EP0890397A1

EP0890397A1 - Apparatus and method of mechanical joining from sheet metal plates, profiles, and or multiple-sheet metal connections

Info

Publication number: EP0890397A1
Application number: EP98112439A
Authority: EP
Inventors: Ortwin Prof.Dr.-Ing. Hahn; Volker Schulte
Original assignee: Hahn Ortwin Prof Dr-Ing
Current assignee: Hahn Ortwin Prof Dr-Ing
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: US6199271B1; EP0890397B1; US20010002506A1; DE19729368A1

Abstract

The method concerns mechanical joining of sheet metal components, sections etc., according to which the joint between two components is produced by a force produced on these components by jointing tools. The required force is produced by several successive impacts of a jointing tool (52, 54), or is introduced into the joint in a pulsing mode at an excitation frequency. The opposite jointing tool (52, 54), the excited jointing tool (52, 54) and/or the components (50) to be joined are elastically mounted, so that their natural frequencies are lower than the excitation frequency. The apparatus includes a frame and a power unit for displacement of the jointing tools according to the claimed method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Blechen, Profilen und/oder Mehrblechverbindungen, wobei Fügewerkzeuge mit Kraftmitteln auf die Fügeteile zu bewegt werden und durch die Krafteinwirkung der Fügewerkzeuge eine Fügeverbindung zwischen den Fügeteilen hergestellt wird.The invention relates to a device and a method for mechanical joining of superimposed sheets, profiles and / or multi-sheet connections, whereby joining tools to be moved with force means to the parts to be joined and by the force of the Joining tools a joint connection is made between the parts to be joined.

Die mechanischen Fügetechniken zum Verbinden von Fügeteilen wie beispielsweise Blechen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie einige verfahrensspezifische Vorteile aufweisen. In der DE 197 01 252.3 ist ein Verfahren sowie Verbindungsmittel zum Fügen von Blechen mittels des Stanznietens beschrieben. Dazu ist u.a. erläutert, daß das Stanznieten von 1 mm Blechen des Materials ZSTE 420 Kräfte von 74 kN erfordert, die mit gewöhnlichen Nietmaschinen nicht erreichbar sind. Die dort vorgeschlagene Lösung, den Niet mit einer stumpfen Weis- oder ringförmigen Frontfläche zu versehen, mit der die Bleche durchschossen werden, ermöglicht gegenüber dem damals bekannten Stand der Technik eine Verringerung der erforderlichen Arbeitskräfte. Auch wird der Lateral- oder Winkelversatz der Werkzeuge bzw. Werkzeugteile, welcher die Verbindungsqualität mindern oder eine Verbindung völlig unmöglich machen würde, durch die schußartige Arbeitsweise verringert. Wahrend dieses Verfahren den Lateral- oder Winkelversatz der Werkzeuge durchaus verringert, ist der Nachteil der schußartigen Arbeitsweise darin zu sehen, daß erhebliche Vorkehrungen getroffen werden müssen, um es sicher in der Anwendung zu machen. Die Treibladungen, die für die schußartige Arbeitsweise eingesetzt werden, sind potentiell bei unsachgemäßer Handhabung nicht ganz ungefährlich.The mechanical joining techniques for joining joining parts such as sheet metal are becoming increasingly important as they have some process-specific advantages. In DE 197 01 252.3 is a method and connecting means for joining sheet metal by means of of punch riveting. This includes explains that the punch riveting of 1 mm sheets of Materials ZSTE 420 requires forces of 74 kN that are not possible with ordinary riveting machines are reachable. The solution proposed there, the rivet with a blunt white or to provide annular front surface with which the sheets are shot through a reduction in the required compared to the prior art known at the time Labor force. The lateral or angular offset of the tools or tool parts, which reduce the connection quality or make a connection completely impossible would be reduced by the shot-like way of working. During this procedure the lateral or Angular misalignment of the tools is reduced, the disadvantage of the shot-like How it works is to see that significant precautions must be taken to get it to make it safe to use. The propellant charges for the shot-like way of working used, are potentially not entirely safe if used improperly.

In der DE 197 18 576 ist eine Vorrichtung und eine Verfahren für mechanische Fügetechniken beschrieben. Insbesondere ist in den Figuren 4 und 5 ein typisches Kraft/Weg-Diagramm für die Arbeitsbewegung des Stempels gezeigt. Die DE 197 18 576 lehrt jedoch nur, einzelne oder mehrere Arbeitsorgane zur Herstellung einer mechanischen Fügeverbindung in ihrer Bewegung und/oder Kraft zu steuern oder zu regeln, ohne jedoch auf das grundsätzliche Problem der Verringerung der hohen Kräfte zur Herstellung einer mechanischen Fügeverbindung einzugehen. Nach dem dort beschriebenen Stand der Technik wird die benötigte Umformenergie durch Hydraulikzylinder aufgebracht, die in einer einzigen quasikontinuierlichen Hubbewegung die jeweilige Fügeverbindung herstellen. In dieser Schrift sind keine Hinweise enthalten, auf welche Weise durch geringere Fügekräfte das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von Fügeverbindungen verbessert werden kann.DE 197 18 576 describes a device and a method for mechanical joining techniques described. In particular, in Figures 4 and 5 is a typical force / displacement diagram for the Working movement of the stamp shown. However, DE 197 18 576 only teaches individual or several working elements for establishing a mechanical joint connection in their movement and / or to control or regulate power without, however, addressing the fundamental problem of Reduce the high forces to create a mechanical joint connection. According to the state of the art described there, the required forming energy applied by hydraulic cylinders in a single quasi-continuous stroke establish the respective joint connection. This document does not contain any references to which way through lower joining forces the method and the device for production of joint connections can be improved.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum mechanischen Fügen zu schaffen, welche geringere Reaktionskräfte bei der Herstellung der mechanischen Fügeverbindung bewirken und eine entsprechend leichtere Auslegung und Handhabbarkeit der Fügewerkzeuge ermöglicht.Accordingly, it is the object of the present invention, an apparatus and a Process for mechanical joining to create, which lower reaction forces during manufacture the mechanical joint connection and a correspondingly lighter design and manageability of the joining tools.

Die Aufgabe wird gelöst, indem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die benötigte Umformenergie bzw. Fügekraft durch mehrere kurzfristig aufeinanderfolgende Stöße eines Fügewerkzeuges oder pulsierend in einer Erregerfrequenz in die herzustellende Fügeverbindung eingebracht wird, wobei das gegenüberliegenden Fügewerkzeug, das erregte Fügewerkzeug und/oder die Fügeteile elastisch gelagert sind und die Eigenfrequenz des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs, des erregten Fügewerkzeugs und/oder der Fügeteile niedriger ist als die Erregerfrequenz.The object is achieved by the required according to the inventive method Forming energy or joining force through several short successive impacts of one Joining tool or pulsating at an excitation frequency in the joint to be made is introduced, the opposite joining tool, the excited joining tool and / or the parts to be joined are mounted elastically and the natural frequency of the opposite one Joining tool, the excited joining tool and / or the joining parts is lower than that Excitation frequency.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zumindest einen Schlagmechanismus auf, der zur Herstellung einer mechanischen Fügeverbindung kurzzeitig mehrere aufeinanderfolgende Stöße oder eine pulsierende Kraft auf eines der Fügewerkzeuge aufbringt, wobei das gegenüberliegende Fügewerkzeug, das erregte Fügewerkzeug und/oder die Fügeteile elastisch gelagert sind und die Erregerfrequenz, mit der das Fügewerkzeug erregbar ist, höher ist als die Eigenfrequenz des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs, des erregten Fügewerkzeugs und/oder der Fügeteile. Als Fügewerkzeuge kommen primär ein- oder mehrteilige Stempel und Matrizen und sekundär auch Abstreifer und Niederhalter in Betracht. The device according to the invention has at least one impact mechanism which is used for Establishing a mechanical joint for a short time several consecutive joints or applies a pulsating force to one of the joining tools, the opposite one Joining tool, the excited joining tool and / or the joining parts are elastically supported and the excitation frequency with which the joining tool can be excited is higher than the natural frequency of the opposite joining tool, the excited joining tool and / or the joining parts. As Joining tools come primarily as single or multi-part punches and dies and secondarily as well Scraper and hold-down device into consideration.

