DE102017219011B4 - Processing device - Google Patents
Processing device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017219011B4 DE102017219011B4 DE102017219011.6A DE102017219011A DE102017219011B4 DE 102017219011 B4 DE102017219011 B4 DE 102017219011B4 DE 102017219011 A DE102017219011 A DE 102017219011A DE 102017219011 B4 DE102017219011 B4 DE 102017219011B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- biasing
- biasing element
- joining
- counter
- bracket
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- B21J15/30—Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
- B23K11/11—Spot welding
- B23K11/115—Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/30—Features relating to electrodes
- B23K11/3009—Pressure electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/30—Features relating to electrodes
- B23K11/31—Electrode holders and actuating devices therefor
- B23K11/314—Spot welding guns, e.g. mounted on robots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/30—Features relating to electrodes
- B23K11/31—Electrode holders and actuating devices therefor
- B23K11/317—Equalizing; Balancing devices for electrode holders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/36—Auxiliary equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
- B23K20/126—Workpiece support, i.e. backing or clamping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
- B30B15/04—Frames; Guides
- B30B15/042—Prestressed frames
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
- B30B15/04—Frames; Guides
- B30B15/044—Means preventing deflection of the frame, especially for C-frames
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
- B30B15/04—Frames; Guides
- B30B15/047—C-shaped frames
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
- B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J15/00—Riveting
- B21J15/02—Riveting procedures
- B21J15/025—Setting self-piercing rivets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Connection Of Plates (AREA)
- Resistance Welding (AREA)
Abstract
Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken (10), insbesondere Schweißzange, umfassend zwei gegenüberliegende Haltebügel (13), wobei an den Haltebügeln (13) zwei sich gegenüberliegende Fügewerkzeuge (14), insbesondere in Form von Schweißelektroden, angeordnet sind, und wobei die gegenüberliegenden Fügewerkzeuge (14) zur Bearbeitung von Werkstücken relativ zueinander verfahrbar und/oder antreibbar sind, wobei in der Vorrichtung (10) ein Bereich mit Zugspannungen (11) und ein Bereich mit Druckspannungen (12) während der Werkstückbearbeitung auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebügel (13) jeweils zwei Vorspannungselemente (20) aufweisen, wobei ein erstes Vorspannungselement (20) als Druckspannungselement ausgeführt und in dem Bereich des Haltebügels (13) angeordnet ist, in dem während der Werkstückbearbeitung Druckspannungen auftreten, und wobei ein zweites Vorspannungselement (20) als Zugspannungselement ausgeführt und im Bereich des Haltebügels (13) angeordnet ist, in dem während der Werkstückbearbeitung Zugspannungen auftreten. Device for machining workpieces (10), in particular welding tongs, comprising two opposing holding brackets (13), two opposing joining tools (14), in particular in the form of welding electrodes, being arranged on the holding brackets (13), and the opposing joining tools (14) can be moved and / or driven relative to one another for machining workpieces, an area with tensile stresses (11) and an area with compressive stresses (12) occurring in the device (10) during workpiece machining, characterized in that the holding brackets ( 13) each have two biasing elements (20), a first biasing element (20) being designed as a compressive stress element and being arranged in the region of the holding bracket (13) in which compressive stresses occur during workpiece machining, and a second biasing element (20) as a tensile stress element executed and in the area of the bracket (13) is arranged in which tensile stresses occur during workpiece machining.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere für das Fügen von Werkstücken.The invention relates to a device for machining workpieces, in particular for joining workpieces.
Verfahren für das Fügen von Werkstücken sind beispielsweise Stanznieten, Clinchen, Widerstandsschweißen, Reibelementeschweißen, Nietschweißen etc.. Hierbei müssen über ein Werkzeug Fügekräfte aufgebracht werden. Diese Fügekräfte führen zu einer Verformung der Struktur des verwendeten Werkzeugs. Insbesondere bei den oben beispielhaft als Fügeverfahren aufgezählten Verfahren müssen hohe Kräfte aufgebracht werden, wobei die Werkzeuge mitunter große Ausladungen aufweisen, so dass große Verformungen in den Werkzeugstrukturen auftreten. Um die Verformung der Werkzeugstrukturen in Grenzen zu halten, werden metallische Strukturen mit entsprechend großen tragenden Querschnitten eingesetzt. Je nach Fügekraftniveau und Fügeverfahren kommen Aluminium-, Kupfer- oder Stahlwerkstoffe zum Einsatz. Zudem sind auch Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen möglich.Methods for joining workpieces are, for example, punch rivets, clinching, resistance welding, friction element welding, rivet welding, etc. In this connection, joining forces must be applied using a tool. These joining forces lead to a deformation of the structure of the tool used. Particularly in the case of the methods listed above as joining methods, high forces have to be applied, the tools sometimes having large projections, so that large deformations occur in the tool structures. In order to keep the deformation of the tool structures within limits, metallic structures with correspondingly large load-bearing cross sections are used. Depending on the level of joining force and the joining process, aluminum, copper or steel materials are used. Structures made of fiber-reinforced plastics are also possible.
