EP1064111A1 - Verfahren zum steuern, überwachen und überprüfen eines umformvorganges einer umformmaschine, insbesondere nietmaschine - Google Patents

Verfahren zum steuern, überwachen und überprüfen eines umformvorganges einer umformmaschine, insbesondere nietmaschine

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EP1064111A1
EP1064111A1 EP99907589A EP99907589A EP1064111A1 EP 1064111 A1 EP1064111 A1 EP 1064111A1 EP 99907589 A EP99907589 A EP 99907589A EP 99907589 A EP99907589 A EP 99907589A EP 1064111 A1 EP1064111 A1 EP 1064111A1
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EP
European Patent Office
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forming
piston
pressure
workpiece
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EP99907589A
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EP1064111B1 (de
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Thomas Zemp
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BALTEC MASCHINENBAU AG
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Publication of EP1064111B1 publication Critical patent/EP1064111B1/de
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • B21J15/285—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups for controlling the rivet upset cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/12—Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/10—Drives for forging presses
    • B21J9/20—Control devices specially adapted to forging presses not restricted to one of the preceding subgroups

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling, monitoring and checking a forming process of a forming machine, in particular a riveting machine, on a workpiece by means of a piston which is moved against the workpiece, an upper piston surface and / or a lower piston surface for moving the piston with pressure is applied and a forming machine operated according to the above Method.
  • Forming machines in particular riveting machines, are known and used in a wide variety of forms and designs in the prior art. They are primarily used to machine mechanical material deformations, especially riveting. Such should. Machines can be integrated into automation processes. Essentially, this involves the production of riveted joints using a riveting machine cold forming, since two parts can be joined together during material deformation.
  • a device for checking material deformations is known from EP 0 699 490 AI, a deviation possibly being determined via two different displacement sensor arrangements and via push buttons.
  • the disadvantage here is that such a device is complex and complex to manufacture and no exact determination of a rivet start is possible.
  • DE 37 15 905 C2 discloses a method for mechanically producing riveted connections and a riveting machine for carrying out the method, in which a striker is shifted against a workpiece from a predetermined zero position. This movement onto a workpiece takes place with a measuring force that is smaller than the force required for the deformation of the rivet. The feed distance of the striker caused by the measuring force is measured and is compared as an actual value with a target value. The disadvantage of this is that the rivet cannot be driven with full feed force. Monitoring the complete riveting process is not possible here.
  • the present invention has for its object a method for controlling, monitoring and checking a
  • Such a pressure change which is measured in a pressure line and / or vent line for moving the piston, or in an upper or a lower piston chamber itself via at least one sensor element, determines an exact start of forming when the piston strikes a workpiece If a piston or rivet head moves on a workpiece, there is a pressure change that is detected and determined directly in the sensor element, in particular the pressure sensor.
  • a change in pressure can also be used to exactly determine and control the change in the force with which the forming takes place
  • a change in force can also provide information about the start of forming
  • the sensor element should preferably be provided in the machine housing near the upper and / or lower piston chamber. This is connected to a control device which evaluates the data
  • the piston can be moved permanently with full feed and, if necessary, constant feed force when shaping onto the workpiece. Only the pressure change is displayed immediately when the riveting tool strikes the workpiece and can be measured using a position measuring device - 4 -
  • a predetermined path in particular the forming path, is continued until the predetermined path is reached within a certain time.
  • the piston can also be moved against the workpiece for a certain time with a predetermined feed or forming force until after a certain forming or comparison time the Forming is carried out as desired
  • predefined comparison parameters which can be determined, for example, by experiment, it can be determined exactly whether the forming has been carried out as desired.It can be determined exactly, for example whether the rivet was sufficient, whether a rivet was present at all, or whether the forming time or the forming path was exact This was possible by determining the exact start of forming
  • a method and a forming machine are created, with which a rivet start or forming start can be determined very precisely.
  • the time for a specific forming path can be used as a comparison criterion to provide information about a to receive faulty or non-faulty forming
  • time is also possible for the time to be predetermined and for the forming path covered during this time to be used as a comparison criterion for determining a forming state. This ensures that an automated forming process can also be continuously monitored and controlled
  • a predetermined forming path is followed, with a time comparison and / or an additional comparison of the forming force (effective Force action in Newtons N) on the rivet or workpiece, the unit of time or the force at the moment in which the predetermined molding path is reached, a forming process is monitored and a forming result is determined.
  • a forming force effective Force action in Newtons N
  • time and force can be recorded continuously during the complete forming process.
  • the sampling rate can be bpsw. done in 100 Hz and gives the size of the work performed per unit of time.
