-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von
Tafelmaterial durch selbstlochendes Nieten oder Klammem. Der Begriff „Klammern" ist auch als „Druckverbinden" oder „integrales Befestigen" bekannt.
-
Es
sind Verfahren und Vorrichtungen zum Nieten der Art bekannt, bei
der ein selbstlochender Niet ohne vollständiges Durchdringen in ein
Tafelmaterial eingesetzt wird, so daß das verformte Ende des Niets
durch einen angestauchten Kreisring des Tafelmaterials eingekapselt
bleibt.
-
1 ist
ein schematischer Schnitt eines Beispiels einer durch ein solches
Nietverfahren nach der Erfindung hergestellten genieteten Verbindung. Ein
Niet 1 hat einen Kopf 2 und einen Schaft 3,
der in einer ringförmigen
Kante 4 endet. Der Schaft 3 ist anfangs zylindrisch,
wird aber in die illustrierte Form nach außen aufgeweitet, wenn der Niet
in zwei einander überlappende,
auf einem entsprechend geformten Gesenk angeordnete, Tafeln 5, 6 getrieben
wird. Wie es gezeigt wird, bleiben der Schaft und die Kante des
Niets 1 in das Tafelmaterial 5, 6 eingebettet, nachdem
der Niet gesetzt worden ist.
-
Ein
verbessertes selbstlochendes Nietverfahren nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 wird in unserem Europäischen Patent Nr. 0675774 beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird das Tafelmaterial während des Nietvorgangs im Bereich
um die Nieteinsetzstelle mit einer beträchtlichen Kraft zwischen einer
Nase der Nietmaschine und dem Gesenk festgeklemmt, so daß es eine
minimale Verwerfung des Tafelmaterials während des Nietvorgangs gibt.
Es hat sich erwiesen, daß dieses
Verfahren die Festigkeit der genieteten Verbindung erhöht und die
Tiefe der ringförmigen
Kehle 7 verringert. Jedoch bedeutet das verhältnismäßig hohe
Niveau der zum Erreichen der verbesserten Verbindungseigenschaften
erforderlichen Schließkraft,
daß ein
beträchtlicher
Druck eines Hydraulikfluids oder einer Hochleistungsfeder erforderlich
ist, um die Kraft auszuüben.
Darüber
hinaus wird die Nase vom Gesenk weg nach oben gedrückt werden,
falls Reaktionskräfte
innerhalb der Verbindung, die sich aus dem Nieteinsetzen ergeben,
die Schließkraft übersteigen.
Dies führt
zu einer Verringerung der potentiellen restlichen Druckspannung, die
an den Bereich um den Niet weitergegeben werden könnte.
-
Das
Verbinden zweier Metalltafeln durch Klammern ist bekannt, wobei
zwei Metalltafeln unter Verwendung einer Kombination von Stempel
und Gesenk in einen Rasteingriff verformt werden.
-
Ein
verbessertes Klammerverfahren wird in unserem Europäischen Patent
Nr. 0614405 beschrieben. Bei diesem verfahren wird ein Hohlniet
oder ein röhrenförmiger Rohling
in eine geklammerte Verbindung zwischen Tafeln eingesetzt, und das
innere Ende eines Schafts des Niets wird innerhalb der geklammerten
Verbindung auf eine solche Weise nach außen verformt, daß es die
Platten nicht durchdringt.
-
Bei
den beiden oben beschriebenen Verfahren wird ein U-Rahmen verwendet,
um die Nietvorrichtung und das Gesenk zu stützen. Ein unterer Schenkel
des U-Rahmens stützt
das Gesenk und biegt sich bei Anwendung während des Nietvorgangs im Ergebnis
der Nieteinsetz- und Schließkräfte um eine
gewisse Strecke. Dies bedeutet, daß bei hydraulischen Klemmsystemen
allgemein Nachfüll-Hydraulikfluid erforderlich
ist, um das erforderliche Klemmniveau aufrechtzuerhalten. Das langsame
Ansprechen von Hydraulikfluidsystemen auf den Bedarf an einer Zusatzladung
führt zu
verhältnismäßig langen
Zykluszeiten.
-
US-A-5051020
beschreibt ein Klammerverfahren, bei dem einander überlappende
Tafeln durch einen Stempel in ein Gesenk verformt werden, um eine
Klammerverbindung zu bilden. Danach werden die Tafeln angrenzend
an den Gesenkhohlraum gequetscht, um die Verbindungswand nach außen zu verformen
und eine auslaufsichere Verbindung zu gewährleisten.
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die zuvor erwähnten Nachteile
zu beseitigen oder abzuschwächen
und ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung
zum Befestigen von Tafelmaterial durch selbstlochendes Nieten oder
Klammern bereitzustellen.
-
Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
bereitgestellt zum Einsetzen eines Befestigungselements in ein Tafelmaterial,
wobei das Verfahren folgendes einschließt: Einsetzen des Befestigungselements
in wenigstens eine Tafel ohne vollständiges Durchdringen, so daß ein verformtes
Ende des Befestigungselements durch einen angestauchten Ring des
Tafelmaterials eingekapselt bleibt, wobei das Tafelmaterial zwischen
einer Nase und einem Gesenk einer Befestigungsvorrichtung angeordnet
wird und das Befestigungselement mit Hilfe eines Stempels in das
Tafelmaterial eingesetzt wird, der das Gegenstück im Verhältnis zur Nase ist, dadurch
gekennzeichnet, daß,
nachdem das Befestigungselement eingesetzt ist, der Stempel zurückgezogen
wird und in dem Bereich um die Befestigungselement-Einsetzstelle
eine Schließkraft
auf das Tafelmaterial zwischen der Nase und dem Gesenk ausgeübt wird,
um so die Verformung der Tafel aus ihrer Ebene in dem Bereich um
die Befestigungselement-Einsetzstelle zu verringern.