Einige Fügeverfahren tolerieren keinen oder nur einen geringen Versatz in der Fügeachse. Hier ist insbesondere das Stanznieten mit seinen besonders hohen Fügekräften zu nennen.Some joining methods tolerate little or no offset in the joining axis. The punch riveting with its particularly high joining forces is particularly worth mentioning here.
Bei vielen Fügeverfahren, insbesondere bei Schweißverfahren in der Großserie, kommen Handhabungsgeräte, beispielsweise Industrieroboter, zum Einsatz. Die Schweißverfahren sind üblicherweise Elektroschweißverfahren, wobei der Schweißstrom mittels Elektroden in die zu fügenden Werkstücke eingebracht wird. Bei Verfahren, bei denen in Grenzen ein Fluchtungsfehler toleriert werden kann, wie beispielsweise dem Widerstandsschweißen, kommt es beim Aufbau der Fügekraft zu Verspannungen zwischen der Fügeteilstruktur und ihren Spannelementen, dem Fügewerkzeug und dem Handhabungselement. Ist die Aufbiegung des Werkzeugs und der daraus entstehende Fluchtungsfehler und laterale Versatz zu groß, können sich diese Verspannungen im Verlaufe des Fügeprozesses aufgrund von Schwingungen und dem Erweichen des Fügeteilwerkstoffes durch den Schweißprozess lösen, und es kommt zu einem Schieben der Schweißelektroden auf der Oberfläche der zu fügenden Werkstücke. Neben einem unter Umständen qualitätsmindernden Einfluss auf die Schweißpunktqualität, können die Verspannungen auch unerwünschte Geometrieänderungen an der Fügeteilstruktur zur Folge haben.Handling devices, for example industrial robots, are used in many joining processes, especially in welding processes in large series. The welding processes are usually electric welding processes, the welding current being introduced into the workpieces to be joined by means of electrodes. In methods in which an alignment error can be tolerated within limits, such as resistance welding, for example, when the joining force is built up, there are tensions between the joining part structure and its clamping elements, the joining tool and the handling element. If the bending of the tool and the resulting misalignment and lateral misalignment are too large, these tensions can be released in the course of the joining process due to vibrations and the softening of the joining part material due to the welding process, and the welding electrodes on the surface are pushed joining workpieces. In addition to a quality-reducing influence on the weld spot quality, the stresses can also result in undesirable changes in the geometry of the part structure.
Eine verformungsarme Auslegung der Tragstrukturen führt zu einem hohen Gewicht und/oder zu vergrößerten Außenabmessungen des Werkzeuges, weshalb entsprechend tragfähige Roboter zum Einsatz kommen müssen. Neben Kostenunterschieden für Industrieroboter unterschiedlicher Traglast führt eine höhere Traglast des Industrieroboters dazu, dass die Handhabungsgeschwindigkeit insgesamt vermindert wird. Selbst wenn die mögliche Beschleunigung und Geschwindigkeit der einzelnen Roboterachsen gleich bleiben, können aufgrund des höheren Gewichts der Werkzeuge und der resultierenden Massenträgheit nicht die gleichen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofile verwendet werden wie bei leichteren Werkzeugen. Durch starke Beschleunigungen nimmt die unerwünschte Schwingungsneigung des Gesamtsystems zu. Die Folge sind längere Taktzeiten.A low-deformation design of the support structures leads to high weight and / or to enlarged outer dimensions of the tool, which is why appropriately stable robots must be used. In addition to cost differences for industrial robots with different payloads, a higher payload of the industrial robot means that the overall handling speed is reduced. Even if the possible acceleration and speed of the individual robot axes remain the same, the same acceleration and speed profiles as for lighter tools cannot be used due to the higher weight of the tools and the resulting mass inertia. The undesirable tendency to vibrate in the overall system increases due to strong accelerations. The result is longer cycle times.