Die Niederhalterkräfte wirken statisch aufdie Fügeteile. Diese statische Last bleibt unverändert, auch wenn die Fügewerkzeuge nicht einen Arbeitshub, sondern mehrere aufeinanderfolgende Stöße ausüben, und diese statische Last muß vom Rahmen und der dem Niederhalter gegenüberliegenden aufgefangen werden. Wenn ein gegenüberliegendes Fügewerkzeug weich gelagert ist, um schwingungsisoliert zu sein, kann die statische Last des Niederhalters eine große Auslenkung des schwingungsisolierten gegenüberliegenden Fügewerkszeugs bewirken. Um diese durch die statische Last bewirkte Auslenkung und Belastung des Rahmens zumindest zu verringern, wird vorgeschlagen, die Bewegung des Niederhalters über Koppelmittel, wie beispielsweise eine mechanische Antriebsverbindung über eine Mitnehmerlasche oder eine hydraulische ventilgesteuerte Folgesteuerung, mit der Bewegung des Fügewerkzeuges zu synchronisieren. Entsprechendes gilt für Abstreifer. Wenn die Niederhalterkraft nicht dynamisch wie vorstehend beschrieben oder durch Magnete geregelt aufgebracht wird, kann die durch die statischen Kräfte verursachte Auslenkung durch eine aktive Positionsregelung an einem oder beiden Fügewerkzeugen zumindest teilweise kompensiert werden, indem diese durch Stellmittel in eine der statischen Auslenkung entgegengerichteten Richtung verfahrbar sind.The hold-down forces act statically on the parts to be joined. This static load remains unchanged even if the joining tools are not one working stroke, but several successive ones Impact, and this static load must come from the frame and the one opposite the hold-down to be caught. If an opposing joining tool is soft is stored to be vibration isolated, the static load of the hold-down can be a large Deflection of the vibration-insulated opposing joining tool. Around this caused by the static load deflection and loading of the frame at least reduce, it is proposed to move the hold-down device via coupling means, such as for example, a mechanical drive connection via a drive plate or a hydraulic valve-controlled sequential control, with the movement of the joining tool synchronize. The same applies to wipers. If the hold-down force is not dynamic applied as described above or regulated by magnets, the can by the static forces caused by an active position control on one or two joining tools can be at least partially compensated by this by adjusting means can be moved in a direction opposite to the static deflection.

Die mehreren aufeinanderfolgenden Stöße des Schlagmechanismusses erlauben es, bei einer elastischen Lagerung des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs und einer großen Masse und/oder weichen Federn des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs mit geringeren Kraftspitzen in der Unterkonstruktion zu arbeiten, da die für die Herstellung der mechanischen Fügeverbindung benötigte Fügekraft nun nicht mehr in einem einzelnen Hub eingebracht wird, sondern die die Eigenfrequenz des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs übersteigende Erregerfrequenz des einen Fügewerkzeugs eine schwingungstechnische Isolierung des elastisch gelagerten gegenüberliegenden Fügewerkzeugs erlaubt. Dabei ist es wichtig, ein Schwingsystem zu bilden, das optimal auf die herzustellende Fügeverbindung abgestimmt ist. So ist es vorteilhaft, mit einer möglichst großen Masse des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs und einer möglichst weichen Federung dafür zu sorgen, daß diese Baueinheit eine möglichst geringe Eigenfrequenz aufweist, da sich dann bei einer demgegenüber möglichst hohen Frequenz, auf die das andere Fügewerkzeug erregt wird, die Reaktionskräfte aufein Minimum verringern. Die Unterkonstruktion wird also schwingungstechnisch von der eingebrachten Fügekraft entkoppelt, und auf die Unterkonstruktion wirken nur noch Bruchteile der eingebrachten Fügekraft ein. Kurz aufeinanderfolgende, hochfrequente Stöße erlauben es, den größten Teil der Fügekraft für die plastische Verformung der an der Fügeverbindung beteiligten Partien der Fügeteile sowie eventueller Hilfsfügeteile wie Nieten zu nutzen.The multiple successive strikes of the striking mechanism allow one elastic storage of the opposing joining tool and a large mass and / or soft springs of the opposing joining tool with lower force peaks in the Substructure to work as for the production of the mechanical joint connection required joining force is no longer brought in in a single stroke, but the die Excitation frequency of one that exceeds the natural frequency of the opposing joining tool Joining tool vibration isolation of the elastically mounted opposite Joining tool allowed. It is important to form a vibration system that is optimally matched to the joint to be made. So it is beneficial with one The largest possible mass of the opposing joining tool and one that is as soft as possible Suspension to ensure that this unit has the lowest possible natural frequency, since then at a frequency as high as possible to which the other joining tool the reaction forces are minimized. The substructure will This means that it is decoupled in terms of vibration from the joining force and onto the substructure only a fraction of the joining force is applied. In quick succession, high-frequency impacts allow the greatest part of the joining force for the plastic deformation the parts of the parts to be joined and any auxiliary parts to be joined how to use rivets.

Dabei gilt die Regel, daß der Isolationsgrad umso mehr zunimmt, je größer die Erregerfrequenz im Verhältnis zur Eigenfrequenz der Fügeteile und des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs ist. Denn die vorliegende Erfindung läßt sich nicht nur dann nutzen, wenn mindestens zwei Fügewerkzeuge an der Herstellung der Fügeverbindung beteiligt sind, sondern auch, wenn die zu fügenden Teile über eine ausreichende Eigenstabilität verfügen, um bei Einsatz nur eines in einer Frequenz erregten Fügewerkzeugs in einer noch akzeptablen Form zu bleiben. Insofern kann der Begriff des "gegenüberliegenden Fügewerkzeugs", wie er im Rahmen dieser Beschreibung benutzt wird, auch durch "Bauteil" ersetzt werden, wenn ein "gegenüberliegendes Fügewerkzeug" fehlt. In solchen Fällen genügt es, anstelle des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs die Fügeteile so zu lagern, daß ihre Eigenfrequenz möglichst niedrig liegt. Eine zusätzliche Verringerung der Reaktionskräfte ergibt sich, wenn nicht nur das gegenüberliegende, sondern auch das erregte Fügewerkzeug gegenüber der Unterkonstruktion schwingungsisoliert sind. Eine solche Schwingungsisolation kann beispielsweise über das Druckmedium, der Zustelleinheit bewirkt werden. So wirkt bei einem pneumatischen Mechanismus das Gas wie eine Feder, die eine Schwingungsisolation bewirkt. Natürlich kann die Schwingungsisolation auch über Bauteile mit einer bevorzugt größeren Masse wie beispielsweise Trägerplatten und mit einer elastischen Lagerung erfolgen, die dann beispielsweise die Schlageinheit und/oder die Zustelleinheit schwingungsisolieren.The rule applies that the greater the excitation frequency, the more the degree of isolation increases in relation to the natural frequency of the joining parts and the opposing joining tool. Because the present invention can not only be used if at least two joining tools are involved in the production of the joint, but also if the joining parts have sufficient inherent stability to use only one in a frequency excited joining tool to remain in an acceptable form. To that extent can the term "opposite joining tool" as used in the context of this description is also used to be replaced by "component" if an "opposite" Joining tool "is missing. In such cases, it is sufficient to replace the opposite joining tool store the parts to be joined so that their natural frequency is as low as possible. A there is an additional reduction in the reaction forces, if not just the opposite one, but also the excited joining tool is vibration-isolated from the substructure are. Such vibration isolation can, for example, via the pressure medium Delivery unit can be effected. This is how the gas works in a pneumatic mechanism a spring that provides vibration isolation. Of course, the vibration isolation also about components with a preferably larger mass such as carrier plates and done with an elastic bearing, which then, for example, the impact unit and / or the Vibration isolating delivery unit.