  • a very precise error detection or a determination of the cause of the error is preferably always carried out using two comparison variables with a predetermined parameter, in order to rule out that two errors together with the opposite value compensate one another and thus prevent an error from being detected.
  • the ascertainable forming work per unit of time also allows an exact assessment of the riveting process and, in particular, an exact conclusion about the strength properties of the formed workpiece.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated partial longitudinal section through a riveting machine according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated partial longitudinal section through a further exemplary embodiment of the riveting machine according to FIG. 1.
  • Figure 1 is a forming machine, in particular
  • Riveting machine R shown which essentially has components of a conventional riveting machine, as shown in EP 0 699 490 AI. Reference is expressly made to this prior art, since essentially all components of a conventional riveting machine are described in detail there. A further description of the individual components is therefore omitted.
  • a forming machine R has a machine frame 1 which is only indicated by dashed lines and which has a vertical support arm which is only indicated and in which a support surface 2 is preferably connected at right angles.
  • the support surface 2 carries the workpieces 27 to be machined. These are not numbered in detail here.
  • the machine frame 1 and in particular on the vertical support arm, a machine housing 3 is fixed, which is hollow inside.
  • a preferably hollow, displaceable pneumatic piston 4 is arranged in the machine housing 3.
  • the cavity 6 is divided into an upper piston chamber 7 and a lower piston chamber 8 by the projecting flange 5.
  • the projecting flange 5 accordingly has a Upper piston chamber 7 facing upper piston surface 9 and a lower piston surface 10
  • a preferably pneumatic or hydraulic pressure line 11 flows into the upper piston chamber 7.
  • a pneumatic or hydraulic ventilation line 12 connects to the lower piston chamber 8.
  • a control valve 13, 14, in particular a throttle, is inserted into the pressure line 11 and ventilation line 12, which is connected to a control device 16 via connection lines 15 1, 15 2.
  • a further connection line 15 3 establishes the connection between a drive motor 17, in particular an electric motor. This can also be designed as a hydraulic motor.
  • the electric motor drives a sleeve 18 1 in which the position can be changed Projecting end 18 2 of a drive shaft 19 is mounted.
  • the drive shaft 19 is rotatably supported in a cavity 20 of the piston 4 by means of bearings only indicated here.
  • a rivet head 21 is connected to the drive shaft 19 at the bottom.
  • the rivet head 21 also serves as a tool holder Riveting tool a dop per 22 included
  • the preferably stationary machine housing 3, as well as the piston 4, which is movable in the machine housing 3 in the direction of a Z axis 23, has a displacement measuring device 24, which is connected to the control device 16 via a further connecting line 15 4.
  • This control device 16 takes over all controls and Controls that are required to operate the riveting machine R.
  • the data required for this can optionally be entered via a computer 25 and evaluated during or after a work process and output there.
  • a control device 16 can be integrated into an existing one Production can be integrated in order to operate a corresponding R riveting machine fully automatically.
  • a sensor element 26.1 is inserted in the pressure line 11 and a sensor element 26.2m in the ventilation line 12.
  • the sensor elements 26 1, 26 2 are preferably used near the machine housing 3 m, the pressure line 11 or the ventilation line 12.
  • the sensor elements 26.1, 26.2 are also connected to the control device 16 via connecting lines 15.5, 15 6. It is also important here that the sensor elements 26.1, 26.2 are inserted between the control valves 13, 14 and the machine housing 3 in the pressure line 26.1 or vent line 26 2.
  • the sensor elements 26.1, 26.2 which are preferably designed as pressure sensors, but also as pressure transmitters, can very precisely determine a pressure change in the pressure line 11 or vent line 12 when the piston 4 strikes a workpiece 27 to be machined during the movement.
  • a pressure change is caused in the pressure line 11, which is immediately registered via the sensor elements 26.1, 26.2 and accordingly in the vent line 26.2.
  • This pressure change causes a start or a shift in the zero point can be calculated
  • the exact determination of the start of the riveting is necessary in order to be able to exactly determine the forming path required for optimal forming. If the start of the rivet is known, the forming path can be exactly determined by means of a further method using the displacement measuring device 24. This can also be possible using a continuous method and time determination. It is advantageous here that an exact determination of the - 10 -
  • Forming can be detected by the pressure change in the sensor elements 26.1, 26.2
  • a forming machine R lr in particular a riveting machine, in which the sensor elements 26 3, 26 4 are inserted into an upper piston chamber 7 and a lower piston chamber 8.
  • a throttle valve 29, which is adjustable, is preferably inserted into the ventilation line 12. This can be connected to the control device 16.
  • the method of the piston 4 can be steamed in particular into a lower position. A hard impact of the piston after the downward movement is prevented by this throttle valve 29.