-
Das
Festklemmen der Tafel nach dem Einsetzen des Befestigungselements
auf diese Weise sichert, daß vorteilhafte
Druckbelastungen in den Bereich um die Befestigungselement-Einsetzstelle
aufgebaut werden, und sichert in dem Fall, daß eine oder mehrere Tafeln
verbunden werden, ebenfalls, daß sich
die Ermüdungsleistung
der Verbindungen im Vergleich zu den durch herkömmliche Befestigungsverfahren
erzeugten Verbindungen bedeutend verbessert. Das Zurückziehen
des Stempels sichert, daß das
Festklemmen der Tafel nach dem Nieteinsetzen nur durch die Nase
ausgeübt
wird.
-
Die
Nase kann durch ein Stützelement
gestützt
werden, wobei während
des Befestigungsvorgangs eine Bewegung der Nase im Verhältnis zum Stützelement
in einer Richtung weg vom Gesenk verhindert wird.
-
Die
Position der Nase im Verhältnis
zum Gesenk wird so gesteuert, daß im Bereich um die Nieteinsetzstelle
eine sehr geringe oder keine örtliche Verdickung
oder Schwellung der Tafeln erlaubt wird. Das Verfahren bedeutet,
daß das
während
des Nieteinsetzvorgangs verschobene Tafelmaterial innerhalb einer
wesentlich feststehenden Entfernung zwischen der Nase und dem Gesenk
eingespannt wird. Dieses Einspannen führt dazu, daß im Ergebnis
des Nieteinsetzens eine gesteigerte restliche Druckspannung in den
Verbindungsbereich induziert wird, wodurch eine verbesserte Lebensdauer
der genieteten Verbindung gewährleistet
wird.
-
Die
Entfernung zwischen der Nase und dem Gesenk wird vorzugsweise durch
Festhalten der Nase der Nietmaschine gesteuert, so daß, ungeachtet
der ausgeübten
Kraft, verhindert wird, daß sie während des
Nietvorgangs vom Gesenk weg zurückgedrückt wird.
Im Fall einer Biegung eines Stützrahmens
(zum Beispiel eines U-Rahmens) auf Grund von Nietsetzbelastungen
ist die Nase jedoch noch in der Lage, sich zu bewegen, um dem Gesenk
zu folgen.
-
Auf
das Tafelmaterial kann ebenfalls eine Schließkraft ausgeübt werden,
bevor oder während das
Befestigungselement eingesetzt wird.
-
Vorzugsweise
werden die Schließkraft
und die zum Einsetzen des Befestigungselements erforderliche Kraft
vom gleichen Stellantrieb abgezweigt.
-
Die
nach dem Einsetzen des Befestigungselements ausgeübte Schließkraft kann
durch Verändern
der zum Einsetzen des Befestigungselements ausgeübten Kraft verändert werden.
-
Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Plattenklammerverfahren
bereitgestellt, bei dem zwei oder mehr Tafeln eines Materials in
einen Rasteingriff verformt werden, wobei das Tafelmaterial zwischen
einer Nase und einem Gesenk einer Befestigungsvorrichtung angeordnet wird,
wobei das Tafelmaterial mit Hilfe eines Stempels verformt wird,
der das Gegenstück
im Verhältnis zur
Nase ist, wobei der Stempel zurückgezogen
wird, nachdem die Tafeln durch den Stempel verformt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß,
nachdem die Tafeln verformt sind, in dem Bereich um die Stempel-Einsetzstelle eine
Schließkraft
auf das Tafelmaterial zwischen der Nase und dem Gesenk ausgeübt wird,
um so die Verformung der Tafel aus ihrer Ebene in dem Bereich um
die Stempel-Einsetzstelle zu verringern.
-
Es
werden nun, nur als Beispiel, spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
-
1 ein
Schnitt einer durch das Befestigungsverfahren der vorliegenden Erfindung
hergestellten genieteten Verbindung ist,
-
2 und 3 schematische
Illustrationen einer Nietmaschine, die angebracht an einem U-Rahmen
gezeigt wird, sind,
-
4 ein
Schema ist, das die inneren Spannungen einer Verbindung zeigt, die
nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung genietet wird,
-
5 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Nietmaschine ist,
-
6 eine
schematische Seitenansicht einer dritten Nietmaschine ist,
-
7 eine
schematische Darstellung einer vierten Nietmaschine ist,
-
8a bis 8h Längsschnittansichten
eines Nietenziehers und eines Gesenks sind, die in einer Folge von
chronologischen Schritten ein Verfahren zum Befestigungselementeinsetzen
nach der vorliegenden Erfindung zeigen,
-
8i eine
auseinandergezogene Ansicht einer Baugruppe aus Druckkolben und
Stempel des Nietenziehers von 8a bis 8h und 9a bis 9e ist
und
-
9a bis 9e Längsschnittansichten
eines Nietenziehers und eines Gesenks sind, die eine chronologische
Folge eines alternativen Verfahrens zum Befestigungselementeinsetzen
nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ist nun die genietete Verbindung
von 1 bereits als ein Beispiel der Art von Verbindung
beschrieben worden, die durch das Befestigungsverfahren der Erfindung
erzeugt wird.
-
2 und 3 zeigen
eine an einem herkömmlichen
U-Rahmen 11 angebrachte Nietmaschine 10. Ein oberer
Schenkel 12 des U-Rahmens 11 trägt einen
feststehenden Hauptzylinder 13, in dem ein einziehbarer
Klemmzylinder 14 der Maschine aufgenommen wird. Der Hauptzylinder 13 stellt Hydraulikdruck
zum Betätigen
des Klemmzylinders und eines Nietstempels (nicht gezeigt), der koaxial
in demselben verschoben werden kann, bereit. Ein unterer Schenkel 15 des
U-Rahmens 11 trägt
ein Gesenk 16 unmittelbar unterhalb des Klemmzylinders 14.
Der Klemmzylinder 14 endet in einer Nase 17, deren Stirnfläche eine
ringförmige
Klemmfläche 18 definiert,
die zwei einander überlappende
Tafeln 19 gegen das Gesenk 16 drückt.
-
Die
Bewegung sowohl des Klemmzylinders 14 als auch des Stempels
wird, wie es gut bekannt ist und in unserem zuvor erwähnten Europäischen Patent
erörtert
wird, durch einen Hydraulikfluiddruck angetrieben. Es können jedoch
andere Stempelantriebsmechanismen, wie beispielsweise eine elektrisch
betriebene Schneckenbaugruppe, verwendet werden. Darüber hinaus
kann der Klemmzylinder als Alternative dazu durch einen elektrisch
betriebenen Stellantrieb oder über
eine Feder vom Stempel angetrieben werden.