Natürlich können die Effekte der Erfindung auch genutzt werden, wenn nur das erregte Fügewerkzeug beziehungsweise die Zustelleinheit und/oder der Schlagmechanismus schwingungsisoliert ist.Of course, the effects of the invention can also be used if only the excited joining tool or the delivery unit and / or the impact mechanism vibration isolated is.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird nicht nur mit bloß aufeinanderfolgenden Stößen gearbeitet, sondern die Fügekraft wird pulsierend eingebracht. Unter "pulsierend" ist hier zu verstehen, daß über einem Zeitintervall die Kraft wellenförmig ansteigend und abnehmend in die Fügeverbindung eingebracht wird. Es wird dann also eine statische Grundlast aufrecht erhalten. Dabei kann die Frequenz bzw. Amplitude der Kraftwelle moduliert werden.In a preferred embodiment, not only with successive bumps worked, but the joining force is brought in pulsating. Under "pulsating" is too here understand that the force rises and falls in a waveform over a time interval the joint connection is introduced. A static basic load is then maintained receive. The frequency or amplitude of the force wave can be modulated.

Auch der C-Rahmen der Vorrichtung wird trotz Schwingungsisolation der Fügewerkzeuge in einem vom jeweiligen Einzelfall abhängigen Maß in Schwingungen versetzt. Er bildet damit zusammen mit den schwingenden Werkzeugen oder Bauteilen ein gekoppeltes Schwingsystem. Der Rahmen muß schwingungstechnisch als Kontinuum angesehen werden und weist daher theoretisch eine unendliche Vielzahl von Eigenfrequenzen auf. Um dieses Potential vorteilhaft zu nutzen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Rahmen der Vorrichtung in seinem Schwingverhalten beeinflußbar. Das kann beispielsweise über verschiebbare Zusatzmassen oder variabel einsetzbare und/oder anpassbare Aussteifungen erreicht werden.The C-frame of the device is in spite of vibration isolation of the joining tools vibrated to a degree depending on the individual case. He forms with it a coupled vibration system together with the vibrating tools or components. The frame must be viewed as a continuum in terms of vibration and therefore points theoretically an infinite number of natural frequencies. To take advantage of this potential According to an embodiment of the invention, the frame of the device is to be used in its Vibration behavior can be influenced. This can be done, for example, via additional displaceable masses or variably usable and / or adjustable stiffeners can be achieved.

Bei einer hohen Erregerfrequenz der Stöße des Fügewerkzeugs ergeben sich hohe Spitzenkräfte durch die kurze Einwirkzeit. Dementsprechend kann die Anpreßkraft des in der Erregerfrequenz schwingenden Fügewerkzeugs verringert werden, und es ist im Verhältnis zu den bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Fügeverbindung nur ein verhältnismäßig geringer Einsatz von Primärkräften erforderlich. Abhängig von den Randbedingungen des Fügeprozesses ist es vorstellbar, daß das erregte Fügewerkzeug nicht mehr angepreßt, sondern sogar nur noch nachgeführt zu werden braucht. Auch die Reaktionskräfte, die beim Vorgang des mechanischen Fügens entstehen, fallen dementsprechend geringer aus, was wiederum leichter handhabbare Vorrichtungen und Werkzeuge ermöglicht, die den Anwendungsbereich des umformtechnischen Blechfügens stark erweitern oder neue Anwendungen für mechanische Fügeverbindungen erschließen. Insbesondere sind nun mit weitreichenderen C-Rahmenzangen Verbindungspunkte erreichbar, die sich nicht mehr nur in unmittelbarer Randnähe der Bauteile befinden. Die C-Rahmenkonstruktionen werden leichter und die umformtechnischen Fügeverfahren werden flexibler durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise. Es ist sogar möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren in Handwerkzeugen zu integrieren, welche bei entsprechend niedrigen Investitionskosten dem mechanischen Fügen viel breitere Anwendungsmöglichkeiten bis hinein in den Werkstatt- und Hobbywerkerbereich ermöglichen. Anwendbar erscheinen die erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahren für nahezu alle punktförmigen umformtechnischen Fügeverfahren. With a high excitation frequency of the joints of the joining tool, high peak forces result due to the short exposure time. Accordingly, the contact pressure in the excitation frequency vibrating joining tool can be reduced, and it is in relation to the previously known Devices and methods for producing a mechanical joint connection only one relatively little use of primary forces required. Depending on the boundary conditions of the joining process, it is conceivable that the excited joining tool is no longer pressed, it only needs to be updated. Even the reaction forces that accordingly arise during the process of mechanical joining, which is less in turn, easier-to-use devices and tools enables the scope of metal forming joining or expand new applications for open up mechanical joint connections. In particular, are now with more extensive C-frame tongs Connection points accessible that are no longer only in the immediate vicinity of the components. The C-frame constructions become lighter and the forming technology Joining processes become more flexible through the procedure according to the invention. It is even possible to use the device according to the invention or the method in hand tools integrate which, with correspondingly low investment costs, mechanical joining a lot broader application options right down to the workshop and hobbyist area enable. The device and method according to the invention appear to be applicable for almost all punctiform forming techniques.

Die Erfindung läßt sich auch entsprechend in einer Vorrichtung realisieren, die keinen gemeinsamen Rahmen aufweist und bei der der Stößel und die Matrize jeweils in einer separaten Halterung geführt sind.The invention can also be implemented accordingly in a device that does not have a common one Has frame and in which the plunger and the die each in a separate Bracket are guided.

Auch für den Einsatz in der Blindniettechnik, beispielsweise auch für das in der DE 197 01 252.3 beschriebene Verfahren, beziehungsweise beim zweiseitigen Verbinden mit Funktionsträgern mit oder ohne Vorlochen der Stelle der Fügeverbindung erscheint die erfindungsgemäße Lösung geeignet. Stanzmuttern und -bolzen als selbststanzende Funktionsteile benötigen kein Vorlochen der Verbindungsstelle und ersparen somit einen Fertigungsschritt. Beim einstufigen Verfahren mit Stanzmutter wird das zu fügende Formteil gleichzeitig mit der Stanzmutter im Werkzeug positioniert. Das Verbindungselement durchstanzt das Blechformteil und erzeugt im Zusammenwirken mit der Matrize eine formschlüssige Verbindung mit dem Material des Blechformteils. Dabei fließt Material in eine Ringnut. Ein Stanzbolzen wird in einem ähnlichen einstufigen Verfahren montiert. Der zweistufige Montagevorgang erzwingt eine Umformung des Verbindungselementes und des Blechformteils. Dazu wird das Blechformteil über einer Matrize positioniert und durch den Stanz- und Nietabschnitt des Verbindungselementes vorgeformt, an- und durchgeschnitten. Der Stanz- und Nietabschnitt drückt gegen einen Schneid- und Rollstempel der Matrize und wird, sich dabei aufweitend, angerollt. In Fortführung des Montageverfahrens umfaßt das angerollte Ende des Stanz- und Nietabschnitts den Lochrand des Blechformteils vollständig und erzeugt eine geschlossene, umlaufende, U-förmige Verhakung mit diesem. Sodann wird der Nietkopf planiert.Also for use in blind riveting technology, for example also in DE 197 01 252.3 described method, or when two-sided connection with function holders with or without prepunching the location of the joint, the invention appears Suitable solution. Punch nuts and bolts as self-punching functional parts do not require any Pre-punch the connection point and thus save a manufacturing step. With the one-step Using a punch nut, the molded part to be joined is pressed simultaneously with the punch nut Tool positioned. The connecting element punched through the sheet metal part and produced in Interaction with the die a positive connection with the material of the Sheet metal part. Material flows into an annular groove. A punch bolt is used in a similar single-stage process assembled. The two-stage assembly process forces forming of the connecting element and the sheet metal part. To do this, the sheet metal part is placed over a The die is positioned and preformed by the punching and riveting section of the connecting element, cut and cut. The punching and riveting section presses against a cutting and Roll stamp of the die and is rolled up, thereby expanding. In continuation of the Assembly method includes the rolled end of the punch and rivet section the edge of the hole Sheet metal part completely and creates a closed, circumferential, U-shaped hook with this. The rivet head is then leveled.