  • the flow of the spool can be regulated by means of the throttle valve 29, it also being possible to change the speed of the travel of the spindle or of the piston 4.
  • the sensor elements 26.3, 26 4 are connected to the control device 16 via the connecting lines 15.7, 15 8.
  • the rivet start be exactly determined by the pressure change, but also the forming force calculated from the pressure change.
  • the riveting results can be checked and determined exactly by determining the start of the rivet or the start of the forming process, which is to be equated with a process start, whereby either the riveting time or the path are specified
  • the quality of the forming process is influenced by an additional time comparison. If a specific predetermined path is covered within a certain time, the forming or riveting is - 11 -
  • a certain time is determined in the experiment, for example, a time tolerance measure is established in order to identify a positive or negative riveting result
  • a predetermined time for forming or riveting can be specified, in which case the travel path is used as a comparison parameter in order to assess a riveting result.
  • the travel path can be exactly determined via the distance measuring unit, but is, for example, by experiment or a path tolerance is specified by a specific specification, which serves as a comparison tolerance ass for successful forming
  • Cavity 39 72 upper piston chamber 40 73 lower piston chamber 4 1 74 upper piston surface 42 75 lower piston surface 43 7 6

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Presses And Accessory Devices Thereof (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine (R) an einem Werkstück (27) mittels eines Kolbens (4), welcher gegen das Werkstück (27) verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche (9) und/oder eine untere Kolbenfläche (10) zum Bewegen des Kolbens (4) mit Druck beaufschlagt wird, wird beim Auftreffen des Kolbens (4) auf das Werkstück (27) eine Druckänderung und/oder Kraftänderung zur Ermittlung eines Umformbeginnes, insbesondere Nietbeginnes, gemessen.

Description

Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Um ormvorganges einer üm o m aschine , insbesondere Nietmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine , insbesondere Nietmaschine, an einem Werkstück mittels eines Kolbens, welcher gegen das Werkstück verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche und/oder eine untere Kolbenfläche zum Bewegen des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird sowie eine Umformmaschine betrieben nach dem o. g. Verfahren.
Umformmaschinen, insbesondere Nietmaschinen sind im Stand der Technik in vielfälltigster Form und Ausführung bekannt und gebräuchlich. Sie dienen in erster Linie dazu, um maschinell mechanische Materialverformungen, insbesondere auch Nietungen vorzunehmen. Dabei sollen derartige. Maschinen in Automatisierungsprozesse eingegliedert werden können. Im wesentlichen handelt es sich hier bei der Herstellung von Nietverbindungen mittels einer Nietmaschine um Kaltverformungen, da bei der Materialverformung zwei Teile miteinander verbunden werden können.
Bei einem zwangsläufigen hohen Automatisierungsgrad, wie es immer mehr gefordert wird, ist eine selbständige Überprüfung des Umformgrades, insbesondere der Nietung dringend erforderlich, da sehr hohe Anforderungen an Nietverbindungen heute gestellt werden. Die Überprüfung und Erkennung einer fehlerhaften Nietverbindung ist daher zwingend erforderlich.
Aus der EP 0 699 490 AI ist eine Vorrichtung zum Überprüfung von Materialverformungen bekannt, wobei über zwei verschiedene Weggeberanordnungen und über Tastorgange ggf. eine Abweichung ermittelt wird. Nachteilig ist hier, dass eine derartige Vorrichtung aufwendig und komplex hergestellt und keine exakte Bestimmung eines Nietanfanges möglich ist .
