DE19819721A1 - Vorrichtung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Fügeteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Fügeteilen. DOLLAR A Um die fügeprozeßbedingte Aufbiegung der Ausleger einer Rahmenkonstruktion zu vermindern bzw. ganz zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß betätigbare Kraftmittel an einem oder mehreren Auslegern angreifen und eine Kraftkomponente in die Vorrichtung einbringen, die einer fügeprozeßbedingten Aufbiegungskraftkomponente der Ausleger entgegengerichtet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Fügeteilen, bestehend aus einer Rahmenkonstruktion, an deren Auslegern Fügewerkzeuge befestigt sind und Antriebsmitteln zur Bewegung zumindest eines Fügewerkzeugs zur Herstellung einer Fügeverbindung. Vorrichtungen zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Fügeteilen werden im Maschinen- und Fahrzeugbau und anderen Branchen eingesetzt.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, C-Rahmenzangen einzusetzen, deren Ausleger sehr massiv ausgeführt sind, um einem Aufbiegen der Ausleger unter Einwirkung der möglichen hohen Fügekräfte entgegenzuwirken. Wegen des zunehmend hohen Gewichtes solcher C-Rahmenzangen bei wachsenden Ausladungen sind solche C-Rahmenzangen jedoch nur noch beschränkt handhabbar. Außerdem werden in der DE 196 02 712 schwächer ausgelegte C-Rahmenzangen vorgeschlagen, deren größere Aufbiegungsbewegung durch gelenkig gelagerte Werkzeugträger mit aktiver Kompensation der Winkel- und Lateralversätze ausgeglichen wird. Da bei dieser Vorrichtung aber immer noch die eigentlich unerwünschte Aufbiegung auftritt, muß ein vergleichsweise hoher Aufwand getrieben werden, um diese unerwünschte Versatzerscheinungen zu kompensieren. Ein noch größerer Aufwand wird bei den sogenannten Doppel-C-Rahmen getrieben, bei denen die Funktionen "Werkzeugführung" und "Aufnahme der Fügekräfte" durch zwei getrennte C-Rahmen ausgeführt sind. Der innere C-Rahmen dient der Führung der Werkzeuge und unterliegt keiner Biegebeanspruchung, während der äußere C-Rahmen die Reaktionskräfte aufnimmt und auf Biegung beansprucht wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der sich die Ausleger trotz leichter Konstruktion möglichst gar nicht erst aufbiegen.

Die Aufgabe wird gelöst, indem betätigbare Kraftmittel an einem oder mehreren Auslegern angreifen und eine Kraftkomponente in die Vorrichtung einbringen, die einer fügeprozeßbedingten Aufbiegungskraftkomponente der Ausleger entgegengerichtet ist. Vom Wirkprinzip her handelt es sich um eine aktive Abspannung mit variabler Vorspannung. Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung wird eine entstehende Aufbiegung nicht nachträglich kompensiert, sondern sie kann gar nicht erst oder zumindest nur in geringem Umfang entstehen. Der C-Rahmen kann sehr leicht ausgeführt werden, ohne dadurch eine aufbiegungsbedingte Verschlechterung der Qualität der Fügeverbindung hinnehmen zu müssen. Die frühere Biegebeanspruchung wird durch die erfindungsgemäße Lösung, deren Ausgestaltung einem fachwerkartigem Aufbau vergleichbar sein kann, weitestgehend in eine Zug- bzw. Druckbelastung umgewandelt, was eine bessere Werkstoffausnutzung gewährleistet. Durch den aktiven Ausgleich können die Ausleger auf Festigkeit statt auf Steifigkeit ausgelegt werden. Die Zangengewichte können auch bei größeren Ausladungen verringert und dadurch die Handhabbarkeit erhöht werden. Bei einer korrekt arbeitenden Vorrichtung ist der die Fügequalität beeinträchtigende Winkel- bzw. Lateralversatz auf ein Mindestmaß reduziert. Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen C-Rahmen mit Druckzylindern,

Fig. 2 einen schematischen C-Rahmen mit einer Drahtabspannung.

In Fig. 1 ist ein C-Rahmen 2 mit Auslegern 4 dargestellt, an deren Enden die nicht näher dargestellten Fügewerkzeuge 6 wie beispielsweise Stößel, Stempel, Matrize oder Niederhalter befestigt sind. Die Fügewerkzeuge 6 werden durch Antriebsmittel 8 aufeinander zubewegt, um zwischen den Fügewerkzeugen 6 befindliche, nicht näher dargestellte aufeinanderliegende Fügeteile miteinander zu befestigen. Es ist auch möglich, nur ein Fügewerkzeug 6 durch ein Antriebsmittel 8 zu bewegen. Die Kraft, die die Antriebsmittel 8 auf die Fügewerkzeuge 6 aufbringen müssen, um die mechanische Fügeverbindung herstellen zu können, ist nicht konstant zum Verfahrweg der Fügewerkzeuge 6, sondern steigt in der Regel an und erreicht ihren Höhepunkt, wenn die Fügeverbindung nahezu vollständig hergestellt ist. Die absolut erforderlichen Kräfte sind von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, wie beispielsweise dem Material der Fügeteile, der Größe der herzustellenden Fügeverbindung, dem Umformgrad im Material der Fügeteile, der Schneidschärfe der Fügewerkzeuge oder der Geometrie der Fügewerkzeuge 6 oder der Hilfsfügeteile. Zusammenfassend gibt es also eine Vielzahl von Einflußfaktoren, die sich je nach Fertigungsablauf kurz hintereinander in unterschiedlicher Weise auf das Maß der einzusetzenden Kräfte auswirken können.