Zudem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren zur Automatisierung genutzt werden. Bei Einsatz einer Steuerungs- und/oder Regelungselektronik mit zugehöriger Sensorik oder Aktorik kann beispielsweise die Eigenfrequenz des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs und/oder der Fügeteile während des Fügevorgangs durch Modulation der Erregerfrequenz oder durch einen Testimpuls, der dem eigentlichen Fügevorgang vorausgeht, ermittelt werden. Die Frequenzabfrage kann für jeden einzelnen Fügevorgang, aber auch stichprobenartig erfolgen. Die Frequenzabfrage kann zur Qualitätsprüfung der Fügeteile genutzt werden, da Frequenzabweichungen auf Fehler in den Fügeteilen schließen lassen. Auch kann die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik den jeweiligen Fügevorgang mit einem integrierten Prüfprogramm überwachen, die Kennwerte auswerten und/oder abspeichern und so ein Element eines produktionsintegrierten Qualitätsprüfsystems der Herstellung sein. Wenn die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik die Eigenfrequenz erkennt, kann sie auf abgespeicherte Kennwerte zugreifen, die es erlauben, durch Veränderung der Erregerfrequenz und/oder sonstiger für den Fügevorgang relevanter Parameter diesen positiv in gewünschter Weise zu beeinflussen. Auch ist es vorstellbar, einen Roboter, der Fügeteile mit mehreren mechanischen Fügepunkten aneinander befestigen soll, ein Programm abfahren zu lassen, wobei in dem Programm unterschiedliche Parameter der einzelnen Fügepunkte gespeichert sind und automatisiert umgesetzt werden. So können beispielsweise unterschiedliche Blechdicken, Frequenzen, Stoßwege, - geschwindigkeiten, - stärke, -anzahl und Elastizitätswerte der Lager für jeden einzelnen Fügepunkt individuell gesteuert und/oder geregelt sein. Für eine einfache Steuerung/Regelung können auch nur die Schlag- und/oder Zustellparameter ausgewertet werden. Auch ist es vorstellbar, beispielsweise die Fügekraft zum Ende des Fügevorgangs hin zu einem impulsartigen Stoß zu steigern, um beispielsweise einen eingebrachten Niet oder die Fügefläche flächig zu glätten. Für die bei einem impulsartigen Stoß auftretenden Kräfte brauchen die Werkzeuge wie beispielsweise C-Rahmenzangen nicht für statische Belastung ausgelegt werden, weil die Kraftspitzen ausgefedert werden können. Die Werkzeuge können auf diese Weise leicht bleiben. Auch erlaubt die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das Verfahren eine hohe Fertigungsflexibilität, weil bei einer elektronischen Steuerung aufeinanderfolgend völlig unterschiedliche Fügeteile miteinander befestigt werden können, wenn nur das Arbeitsprogramm in dem Befehlsspeicher der elektronischen Steuer- und/oder Regelvorrichtung geladen sind.In addition, the device according to the invention and the method for automation be used. When using control and / or regulating electronics with associated Sensors or actuators can, for example, the natural frequency of the opposing joining tool and / or the parts to be joined during the joining process by modulating the excitation frequency or determined by a test pulse that precedes the actual joining process become. The frequency query can be done for each individual joining process, but also on a random basis respectively. The frequency query can be used to check the quality of the parts to be joined, since Frequency deviations indicate errors in the parts to be joined. It can also Control and / or regulation electronics the respective joining process with an integrated Monitor the test program, evaluate and / or save the characteristic values and thus an element of a production-integrated quality inspection system of manufacture. If the control and / or Control electronics recognizes the natural frequency, it can be stored on characteristic values access that allow by changing the excitation frequency and / or other for to influence the joining process of relevant parameters positively in the desired manner. It is also conceivable for a robot to have parts to be joined with several mechanical joining points to attach to each other to let a program run, with different in the program Parameters of the individual joining points are saved and automatically implemented become. For example, different sheet thicknesses, frequencies, travel distances, speeds, strength, number and elasticity values of the bearings for each individual joining point be individually controlled and / or regulated. For simple control only the field and / or delivery parameters can be evaluated. It is too conceivable, for example the joining force towards the end of the joining process towards an impulsive one Increase impact, for example, a rivet or the joint surface to smooth out. The tools need for the forces that occur during a pulse-like impact such as C-frame tongs cannot be designed for static loads because the Force peaks can be rebounded. The tools can remain light in this way. The proposed device and the method also allow high manufacturing flexibility, because in an electronic control system successively completely different Joining parts can be fastened together if only the work program in the command memory the electronic control and / or regulating device are loaded.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eines der Fügewerkzeuge und/oder ein Niederhalter als Elektromagnet ausgebildet. Alternativ kann auch eines der Fügewerkzeuge oder ein Niederhalter aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften bestehen, wobei dann ein im Bereich der Vorrichtung angeordneter Elektromagnet auf diese einwirkt. Durch den Einsatz der Magnetkräfte und ihrer sinnvollen Kombination und Verteilung auf Fügewerkzeuge, Fügeteile und Niederhalter ist es nicht nur möglich, diese auf Fügeverbindungen in ferromagnetischen Fügeteilen zu verwenden, sondern es können auch Bauteile aus nichtmagnetischen Werkstoffen niedergehalten werden, da die magnetischen Feldlinien den Werkstoffdurchdringen und sich so beispielsweise Niederhalter und Matrize anziehen können. In a further embodiment of the invention, at least one of the joining tools and / or a hold-down designed as an electromagnet. Alternatively, one of the Joining tools or a hold-down made of a material with ferromagnetic properties exist, then an electromagnet arranged in the area of the device on this acts. Through the use of magnetic forces and their sensible combination and distribution on joining tools, joining parts and hold-downs, it is not only possible to do this on joining connections to be used in ferromagnetic joining parts, but it can also be made of components non-magnetic materials are held down because the magnetic field lines Penetrate material and can, for example, attract hold-down devices and dies.

Die dazwischen liegenden nichtmagnetischen Fügeteile werden auf diese Weise aneinander gepreßt. Bei einer Ausbildung des Niederhalters als Magnet kann beim Verbinden oder Stanzen von Fügeteilen, von denen mindestens das unterste ferromagnetische Eigenschaften aufweist, das Gegenwerkzeug auch bei dünnen und instabilen Bauteilen entfallen.In this way, the non-magnetic parts to be joined are joined together pressed. If the hold-down is designed as a magnet, it can be used when connecting or punching of parts to be joined, at least the lowest of which has ferromagnetic properties, the counter tool is also eliminated with thin and unstable components.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche beschrieben, auf die hier verwiesen wird.Further advantageous embodiments of the invention are in the characterizing features of the subclaims to which reference is made here.

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

Figur 1: ein Diagramm, das den Verlauf der Fügekraft über dem Fügeweg zum einen nach dem bekannten Stand der Technik, zum anderen beispielhaft für ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei einerseits die Kraft am Fügepunkt und andererseits die Kraft in der Unterkonstruktion dargestellt ist,
Figur 2: eine Prinzipskizze für eine Vorrichtung zur technischen Realisierung,
Figur 3: das Bauprinzip einer C-Rahmenzange mit Schlagmechanismus,
Figur 4: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die keinen gemeinsamen Rahmen aufweist und bei der Haltekräfte durch Magneten bewirkt werden,
Figur 5: eine schematische Darstellung wie in Fig. 4, jedoch ohne Magnete,
Figur 6: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung ohne Matrize.
Figur 7: eine C-Rahmenkonstruktion mit variabler Federung und Dämpfung.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. Show it:

Figure 1: 1 shows a diagram showing the course of the joining force over the joining path on the one hand according to the known prior art, and on the other hand as an example for an exemplary embodiment according to the present invention, the force at the joining point and the force in the substructure being shown on the one hand,
Figure 2: a schematic diagram for a device for technical implementation,
Figure 3: the construction principle of a C-frame tongs with a striking mechanism,
Figure 4: 1 shows a schematic representation of a device which does not have a common frame and in which holding forces are brought about by magnets,
Figure 5: 4 shows a schematic illustration as in FIG. 4, but without magnets,
Figure 6: a schematic representation of a device without a die.
Figure 7: a C-frame construction with variable suspension and damping.