Ferner ist aus der DE 37 15 905 C2 ein Verfahren zum maschinellen Herstellen von Nietverbindungen und Nietmaschine zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei welcher ein Döpper aus einer vorgegebenen Null -Lage gegen ein Werkstück verschoben wird. Dieses Verschieben auf ein Werkstück erfolgt mit einer Messkraft, die kleiner ist als für die Verformung des Nietes erforderliche Kraf . Die durch die Messkraft bewirkte Vorschubstrecke des Döppers wird gemessen und wird als Istwert mit einem Sollwert verglichen. Nachteilig hieran ist, dass nicht mit voller Vorschubskraf auf den Niet aufgefahren werden kann. Eine Überwachung des vollständigen Nietprozesses ist hier nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines
Umformvorganges sowie eine Umformmaschine zu schaffen, bei welchen eine Ermittlung eines Umformbeginnes oder - 3
Nietanfanges exakt möglich ist Danach sollen exakte Rückschlüsse über fehlerhafte Umformforgange möglich sein Ferner sollen erhebliche Herstellungskosten einer derartigen Umformmaschine reduziert werden Sie soll sehr leicht und einfach bei Steigerung der Umformqualitat zu steuern se n
Zur Losung dieser Aufgabe fuhrt, dass beim Auftreffen des Kolbens auf das Werkstuck eine Druckanderung und/oder Kraftanderung zur Ermittlung eines Umformbeginnes, insbesondere Nietbeginnes, gemessen wird
Eine derartige Druckanderung, die in einer Druckleitung und/oder Entluf ungsleitung, zum Bewegen des Kolbens, oder m einem oberen oder einem unteren Kolbenraum selbst über zumindest ein Sensorelement gemessen wird, bestimmt einen exakten Umformbeginn beim Auftreffen des Kolbens, auf ein Werkstück Durch das unmittelbare Auftreffen beim Bewegen des Kolbens bzw des Nietkopfes auf ein Werkstuck, erfolgt eine Druckanderung, welche unmittelbar in dem Sensorelement, insbesondere Drucksensor, erkannt und ermittelt wird Aus einer Druckanderung lasst sich auch die Änderung der Kraft, mit welcher die Umformung erfolgt, exakt bestimmen und steuern Eine Kraftanderung kann ebenfalls Ruckschluss auf den Umformbeginn geben
Vorzugsweise soll das Sensorelement in dem Maschinengehause nahe des oberen und/oder unteren Kolbenraumes vorgesehen sein Dieses ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche die Daten auswertet
Bei der vorliegenden Erfindung ist auch von Vorteil, dass der Kolben permanent mit vollem Vorschub und ggf konstanter Vorschubkraf beim Umformen auf das Werkstuck gefahren werden kann Lediglich wird die Druckanderung unmittelbar beim Auftreffen des Nietwerkzeuges auf das Werkstuck angezeigt und über eine Wegmesseinrichtung kann - 4 -
dann ein vorgegebener Weg, insbesondere Umformweg weiterverfahren werden, bis der vorherbestimmte Weg innerhalb einer bestimmten Zeit erreicht ist Andererseits kann auch mit einer vorgegebenen Vorschub- bzw Umformkraft eine gewisse Zeit lang der Kolben gegen das Werkstuck bewegt werden, bis nach einer bestimmten Umform bzw Vergleichszeit die Umformung wie gewünscht erfolgt
Durch vorgegebene Vergleichsparameter , welche bspw durch Versuch ermittelt werden können, lasst sich exakt ermitteln, ob die Umformung wie gewünscht erfolgt ist Es lasst sich exakt ermitteln, ob bspw der Niet zulang, ob überhaupt ein Niet vorhanden, oder ob die Umformzeit oder der Umformweg exakt durchgeführt wurde Dies st durch die Ermittlung des exakten Umformbeginnes möglich
Daher ist bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Umformmaschine geschaffen, mit welchen sehr exakt ein Nietbeginn bzw Umformbeginn ermittelt werden kann Hier kann beim Umformen bspw bei einem vorgegebenen Weg, die Zeit für einen bestimmten Umformweg als Vergleichskriterium herangezogen werden, um eine Aussage über eine fehlerhafte oder nicht fehlerhafte Umformung zu erhalten
Ferner ist auch möglich, dass die Zeit vorgegeben ist und der in dieser Zeit zurückgelegte Umformweg als Vergleichskriterium zur Bestimmung eines Umformzustandes herangezogen wird Hierdurch wird gewährleistet, dass auch ein automatisierter Umformprozess standig überwacht und gesteuert werden kann
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt ferner, dass nach einer Bestimmung eines Umformbeginnes bzw Prozessbeginnes ein vorgegebener Umformweg verfahren wird, wobei über einen Zeitvergleich und/oder über einen zusätzlichen Vergleich der Umformkraft (effektive Kraf einwirkung in Newton N) auf das Nietgut bzw. Werkstück, die Zeiteinheit bzw. der Kraft im Augenblick, in welchem der vorgegebene Formweg erreicht ist, ein Umformprozess überwacht und ein Umformergebnis ermittelt wird. Dies kann über vorgegebene Kraftfenster bzw. Zeitfenster geschehen, die einen Aufschluss über einen Toleranzgrenzbereich geben. Es können Zeit und Kraft kontinuierlich während des vollständigen Umformprozesses erfasst werden. Die Abtastrate kann bpsw . in 100 Hz erfolgen und ergibt als Grosse die geleistete Umformarbeit je Zeiteinheit.
Von Vorteil ist auch, dass eine sehr exakte Fehlererkennung bzw. eine Ermittlung der Fehlerursache bevorzugt immer durch zwei Vergleichsgrössen mit einem vorgegebene Parameter vorgenommen wird, um auszuschliessen, dass zwei Fehler zusammen mit umgekehrten Wert sich gegenseitig kompensieren und somit eine Erkennung eines Fehlers verhindern.