Werden für einen Fügeprozess immer die gleichen Fügekräfte verwendet, ist der Aufbau einer Tragstruktur denkbar, bei der bei aufgebrachter Nennkraft die Fügeachse fluchtet. Problematisch bleibt hier jedoch, dass zusätzlich durch das Aufbiegen eine Verschiebung senkrecht zur Kraftachse stattfindet. Dieses sogenannte Schieben erzeugt, wie bereits beschrieben, eine Verspannung zwischen der eingespannten Fügeteilstruktur und dem Handhabungsroboter und müsste gegebenenfalls durch eine entsprechend gelagerte Werkzeugaufnahme ausgeglichen werden. Werden mit dem gleichen Werkzeug jedoch unterschiedliche Fügeteile gefügt, wie beim Widerstandsschweißen üblich, sind unterschiedliche Elektrodenkräfte erforderlich, so dass sich dieser Ansatz als nachteilig erwiesen hat.If the same joining forces are always used for a joining process, the construction of a support structure is conceivable in which the joining axis is aligned when the nominal force is applied. The problem here remains, however, that bending also causes a displacement perpendicular to the force axis. As already described, this so-called pushing creates a tension between the clamped joining part structure and the handling robot and, if necessary, would have to be compensated for by a correspondingly mounted tool holder. However, if different joining parts are joined with the same tool, as is customary in resistance welding, different electrode forces are required, so that this approach has proven to be disadvantageous.
Für die Realisierung möglichst verformungsarmer Werkzeugstrukturen wird bei Stanznietfügeeinrichtungen häufig Stahl als Werkstoff für die Haltebügel eingesetzt. Diese Bügel sind in C-Form aufgebaut und können je nach Ausladung und erforderlicher Fügekraft schnell 200 kg und mehr wiegen. Ein bekannter Ansatz zur Reduzierung des Gesamtgewichtes ist die Entwicklung einer gewichtsoptimierten Tragstruktur, bei der die Kraftachse bei aufgebrachter Fügekraft senkrecht zur Fügeteiloberfläche steht und damit keinen Fluchtungsfehler aufweist. Diese Strukturen sind für die jeweilige Geometrie auszulegen und sind in Richtung Verwindungssteifigkeit nicht optimiert, können aber durch die inneren Verformungen der Struktur den unerwünschten Fluchtungsfehler vermeiden. Aus der
Aus dem Stand der Technik ist es jedoch bisher nicht bekannt, den während des Betriebs resultierenden Gesamtspannungszustand in unterschiedlichen Bereichen einer Bearbeitungsvorrichtung zu kompensieren. Damit weisen die bekannten Vorrichtungen nach wie vor den Nachteil auf, dass Elemente der Grundstruktur zur Aufnahme der Betriebslasten bzw. des resultierenden Gesamtspannungszustandes entsprechende Materialstärken aufweisen müssen.However, it is not previously known from the prior art to compensate for the overall voltage state resulting during operation in different areas of a processing device. The well-known Devices still have the disadvantage that elements of the basic structure for absorbing the operating loads or the resulting overall stress state must have appropriate material thicknesses.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Bearbeitung, insbesondere das Fügen von Werkstücken anzugeben, das die beschriebenen Nachteile vermeidet.The object of the invention is to provide a device for machining, in particular the joining of workpieces, which avoids the disadvantages described.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 15.According to the invention, this object is achieved by a device for machining workpieces with the features of
Eine Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Schweißzange, umfassend zwei gegenüberliegende Haltebügel, wobei an den Haltebügeln zwei sich gegenüberliegende Fügewerkzeuge, insbesondere in Form von Schweißelektroden, angeordnet sind, und wobei die gegenüberliegenden Fügewerkzeuge zur Bearbeitung von Werkstücken relativ zueinander verfahrbar und/oder antreibbar sind, wobei in der Vorrichtung ein Bereich mit Zugspannungen und ein Bereich mit Druckspannungen während der Werkstückbearbeitung auftreten, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebügel jeweils zwei Vorspannungselemente aufweisen, wobei ein erstes Vorspannungselement als Druckspannungselement ausgeführt und in dem Bereich des Haltebügels angeordnet ist, in dem während der Werkstückbearbeitung Druckspannungen auftreten, und wobei ein zweites Vorspannungselement als Zugspannungselement ausgeführt und im Bereich des Haltebügels angeordnet ist, in dem während der Werkstückbearbeitung Zugspannungen auftreten.A device for machining workpieces, in particular welding tongs, comprising two opposing holding brackets, two opposing joining tools, in particular in the form of welding electrodes, being arranged on the holding brackets, and wherein the opposing joining tools for machining workpieces can be moved and / or driven relative to one another , wherein an area with tensile stresses and an area with compressive stresses occur during workpiece machining in the device, is characterized in that the holding brackets each have two biasing elements, a first biasing element being designed as a compressive stressing element and being arranged in the area of the holding bracket in which compressive stresses occur during workpiece machining, and a second prestressing element is designed as a tensile stress element and is arranged in the region of the holding bracket, in the tension during workpiece machining tensions occur.