In Figur 1 ist in einem Kraft-/Weg-Diagramm in langgestrichelter Linie 2 der Verlauf einer Fügekraft über dem Fügeweg dargestellt. Im Verlauf eines Fügehubes des Fügewerkzeuges steigt der Kraftbedarf insbesondere zum Ende des Fügehubes hin an. Die Reaktionskräfte müssen hier in der Unterkonstruktion statisch aufgefangen werden. Der dargestellte Verlauf der Fügekraft 2 entspricht dem bekannten Stand der Technik. Demgegenüber stellt sich der Verlauf der Fügekraft über dem Fügeweg bei aufeinanderfolgenden, bevorzugt hochfrequenten Stößen völlig anders dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt sich der Verlauf der eingesetzten Schlagenergie, die am Fügepunkt meßbar ist, in einer Vielzahl von einzelnen Kraftspitzen, die beispielhaft in vollen Linien 4 in Figur 1 gezeigt sind und deren Anzahl über einen gegebenen Weg von der gewählten Frequenz abhängt. Selbstverständlich kann die Frequenz, die Stoßstärke, die Stoßgeschwindigkeit und oder die Dauer der Stöße innerhalb eines einzelnen oder mehrerer unabhängig voneinander erfolgenden Fügevorgänge variiert werden. Abhängig von der Erreger- und Eigenfrequenz der Fügewerkzeuge, aber auch der Fügeteile und der Dämpfungscharakteristik der elastischen Lagerung des gegenüberliegenden Fügewerkzeugs kann eine zufriedenstellende Auslegung der Vorrichtung gefunden werden, wobei sich die Reaktionskräfte aufgrund der kurzen Impulse nicht mehr im früheren, bekannten Umfang in der Unterkonstruktion realisieren. Die bei der am Fügepunkt meßbaren Schlagenergie in der Unterkonstruktion meßbare Kraft ist in gestrichelten Linien 4a dargestellt. Es ist klar erkennbar, daß die Kräfte, die bei einer Schwingungsisolierung der Werkzeuge in der Unterkonstruktion aufgefangen werden müssen, viel geringer sind als die Kräfte nach dem bekannten Stand der Technik.In FIG. 1, the course of a is shown in a force / displacement diagram in a long dashed line 2 Joining force shown above the joining path. During the course of a joining stroke of the joining tool the power requirement increases particularly towards the end of the joining stroke. The reaction forces must be captured statically in the substructure. The illustrated course of the Joining force 2 corresponds to the known prior art. In contrast, there is the course the joining force over the joining path in the case of successive, preferably high-frequency shocks completely different. According to the present invention, the course of the used shows Impact energy that can be measured at the joining point in a large number of individual force peaks are shown by way of example in full lines 4 in FIG. 1 and their number over a given one Depends on the chosen frequency. Of course, the frequency, the impact strength, the impact speed and or the duration of the impacts within a single or of several independent joining processes can be varied. Depends on the Excitation and natural frequency of the joining tools, but also of the joining parts and the damping characteristics the elastic mounting of the opposite joining tool can satisfactory design of the device can be found, the reaction forces due to the short impulses no longer in the earlier, known extent in the substructure realize. The impact energy in the substructure that can be measured at the joining point measurable force is shown in dashed lines 4a. It is clearly evident that the Forces absorbed in the substructure by vibration isolation of the tools must be much lower than the forces according to the known prior art.

In Figur 2 wirken auf die Fügeteile 50 die Fügewerkzeuge Matrize 52 und Stößel 54 zur Herstellung einer Fügeverbindung ein. Die Matrize 52 ist beweglich und weist eine größere Masse auf. Der Stößel 54 arbeitet durch eine entsprechende Bohrung oder Öffnung im Niederhalter 56 hindurch, wobei der Stößel 54 erfindungsgemäß eine Art hämmernder Bewegung ausführt. Die hämmernde Bewegung wird erzeugt durch einen Schlagmechanismus 58, in dem die verschiedenen Antriebe untergebracht sein können. Der Schlagmechanismus 58 bewegt den Stößel 54, der eine bevorzugt geringere Masse aufweist, mit großer Schlagfrequenz und vergleichsweise kleinen Schlagenergien. Der Schlagmechanismus 58 kann pneumatisch wie beispielsweise in einem Preßluftmeißel oder einem Preßlufthammer, elektrisch wie beispielsweise mit einem Kurbelumlaufantrieb, Unwuchtmotoren oder elektromagnetisch, elektropneumatisch wie in einem Bohrhammer oder servohydraulisch oder auf sonstige an sich bekannte Weisen angetrieben werden. Der Schlagmechanismus 58 kann angesichts der erfindungsgemäß möglichen kleinen Schlagenergien sehr leicht ausgeführt sein und wird während des Fügeprozesses mit nur leichtem Anpreßdruck von der Zustelleinheit 60 nachgeführt, die gleichzeitig auch über Niederhalterfedern 62 die erforderliche Niederhalterkraft auf diese übertragen. Die Zustelleinheit 60 wird dabei bevorzugt, aber nicht notwendigerweise gleichzeitig auch für das Andrücken des Niederhalters verwendet. Zwischen Zustelleinheit 60 und dem Schlagmechanismus 58 kann in weiterer bevorzugter Ausgestaltung eine bewegte Grundplatte 64 mit großer Masse und elastischer Lagerung angeordnet sein, die ebenfalls der Schwingungsisolation dient. Abgesehen vom konkreten Ausführungsbeispiel können hier auch andere konstruktive Ausgestaltungen einer Schwingungsisolation realisiert werden. Die dazu ebenfalls erforderliche Darstellung einer elastischen Lagerung ist in Figur 2 nicht näher dargestellt. Technisch kann die Zustelleinheit 60 mit jeder der obengenannten oder sonstigen bekannten Antriebsformen realisiert werden. Die Matrize 52 weist eine wesentlich größere Masse aufals der Stößel 54 und ist federnd gelagert mittels der Federn 66. Diese Federung kann separat ausgeführt sein oder bei Verwendung eines C-Rahmens auch durch eine flexible Auslegung desselben erreicht werden. Gegebenenfalls ist eine Dämpfung 68 vorzusehen. Auch kann die Federung mit einem Gas erfolgen.In FIG. 2, the joining tools die 52 and ram 54 act on the joining parts 50 Establish a joint connection. The die 52 is movable and has a larger size Mass on. The plunger 54 works through a corresponding hole or opening in the hold-down device 56 through, the plunger 54 according to the invention a kind of hammering movement executes. The hammering motion is generated by a striking mechanism 58 in which the various drives can be accommodated. The striking mechanism 58 moves the Ram 54, which preferably has a lower mass, with a high impact frequency and comparatively small impact energies. The striking mechanism 58 can be pneumatic like for example in a pneumatic chisel or pneumatic jack, electrically as for example with a crank drive, unbalance motors or electromagnetic, electro-pneumatic as in a hammer drill or servo-hydraulic or other known Wise be driven. The striking mechanism 58 may be designed in accordance with the present invention possible small impact energies can be carried out very easily and will during the joining process with only slight contact pressure from the delivery unit 60, which simultaneously also transmit the required hold-down force to the hold-down springs 62. The Delivery unit 60 is preferred, but not necessarily at the same time for that Press down the hold-down used. Between the delivery unit 60 and the striking mechanism 58 can in a further preferred embodiment, a moving base plate 64 with a large Mass and elastic storage must be arranged, which also serves to isolate vibrations. Apart from the specific exemplary embodiment, other constructive configurations can also be used here vibration isolation can be realized. The necessary for this An elastic bearing is not shown in more detail in FIG. 2. Technically, it can Delivery unit 60 with any of the above or other known forms of drive will be realized. The die 52 has a much greater mass than the ram 54 and is resiliently mounted by means of the springs 66. This suspension can be carried out separately or at Use of a C-frame can also be achieved through a flexible design of the same. If necessary, damping 68 must be provided. The suspension can also use a gas respectively.

Eine Vorrichtungs- oder Verfahrensvariante könnte mit einer synchronisierten gegensinnigen Arbeitsweise mit im Gleichtakt bewegter Matrize 52 und Stößel 54 zum Massenausgleich realisiert werden. Auch ein aktives Ausregeln der Bewegungen der Fügewerkzeuge bzw. der Fügeteile wäre technisch denkbar. Auch die benötigten Anpreßkräfte des Schlagmechanismusses 58, die man als quasistatische Kräfte bezeichnen könnte, erreichen nur geringe Werte. Sie sind nur unwesentlich größer als die für den Niederhalter 56 benötigten Kräfte.A device or method variant could have a synchronized counter-sense Working with die 52 and ram 54 moved in unison to balance the mass will be realized. Also an active adjustment of the movements of the joining tools or the Joined parts would be technically conceivable. Also the required contact pressure of the impact mechanism 58, which could be called quasi-static forces, only achieve low values. she are only insignificantly greater than the forces required for the hold-down device 56.