Ist bspw. ein Nietgut fehlerhaft und zu weich so wäre die Nietzeit bei zurückgelegtem Weg zu kurz. Die Umformung wäre fehlerhaft. Befindet sich bspw. ein Druckverlust im System, bspw. durch Lekagen wäre die Nietzeit zu lang. Treten diese beiden Fehler bspw. gleichzeitig auf, so würden sich beide Fehler aufheben und dieser könnte nicht erkannt werden. Dies wird dadruch beseitigt, dass als Vergleichskriterium vorzugsweise immer zwei Vergleichsgrössen herangezogen werden. Eine exakte Fehlerbestimmung ist dadurch möglich. Diese Vergleichskriterien stellen nicht nur das Endergebnis sondern auch den vollständigen Umformprozess abhängig von den Prozessgrössen Umformkraft, Umformzeit, Umformweg etc. sicher. Über die einzelnen Paramter wie Weg, Geschwindigkeit, Zeit und Druckdifferenz lassen sich Umformkraft und Umformweg je Zeiteinheit in Umformarbeit- einfach ermitteln. - 6 -
Auch lässt die ermittelbare Umformarbeit je Zeiteinheit eine exakte Bewertung des Nietprozesses und insbesondere einen exakten Rückschluss auf Festigkeitseigenschaften des umgeformten Werkstückes zu.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch eine erf indungsge ässe Nietmaschine;
Figur 2 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Nietmaschine gemäss Figur 1.
In Figur 1 ist eine Umformmaschine, insbesondere
Nietmaschine R aufgezeigt, die im wesentlichen Bauteile einer herkömmlichen Nietmaschine aufweist, wie sie in der EP 0 699 490 AI aufgezeigt ist. Es wird ausdrücklich auf diesen Stand der Technik hingewiesen, da im wesentlichen dort alle Bauteile einer herkömmlichen Nietmaschine ausführlich beschrieben sind. Auf eine weitere Beschreibung der einzelnen Bauteile wird daher verzichtet.
Eine Umformmaschine R weist ein hier nur gestrichelt angedeutetes Maschinengestell 1 auf, welches einen nur angedeuteten vertikalen Tragarm aufweist, in welchem sich vorzugsweise rechtwinklig eine Auflagefläche 2 anschliesst. Die Auflagefläche 2 trägt die zu bearbeitenden Werkstücke 27. Diese sind hier im Einzelnen nicht näher beziffert. Das Maschinengestell 1 und insbesondere an den vertikalen Tragarm ist ein Maschinengehäuse 3 festgelegt, welches im Inneren hohl ausgebildet ist. In dem Maschinengehäuse 3 ist ein vorzugsweise hohl ausgebildeter verschiebarer pneumatischer Kolben 4 angeordnet . Von dem Kolben 4 ragt vorzugsweise nach aussen hin ein abstehender Flansch 5 ab, welcher in einem Hohlraum 6 des Maschinengehäuses 3 geführt ist. Der Hohlraum 6 ist durch den abstehenden Flansch 5 in einen oberen Kolbenraum 7 und unteren Kolbenraum 8 unterteilt. Der abstehende Flansch 5 weist demnach eine dem oberen Kolbenraum 7 zugerichtete obere Kolbenflache 9 und eine untere Kolbenflache 10 auf
In den oberen Kolbenraum 7 mundet eine vorzugsweise pneumatische oder hydraulische Druckleitung 11 ein An den unteren Kolbenraum 8 schliesst nach unten hm eine pneumatische oder hydraulische Entluftungsleitung 12 an In die Druckleitung 11 und Entluftungsleitung 12 ist jeweils ein Steuerventil 13, 14, insbesondere Drossel, eingesetzt, die über Verbmdungsleitungen 15 1, 15 2 mit einer Steuereinrichtung 16 verbunden ist Eine weitere Verbmdungsleitung 15 3 stellt die Verbindung zwischen einem Antriebsmotor 17, insbesondere Elektromotor her Dieser kann auch als Hydraulikmotor ausgebildet sein Der Elektromotor treibt eine Hülse 18 1 an, in welcher lageveranderbar ein überstehendes Ende 18 2 einer Antriebswelle 19 gelagert ist Die Antriebswelle 19 ist über hier nur angedeutete Lager in einem Hohlraum 20 des Kolbens 4 drehbar gelagert An die Antriebswelle 19 schliesst nach unten hin ein Nietkopf 21 an Der Nietkopf 21 dient auch als Werkzeughalter Dieser kann bspw als Nietwerkzeug einen Dopper 22 beinhalten