Bei allen Strukturen treten bei Aufbringen einer Kraft je nach Bereich der Struktur Zug- und Druckspannungen auf. Gedanklich könnte man in die betroffenen Bereiche Federn einsetzen, die auf Zug oder Druck belastet werden. Federn, so sie sich in einem vorgespannten Zustand befinden, haben die Eigenschaft, dass erst beim Überschreiten der Vorspannkraft ein weiterer Federweg stattfindet. Auch vorgespannte Schrauben sind als ein solches zu betrachten.In all structures, tensile and compressive stresses occur when a force is applied, depending on the area of the structure. In theory, one could use springs in the affected areas that are subjected to tension or pressure. Springs, if they are in a preloaded state, have the property that a further spring travel only takes place when the preload force is exceeded. Prestressed screws should also be considered as such.
Werden in die Strukturen der Werkzeuge gezielt dauerhafte Verspannungen bzw. Vorspannungen eingebracht, kann die Struktur entgegen der Belastungsrichtung des Fügeprozesses bis zur Maximalbelastung vorgespannt, bzw. vorverformt werden. Das Resultat wäre, dass bei der so vorgespannten Struktur bis zum Erreichen der maximalen Fügekraft keine Verformung mehr auftritt.If permanent tensioning or pre-tensioning is specifically introduced into the structures of the tools, the structure can be pre-tensioned or pre-deformed against the loading direction of the joining process up to the maximum loading. The result would be that with the structure prestressed in this way, no more deformation occurs until the maximum joining force is reached.
Aufgrund des Umstandes, dass mit dem Einbringen der Verspannung eine Verformung der Struktur einhergeht, müssen die Kontaktflächen der Werkzeugaufnahmen, wie beispielsweise Setzköpfe beim Stanznieten, Reibelementeschweißen oder Nietschweißen, Elektrodenhalter beim Widerstandsschweißen, entsprechend nachgearbeitet werden oder von vorneherein so bearbeitet werden, dass die Werkzeuge in Kraftrichtung fluchten.Due to the fact that the deformation is accompanied by a deformation of the structure, the contact surfaces of the tool holders, such as setting heads for punch riveting, friction element welding or rivet welding, electrode holders for resistance welding, must be reworked accordingly or machined from the outset in such a way that the tools are Force direction aligned.
Mit diesen Maßnahmen kann eine erhebliche Gewichtsreduzierung der Werkzeugstruktur erzielt werden, da die Vorspannung in Strukturen eingebracht werden kann, deren Maß der Verformung für den Fügeprozess nicht zu tolerieren wäre.With these measures, a considerable weight reduction of the tool structure can be achieved, since the prestress can be introduced into structures whose degree of deformation would not be tolerable for the joining process.