Weiter ist in Figur 2 eine elektronische Steuer- und/oder Regelvorrichtung 70 gezeigt, die über elektrische Leitungen 72 mit den Aktoren 76 a, b beziehungsweise Sensoren 74 verbunden ist. Die Aktoren 76 a, b und Sensoren 74 sind nur symbolisch mit ihrer elektronischen Schnittstelle dargestellt. Die elektronische Steuer- und/oder Regelvorrichtung 70 ist mit zumindest einem Mikroprozessor ausgestattet, der über eine geeignete Software die Vorrichtung steuert. So kann die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 70 beispielsweise über einen Sensor 74 die Eigenfrequenz der Fügeteile 50 ermitteln, indem sie über einen Stellbefehl an die Zustelleinheit 60 und/oder den Schlagmechanismus 58 als Beispiele für Aktoren 76 a einen Testimpuls auslöst und die Eigenfrequenz der Fügeteile 50 mißt. Sodann kann sie je nach ermittelter Eigenfrequenz der Fügeteile 50 über einen Aktor 76 b beispielsweise die Federhärte der Feder 66 verändern oder über einen Aktor 76 b die aktive Dämpfung der Matrize 52 durch Gegenschwingungen steuern. Die Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 70 kann über eigene Speicherkapazitäten verfügen, um von dort gespeicherte Abläufe, Kennfelder oder ähnliches abzurufen oder Daten abzulegen, oder die Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 70 tauscht Daten über eine Kommunikationsschnittstelle mit anderen Mikroprozessoren aus.An electronic control and / or regulating device 70 is also shown in FIG electrical lines 72 is connected to the actuators 76 a, b or sensors 74. The actuators 76 a, b and sensors 74 are only symbolic with their electronic interface shown. The electronic control and / or regulating device 70 has at least one Microprocessor equipped, which controls the device via suitable software. So can the control and / or regulating device 70, for example via a sensor 74, the natural frequency of the joining parts 50 are determined by sending an actuating command to the delivery unit 60 and / or the striking mechanism 58 triggers a test pulse as examples of actuators 76 a and measures the natural frequency of the joining parts 50. Then it can, depending on the natural frequency determined the joining parts 50, for example, change the spring hardness of the spring 66 via an actuator 76 b or via an actuator 76 b, the active damping of the die 52 by counter-vibrations Taxes. The control and / or regulating device 70 can have its own storage capacities dispose of stored processes, maps or similar or data to store, or the control and / or regulating device 70 exchanges data via a communication interface with other microprocessors.

Mit einem einfachen Versuchsaufbau - bestehend aus einem Bohrständer, handelsüblichem Bohrhammer mit einer Schlagenergie von lediglich 2,3 J, einer Schlagzahl von 4200 l/min., Matrize 52 und Stößel 54, jedoch noch ohne Niederhalter 56 - konnte nachgewiesen werden, daß ein Stanzniet, der ansonsten Fügekräfte von 40.000 N benötigt, mit Hilfe deutlich niedrigerer Anpreßkräfte gefügt werden kann. Der energetische Wirkungsgrad für den Fügevorgang dürfte ebenfalls deutlich besser als beim bisher üblichen Einsatz von Hydraulikzylindern ausfallen. Um speziell beim Fügen von Aluminium die Anfreßneigung der Werkzeuge zu vermindern, bietet es sich bei rotationssymmetrischen Hilfsfügeelementen oder Fügewerkzeugen an, der Stoßbewegung des Stößels 54 eine Drehbewegung zu überlagern. Diese Bewegungskombination läßt sich nach bekannten Konstruktionsprinzipien einfach realisieren.With a simple experimental setup - consisting of a drill stand, commercially available Hammer drill with an impact energy of only 2.3 J, an impact rate of 4200 l / min., Matrix 52 and ram 54, but still without hold-down 56 - could be demonstrated that a punch rivet, which otherwise requires joining forces of 40,000 N, with the help of significantly lower Contact forces can be added. The energy efficiency for the joining process should also be significantly better than with the usual use of hydraulic cylinders fail. This increases the tendency of the tools to seize, especially when joining aluminum reduce, it offers itself with rotationally symmetrical auxiliary joining elements or joining tools to superimpose a rotational movement on the pushing movement of the plunger 54. This combination of movements can be easily realized according to known construction principles.

Um auch die quasistatischen Kräfte des Niederhalters 56 zu eliminieren, wird als Variante beim Fügen von Stahlwerkstoffen vorgeschlagen, die Matrize 52 als starken Elektromagneten auszubilden, der in der Lage ist, die zu fügenden Bleche reaktionskräftefrei an die Matrize zu drücken.In order to also eliminate the quasi-static forces of the hold-down device 56, the Joining steel materials proposed to form the die 52 as a strong electromagnet, which is able to press the sheets to be joined onto the die without any reactive forces.

In Figur 3 ist eine C-Rahmenzange 100 zu sehen, deren C-Rahmen 102 endseitig jeweils eine Lagereinheit 104, 106 aufweist. In der Lagereinheit 104 ist eine Zustelleinheit 60 gelagert, die mit geringen Anpreßdrücken betätigbar ist. Die Zustelleinheit 60 bewegt eine Trägerplatte 108, an der ein Schlagmechanismus 58 befestigt ist, die einen Stößel 54 mit einer kleinen Stößelmasse und einer hohen Schlagfrequenz betreibt. Außen um den Schlagmechanismus 58 herumgeführt ist die Niederhalterfeder 62, die den Anpreßdruck der Zustelleinheit 60 aufden Niederhalter 56 überträgt. In der Lagereinheit 106 ist die Matrize 52 mit einer großen Masse auf einer Auflagefeder 66 gelagert, die auch aus einem elastomeren Werkstoff, einer Gasfeder oder einem sonstigen Feder-Dämpfersystem bestehen kann. Die C-Rahmenzange 100 kann mit den beschriebenen Vorrichtungen Bleche 50 durch mechanisches Fügen dauerhaft miteinander verbinden. Aufgrund der nun sehr geringen Anpreßdrücke ist es möglich, die C-Rahmenzange als Handwerkzeug oder Werkzeug für schnell arbeitende Roboter auszuführen, aber auch die oberen und unteren Arme länger als in Figur 3 dargestellt auszuführen, ohne daß dadurch unzulässige und nicht mehr oder nur unter unverhältnismäßigem Aufwand beherrschbare Biegemomente und Versatz aufträten.FIG. 3 shows a C-frame tongs 100, the C-frame 102 of which is one at the end Bearing unit 104, 106 has. An infeed unit 60 is mounted in the storage unit 104 can be actuated with low contact pressures. The delivery unit 60 moves a carrier plate 108, to which a striking mechanism 58 is attached, which has a plunger 54 with a small plunger mass and operates at a high frequency. Guided around the outside of the striking mechanism 58 is the hold-down spring 62 which applies the contact pressure of the delivery unit 60 to the hold-down device 56 transmits. In the storage unit 106, the die 52 with a large mass is on one Support spring 66, which is also made of an elastomeric material, a gas spring or another spring damper system can exist. The C-frame tongs 100 can be used with the Devices described sheets 50 by mechanical joining permanently together connect. Because of the very low contact pressures, it is possible to use the C-frame pliers to be used as a hand tool or tool for fast-working robots, but also the upper and lower arms longer than shown in Figure 3 without this inadmissible and no longer controllable or only with disproportionate effort Bending moments and misalignment occur.