Ferner weist das vorzugsweise feststehende Maschinengehause 3, sowie der m dem Maschinengehause 3 n Richtung einer Z- Achse 23 bewegbare Kolben 4, eine Wegmesseinrichtung 24 auf, welche über eine weitere Verbindungsleitung 15 4 mit der Steuereinrichtung 16 verbunden ist Diese Steuereinrichtung 16 übernimmt alle Regelungen und Steuerungen, die zum Betreiben der Nietmaschine R erforderlich sind
Die dafür erforderlichen Daten können ggf über einen Rechner 25 eingegeben und wahrend oder nach einem Arbeitsvorgang ausgewertet und dort ausgegeben werden Dies ist allerdings hier nur beispielhaft Insbesondere kann eine derartige Steuereinrichtung 16 in eine bestehende Produktion integriert werden, um auch voll automatisch eine entsprechende Nietmaschine R zu betreiben.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass, wie es m Fig. 1 schematisch angedeutet ist, ein Sensorelement 26.1 in die Druckleitung 11 und ein Sensorelement 26.2 m die Entlüftungsleitung 12 eingesetzt ist. Vorzugsweise sind die Sensorelemente 26 1, 26 2 nahe des Maschinengehäuses 3 m die Druckleitung 11 oder Entluftungsleitung 12 eingesetzt. Die Senorelemente 26.1, 26.2 sind über Verbindungsleitungen 15.5, 15 6 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 16 verbunden. Wichtig ist hier auch, dass die Sensorelemente 26.1, 26.2 zwischen den Steuerventilen 13, 14 und dem Maschinengehause 3 in die Druckleitung 26.1 bzw. Entlüf ungsleitung 26 2 eingesetzt sind.
Die Sensorelemente 26.1, 26.2, welche vorzugsweise als Drucksensoren, aber auch als Drucktransmitter ausgebildet sind, können sehr exakt eine Druckanderung m der Druckleitung 11 oder Entluftungsleitung 12 ermitteln, wenn beim Verfahren der Kolben 4 auf ein zu bearbeitendes Werkstück 27 auftrifft. Unmittelbar beim Auftreffen auf das Werkstück 27 bspw. auf ein Niet, wird m der Druckleitung 11 eine Druckänderung verursacht, die über die Sensorelemente 26.1, 26.2 und entsprechend in der Entlüftungsleitung 26.2 sofort registriert wird Diese Druckänderung bewirkt, dass ein Anfang bzw eine Verschiebung des Nullpunktes errechnet werden kann Die exakte Bestimmung des Nietbeginns ist erforderlich, um den für ein optimales Umformen erforderlichen Umformweg exakt bestimmen zu können. Ist der Nietanfang bekannt, so kann über weiteres Verfahren über die Wegmesseinrichtung 24 der Umformweg exakt bestimmt werden. Dieses kann auch durch kontinuierliches Verfahren und Zeitbestimmung möglich sein Von Vorteil ist hier, dass eine exakte Bestimmung des - 10 -
Umformbeginnes durch die Druckanderung in den Sensorelementen 26.1, 26.2 erfasst werden kann
In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gem. Fig 2 ist eine Umformmaschine Rl r insbesondere Nietmaschine dargestellt, bei welcher die Sensorelemente 26 3, 26 4 in einen oberen Kolbenraum 7 und unteren Kolbenraum 8 eingesetzt sind Vorzugsweise ist in die Entluftungsleitung 12 ein Drosselventil 29 eingesetzt, welches verstellbar ist. Dieses kann mit der Steuereinrichtung 16 verbunden sein. Hierdurch lässt sich das Verfahren des Kolbens 4 insbesondere in eine untere Lage dampfen. Ein harter Aufprall des Kolbens nach dem Verfahren nach unten wird durch dieses Drosselventil 29 verhindert. Ferner lasst sich der Spmdelvorlauf mittels des Drosselventiles 29 regulieren, wobei auch eine Geschwmdigkeitsanderung des Verfahrweges der Spindel bzw. des Kolbens 4 möglich ist.
