattzylindrisch sowie mit einem durchgängig konstanten Außendurchmesser d ausgebildet ist. Innerhalb des hülsenförmigen Niederhalters 23 ist ein Setzstempel 25 axial verschiebbar geführt. Der Setzstempel 25 ist durch eine Durchführungsöffnung 27 im Niederhalterhebel 7 geführt und mit seinem matrizenabgewandten Ende 29 an einer Schwenklagerstelle 31 am abtriebsseitigen Hebelarm 15 des zweiarmigen Antriebshebels 11 angelenkt. In den Figuren ist die Schwenklagerstelle 31 durch einen am Setzstempel 25 angeformten Querzapfen 33 realisiert, der in einem Langloch 35 des abtriebsseitigen Hebelarms 15 des zweiarmigen Antriebshebels 11 geführt ist.
Zwischen den einander zugewandten Seiten des abtriebsseitigen Hebelarms 15 und des Niederhalterhebels 7 ist eine Niederhalterfeder 37 abgestützt und über ihre Federfüße an den jeweiligen Hebeln 7, 11 befestigt.
Zwischen der Zangen-Schwenklagerstelle 9 und dem hülsenförmigen Niederhalter 23 ist in der 1 eine Abtriebsseite 39 definiert, während zwischen der Zangen-Schwenklagerstelle 9 und der Antriebseinheit 19 eine Antriebsseite 41 definiert ist. Die Schwenklagerung des zweiarmigen Antriebshebels 11 ist dabei in den Figuren so ausgelegt, dass die Antriebshebel-Schwenklagerstelle 13 – unabhängig von der jeweiligen Betriebsposition der Zange – stets entweder vertikal in Flucht zur Zangen-Schwenklagerstelle 9 oder auf der oben definierten Antriebsseite 41 angeordnet ist. Dadurch wird die Erzeugung nachteiliger Gegenmomente vermieden, die beim Zustell- und Setzprozess gegenläufig zu den Niederhalter- und Setzkräften wirken.
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Zustell- und Setzprozess zum Verbinden der in den Figuren gezeigten Blechbauteile 43, 45 als Fügepartner beschrieben: So ist die Fügezange in der 1 in einer Offenposition A gezeigt, in der die Fügezange an einer Fügeaufgabe zum Beispiel innerhalb einer Fahrzeugkarosserie positionierbar ist. Sobald die Matrize 21 am unteren Fügepartner 45 aufsetzt, wird die Antriebseinheit 19 aktiviert. In diesem Fall wird der zweiarmige Antriebshebel 11 zusammen mit dem Niederhalterhebel 7 in den Figuren im Gegenuhrzeigersinn um einen Zustellhub h_Z in eine Zustellposition B (2) bewegt, und zwar mit einer Zustellbewegung I. Bei der Zustellbewegung I des Antriebshebels 11 in die Zustellposition B wird die Niederhalterfeder 37 unter Aufbau der Niederhaltekraft F_NH um einen ersten Federweg s₁ (2) verformt, so dass in der Zustellposition B (2) der Niederhalter 23 die beiden Fügepartner 43, 45 mit der Niederhaltekraft F_NH gegen die Matrize 21 drückt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fügezange exemplarisch eine Halbhohlstanzzange, mittels der im nachfolgenden Setzprozess ein Halbhohlstanzniet 47 in die beiden Fügepartner 43, 45 eintreibbar ist, wodurch die Fügestelle 49 (3) fertiggestellt ist.
Zur Durchführung dieses Setzprozesses erfolgt im Anschluss an die oben erwähnte Zustellbewegung I eine Setzbewegung II des zweiarmigen Antriebshebels 11 (3), die unmittelbar an die Zustellbewegung I anschließt. Auf diese Weise wird die Niederhalterfeder 37 um einen weiteren, zweiten Federweg s₂ (3) elastisch nachgiebig zusammengedrückt und der Stempel 25 um einen Setzhub h_S (3) sowie mit einer vordefinierten Setzkraft F_S betätigt, um den Halbhohlstanzniet 47 in die beiden Fügepartner 43, 45 einzutreiben.
Nach erfolgtem Setzprozess wird die Kolben-Zylinder-Anordnung der Antriebseinheit 19 wieder eingefahren. Dadurch werden der zweiarmige Antriebshebel 11 und der Niederhalterhebel 7 wieder in die, in der 1 gezeigte Offenposition A zurückverstellt.

Claims

Setzvorrichtung zum Fügen zumindest zweier Fügepartner (43, 45) mittels einer Fügezange, die einen Niederhalterhebel (7), der einen Niederhalter (23) mit darin geführten Stempel (25) trägt, und einen Matrizenhebel (5) aufweist, zwischen dessen Matrize (21) und dem Niederhalter (23) die beiden Fügepartner (43, 45) positionierbar sind, und mit einer Antriebseinheit (19), die über ein Antriebsgestänge (11) mit dem Niederhalterhebel (7) verbunden ist, und zwar zur Schwenkbetätigung des Niederhalterhebels (7) von einer Offenposition (A) um einen Zustellhub (h_Z) in eine Zustellposition (B), in der der Niederhalter (23) mit einer Niederhalterkraft (F_NH) die Fügepartner (43, 45) gegen die Matrize (21) drückt, welches Antriebsgestänge (11) an einer Schwenklagerstelle (13) am Niederhalterhebel (7) schwenkbar angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgestänge (11) ein zweiarmiger Antriebshebel ist, der mit einem mit Bezug auf die Schwenklagerstelle (13) antriebsseitigen Hebelarm (17), der mit der Antriebseinheit (19) zusammenwirkt, und mit einem abtriebsseitigen Hebelarm (15) ausgebildet ist, der bei einer Zustellbewegung (I) des Antriebshebels (11) in die Zustellposition (B) den Niederhalterhebel (7) mit der Niederhaltekraft (F_NH) gegen die Fügepartner (43, 45) drückt.
Setzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem abtriebsseitigen Hebelarm (17) des zweiarmigen Antriebshebels (11) und dem Niederhalterhebel (7) eine Niederhalterfeder (37) abgestützt ist, und dass bei der Zustellbewegung (I) des Antriebshebels (11) in die Zustellposition (B) die Niederhalterfeder (37) elastisch nachgiebig unter Aufbau der Niederhalterkraft (F_NH) um einen ersten Federweg (s₁) verformbar ist.
Setzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalterhebel (7) an einer Zangen-Schwenkachse (9) am Matrizenhebel (5) schwenkgelagert ist, und dass insbesondere die Zangen-Schwenkachse (9) und eine Antriebshebel-Schwenkachse (13) mit einem Achsabstand (a) zueinander achsparallel angeordnet sind.
Setzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Zustellposition (B), in der der Niederhalter (23) mit der Niederhaltekraft (F_NH) gegen die Fügepartner (43, 45) drückt, der im Niederhalter (23) geführte Stempel (25) um einen Setzhub (h_S) mit einer Setzkraft (F_S) gegen die Fügepartner (43, 45) verstellbar ist, und zwar unter Bildung einer Fügestelle (49).
Setzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (25) an einer Schwenklagerstelle (31) kraftübertragend am abtriebsseitigen Hebelarm (15) des zweiarmigen Antriebshebels (11) angelenkt ist, und dass der zweiarmige Antriebshebel (11) bei einer Setzbewegung (II) den Stempel (25) mit der Setzkraft (F_S) gegen die Fügepartner (43, 45) verstellt.
Setzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Setzbewegung (II) des Antriebshebels (11) unmittelbar an seine Zustellbewegung (I) anschießt, und/oder dass bei der Ausführung der Setzbewegung (II) die Niederhalterfeder (37) elastisch nachgiebig um einen weiteren, zweiten Federweg (s₂) verformbar ist.
Setzvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalterfeder (37) eine Schraubenfeder ist, und dass der Stempel (25) mit seinem matrizenabgewandten Ende (29) durch die Niederhalterfeder (37) geführt ist.
Setzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Zangen-Schwenklagerstelle (9) des Niederhalterhebels (7) und dem Niederhalter (23) eine Abtriebsseite (39) definiert ist sowie zwischen der Zangen-Schwenklagerstelle (9) und der Antriebseinheit (19) eine Antriebsseite (41) definiert ist, und dass die Schwenklagerung des zweiarmigen Antriebshebels (11) so ausgelegt ist, dass die Antriebshebel-Schenklagerstelle (13) vertikal in Flucht zur Zangen-Schwenklagerstelle (9) oder auf der Antriebsseite (41) angeordnet ist.
Setzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Stempel-Schwenklagerstelle (31) am matrizenabgewandten Ende (29) des Stempels (25) ein Querzapfen (33) ausgebildet ist, und dass der Querzapfen (33) in einem Langloch (35) des antriebsseitigen Hebelarms (17) des zweiarmigen Antriebshebels (11) verstellbar gehaltert ist.
Setzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügezange eine Halbhohlstanznietzange ist, und dass der Stempel (25) im Setzprozess einen Halbhohlstanzniet (47) in die Fügepartner (43, 45) eintreibt.
Setzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (23) eine Hülse ist, in der der Stempel (25) geführt ist, und/oder dass der Niederhalter (23) an einer matrizenzugewandten Seite des Niederhalterhebels (7) angebunden ist, und/oder dass der hülsenförmige Niederhalter (23) außen glattzylindrisch ausgebildet ist und insbesondere einen durchgängig konstanten Außendurchmesser (d) aufweist.