In Figur 4 und 5 ist jeweils eine Vorrichtung gezeigt, bei der der Stößel 54 und die Matrize 52 nicht durch einen gemeinsamen Rahmen 102 gehalten sind. Auch mit der gezeigten Vorrichtung kann zuverlässig eine Fügeverbindung geschaffen werden. In einem ersten Führungsgehäuse 150 wird der Stößel 54, in einem zweiten Führungsgehäuse 152 die Matrize 52 geführt. In Figur 4 sind seitlich an beiden Führungsgehäusen 150, 152 Magnetspulen 154 zur Erzeugung eines Magnetfeldes angebracht. Während das Führungsgehäuse 150 aktiv von einer Positioniereinheit in die Position gesteuert wird, in der der Stößel 54 eine Fügeverbindung herstellen soll, wird das Führungsgehäuse 152 über die verbindende Magnetkraft mitgezogen. Die Positioniereinheit ist in Figur 4 durch zwei seitlich angebrachte Verfahreinheiten 156 angedeutet, welche aus einem Hubzylinder 158 zur Höhenführung und einem Fahrwerk 160 zur rollenden Bewegung des Führungsgehäuses 150 bestehen. Zur Bewegung des Führungsgehäuses 150 wird durch Ausfahren des Fahrwerkes 160 das Führungsgehäuse 150 von der Oberfläche der Fügeteile 50 abgehoben und kann sich von einer nicht näher dargestellten Steuerung geführt über die Fügeteile 50 bewegen. Ist die neue Soll-Position erreicht, wird das Fahrwerk eingezogen, und das Führungsgehäuse sitzt wieder fest aufder Oberfläche des oberen Fügeteils 50 auf. Durch die durch die Fügeteile 50 hindurch zwischen den Magnetspulen 154 wirkende Magnetkraft wird dabei das Führungsgehäuse 152 mit in die neue Position gezogen. Um dabei die auftretenden Reibungskräfte zwischen der Oberfläche des unteren Fügeteils 50 und den Kontaktflächen des Führungsgehäuses 152 nicht zu hoch werden zu lassen, wird vorgeschlagen, die Magnetkraft zwischen den Magnetspulen 154 zu verringern, um sie dann für den nächsten Fügevorgang wieder zu erhöhen. Dabei sollte die Magnetkraft während des Fügeprozesses so hoch sein, daß sie ausreicht, um eine relative Bewegung zwischen den beiden Führungsgehäusen 150, 152 zu verhindern. Je nachdem, welches der Führungsgehäuse 150, 152 oben liegt, kann das jeweils oben liegende Führungsgehäuse 150, 152 auch anstelle eines Fahrwerks vom Magnetfeld des anderen Führungsgehäuses angehoben und mitgezogen werden, um eine Reibung zwischen den Kontaktflächen des Führungsgehäuses 150, 152 und der Oberfläche der Fügeteile 50 zu vermeiden. An der Fügestelle kann das Magnetfeld von abstoßend auf anziehend umgeschaltet werden. Alternativ kann die Führung auch über ein Luftkissen kombiniert mit einem Magnetfeld erfolgen. In Figuren 4, 5 und 6 ist auch der Stößel 54 schwingungsisoliert über eine Feder 162 gelagert.FIGS. 4 and 5 each show a device in which the ram 54 and the die 52 are not held by a common frame 102. Even with the device shown a joint connection can be created reliably. In a first guide housing 150 the plunger 54, the die 52 is guided in a second guide housing 152. In figure 4 are laterally on both guide housings 150, 152 magnetic coils 154 for generating a Magnetic field attached. While the guide housing 150 is active from a positioning unit is controlled in the position in which the plunger 54 is to make a joint connection, it will Guide housing 152 pulled over the connecting magnetic force. The positioning unit is indicated in Figure 4 by two laterally attached moving units 156, which consist of one Lift cylinder 158 for height control and a chassis 160 for rolling movement of the Guide housing 150 exist. To move the guide housing 150 is by extending of the carriage 160, the guide housing 150 from the surface of the joining parts 50 lifted and can be guided by a control, not shown, via the Move parts 50. When the new target position is reached, the undercarriage is retracted, and the guide housing rests firmly on the surface of the upper joining part 50. Through the magnetic force acting through the joining parts 50 between the magnet coils 154 the guide housing 152 is also pulled into the new position. In order to avoid the occurring Frictional forces between the surface of the lower joining part 50 and the contact surfaces of the It is proposed that the guide housing 152 not become too high, the magnetic force between the magnet coils 154 to reduce them for the next joining process to increase again. The magnetic force during the joining process should be so high that it is sufficient to allow a relative movement between the two guide housings 150, 152 prevent. Depending on which of the guide housings 150, 152 is on top, this can in each case guide housing 150, 152 located at the top instead of a chassis from the magnetic field of the other guide housing raised and pulled to create friction between the Avoid contact surfaces of the guide housing 150, 152 and the surface of the joining parts 50. At the joint, the magnetic field can be switched from repulsive to attractive. Alternatively, the guide can be combined with an air cushion combined with a magnetic field respectively. In FIGS. 4, 5 and 6, the plunger 54 is also vibration-isolated via a spring 162 stored.

Figur 5 zeigt eine vereinfachte Ausführung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung. Anstelle einer Positioniereinheit mit Hubzylindern 158 und Fahrwerken 160, Magnetspulen 154 oder Luftkissen wird hier die Positionierung der Fügewerkzeuge 52, 54 über an sich bekannte Portalverfahreinheiten oder Industrieroboter mit großer Reichweite erfolgen. Allerdings muß hier hinsichtlich der Steuerung der Portalverfahreinheiten oder Industrieroboter ein höherer Aufwand getrieben werden, da die Matrize 52 und der Stößel 54 für eine optimale Fügeverbindung möglichst paßgenau übereinander positioniert werden müssen. Als Ausrichthilfe können in einem solchen Fall Lasermeßverfahren, Ultraschall oder der Einsatz von Magneten in Verbindung mit induktiven Aufnehmern eingesetzt werden.FIG. 5 shows a simplified embodiment of the device shown in FIG. 4. Instead of one Positioning unit with lifting cylinders 158 and trolleys 160, magnetic coils 154 or air cushions is the positioning of the joining tools 52, 54 via portal travel units known per se or industrial robots with a long range. However, here with regard to the control of the portal traversing units or industrial robots requires more effort are driven because the die 52 and the plunger 54 for an optimal joint connection must be positioned as precisely as possible one above the other. As an alignment aid in in such a case laser measurement, ultrasound or the use of magnets in connection can be used with inductive sensors.

In Figur 6 ist eine Vorrichtung gezeigt, in der am Führungsgehäuse 150 Magnetspulen 154 angeordnet sind, die mit ihrer Magnetkraft auf die Fügeteile 50 wirken. Wenn zumindest das untere Fügeteil 50 ferromagnetische Eigenschaften aufweist, können die Fügeteile 50 und das Führungsgehäuse 150 fest aneinander haften. Bei der gezeigten magnetischen Verbindung zwischen den Fügeteilen 50 und dem Führungsgehäuse 150 kann nun eine Fügeverbindung hergestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Schwingungsisolierung sind die Fügekräfte so gering, daß die magnetischen Haltekräfte auch noch die Fügeteile 50 in Position halten, wenn im Verlauf des Fügevorganges Stanzoperationen ohne Vorlochen und ohne Gegenhalter vorgenommen werden. Die in Figur 6 gezeigte Vorrichtung ist auch vorteilhaft einsetzbar bei dünnen, instabilen Bauteilen oder wenn die Fügestelle nur einseitig gut zugänglich ist.FIG. 6 shows a device in which 150 magnetic coils 154 on the guide housing are arranged, which act on the joining parts 50 with their magnetic force. If at least that lower joining part 50 has ferromagnetic properties, the joining parts 50 and that Stick the guide housing 150 firmly together. In the magnetic connection shown A joining connection can now be made between the joining parts 50 and the guide housing 150 getting produced. Due to the vibration isolation according to the invention, the joining forces are like this low that the magnetic holding forces also hold the joining parts 50 in position when in the course of the joining process, punching operations without prepunching and without counterhold be made. The device shown in FIG. 6 can also be used advantageously with thin, unstable components or if the joint is only easily accessible on one side.