-
Mit
dem U-Rahmen 11 und mit der Nase 17 wird ein mechanisches
Gestänge 20 verbunden,
um während
des Nietvorgangs das Vorstehen der Nase 17 zum Gesenk 16 hin
aufrechtzuerhalten. Das Gestänge 20 umfaßt ein erstes,
an dem einen Ende am oberen Schenkel 12 des U-Rahmens 11 befestigtes, Verbindungselement 21 und
ein zweites, mit der Nase 17 verbundenes, Verbindungselement 22,
wobei die zwei Verbindungselemente 21, 22 an ihren anderen
Enden schwenkbar miteinander verbunden werden. Das Gestänge 20 wird
durch einen Stellantrieb 23 gesteuert, der an einer Stelle
zwischen dem oberen und dem unteren Schenkel 12, 15 und
dem Drehpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement 21, 22 mit
dem U-Rahmen 11 verbunden wird. Bei Anwendung bewegt sich
das Gestänge 20 synchron
mit dem Absteigen des Klemmzylinders 14 oder, als Alternative
dazu, wirkt der Stellantrieb 23 auf dasselbe, um den Klemmzylinder 14 zwischen
einer, in 3 gezeigten, ausgefahrenen Position,
in der sich die Nase 17 in Klemmkontakt mit den Tafeln 19 befindet,
und einer, in 2 gezeigten, eingezogenen Position,
in der die Nase 17 zum oberen Schenkel 12 des
U-Rahmens 11 hin zurückgezogen
wird, vorzuschieben. Der Stellantrieb 23 dient zum Antreiben
und Halten des mechanischen Gestänges 20 in
der ausgefahrenen Position, so daß ein Zurückziehen der Nase 17 im
Verhältnis zum
U-Rahmen 11 verhindert wird, bis zu einem Zeitpunkt, an
dem der Nietvorgang abgeschlossen ist und der Klemmdruck verringert
wird, worauf der Stellantrieb 23 freigegeben wird.
-
Der
Nietvorgang wird wie folgt ausgeführt. Ein Niet der in 1 gezeigten
Art wird auf eine herkömmliche
Weise bereit zum Einsetzen in die Tafeln 19 dem Ende der
Nase 17 zugeführt.
Der Klemmzylinder 14 fährt
von der in 2 gezeigten eingezogenen Position
abwärts
zu der in 3 gezeigten Position und übt eine
leichte bis mäßige Schließkraft zwischen
der Nase 17 und dem Gesenk 16 aus. Das mechanische
Gestänge 20 fährt sich
entweder simultan mit dem Absteigen des Klemmzylinders 14 aus
oder treibt denselben an, und es wird durch den Stellantrieb 23 eine
Haltekraft auf das Gestänge 20 ausgeübt, um so
eine Umkehrbewegung der Nase 17 während des Nietvorgangs zu verhindern,
wodurch die Position der Nase 17 im Verhältnis zum
Gesenk 16 gesteuert wird. Sobald die vorher festgelegte Schließkraft erreicht
ist, signalisiert ein Druckschalter oder eine Kraftmeßdose usw.
(nicht gezeigt) dem Stempel, sich für den Nietvorgang vorzuschieben. Die
Schließkraft
kann während
des gesamten Nietvorgangs aufrechterhalten werden oder kann mit
Hilfe einer Veränderung
des Drucks im Stellglied verringert oder gesteigert werden. Danach
fährt der
Stempel innerhalb des Klemmzylinders 14 abwärts, um den
Niet in die Tafeln 19 einzusetzen.
-
Die
Zeitsteuerung und Abstimmung des obigen Vorgangs wird unter der
Kontrolle einer programmierbaren Logik-Steuereinrichtung oder eines ähnlichen
automatischen Steuergeräts
durchgeführt.
Es wird sich verstehen, daß der
Nietvorgang durch das Einschließen
eines Prägerings
und/oder eines auf die Nase aufgebrachten Klebstoffs ergänzt werden kann,
wie es in unserem zuvor erwähnten
Europäischen
Patent beschrieben wird.
-
Das
Einsetzen des Niets wird in 4 illustriert.
Während
durch die Nase 17 die Schließkraft auf die Tafeln 19 ausgeübt wird,
wird durch das Gesenk 16 eine entsprechende gleiche und
entgegengesetzte Reaktionskraft auf die Tafeln 19 ausgeübt. Zusätzlich dazu
werden durch die Neigung der Tafeln, sich zu verformen, wenn der
Niet unter der Wirkung des Stempels die Tafeln durchdringt, weitere
Reaktionskräfte
erzeugt. Anfangs wird das Tafelmaterial durch den Niet, wenn er
eingesetzt wird, in den Gesenkhohlraum gezogen. Wenn der Niet vollständig eingesetzt
ist und den Gesenkhohlraum ausfüllt,
wird das Tafelmaterial aus dem Hohlraum verdrängt. Dieses verdrängte Material
erzeugt Reaktionskräfte
gegen die Nase und das Gesenk. Die Reaktionskräfte, illustriert durch die
Pfeile F in 4, übersteigen die Schließkraft und
wirken auf die Nase 17, die normalerweise durch die von
der Verformung der Tafeln 19 erzeugten Reaktionskräfte nach
außen
vom Gesenk 16 weg abgelenkt würde. Da die Nase 17 jedoch durch
die Betätigung
des Gestänges 20 daran
gehindert wird, sich vom Gesenk 16 wegzubewegen, wenn sie
sich in der Klemmposition befindet, wird sie nicht abgelenkt, und
die Verbindung wird entsprechend zusammengedrückt. Die während des Nietvorgangs ausgeübte Druckspannung
gewährleistet
eine gesteigerte Lebensdauer für
die Verbindung.
-
Das
Vorschieben des Stempels während
des Einsetzens des Niets in die Verbindung übt eine gesteigerte Kraft auf
die Tafeln aus, und das Gesenk 16 und der untere Schenkel 15 des
U-Rahmens 11 neigen dazu, sich unter der gesteigerten Belastung
geringfügig
nach unten zu biegen. Die Nase 17 folgt dem Ablenken des
U-Rahmens 11, damit die Schließkraft aufrechterhalten wird.