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist allerdings, dass die Kontaktflächen für die Aufnahme der Fügewerkzeuge nachbearbeitet werden müssten oder die Verformungen im Rahmen einer Simulation bestimmt werden müssten und die Konstruktion entsprechend angepasst werden müsste, damit nach Einbringung der Vorspannung die Nennmaße der Konstruktion erreicht werden. Durch die Verwendung von Vorspannungselementen ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Möglichkeit geschaffen, Vorspannungen in eine Konstruktion einzubringen, ohne dass eine Beeinflussung der relevanten Konstruktionsanschlussmaße damit einhergeht. Wie bei einer Feder, die im vorbelasteten Zustand erst eine weitere Verformung, beispielsweise eine weitere Änderung des Federweges erfährt, wenn die Vorspannkraft überschritten wird, verhält es sich auch mit den Vorspannelementen.A disadvantage of this procedure, however, is that the contact surfaces for the admission of the joining tools would have to be reworked or the deformations would have to be determined in the context of a simulation and the construction would have to be adapted accordingly so that the nominal dimensions of the construction are achieved after the preload has been applied. By using prestressing elements, the device according to the invention creates a possibility of introducing prestresses into a construction without the relevant construction connection dimensions being influenced. As with a spring that only undergoes further deformation in the preloaded state, for example a further change in the spring travel when the pretensioning force is exceeded, the pretensioning elements also behave.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Vorspannungselement ein Spannelement unter Vorspannung aufweist.It has proven to be advantageous if the pretensioning element has a pretensioning element.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Vorspannungselement ein passives Spannelement auf. Ein passives Spannelement ist beispielsweise eine Schraube oder Gewindestange, die mittels einer Mutter spannbar ist.In an advantageous embodiment, the biasing element has a passive clamping element. A passive clamping element is, for example, a screw or threaded rod that can be clamped using a nut.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Vorspannungselement ein aktives Spannelement auf. In dieser Ausführungsform kann das Vorspannungselement beispielsweise einen Fluidzylinder, beispielsweise einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder, aufweisen. Ebenso ist aber auch eine antreibbare Spindel, beispielsweise ein Gewinde, Kugelumlauf- oder Rollengewindespindel, als aktives Spannelement möglich. Der Antrieb der Spindel kann beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch, oder aber auch mechanisch erfolgen. Vorteilhaft ist, dass ggf. ein Element je Tragstruktur ausreicht, die Verformungen der Gesamtstruktur zu kompensieren. Auch für den Fall, dass die benötigte Tragstrukturgeometrie die Verwendung von Verformungselementen nicht zulässt, kann eine Vorrichtung mit aktivem Spannelement zum Tragen kommen.In an alternative embodiment, the biasing element has an active clamping element. In this embodiment, the prestressing element can have, for example, a fluid cylinder, for example a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. However, a drivable spindle, for example a thread, ball screw or roller screw, is also possible as an active clamping element. The spindle can be driven, for example, electrically, hydraulically or pneumatically, or also mechanically. It is advantageous that one element per supporting structure may be sufficient to compensate for the deformations of the overall structure. Also in the event that the required support structure geometry is used of deformation elements, a device with an active tensioning element can come into play.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Vorspannungselement weiterhin ein Gegenelement aufweist, wobei das Spannelement und das Gegenelement derart wirkverbunden sind, dass über die Vorspannung des Spannelements in dem Gegenelement ein Spannungszustand einstellbar ist, der proportional der Vorspannung des Spannelements ist.In addition, it has proven to be advantageous if the pretensioning element also has a counter element, the tensioning element and the counter element being operatively connected such that a tension state that is proportional to the pretension of the tensioning element can be set in the counter element by means of the pretensioning of the tensioning element.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Druck- oder Zugvorspannelemente realisieren.With the device according to the invention, compression or tension pre-stressing elements can be realized.
Ist das Vorspannungselement ein Druckvorspannelement, weist das Gegenelement durch ein zugbelastetes Spannelement einen Druckspannungszustand auf. Beispielsweise wird ein Rohr als Gegenelement druckvorgespannt, indem beispielsweise mit einer zugbelasteten Schraube im Rohr ein Druckspannungszustand proportional zur Vorspannkraft
Ist das das Vorspannungselement ein Zugvorspannelement, weist das Gegenelement durch ein druckbelastetes Spannelement einen Zugspannungszustand auf. Beispielsweise wird ein Rohr als Gegenelement zugvorgespannt, indem beispielsweise mit einer druckbelasteten Schraube im Rohr ein Zugspannungszustand proportional zur Vorspannkraft
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Vorspannungselement einen kreisförmigen Querschnitt auf. Ein Vorspannungselement mit einem kreisförmigen Querschnitt ist besonders kostengünstig herstellbar.In an advantageous embodiment, the prestressing element has a circular cross section. A prestressing element with a circular cross section can be produced particularly inexpensively.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Vorspannungselement einen mehreckigen Querschnitt auf.In an alternative embodiment, the prestressing element has a polygonal cross section.