Die Sensorelemente 26.3, 26 4 sind über die Verbindungsleitungen 15.7, 15 8 mit der Steuereinrichtung 16 verbunden. Auch hier ist exakt bestimmbar, wenn durch Druckänderung der Nietkopf 21 mit Nietwerkzeug, bspw dem Döpper 22, auf ein Werkstück 27 auftrifft Durch die Druckänderung kann nicht nur der Nietanfang exakt bestimmt werden, sondern auch die aus der Druckanderung errechnete Umformkraft. Durch das Bestimmen des Nietanfanges bzw Umformbeginnes, welches gleichzusetzen ist, mit einem Prozessbeginn, wobei entweder die Nietzeit oder der Weg vorgegeben sind, lassen sich die Nietergebnisse exakt überprüfen und bestimmen
Ist bspw. der Umformweg bekannt oder vorgegeben, so wird durch zusätzlichen Zeitvergleich Einfluss auf die Qualität des Umformvorganges genommen Wird innerhalb einer bestimmten Zeit ein bestimmter vorhergegebener Weg zurückgelegt, ist die Umformung bzw die Nietung - 11 -
erfolgreich Damit ein Vergleich möglich ist, wird bspw im Versuch eine bestimmte Zeit ermittelt, ein Zeittoleranzmass festgelegt, um ein positives oder negatives Nietergebnis zu erkennen
Ferner kann auch nach dem exakten Bestimmen des Nietanfanges eine vorgegebene Zeit zum Umformen bzw Nieten vorgegeben sein, wobei dann der verfahrene Weg als Vergleichsparameter herangezogen wird, um ein Nietergebnis zu beurteilen Der verfahrene Weg lasst sich über die Wegmesseinheit exakt bestimmen, jedoch wird bspw durch Versuch oder durch eine bestimmte Vorgabe eine Wegtoleranz festgelegt, welche als Vergleichstoleranz ass für eine erfolgreiche Umformung dient
Ist beim Nieten oder Umformen nach einer vorgegebenen Zeit die Wegtoleranz nicht eingehalten, so lasst dies einen Rückschluss auf einen Fehler bei dem Umformprozess zu Es kann mehrere Ursachen haben, bspw ist der Niet zu lang, das Werkstuck zu dick oder ein Materialverschleiss zu hoch Ferner können auch Materialfehler vorliegen Durch die Vorgabe von Zeit- oder Wegtolranzfenster , die durch Versuche bestimmt werden können, und mittels Software zum Vergleich herangezogen werden können, lasst sich eine exakte Bestimmung des Nietprozesses und insbesondere eines Umformergebnisses des Werkstuckes bestimmen Im wesentlichen tragt hierzu die exakte Bestimmung des Nietanfanges durch die Erfassung und Bestimmung der Druckanderung und/oder Kraftanderung bei Bspw konnte die Druckanderung als Druckdifferenz aus dem Druck im oberen Kolbenraum bezuglich des Druckes im unteren Kolbenraum ermittelt werden Daher ist insbesondere bei Nietmaschinen, welche nach einem Taumelverfahren oder Radialverfahren arbeiten, immer eine exakte Bestimmung des Nietanfanges möglich - 12 -
Dies führt zur Reduktion von Ausschuss und Erhöhung der
Präzision einer Nietverbindung und gleichzeitig zur
Erkennung von fehlerbehafteten Werkstücken, die nicht den Anforderungen entsprechen.
13
Positionszahlenliste
Maschinenge stell 34 67
Auf lageflache 35 68
Maschinengehause 36 69
Kolben 37 70
Flansch 38 7 1
Hohlraum 39 72 oberer Kolbenraum 40 73 unterer Kolbenraum 4 1 74 obere Kolbenflache 42 75 untere Kolbenflache 43 7 6
Druckleitung 4 4 77
Entluf tungsleitung 45 78
Steuerventil 4 6 79
Steuerventil 47
Verbindungsleitung 48
Steuereinrichtung 49
Antriebsmotor 50
Hülse 51
Ende 52 R Umformmaschine Nietmaschine
Antriebswelle 53 Ri Umformmaschine Nietmaschine
Hohlraum 54
Nietkopf 55
Dopper 56
Z-Achse 57
Wegmesseinrichtung 58
Rechner 59
Sensorelement 60
Werkstuck 61
Drosselventil 62
63
64
65 66

Claims

14P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine, insbesondere
Nietmaschine (R) an einem Werkstück (27) mittels eines Kolbens (4), welcher gegen das Werkstück (27) verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche (9) und/oder eine untere Kolbenfläche (10) zum Bewegen des Kolbens (4) mit Druck beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Auftreffen des Kolbens (4) auf das Werkstück (27) eine Druckänderung und/oder Kraftänderung zur Ermittlung eines Umformbeginnes, insbesondere Nietbeginnes, gemessen wird.
2. Verfahren zum Steuern, Überwachen und Überprüfen eines Umformvorganges einer Umformmaschine, insbesondere
Nietmaschine (R) an einem Werkstück (27) mittels eines Kolbens (4), welcher gegen das Werkstück (27) verfahren wird, wobei eine obere Kolbenfläche (9) und/oder eine untere Kolbenfläche (10) zum Bewegen des Kolbens (4) mit Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Umformprozesses durch eine Druckänderung bzw. Differenzdruckmessung eine Umformkraft angezeigt und/oder errechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung und/oder Kraftänderung beim Auftreffen des Kolbens (4), insbesondere Döppers (22), auf das Werkstück (27) unmittelbar im oberen und/oder unteren Kolbenraum (7, 8) ermittelt wird. 15
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung beim Auftreffen des Kolbens (4), insbesondere Döppers (22), auf das Werkstück (27) unmittelbar in einer Druckleitung (11) und/oder Entlüftungsleitung (12) ermittelt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung beim Auftreffen des Kolbens (4), insbesondere Döppers (22) auf das Werkstück (27) mit zumindest einem Sensorelement (26.1 bis 26.4) ermittelt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ermittlung von Druck- oder Kraftänderungen und Bestimmung des Umformbeginnes, der Beginn des Umformweges und/oder der Beginn der Umformzeit ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ermittlung des Umformbeginnes ein Nullpunkt auf ein Werkstückanfang verschoben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verschiebung und Ermittlung des Nullpunktes als Umformbeginn über eine vorherbestimmbare Dauer und/oder einen vorherbestimmbaren Umformweg und/oder einer vorherbstimmbaren Umformkraft, die Verformung bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abweichung der vorherbestimmten Parameter oder Relationen dieser Parameter, wie Umformbeginn, -zeit oder - kraft je Umformweg eine ggf. fehlerhafte Umformung oder Nietung ermittelt wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung des 16
Umformbeginnes bzw. Prozessbeginnes ein vorgegebener Umformwegverfahren wird und über einen Zeitvergleich eine ggf. fehlerhafte Umformung bestimmt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines Umformbeginnes, bzw. Prozessbeginnes bei einer vorgegebenen Zeit, ein verfahrener Weg als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer ggf. fehlerhaften Umformung, ggf. im Wegtoleranzbereich ermittelt wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines Umformbeginnes bzw. Prozessbeginnes bei einem vorgegebenen Weg, ein Kraftfenster als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer ggfs. fehlerhaften Umformung ggfs. in Krafttoleranzbereich ermittelt wird.
13. Verfahren nach wenigsens einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bestimmung eines
Umformbeginnes, die Umformarbeit, ggfs die Umformarbeit je Zeiteinheit, als Vergleichsparameter zur Bestimmung einer fehlerhaften Umformung ggfs. im Arbeitstoleranzbereich ermittelt wird.
14. Umformmaschine, insbesondere Nietmaschine mit einem in einer Z-Achse (23) bewegbaren Kolben (4), welcher mit Druck gegen ein Werkstück (27) verfahrbar in einem Maschinengehäuse (3) geführt ist und der Kolben (4), insbesondere dessen Flansch (5) in einem Hohlraum (6) , welcher in einen oberen Kolbenraum (7) und einen unteren Kolbenraum (8) unterteilt ist, verfahrbar ist, wobei in den oberen Kolbenraum (7) eine Druckleitung (11) und in den unteren Kolbenraum (8) eine Entlüftungsleitung (12) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlungeiner Druckänderung und/oder Kraftänderung beim Auftreffen des Kolbens (4) , insbesondere Döppers (22) , auf ein 17
Werkstück (27), der Leitung (12, 13) und/oder dem Kolbenraum (7, 8), zumindest jeweils ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) zugeordnet ist.
15. Umformmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Druckänderung und/oder Kraftänderung und/oder Änderung der Umformarbeit ggfs. je Zeiteinheit, zumindest ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) zumindest einer Leitung (12, 13) zugeordnet ist.
16. Umformmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Druckänderung und/oder Kraftänderung beim Auftreffen des Kolbens (4) auf ein Werkstück (27) zumindest ein Sensorelement (26.1 bis 26.4) in der Leitung (12) , ein weiteres in der Leitung (13) und/oder in einem Kolbenraum (7) , ein weiteres in einem Kolbenraum (8) vorgesehen ist.
17. Umformmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckänderung und/oder eine
Druckdifferenz zwischen der Leitung (12) und der Leitung (13) und/oder dem Kolbenraum (7) und/oder dem Kolbenraum (8) ermittelbar ist.
18. Umformmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sonsorelement (26.1, 26.2) in einer Leitung (11, 12) zwischen einem Steuerventil (13, 14) und dem Kolbenraum (7, 8) nahe an diesem vorgesehen ist.
19. Umformmaschine nach wenigstens Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (26.1 bis 26.4) mit einer Steuereinrichtung (16) verbunden ist.
20. Umformmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 14- bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) entlang einer Z-Achse (23) achsial verfahrbar ist.
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