Das mechanische Gestänge 20 ist
dazu in der Lage, sich geringfügig weiter
auszufahren, um diese zusätzliche
Bewegung der Nase 17 zu ermöglichen. Wenn die Nietkraft
weggenommen wird (d.h., das Einsetzen des Niets abgeschlossen ist
und der Stempel in die Nase eingezogen wird), aber während die
Schließkraft
noch aufrechterhalten wird, wird der untere Schenkel 15 des U-Rahmens 11 versuchen,
zu einer Gleichgewichtsposition gegen die Nase 17 zurückzuschnellen.
Ohne das Vorhandensein des Gestänges 20 würde die Nase 17 nach
oben abgelenkt werden, bis die (durch den Klemmdruck ausgeübte) Kraft
der Reaktionskraft des unteren Schenkels des U-Rahmens entspricht. Mit dem Vorhandensein
des Gestänges 20 kann
die Nase 17 jedoch nicht im Verhältnis zum U-Rahmen bewegt werden,
und die gesamte Reaktionskraft von dem Nietvorgang wird folglich über das
Gesenk 16 zurück
in die Verbindung übertragen,
die zwischen dem Gesenk 16 und der Nase 17 durch
eine Kraft gequetscht wird, die wesentlich und annähernd der
Nieteinsetzkraft (typischerweise 2 bis 5 Tonnen weniger als die
anfängliche
Schließkraft)
entspricht. Da der Stempel vollständig in die Nase eingezogen
wird, wird die Quetschkraft nur durch die Nase ausgeübt. Dies
führt sowohl
zum Abflachen der Verbindung als auch zum Ausüben günstiger Druckspannungen, die eine
vorteilhafte Festigkeit und Ermüdungsleistung gewährleisten.
Nachdem ermöglicht
worden ist, daß dieses „Quetschen" der Verbindung nach
dem Nieteinsetzen vollständig
stattfindet, wird die Nasenfesthaltevorrichtung ausgeklinkt, so
daß sie
in Bereitschaft für
den nächsten
Zyklus eingezogen werden kann.
-
Das
Nietverfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht verbesserte Verbindungseigenschaften,
wie beispielsweise eine verbesserte Lebensdauer, ohne die Notwendigkeit
einer gesondert ausgeübten
hohen Schließkraft.
Die Forschung hat nachgewiesen, daß anfängliche Schließkräfte von Null
oder niedrig bis mäßig, wie
beispielsweise 445 N (100 Pound-Force) oder so, ausreichend sind,
um ein wirksames Nieten unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung zu sichern, obwohl in der Praxis höhere oder niedrigere Kräfte angewendet werden
können.
Darüber
hinaus ist kein zusätzliches Nachfüll-Hydraulikfluid erforderlich,
um die Ablenkung des U-Rahmens auszugleichen.
-
In 5, 6 und 7 werden
alternative Auslegungen von Nietmaschinen gezeigt. Bauteilen, die
identisch mit denen der vorherigen Abbildungen sind, werden die
gleichen Referenzzahlen gegeben. Bei dem in 5 gezeigten
Beispiel wird das mechanische Gestänge ersetzt durch einen gefederten
keilförmigen
Bund 30, der zwischen dem oberen Schenkel 12 des
U-Rahmens 11 wird dem Klemmzylinder 14 angebracht
wird. Der Bund 30 ermöglich
ein Absenken des Klemmzylinders 14, aber verhindert durch
eine Klemmwirkung jede Umkehrbewegung, bis der Nietvorgang abgeschlossen
ist. Wenn der Niet in die Tafeln 19 eingesetzt worden ist
und die Schließkraft
verringert wird, wird der keilförmige Bund 30 aus
dem Eingriff mit dem U-Rahmen 11 bewegt, um so ein Aufsteigen
des Klemmzylinders 14 und daher eine Bewegung der Nase 17 weg
von der genieteten Verbindung zu ermöglichen.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 6 hat der Hauptzylinder eine äußere Schraubgewindeformation 40,
die mit einem komplementären
Innengewinde einer unmittelbar unterhalb des oberen Schenkels 12 des
U-Rahmens angeordneten Drehmutter 41 ineinandergreift.
Die Mutter 41 wird über
einen Riemen 42 treibend mit einem Motor 43 verbunden, der
an der Seite des oberen Schenkels 12 getragen wird. Im
Betrieb wird die Bewegung des Klemmzylinders 14 im Verhältnis zum
U-Rahmen 11 durch das Drehen der Mutter 41 durch
den Motor 43 bewirkt. Die Mutter 41 wird gedreht,
bis sich die Nase 17 in einer Klemmposition an den Tafeln
befindet. Die Gewinde werden so ausgelegt, daß sie eine flache Steigung
haben, so daß sie
zum Sperren neigen, um eine Umkehrbewegung des Hauptzylinders 14 (bisher
f. d. Klemmzylinder. Anm. d. Ü.)
während
des Nietvorgangs zu verhindern. Als Alternative dazu kann der Klemmzylinder
hydraulisch oder auf andere Weise angetrieben werden, und das Schraubgewinde
wirkt als eine ergänzende
Sperre, um eine Umkehrbewegung zu verhindern.
-
Die
Nietmaschine von 7 ist wesentlich ähnlich der
in unserem zuvor erwähnten
Europäischen
Patent Nr. 0675774 beschriebenen. Ein Stempel 50 wird durch
einen Druckkolben 51 getragen und kann unter der Wirkung
eines durch einen Einlaßanschluß 52 des
Hauptzylinders zugeführten
Hydraulikdrucks innerhalb des Hauptzylinders 14 (s. o.
Anm. d. Ü.)
verschoben werden. Der untere Teil des Zylinders 14 beherbergt
einen verschiebbaren Klemmzylinder 53, der in einer Nase 54 endet,
deren Stirnfläche
eine Klemmfläche 55 bereitstellt.
Der Klemmdruck wird durch einen durch einen Einlaßanschluß 56 im Hauptzylinder 14 zugeführten Hydraulikdruck
bereitgestellt. Um den Klemmzylinder 14 zurückzuziehen und
den Klemmdruck zu verringern, wird ein im Einlaßanschluß 56 angeordnetes
Rückschlagventil 57 geöffnet, und
es wird ermöglicht,
daß das
Fluid zurück
durch den Einlaßanschluß 56 entweicht.
Die Maschine unterscheidet sich darin von herkömmlichen Auslegungen, daß das Hydraulikrückschlagventil 57 (oder
eine gleichwertige Vorrichtung) in oder nahe dem Einlaßanschluß 56 angeordnet
wird, um so das Hydraulikfluidvolumen zu begrenzen, das bei dem Klemmdruck
gehalten wird. Dies dient dazu, die Aufwärtsbewegung der Nase 54 zu
unterdrücken,
und ermöglicht
so, daß die
Entfernung zwischen der Nase 54 und dem Gesenk gesteuert
wird.
-
Es
sollte zu erkennen sein, daß alle
obigen Auslegungen verhindern können,
daß der
untere Schenkel des U-Rahmens zu seiner Gleichgewichtsposition zurückschnellt,
nachdem die Nietkraft weggenommen wird, wie es oben in Bezug auf
die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben
wird.
-
Bei
einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel
(nicht gezeigt) treibt ein einziger Stellantrieb (zum Beispiel ein
Hydraulikzylinder oder ein Elektromotor) sowohl den Stempel als
auch die Nase an. Sobald die Nase die zu verbindenden Tafeln berührt, wird
eine verhältnismäßig leichte
Federkraft (z.B. 89 N (20 Pound-Force)) ausgeübt, während sich der Stempel weiter
innerhalb der Nase vorschiebt. Der Stempel kommt in Kontakt mit
einem Niet, welcher der Nase zugeführt worden ist, und treibt
ihn in die Tafeln. In dem Augenblick, in dem der Niet in Kontakt
mit der oberen Tafel kommt, wird immer noch nur eine verhältnismäßig niedrige
Schließkraft
ausgeübt, um
ein Rattern der Nietmaschine im Verhältnis zu den Tafeln zu verhindern.
Diese sehr niedrige Kraft ermöglicht,
daß das
zu verbindende Material fließt, so
daß es
durch den sich vorschiebenden Niet zum Gesenk hin und in den Gesenkhohlraum
gezogen wird, was dazu führt,
daß das
Material unmittelbar um den Niet zu einer ringförmigen Kehle verformt wird. Dieser
Vorgang ermöglicht,
daß mehr
Tafelmaterial in das Gesenk fließt, und führt dazu, daß im Bereich
um die Nieteinsetzstelle verhältnismäßig niedrige
Zugspannungen im Tafelmaterial aufgebaut werden. Wenn der Kopf des
Niets bündig
mit der oberen Fläche
der oberen Tafel gepreßt
wird, stößt ein Absatz oder
Anschlag am Stempel an einen komplementären Absatz an der Nase an und
verhindert eine weitere Bewegung des Stempels im Verhältnis zur
Nase. Folglich wird eine zusätzliche,
durch den Stellantrieb auf den Stempel ausgeübte, Kraft zwischen dem Stempel
und der Nase aufgeteilt und dient dazu, die Schließkraft zwischen
der Nase-Stempel-Kombination und dem Gesenk zu steigern. Sowohl
die Nieteinsetzkraft als auch die Schließkraft bewirken, daß der untere
Schenkel des U-Rahmens abgelenkt wird, wie es oben erörtert wird,
und diese Ablenkung wird so lange aufrechterhalten, wie der Stempel
in der ausgefahrenen Position bleibt.
-
Zu
einem vorher festgelegten Zeitpunkt, nachdem der Nieteinsetzhub
des Stempels abgeschlossen ist, wird der Stempel zurückgezogen,
während
die Nase unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Haltemechanismus', wie beispielsweise eines
beliebigen der oben beschriebenen, in ihrer Position festgehalten
wird. Die durch den Stellantrieb ausgeübte Kraft wird nun nur durch
den Stirnflächenbereich
der Nase auf die Verbindung ausgeübt, und die Reaktion des U-Rahmens
drückt
das Gesenk und die Tafeln zu der feststehenden Nase hin, um so die Tafeln
im Bereich um die Nieteinsetzstelle zu klemmen oder zu „quetschen". Da der Stempel
zurückgezogen
wird, wird an diesem Punkt keine Belastung an den Niet weitergegeben.
Dieses Quetschen dient dazu, die Verwerfung des Tafeln aus ihren
Ebenen abzuflachen, die während
des Nieteinsetzens im Bereich um die Nieteinsetzung auftrat. Außerdem gibt es
Druckspannungen in das Tafelmaterial um den Nietschaft weiter. Sobald
sich die Quetschkraft stabilisiert hat, wird dann die Nase wie zuvor
zurückgezogen,
und der Stempel wird für
den nächsten
Hub zurückgesetzt.
-
Das
Ausmaß der
Schließ-
oder Quetschkraft kann auf verschiedene Weisen verändert werden. Die
Schließkraft
kann durch Steigern der Stellantriebsbelastung vor dem Anheben des
Stempels, sobald der Niet eingesetzt worden ist, in ihrer Größe gesteigert
werden. Dies treibt den Niet nicht weiter in das Tafelmaterial,
weil ein Vorschieben des Stempels im Verhältnis zur Nase durch die aneinanderstoßenden Absätze verhindert
wird. Die zusätzliche
Belastung wird folglich an den U-Rahmen weitergegeben, der weiter
abgelenkt wird. Sobald der Stempel zurückgezogen wird, reagiert der
U-Rahmen, und die Belastung wird zum Klemmen der Verbindung übertragen. Ähnlich kann
die Schließkraft
durch Verringern der Stellantriebsbelastung vor dem Zurückziehen
des Stempels verringert werden, so daß der U-Rahmen mit einer niedrigeren
Kraft reagiert und diese in die Verbindung weitergibt. Die Schließkraft kann
mit Hilfe einer dem Stellantrieb zugeordneten Kraftmeßdose gemessen
werden, so daß die
durch den Stellantrieb ausgeübte
Belastung gesteuert werden kann, um die erforderliche Schließkraft zu
erreichen. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil keine gesonderte
oder zusätzliche
Betätigung
erforderlich ist, um die Schließkraft
weiterzugeben, wodurch bei Zykluszeit und Energie gespart wird.
-
Die
Dauer des Weitergebens der Schließkraft in die Verbindung hängt von
der Steifigkeit des U-Rahmens
ab, und das (oben erwähnte)
Steuergerät
wird so ausgelegt, daß es
während
eines vorbereitenden Eichstadiums, das die erforderliche Stellantriebsbelastung
für eine
gewünschte
Schließkraft und
eine gegebene Steifigkeit des U-Rahmens festlegt, solche Faktoren
einberechnet.
-
Durch
Verringern der anfänglichen
Schließkraft
(d.h., der vor dem Nieteinsetzen) zu Gunsten einer Kraft nach dem
Nieteinsetzen wird der Aufprall an der Nase der Nietvorrichtung
verringert. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Schließkraft während des
Nieteinsetzens und/oder nach demselben schrittweise in Stufen gesteigert werden,
wodurch die Gefahr eines Aufprallschadens an der Nase verringert
wird. Darüber
hinaus ist nur eine einzige Zufuhr von Hydraulikfluid erforderlich, weil
die Schließkraft
und die Nieteinsetzkraft über das
gleiche Stellglied ausgeübt
werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit eines zweiphasigen Vorgangs aus
Klemmen und danach Nieten wie bei vorhandenen Nietvorrichtungen.
Ein solcher einphasiger Vorgang ist ideal geeignet für elektrische
Stellantriebe, die sich bisher insofern als ungeeignet für Nietvorgänge erwiesen
haben, als die erzeugten Verbindungen von minderer Qualität gewesen
sind.
-
Der
Nietenzieher und das Gesenk, die in 8a bis 8i gezeigt
werden, haben einen einzigen Stellantrieb und können bei dem unmittelbar vorstehenden
Ausführungsbeispiel
verwendet werden oder können
auf eine solche Weise verwendet werden, daß die Schließkraft nach
dem Nieteinsetzen auf eine andere Weise an die Tafelmaterialverbindung
weitergegeben wird, wie es nun beschrieben wird. Das Funktionieren
der Vorrichtung wird als eine Reihe von chronologischen Schritten
gezeigt.
-
Eine
zylindrische Stützröhre 70 trägt einen Klemmzylinder 71,
der koaxial in derselben verschoben werden kann. Der Klemmzylinder 71 wiederum trägt innen
einen koaxialen Druckkolben 72, der in demselben verschoben
werden kann und einen Stempel 73 trägt. Der untere Teil des Klemmzylinders 71 endet
in einer äußeren Nase 74,
deren Stirnfläche 75 eine
Klemmfläche
für das
Tafelmaterial 5 bereitstellt. Das obere Ende des Klemmzylinders 71 definiert
einen ringförmigen
Widerlagerabsatz 77, dessen Zweck unten beschrieben wird.
Die Nase 74 wird innen so konfiguriert, daß sie eine
Führungsbuchse 78 mit
einem verhältnismäßig engen
Durchmesser definiert, die den Stempel 73 in koaxialer
Ausrichtung aufnimmt und den Stempel 73 während einer
relativen Gleitbewegung desselben gegen die Vorspannung einer koaxialen
Stempelfeder 79 führt.
Im entspannten Zustand drückt
die Stempelfeder 79 den Stempel 73 weg vom Ausgang
der Nase 74.
-
Der
Druckkolben 72 kann mit Hilfe des Schafts 80 eines
linearen Stellantriebs (nicht gezeigt), dessen Ende einen ringförmigen Absatz 81 zum
Anstoßen
mit dem Absatz 77 des Klemmzylinders 71 trägt, im Klemmzylinder 71 bewegt
werden. Die jeweiligen Absätze 77, 81 dienen
dazu, das Ausmaß der
Bewegung des Stellantriebsschafts 80 in der Stützröhre 70 zu
begrenzen. Innerhalb des Klemmzylinders 71 hat der Druckkolben 72 eine
in Radialrichtung nach außen
definierte Stufe, die als Anschlag 82 dient, der bei Anwendung
mit einem Widerlagerabsatz 83 am Oberteil der Führungsbuchse 78 zusammenwirkt,
um so das Ausmaß der
Bewegung des Druckkolbens 72 zu begrenzen. Zwischen dem Stellantriebsschaft 80 und
dem Oberteil des Klemmzylinders 71 wird koaxial eine Druckfeder 84 angeordnet.
-
Zwischen
dem Druckkolben 72 und dem Stempel 73 wird ein
Drehnocken 85 eingeschoben, der betätigt werden kann, um zu ermöglichen,
daß sich
der Stempel 73 unter dem Einfluß der Stempelfeder 79 geringfügig in die
Nase 74 zurückzieht,
wie es unten beschrieben wird. Der Nocken 85 wird an einem
Stift 86 angebracht, der während der gegenseitigen Bewegung
des Druckkolbens 72 und des Stempels 73 in einem
Schlitz (nicht gezeigt) gleitet. Wenn es gewünscht wird, den Stempel 73 einzuziehen, wird
der Nocken 85 um die Längsachse
des Nietenziehers gedreht, um so die Entfernung zwischen den benachbarten
Enden des Druckkolbens 72 und des Stempels 73 zu
verringern. Der Schlitz wird so konfiguriert, daß er ermöglicht, daß eine solche Drehung in einer
vorher festgelegten axialen Entfernung längs des Nietenziehers stattfindet.
-
In
Ruhe sind der Stellantriebsschaft 80, der Druckkolben 72 und
der Stempel 73 in den Nietenzieher eingezogen, wie es in 8a gezeigt
wird. Um das Nieteinsetzen zu bewirken, wird zuerst der Stellantriebsschaft 80 in
die Stützröhre 70 vorgeschoben und
drängt
dadurch den Klemmzylinder 71 zum Ausfahren, bis sich die
Nase 74 in Kontakt mit den Tafelmaterialien befindet, wie
es in 8b gezeigt wird. Nun wird die
Nase 74 an einer weiteren Bewegung gehindert, und das fortgesetzte
Vorschieben des Stellantriebsschafts 80 drückt die
Druckfeder 84 zwischen dem Stellantriebsschaft 80 und
dem Druckkolben 72 zusammen. In dieser Phase ist die einzige
auf das Tafelmaterial um die Nieteinsetzstelle ausgeübte Schließkraft die
durch die Druckfeder 84 ausgeübte. Das Vorschieben des Stellantriebsschafts 80 bewirkt eine
Bewegung des Druckkolbens 72 innerhalb des Klemmzylinders 71,
was wiederum den Stempel 73 drängt, sich gegen die Vorspannkraft 79 der
Stempelfeder in einen Kontakt mit einem durch eine Seitenöffnung in
der Nase 74 (siehe 8c) zugeführten Niet
R zu bewegen. Ein weiteres Vorschieben des Stellantriebsschafts 80 drückt den
Niet R in die Tafelmaterialien, wie es in 8d gezeigt
wird. Während der
abschließenden
Phasen des vollständigen
Einsetzens des Niets R kommt der Anschlag 82 am Druckkolben 72 in
Anstoß mit
dem Absatz 83 am Oberteil der Führungsbuchse 78, und
jede zusätzliche
durch den Stellantrieb ausgeübte
Kraft wird als eine späte
Schließkraft
gleichmäßig über die
Nase und den Stempel verteilt. Danach wird der Stellantriebsschaft 80 eine
kurze Strecke zurückgezogen, bis
die durch den Stempel auf den Niet R ausgeübte Last weggenommen wird,
wobei an diesem Punkt auf Grund der Wirkung der Druckfeder 84 noch
eine kleine Schließkraft
durch die Nase ausgeübt
wird (8e). Wenn der Stempel 73 unbelastet
ist, hält der
Stellantrieb an, und der Nocken 85 wird durch einen äußeren Stellantrieb
oder eine Vorspannfeder (nicht gezeigt) gedreht, um zu ermöglichen,
daß sich der
Stempel 73 (unter dem Einfluß der Stempelfeder 79)
geringfügig
in die Nase 74 zurückzieht,
so daß er nicht
mehr aus derselben vorsteht (8f).
-
Danach
wird der Stellantrieb zum zweiten Mal betätigt, um den Schaft 80 wieder
vorzuschieben, bis der Anschlag 82 am Druckkolben 72 an
den Absatz 83 der Führungsbuchse 78 anstößt (8g). Im
Ergebnis der Ausrichtung des Nockens 85 erstreckt sich
der Stempel 83 nicht mehr aus der Nase 74 und
berührt
daher den gesetzten Niet nicht. Folglich wird alle durch den Stellantrieb
ausgeübte
Kraft nur über
die Klemmfläche
der Nase an die Tafelmaterialien weitergegeben. Die durch den Stellantrieb ausgeübte Kraft
kann schrittweise gesteigert werden, bis die gewünschte Schließkraft erreicht
wird. Schließlich
wird der Stellantriebsschaft zur Ausgangsposition zurückgezogen,
und der Nocken wird zurückgesetzt.
-
Dieses
Verfahren des Ausübens
einer Schließkraft
nach dem Nieteinsetzen ist insofern vorteilhaft, als die Kraft,
die weitergegeben wird, nicht von der Steifigkeit des U-Rahmens
abhängt.
Die erforderliche Kraft nach dem Nieteinsetzen wird einfach erreicht
durch Vorschieben der Nase und Vortreiben einer Biegung in den U-Rahmen,
bis die erforderliche Klemmbelastung erreicht wird, ungeachtet der
Bewegungsstrecke des unteren Schenkels des U-Rahmens. Eine Kraftmeßdose, die
dem Stellantrieb auf eine solche Weise zugeordnet wird, daß sie die
ausgeübte
Kraft mißt,
wird verwendet, um Steuersignale in ein Steuersystem einzuspeisen,
das den Stellantriebsvorschub regelt. Das Steuersystem kann selbsteichend
sein.
-
Bei
einer modifizierten Herangehensweise können der Stellantriebsschaft
80 beim vollen Ausmaß des
Nieteinsetzhubs in Position gehalten und der Nocken 85 durch
einen äußeren Stellantrieb
gedreht werden, während
der Stempel 73 noch mit der vollen Nieteinsetzlast belastet
wird. Dieser Vorgang setzt alle zum Einsetzen des Niets R angewendete Kraft
wirksam in zusätzliche
Schließkraft
um, die nur durch die Nase ausgeübt
wird, ohne die Notwendigkeit eines gesonderten Absteigens des Stellantriebsschafts.
-
Bei
einer modifizierten Auslegung kann am Widerlagerabsatz 77 des
Klemmzylinders 71 eine Tellerfeder (nicht gezeigt) getragen
werden. Zum Ende des Hubs des Stellantriebsschafts 80 hin kommt
dessen Widerlagerabsatz 81 in Kontakt mit der Tellerfeder
und ein weiteres Vorschieben erfordert, daß eine Kraft die Vorspannung
der Tellerfeder überwindet.
Diese Kraft wird an den Klemmzylinder 71 weitergegeben,
so daß diese
Feder am Ende des Nieteinsetzens die Wirkung haben wird, während der Abschlußphasen
des Nieteinsetzens eine zusätzliche
Schließkraft
bereitzustellen. Dies ist wünschenswert,
weil das Fließen
von Tafelmaterial aus dem Gesenkhohlraum eingedämmt wird, während sich der Niet während der
Abschlußphasen
des Einsetzens noch bewegt, und dazu beiträgt, Druckspannungen im Material
um die Nieteinsetzstelle aufzubauen, und dies verbessert die Lebensdauer
der sich ergebenden Verbindung.
-
Es
wird zu erkennen sein, daß das
Zurückziehen
des Stempels durch eine beliebige geeignete Vorrichtung an Stelle
des Nockens bewirkt werden kann.
-
Die
gleiche Vorrichtung kann verwendet werden, um einen Niet ohne jede
Schließkraft
vor dem Nieteinsetzen, aber mit einer gewählten Schließkraft während der
Abschlußphasen
des Nieteinsetzens, einzusetzen. Bei einem solchen Vorgang wird
der Niet R derart in das Ende der Nase 74 eingesetzt, daß er aus
demselben vorsteht (siehe 9a). Der Klemmzylinder 71 senkt
sich ab wie zuvor, und der Niet R wird ohne jede Abwärtsbewegung
des Druckkolbens 72 und des Stempels 73 eingesetzt
(siehe 9b bis 9d).
Wenn der Nietschaft vollständig eingesetzt
ist und der Nietkopf gerade die obere Fläche des Tafelmaterials 5 berührt (siehe 9d), kommt
die Nasenklemmfläche 75 in
Kontakt mit dem Tafelmaterial 5 und gibt eine Schließkraft weiter,
die von den Eigenschaften der Tellerfeder (falls angebracht) abhängt. Danach
bewegen sich der Druckkolben 72 und der Stempel 73 wie
zuvor, um den Niet R vollständig
in das Tafelmaterial 5 einzusetzen. Die Schließkraft erreicht
ihr Maximum, wenn die Tellerfeder (falls angebracht) vollständig zwischen
den Widerlagerabsätzen 81, 77 des
Stellantriebsschafts 80 und des Klemmzylinders 71 zusammengedrückt wird und
der Druckkolbenanschlag 82 am Absatz 83 der Führungsbuchse 78 anstößt. Danach
wird, falls es erforderlich ist, die Schließkraft nach dem Nieteinsetzen
ausgeübt,
wie es oben beschrieben wird.
-
Bei
allen Ausführungsbeispielen
werden die Schließkraft
nach dem Nieteinsetzen und die Einsetzkraft in gesonderten Phasen
im Nietzyklus ausgeübt
und können
folglich unter Verwendung eines einzigen Meßwandlers, wie beispielsweise
einer Kraftmeßdose,
gemessen werden. Darüber
hinaus beträgt
die Spitzenbelastung des Rahmens nie mehr als die höchste der
zwei Kräfte,
weil die Kräfte
nie gleichzeitig auf den U-Rahmen ausgeübt werden. Dies steht im Gegensatz
zur vorhandenen Technologie, bei der die Einsetz- und die Hauptklemmlasten über wenigstens
einen Teil des Nietzyklus' gleichzeitig
ausgeübt
werden.
-
Tests
haben nachgewiesen, daß bei
einigen Verbindungsarten eine bedeutende Verringerung der Schließkraft von
dem Nieteinsetzen eine verringerte Nieteinsetzkraft ermöglichen
kann. Verbindungen, die in verhältnismäßig dicken
Tafeln hergestellt werden, mögen
am besten für
eine niedrige oder Null-Schließkraft von
dem Nieteinsetzen und eine verhältnismäßig hohe
Schließkraft
nach dem Nieteinsetzen geeignet sein. Bei dünneren Verbindungen mag eine
niedrige bis mäßige Schließkraft von
dem Nieteinsetzen notwendig sein. Die vorliegende Erfindung ermöglicht,
daß die
Schließkraft
sowohl vor dem Nieteinsetzen als auch während desselben und nach demselben
entsprechend der besonderen herzustellenden Verbindung gewählt und
gesteuert wird. Die Schließkraft
während
des Nieteinsetzens kann, wie beschrieben, verändert werden durch Ausüben einer
verhältnismäßig hohen
Schließkraft,
wenn sich der Kopf des Niets bündig
mit dem Tafelmaterial bewegt. Wenn vor dem Einsetzen keine Schließkraft erforderlich
ist, muß die
Nase mit dem Stempel von dem Nieteinsetzen oder während desselben
nicht vorgeschoben werden. Dies bedeutet, daß die Nase der Vorrichtung
mit einer beträchtlich
kürzeren
Länge hergestellt
werden kann, weil es nur erforderlich ist, nach dem Nieteinsetzen
eine Schließkraft
auszuüben.
-
Es
sollte sich verstehen, daß die
vorliegende Erfindung Anwendung auf die Klammertechnologie findet,
wie sie beispielsweise in unserem zuvor erwähnten Europäischen Patent Nr. 0614405 beschrieben
wird.
-
Es
wird zu erkennen sein, daß zahlreiche Modifikationen
an den oben beschriebenen Auslegungen vorgenommen werden können, ohne
vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert
wird. Der Hauptzylinder bei dem Ausführungsbeispiel von 6 kann alternativ
ein Innenschraubgewinde haben, das durch einen Antriebsmechanismus
in Eingriff genommen wird, um das Vorschieben zu steuern. Darüber hinaus
kann das in Bezug auf 2 und 3 beschriebene
Ausführungsbeispiel
derart modifiziert werden, daß der
Stellantrieb 23 dazu dient, das mechanische Gestänge 20 mit
Hilfe einer mechanischen Überhöhung zu
halten, oder das Gestänge 20 kann zu
einer Position bewegt werden, in der es sich über Nullpunkt bewegt und das
Gestänge
an seinem Platz sperrt. Die früher
beschriebene hydraulische Sperrvorrichtung kann in Verbindung mit
einem Klemmzylinder verwendet werden, der unter dem Einfluß einer Federkraft
bewegt wird.
-
Es
sollte sich verstehen, daß die
vorliegende Erfindung Anwendung auf eine handgeführte Niet- oder Klammerpistole findet. Darüber hinaus
kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Einsetzen eines
Befestigungselements nicht nur bei Anwendungen verwendet werden,
bei denen zwei oder mehr Materialtafeln zu verbinden sind, sondern
findet ebenfalls Anwendung beim Einsetzen eines Befestigungselements,
wie beispielsweise eines Nagels, in eine einzelne Materialtafel.
Ein solcher Nagel kann als eine Befestigung verwendet werden, um
mit einem anderen Bauteil zu verbinden.
-
Die
Erfindung kann in Verbindung mit einem Selbstloch-Nieteinsetzstellantrieb
verwendet werden, der, wie beispielsweise der in der Europäischen Patentanmeldung
EP-A-0890397 beschriebene, arbeitet, um den Niet durch mehrfache
Aufschläge
mit einer pulsierten Erregungsfrequenz einzusetzen.