In weiteren alternativen Ausführungsformen weist das Vorspannungselement einen ovalen oder einen elliptischen Querschnitt auf.In further alternative embodiments, the prestressing element has an oval or an elliptical cross section.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Vorspannungselement ein Strangpressprofil aufweist. Durch die Verwendung eines Strangpressprofils ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kostengünstig herstellbar. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Strangpressprofil eine Aufnahmebohrung für ein Vorspannungselement bereits enthalten ist. Auch Kanäle zur Aufnahme von Kühlmittelleitungen, wie sie beispielsweise für das Widerstandsschweißen benötigt werden, können in ein Strangpressprofil bereits enthalten sein. Das Strangpressprofil kann nach den jeweiligen geometrischen Erfordernissen abgelängt und zu einer Tragstruktur verbunden, beispielsweise verschweißt werden. Diese Vorgehensweise garantiert einen minimalen und ressourcenschonenden Werkstoffeinsatz.Furthermore, it has proven to be advantageous if the prestressing element has an extruded profile. By using an extruded profile, the device according to the invention can be produced particularly inexpensively. It has proven to be particularly advantageous if a receiving bore for a prestressing element is already contained in the extruded profile. Channels for receiving coolant lines, such as are required for resistance welding, for example, can already be included in an extruded profile. The extruded profile can be cut to length according to the respective geometric requirements and connected to a supporting structure, for example welded. This procedure guarantees a minimal and resource-saving use of materials.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Vorspannungselement ein Versteifungselement auf. Durch die Verwendung eines Versteifungselements kann beispielsweise die Verwindungssteifigkeit des Vorspannungselements erhöht werden. Das Versteifungselement kann mit dem Vorspannelement beispielsweise durch Verschweißen verbunden werden.In a further advantageous embodiment, the prestressing element has a stiffening element. By using a stiffening element, for example, the torsional stiffness of the prestressing element can be increased. The stiffening element can be connected to the prestressing element, for example by welding.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gegenelement einen Aluminiumwerkstoff auf. Grundsätzlich können zwar alle geeigneten Werkstoffe, insbesondere alle Metallwerkstoffe für das Gegenelement verwendet werden. Aluminium bietet aber Gewichtsvorteile gegenüber den meisten anderen geeigneten Metallwerkstoffen, insbesondere gegenüber Stahl auf. Da auch für die hohen Kräfte des Stanznietens der Einsatz von Stahl für die Tragstruktur nicht mehr erforderlich ist, kann durch die Verwendung von Aluminium das Gewicht erheblich verringert werden.In a further advantageous embodiment, the counter element has an aluminum material. Basically, all suitable materials, in particular all metal materials, can be used for the counter element. However, aluminum offers weight advantages over most other suitable metal materials, especially over steel. Since the use of steel for the supporting structure is no longer necessary even for the high forces of punch riveting, the weight can be reduced considerably by using aluminum.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Vorspannungselement in die Vorrichtung eingefügt ist. Als Fügeverfahren bieten sich beispielsweise schweißen, kleben oder schrauben an. Alternativ ist aber auch die Verwendung einer beispielsweise aus dem Vollen gearbeitete, vollständig ausgebildeten Tragstruktur möglich, in der eine Ausnehmung, beispielsweise eine Bohrung, zur Aufnahme eines Vorspannungselements vorgesehen ist.It has proven to be advantageous if the prestressing element is inserted into the device. As a joining process there are for example welding, gluing or screwing on. As an alternative, however, it is also possible to use a support structure, for example made from solid material, in which a recess, for example a bore, is provided for receiving a prestressing element.
Die Verwendung von Vorspannungselementen kann zudem auch bei Nebenelementen der Verbindungsverfahren angewendet werden. Beispielsweise werden beim Widerstandsschweißen an den Elektrodenarmen Elektrodenhalter eingesetzt, an denen wiederum die Schweißelektroden befestigt werden. Aus Zugänglichkeitsgründen sind die Abmessungen der Elektrodenhalter zum Teil beschränkt. Die beim Widerstandsschweißen erforderlichen, zum Teil hohen Elektrodenkräfte können aufgrund des Überschreitens der zulässigen Biegewechselfestigkeitswerte des Elektrodenhalterwerkstoffes nicht erreicht werden. Durch die Verwendung von Vorspannelementen kann dieses Problem behoben werden.The use of prestressing elements can also be used for secondary elements of the connection method. For example, in resistance welding, electrode holders are used on the electrode arms, to which the welding electrodes are in turn attached. For reasons of accessibility, the dimensions of the electrode holders are partially limited. The sometimes high electrode forces required for resistance welding cannot be achieved because the permissible fatigue strength of the electrode holder material is exceeded. This problem can be solved by using preloading elements.