Die Kräfte, die schließlich zum Herstellen einer Fügeverbindung benötigt werden, müssen von den Auslegern 4 aufgefangen werden. Bei einer angenommenen gleichen Festigkeit der Ausleger 4 und gleichen Fügekräften fällt aufgrund der Hebelwirkung die Aufbiegung der Ausleger 4 umso größer aus, je weiter die Ausladung der Ausleger 4 ist. Um eine Aufbiegung der Ausleger 4 zu verhindern, wird erfindungsgemäß eine der fügeprozeßbedingten Aufbiegungskraftkomponente entgegengerichtete Kraftkomponente in den C-Rahmen eingebracht. Im Ausführungsbeispiel gelingt dies, indem betätigbare Kraftmittel 10 so zwischen dem Grundrahmen 12 und den Auslegern 4 angeordnet sind, daß sie bei Betätigung eine Kraft auf die Ausleger 4 ausüben, aufgrund welcher sich die Ausleger 4 aufeinander zu bewegen können. Je nach Verfahrweg der betätigbaren Kraftmittel 10 können auch die Ausleger 4 in ihrer Ausladung variabel ausgestaltet werden. Abweichend von der Darstellung in den Figuren müssen die betätigbaren Kraftmittel 10 nicht zwingend in der Nähe der Ausleger 4 angeordnet sein, sondern sie können auch an anderer Stelle der Vorrichtung entfernt von den Auslegern 4 positioniert sein, beispielsweise um die bewegten Teile gewichtsmäßig zu entlasten.

Die von den betätigbaren Kraftmitteln 10 eingebrachte Kraft sollte vorteilhaft zumindest zeitweise proportional zur Kraft regelbar sein, die die Antriebsmittel 8 zur Herstellung der Fügeverbindung aufbringen. Eine solche zeitweise proportionale Regelbarkeit ist beispielsweise möglich durch eine Steuerungs- oder Regelungselektronik, die über Sensoren die von den Antriebsmitteln 8 erzeugte Kraft ermitteln, mittels einer geeigneten Software mit einem Rechenalgorhitmus, einer zugreifbaren Tabelle oder einem Kennfeld auswertet und daraus Stellsignale ableitet, die an eine Aktorik übermittelt werden, die die Kraft der betätigbaren Kraftmittel 10 beeinflußt. Anstelle einer elektronischen Steuerung oder Regelung kann auch eine mechanische Verbindung oder eine gemeinsame Betätigung eines hydraulischen Arbeitskreises durch gemeinsame Ventilstellmittel die zumindest zeitweise proportionale Regelung der Kraft bewirken. Da die zur Herstellung der Fügeverbindung erforderliche Kraft im Verlauf des Fügevorgangs variiert, ist auch die von den betätigbaren Kraftmitteln 10 einbringbare Kraft gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im Verlauf eines Fügevorganges nicht konstant, sondern variabel gestaltbar, und zwar auch unabhängig von der ebenfalls variablen Kraft der Antriebsmittel 8 und der zuvor vorgeschlagenen zumindest zeitweisen Proportionalität. Die Wahl eines geeigneten Kraftverlaufs ist abhängig von den Einsatzverhältnissen und technischen Zielsetzungen. So kann auch eine variable, pulsierend eingebrachte Kraft vorteilhaft sein. In Fig. 1 ist angedeutet, daß die betätigbaren Kraftmittel 10 als Hydraulikzylinder ausgebildet sein können. Durch Verwendung eines von einer mit einer Sensorik verbundenen Steuerungs- bzw. Regelungselektronik ansteuerbaren Proportionalventils kann die Kraft, die der Hydraulikzylinder ausübt, sehr fein gesteuert bzw. geregelt werden. Wenn die hydraulischen Elemente der Antriebsmittel 8 und betätigbaren Kraftmittel 10 von einem gemeinsamen Regelventil mit Druckmittel beaufschlagbar sind, kann man den vorteilhaften Effekt ausnutzen, daß sich die einander entgegenwirkenden Kraftkomponenten über die hydrostatische Wirkung des eingesetzten Druckmittels in etwa ausgleichen. Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine aufwendige Steuerungs-oder Regelungselektronik verzichtet werden.

Anstelle des gezeigten Hydraulikzylinders können selbstverständlich auch alle anderen, einem Fachmann geläufigen Antriebsmittel zum Antrieb des betätigbaren Kraftmittels 10 eingesetzt werden.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die betätigbaren Kraftmittel 10 außerhalb der Ausleger 4 und wirken als Druckmittel. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 befinden sich die betätigbaren Kraftmittel 10 innerhalb der Ausleger 10 und wirken als Zugmittel auf hochfeste Drähte 14 ein, die einends am Grundrahmen 12 und andernends am äußeren Ende der Ausleger 4 befestigt sind. Durch Anziehen der betätigbaren Kraftmittel 10 werden sind die Ausleger 4 aufeinander zu bewegbar.

Anstelle der Abstützung bzw. Befestigung des betätigbaren Kraftmittels 10 am Grundrahmen ist es auch vorstellbar, das betätigbare Kraftmittel 10 an einem anderen Maschinenelement, am Boden oder an der Decke zu befestigen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die betätigbaren Kraftmittel 10 so angelenkt sind, daß sie die entgegengerichtete Kraftkomponente möglichst genau entgegen der fügeprozeßbedingten Aufbiegungskraftkomponente einbringen können.

Für eine größere Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung bei niedrigeren Fügekräften, aber auch aus anderen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn die betätigbaren Kraftmittel 10 zumindest zeitweise während eines oder mehrerer Fügevorgänge inaktiv sind. So kann die Hydraulik die Antriebsmittel 8 schneller zustellen, wenn sie nur die Antriebsmittel 8 und nicht auch noch die betätigbaren Kraftmittel 10 mit Druckmittel beaufschlagen muß. Der Fachmann sollte also einen sinnvollen Kompromiß finden bei der Auslegung der Statik der Ausleger 4 und der Leistung der betätigbaren Kraftmittel 10. So ist es auch denkbar, die betätigbaren Kraftmittel 10 nicht dazu einzusetzen, um die Fügekräfte voll oder annähernd voll zu kompensieren, sondern dazu, um einen statisch nur von den Auslegern 4 beherrschbaren Bereich der Kraftanwendung nach oben hin zu erweitern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vor allem für den Einsatz beim umformtechnischen Fügen, aber auch für das Widerstandspunktschweißen oder anderen Befestigungstechniken, bei denen mit ausladenden Auslegern gearbeitet werden muß, auf die Aufbiegekräfte einwirken. Als Konstruktionswerkstoffe eignen sich alle Arten von Metallen, aber auch andere Werkstoffe wie faserverstärkte Verbundwerkstoffe.

Die Fügewerkzeuge 6 in Form von Stempel und Matrize sowie Lagerelemente, Rahmenelemente wie Ausleger 4 oder sonstige geeignete Komponenten oder Teile der Vorrichtung können mit nicht näher dargestellten Sensoren ausgestattet sein, die prozeßrelevante Parameter ermitteln. Als prozeßrelevante Parameter kommen beispielsweise Fügekräfte, Ausgleichskräfte, Aufbiegungen, Zustellwege oder die Dicke der Fügeteile in Betracht. Diese Parameter können dann an eine Vorrichtung zur Steuerung, Regelung, Überwachung und/oder Auswertung des Prozesses verwendet werden. Diese Vorrichtung kann dann beispielsweise über eine geeignete Elektronik eine Aktorik steuern oder regeln, den Fügeprozeß insgesamt oder einzelne Maschinenelemente überwachen oder den Fertigungsprozeß zur Qualitätssicherung und Fertigungsdokumentation überwachen oder die Parameter nach geeigneten Kriterien auswerten. Durch eine geeignete Elektronik als Steuerungs- und/oder Regelungsmittel, die mit einer Aktorik der Vorrichtung verbunden ist, können beispielsweise Fügekräfte, Ausgleichskräfte und/oder Zustellwege prozeßabhängig gesteuert werden.

Die vorstehenden Erläuterungen der Erfindung sind nur als beispielhaft gedacht. Einem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, die Ausgestaltung der Erfindung anhand des ihm zur Verfügung stehenden Fachwissens zu variieren und abzuwandeln.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Fügeteilen, bestehend aus einer Rahmenkonstruktion, an deren Auslegern Fügewerkzeuge befestigt sind und Antriebsmitteln zur Bewegung zumindest eines Fügewerkzeugs zur Herstellung einer Fügeverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß betätigbare Kraftmittel (10) an einem oder mehreren Auslegern (4) angreifen und eine Kraftkomponente in die Vorrichtung einbringen, die einer fügeprozeßbedingten Aufbiegungskraftkomponente der Ausleger (4) entgegengerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftkomponente im Verlauf eines Fügevorganges variabel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftkomponente zeitweise proportional regelbar ist zur Kraft der Antriebsmittel zur Herstellung der Fügeverbindung.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausladung der Ausleger (4) variabel ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Kraftmittel (10) entfernt von den Auslegern (4) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (8) und die betätigbaren Kraftmittel (10) hydraulisch betätigbare Elemente und von einem gemeinsamen Regelventil mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Kraftmittel (10) zumindest zeitweise inaktiv sind.

8. Vorrichtung nach einem öder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren fügeprozeßbedingte Parameter ermitteln und diese Parameter an eine Steuerungs-, Regelungs-, Überwachungs- und Auswertungsvorrichtung übermittelbar sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von Steuerungs- und/oder Regelungsmitteln Signale an eine Aktorik übermittelbar sind, durch die prozeßrelevante Parameter veränderbar sind.