In Figur 7 findet sich eine Zustelleinheit 60, die in einem C-Rahmen 102 angeordnet ist. Die Zustelleinheit 60 wirkt auf eine Trägerplatte 108, unter der ein Schlagmechanismus 58 angeordnet ist. Die von dem Schlagmechanismus 58 erzeugten Stöße werden auf den Stößel 54 übertragen. Die Niederhalterfedern 62 halten den Niederhalter 56, der mit dem daran angebrachten Stößel auf die Bleche 50 einwirkt.Die Bleche 50 liegen auf einer Matrize 52 auf, die beweglich ist und eine größere Masse aufweist.Sowohl die Zustelleinheit 60 wie auch die Matrize 52 sind im C-Rahmen 102 durch Isolierfedern 66a gehalten, die in diesem Fall variabel sind in ihrer Federhärte. Den Isolierfedern 66a sind Isolierdämpfer 68a zugeordnet, die ebenfalls variabel ausgebildet sind. Die Variation läßt sich beispielsweise bei pneumatischen oder hydrostatischen Federn und Dämpfern durch eine unterschiedliche Druckregelung des Gaspolsters bewirken. Die Variation der Federung und Dämpfung erlaubt sowohl eine individuelle Anpassung der Vorrichtung auf unterschiedliche Fügeprozesse und Fügeteile wie auch eine Variation des Feder- und Dämpfungsverhaltens der Vorrichtung während eines Fügeprozesses.In FIG. 7 there is an infeed unit 60 which is arranged in a C frame 102. The Delivery unit 60 acts on a carrier plate 108, under which a striking mechanism 58 is arranged is. The impacts generated by the striking mechanism 58 are applied to the plunger 54 transfer. The hold-down springs 62 hold the hold-down 56 with the one attached to it Plunger acts on the sheets 50. The sheets 50 rest on a die 52 which is movable and has a larger mass. Both the delivery unit 60 and the Die 52 are held in the C-frame 102 by insulating springs 66a, which in this case are variable are in their spring hardness. The insulating springs 66a are assigned insulating dampers 68a, which are also are variable. The variation can be, for example, pneumatic or hydrostatic springs and dampers through a different pressure control of the gas cushion cause. The variation of the suspension and damping allows both an individual Adaptation of the device to different joining processes and joining parts as well as one Variation of the spring and damping behavior of the device during a joining process.

Die hier erläuterten Ausführungsbeispiele sind nur als beispielhaft und keinesfalls auf das jeweilige Ausführungsbeispiel beschränkt zu verstehen. Die Ausführungsbeispiele sollen den Fachmann dazu anregen, die vorgeschlagenen technischen Lösungselemente miteinander vorteilhaft zu kombinieren oder mit zusätzlichen, an sich bekannten Elementen zu ergänzen. Auch bereitet es dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten, die für die Herstellung von Nietverbindungen beschriebenen Vorrichtungen und Verfahrensweisen auf andere Arten von mechanischen Fügeverbindungen wie beispielsweise dem Durchsetzfügen, dem Blindnieten mit oder ohne Vorlochen oder dem Einbringen von Funktionsträgern anzupassen.The exemplary embodiments explained here are only exemplary and in no way refer to that to understand each embodiment in a limited manner. The exemplary embodiments are intended to Specialist to encourage the proposed technical solution elements together advantageous to combine or supplement with additional, known elements. It also does not pose any difficulties for the person skilled in the art for the production of riveted joints described devices and procedures on other types of mechanical joints such as clinching, blind riveting or to adapt without pre-punching or the introduction of functionaries.

Claims

Process for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections lying on top of one another, whereby joining tools are moved towards the joining parts with force means and a joining connection is established between the joining parts due to the force of the joining tools,
characterized,
that the required joining force is introduced into the joining connection to be produced by a number of briefly successive impacts of a joining tool (52, 54) or pulsating at an excitation frequency, the opposite joining tool (52, 54), the excited joining tool (52, 54) and / or the Joining parts (50) are mounted elastically and the natural frequency of the opposing joining tool (52, 54), the excited joining tool (52, 54) and / or the joining parts (50) is lower than the excitation frequency.

Method according to claim 1,
characterized,
that the method is monitored by an electronic control and / or regulating device (70) via suitable sensors (74).

Method according to claim 2,
characterized,
that the control and / or regulating device (70) controls and / or regulates the joining process by issuing setting commands to an actuator system (76 a, b).

Device for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections lying on top of one another, consisting of a frame, joining tools arranged therein and force means for moving the joining tools,
characterized,
that the device makes use of one or more of the preceding method claims.

Device for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections lying on top of one another, consisting of a frame, joining tools arranged therein and force means for moving the joining tools,
characterized,
that the device has at least one striking mechanism (58) which can briefly apply several successive impacts or a pulsating force to one of the joining tools (52, 54) in order to produce a mechanical joining connection, the opposite joining tool (52, 54), the excited joining tool (52, 54) and / or the joining parts (50) are mounted elastically and the excitation frequency with which the joining tool (52, 54) can be excited is higher than the natural frequency of the opposite joining tool (52, 54), the excited joining tool ( 52, 54) and / or the joining parts (50).

Device according to one of claims 4 or 5,
characterized,
that the delivery unit (60) and / or the striking mechanism (58) are vibration-isolated against the substructure.

Device for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections lying on top of one another, consisting of a frame, joining tools arranged therein and force means for moving the joining tools,
characterized,
that the excited joining tool (52, 54), the feed unit (60) and / or the striking mechanism (58) are vibration-isolated.

Device for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections lying on top of one another, consisting of at least one guide housing for the joining tools arranged therein and force means for moving the joining tools,
characterized,
that at least one of the joining tools (52, 54) is elastically mounted.

Device according to claim 8,
characterized,
that the guide housings (150, 152) are equipped with magnetic coils (154) through which the joining parts (50) and / or the opposing magnetic coils (154) and / or guide housings (150, 152) and or the joining tools (52, 54) are attractable.

Device according to one or more of claims 4 to 9,
characterized,
that the frame of the device (102) can be influenced in its vibration behavior by variable additional masses or variable stiffening means.

Device according to one or more of claims 4 to 10,
characterized by
that the elasticity of the elastic mounting (66, 68) can be changed by means of manual, motor or other adjusting means.

Device according to one or more of claims 4 to 11,
characterized,
that the movement of a joining tool (50, 52) is synchronized with the movement of a hold-down device (56) and / or wiper via a coupling means.

Device according to one or more of claims 4 to 12,
characterized by
that at least one of the joining tools (52, 54) can be moved in a direction opposite to a static direction of movement by adjusting means.

Device according to one or more of claims 4 to 13,
characterized,
that the joining process is monitored by an electronic control and / or regulating device (70) by sensors (74) determining data relevant to the joining process.

Device according to claim 14,
characterized,
that the electronic control and / or regulating device (70) determines the natural frequency of the opposing joining tool (52, 54) and the frequency with which the other joining tool (52, 54) via an actuator system (76 a, b) and sensor system (74) ) is excited, depending on the natural frequency determined, by actuating an actuator (76 a, b).

Device according to claim 14 or 15,
characterized,
that the electronic control and / or regulating device (70) instead of or in addition to changing the excitation frequency via an actuator (74) changes the damping characteristic of the elastic mounting (66, 68).

Device according to one or more of claims 14 to 16,
characterized,
that the electronic control and / or regulating device (70) derives the excitation frequency and / or the damping characteristic from data which it directly stores or has access to.

Device according to one or more of claims 1 to 17,
characterized,
that the impact strength, number of impacts, impact speed, impact path and / or duration of the impacts of one or more impact mechanisms (58) are variably adjustable.

Device according to one or more of claims 1 to 18,
characterized,
that the elastic mounting (66) of the opposing joining tool (52, 54), the excited joining tool (52, 54) and / or the joining parts (50) has additional damping (68).

Device according to one or more of claims 1 to 19,
characterized,
that the joining tools (52, 54) work in opposite directions.

Device according to one or more of claims 1 to 20,
characterized,
that at least one of the joining tools (52, 54) can be regulated in its movement by a driven device.

Device according to one or more of claims 1 to 21,
characterized,
that at least one of the joining tools (52, 54) or a hold-down device (56) is designed as an electromagnet (154) or is connected to an electromagnet (154) or an electromagnet (154) located in the area of the device is attached to at least one of the joining tools (52, 54) the hold-down device (56) or joining parts (50) acts, these having ferromagnetic properties.

Device according to one or more of claims 1 to 22,
characterized,
that auxiliary joining parts such as punch nuts, punch bolts and / or punch rivets can be processed with or without pre-punched holes in the device.

Device according to one or more of claims 1 to 23,
characterized,
that the device is integrated in a hand tool.