Möglich ist auch der Einsatz bei Gewindespindelsystemen. Zwar könnten Gewindespindeln auch so mit je nach Belastung einer Zug- oder einer Druckschraube vorgespannt werden, jedoch wird dadurch die Steigungsgenauigkeit beeinflusst. Zunächst müsste der Rohling vorgespannt und erst anschließend das Gewinde erzeugt werden. Die Querschnittsverminderung könnte eingerechnet werden oder ein Vorspannungsausgleich durchgeführt werden. Die Verwendung der Vorspannungselemente an dieser Stelle ist daher einfacher.Use in threaded spindle systems is also possible. Although threaded spindles could also be preloaded with a tension or compression screw depending on the load, this affects the pitch accuracy. First, the blank would have to be pre-stressed and only then would the thread be created. The reduction in cross-section could be included or a prestress compensation could be carried out. The use of the biasing elements at this point is therefore easier.
Der Einsatz der Vorspannelemente ist beispielsweise geeignet für C- und X-Zangen zum Widerstandsschweißen, Stanznieten, Reibelementeschweißeinrichtungen, Clinchen sowie für stationäre Fügeeinrichtungen in C- und Portalbauweise, allgemein Bauteile mit Belastung durch Biegemoment, wie sie beispielsweise bei Pressen, Gewindespindeln oder allgemein Tragstrukturen vorkommen.The use of the prestressing elements is suitable, for example, for C and X pliers for resistance welding, punch rivets, friction element welding devices, clinching and for stationary joining devices in C and portal construction, generally components with bending moment loads, such as those that occur with presses, threaded spindles or general supporting structures .
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further advantages, special features and expedient developments of the invention result from the subclaims and the following illustration of preferred exemplary embodiments with the aid of the figures.
Von den Abbildungen zeigt:
-
1 eine Stanznietzange zum Stanznieten als C-Bügel gemäß Stand der Technik in einer Seitenansicht und einer dreidimensionalen Ansicht -
2 eine Stanznietzange als optimierter C-Bügel gemäß Stand der Technik in einer Seitenansicht und einer dreidimensionalen Ansicht -
3 eine Prinzipskizze eines Druckvorspannelements gemäß der Erfindung in Draufsicht, Seitenansicht und als Schnitt -
4 eine Prinzipskizze eines Zugvorspannelements gemäß der Erfindung in Draufsicht, Seitenansicht und als Schnitt -
5 ein Strangpressprofil in einer dreidimensionalen Ansicht -
6 eine Schweißzange als C-Bügel mit Vorspannungselementen gemäß der Erfindung -
7 eine Ausführungsform einer lineargeführten X-Zange aufgebaut mit Vorspannungselementen gemäß der Erfindung in einer dreidimensionalen Ansicht -
8 einen Elektrodenarm mit Bohrungen zur Aufnahme von Vorspannungselementen
-
1 a punch rivet pliers for punch riveting as a C-bracket according to the prior art in a side view and a three-dimensional view -
2nd a punch riveting pliers as an optimized C-bracket according to the prior art in a side view and a three-dimensional view -
3rd a schematic diagram of a pressure biasing element according to the invention in plan view, side view and as a section -
4th a schematic diagram of a tension element according to the invention in plan view, side view and as a section -
5 an extruded profile in a three-dimensional view -
6 a welding gun as a C-bracket with biasing elements according to the invention -
7 an embodiment of a linearly guided X-gun with biasing elements according to the invention in a three-dimensional view -
8th an electrode arm with holes for receiving prestressing elements
Im Betrieb treten in den Bereichen
Eine verformungsarme Auslegung der Tragstrukturen führt zu einem hohen Gewicht und/oder zu vergrößerten Außenabmessungen der Vorrichtung
Für die Realisierung einer möglichst verformungsarmer Struktur der Vorrichtung
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.The embodiments shown here are only examples of the present invention and should therefore not be understood as restrictive. Alternative embodiments contemplated by those skilled in the art are equally within the scope of the present invention.
BezugszeichenlisteReference list
- 1010th
- Vorrichtung für die Bearbeitung von WerkstückenDevice for machining workpieces
- 1111
- Bereich mit Zugspannungen im BetriebArea with tensile stresses in operation
- 1212th
- Bereich mit Druckspannungen im BetriebArea with compressive stresses in operation
- 1313
- HaltebügelBracket
- 1414
- FügewerkzeugJoining tool
- 1515
- FügeachseJoining axis
- 2020th
- VorspannungselementPreload element
- 2121
- Spannelement, SchraubeClamping element, screw
- 2222
- Gegenelement, RohrCounter element, tube
- 2323
- StrangpressprofilExtruded profile
- 2525th
- PassstückFitting piece
- 2626
- StopfenPlug
- 2727
- AufnahmebohrungLocation hole
- 2828
- AntriebselementDrive element
- 2929
- LinearführungLinear guide
- 3030th
- Gestellframe
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017219011.6A DE102017219011B4 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017219011.6A DE102017219011B4 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Processing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102017219011A1 DE102017219011A1 (en) | 2019-04-25 |
| DE102017219011B4 true DE102017219011B4 (en) | 2020-03-12 |
Family
ID=65996119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102017219011.6A Expired - Fee Related DE102017219011B4 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Processing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017219011B4 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19819721A1 (en) * | 1998-05-02 | 1999-11-04 | Ortwin Hahn | Joining apparatus, e.g. stamp for assembly of motor vehicle and other machines |
| DE10223821A1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-12-11 | Matuschek Mestechnik Gmbh | welding gun |
| DE69911040T2 (en) * | 1998-06-18 | 2004-06-03 | Determina Ab | TOOL HOLDER |
| DE102012022890A1 (en) * | 2012-11-23 | 2014-05-28 | Audi Ag | Joining tool-frame for use in multiaxial manufacturing robot, for absorbing forces occurring during joining process, has two opposing shanks and central piece connecting shanks, where one of shanks is formed with end piece |
-
2017
- 2017-10-24 DE DE102017219011.6A patent/DE102017219011B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19819721A1 (en) * | 1998-05-02 | 1999-11-04 | Ortwin Hahn | Joining apparatus, e.g. stamp for assembly of motor vehicle and other machines |
| DE69911040T2 (en) * | 1998-06-18 | 2004-06-03 | Determina Ab | TOOL HOLDER |
| DE10223821A1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-12-11 | Matuschek Mestechnik Gmbh | welding gun |
| DE102012022890A1 (en) * | 2012-11-23 | 2014-05-28 | Audi Ag | Joining tool-frame for use in multiaxial manufacturing robot, for absorbing forces occurring during joining process, has two opposing shanks and central piece connecting shanks, where one of shanks is formed with end piece |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017219011A1 (en) | 2019-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2084033B1 (en) | Structural element for a vehicle seat | |
| DE69911040T2 (en) | TOOL HOLDER | |
| EP2146818B1 (en) | Modular tool holder | |
| WO2016124344A1 (en) | Ultrasonic welding device and method for ultrasonic welding | |
| DE10223821A1 (en) | welding gun | |
| DE102015104149B4 (en) | Frame for a self-piercing riveting system | |
| EP3239538B1 (en) | Clamping element | |
| DE102013000387B4 (en) | Joining device with C-shaped frame and yielding die for pre-punch-free joining of components by means of kraftimpulsbeaufschlagtem joining element, and die holder and handling device therefor | |
| DE102007054980A1 (en) | Welding electrode holder for an industrial robot is an aluminum alloy weight-optimized frame | |
| DE102017219011B4 (en) | Processing device | |
| EP2772372B1 (en) | Suspension for a commercial vehicle and axle body | |
| EP3419837B2 (en) | Axle system | |
| DE102012022890B4 (en) | Joining tool frame made of fiber composite material and handling device with such a joining tool frame | |
| DE102016207796A1 (en) | Clamping device for clamping a gun arm of a joining pliers | |
| EP4377114A1 (en) | Pendulum support having axial bearing element | |
| DE102021106994B3 (en) | Press-in device and method for inserting a press-in element | |
| EP4389615B1 (en) | Method and mounting system for mounting a profiled component on an aircraft structural component | |
| DE102005043211A1 (en) | Joining device for forming joining | |
| EP3052265B1 (en) | Thermal deburring machine having a movable supporting assembly | |
| EP3061538B1 (en) | Press brake | |
| DE3433519C1 (en) | Friction welding machine | |
| DE10064238B4 (en) | Frame for a joining device | |
| DE19521441B4 (en) | Fastening arrangement for a tailgate on a truck | |
| EP1588980B1 (en) | Handling apparatus with auxiliary equipment | |
| DE10320684B4 (en) | Method for increasing the fatigue strength of multi-part components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01N0003040000 Ipc: B21J0015380000 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNE, DE |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DRUM ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: DRUM-ENGINEERING E.K., 53879 EUSKIRCHEN, DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNE, DE |
|
| R020 | Patent grant now final | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |