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Die
Erfindung betrifft eine vordere Hülse eines Setzwerkzeugs zum
Setzen von zu setzenden Teilen, vorzugsweise Nieten, insbesondere
eine vordere Hülse,
die eine Einrichtung zur Messung von Zugspannungen aufweist.
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Nietverbindungen
werden in der industriellen Fertigung in vielfältiger Weise für das Zusammenfügen von
Bauteilen verwendet. Insbesondere in der Automobil- und Flugzeugindustrie
werden dabei unter dem Sicherheitsaspekt hohe Anforderungen an die
Stabilität
und Langzeitbelastbarkeit von Baugruppen gestellt. Die Stabilität einer
Nietverbindung hängt
dabei in entscheidendem Maße
vom Verlauf des Nietvorgangs ab. Reißt beispielsweise der Stift
eines Blindniets zu früh
ab, so ist die Festigkeit und Haltbarkeit der Nietverbindung gefährdet oder
zumindest nicht optimal. Ähnliches
gilt beispielsweise, wenn der Blindniet nicht gerade in die Öffnung in
den Blechen eingefügt
wurde oder die Öffnung
für den
Niet nicht optimal angepaßt
ist. Letzeres ist beispielsweise bei unrunden Öffnungen oder solchen mit falschem
Durchmesser der Fall.
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Bekannte
Nietsetzwerkzeuge setzen Nieten mit voreingestellten Parametern,
wie etwa der anzuwendenden Zugkraft. Bei optimalen Bedingungen mag
ein Nietsetzvorgang unter Verwendung eines solchen Geräts ebenfalls
zu einem optimalen Ergebnis gelangen, jedoch werden Abweichungen
von den Sollparametern, welche die Festigkeit der Verbindung beeinflussen,
dabei nicht erkannt. Dies ist insbesondere bedeutungsvoll, da eine
mangelhafte Nietverbindung bei äußerlicher Überprüfung durchaus
den Anschein eines korrekt gesetzten Blindniets oder einer Nietmutter
erwecken kann. Solche fehlerhaften Verbindungen haben negative Auswirkungen
auf die Qualität
der damit hergestellten Baugruppen und können in sicherheitssensiblen
Bereichen, wie etwa dem Flugzeugbau sogar fatale Folgen haben.
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Aus
EP 0 454 890 ist ein Nietsetzgerät bekannt,
das mit einer Kraftmesseinrichtung versehen ist, die sicher stellt,
dass das Nietsetzgerät
mit einer vorgegebenen Zugkraft arbeitet. Die Kraftmesseinrichtung
ist dabei im Zugmechanismus des Gerätes angebracht. Nachteilig
hieran ist, dass ein Nachrüsten
von bestehenden Nietsetzgeräten
mit einer solchen Kraftmesseinrichtung nicht auf einfache Weise
möglich
ist. Ein einfacher Austausch der Kraftmesseinrichtung bei Ausfall
oder zu Wartungszwecken ist bei diesem Aufbau ebenfalls nicht möglich.
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Die
vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine
Einrichtung zur Kontrolle von Nietverbindungen beim Nietsetzen bereitzustellen,
die einfach nachrüstbar
und einfach zu warten ist. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend
einfacher Weise durch eine vordere Hülse eines Setzwerkzeuges gemäß Anspruch
1 und ein Setzwerkzeug gemäß Anspruch
8 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Dementsprechend
weist die erfindungsgemässe
vordere Hülse
zur Abdeckung der Zugvorrichtung und/oder mit der Zugvorrichtung
verbundener Teile eines Setzwerkzeugs zum Setzen von zu setzenden
Teilen, insbesondere von Nieten, eine Einrichtung zur Messung der
Zugspannung auf.
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Durch
die Einrichtung zur Messung der Zugspannung lassen sich deren Messwerte
ermitteln und auswerten. Es hat sich gezeigt, dass eine Messung
des Zugspannungsverlaufs während
eines Setzzyklus detaillierte Informationen über den Setzvorgang wiedergibt
und insbesondere fehlerhafte Setzvorgänge anhand des Zugspannungsverlaufs
ermittelt werden können.
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Die
vordere Hülse
eines Setzwerkzeuges bildet die Verbindung zwischen Gehäuse und
Mundstück, wobei
das Mundstück
dasjenige Teil bezeichnet, welches das zu setzende Teil aufnimmt.
Zwischen Mundstück und
vorderer Hülse
kann ein weiteres Zwischenstück
vorgesehen sein. Die vordere Hülse
bildet damit eine Abdeckung der Zugvorrichtung und/oder mit der
Zugvorrichtung verbundener Teile eines Setzwerkzeugs. Verbundene
Teile können
beispielsweise eine Spannhülse
oder ein Gewindedorn sein.
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Vorteilhaft
umfasst die vordere Hülse
zumindest zwei Teile, wobei ein Teil die Einrichtung zur Messung der
Zugspannung aufweist.
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Besonders
vorteilhaft, insbesondere zum Austausch und zu Wartungszwecken,
ist das Teil, das die Einrichtung zur Messung der Zugspannung aufweist,
lösbar
mit dem zumindest einen weiteren Teil der vorderen Hülse verbunden
ist.
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Ein
bevorzugter Aufbau der vorderen Hülse umfasst zumindest drei
Teile, von denen ein erstes Teil mit dem Gehäuse des Setzwerkzeuges verbindbar
ist. Ein zweites Teil kann an dem ersten Teil befestigt werden, so
dass erstes und zweites Teil in Zugrichtung zueinander beweglich
sind. Ein drittes Teil, das die Einrichtung zur Messung der Zugspannung
aufweist, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Teil angeordnet.
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In
einfacher Weise lässt
sich die Zugspannung indirekt mittels eines Drucksensors messen,
welcher beispielsweise die über
die Zugvorrichtung ausgeübte
Gegenkraft auf die vordere Hülse
des Setzwerkzeugs misst.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
vorderen Hülse
umfasst eine Einrichtung zur Messung der Zugspannung, die zumindest
einen Dehnungs-Mess-Streifen (DMS) aufweist.
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DMS
sind resistive Sensoren, das heisst sie arbeiten nach dem Prinzip
der Widerstandsänderung
eines gedehnten Drahtes beziehungsweise einer Metallfolie. Ein DMS
ist durch seine Robustheit und die hohe Zahl möglicher Lastwechsel besonders
für den
Einsatz in der industriellen Messtechnik geeignet. Weitere Vorteile
eines DMS liegen in der geringen Hysterese, der geringen Temperaturabhängigkeit,
sowie der geringen Eigenmasse.
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Die
Aufbringung eines DMS sowie sein Anschluss, insbesondere zur Temperaturkompensation,
sind dem Fachmann bekannt. Zur Befestigung kann beispielsweise ein
schnell abbindender Kleber verwendet werden, der temperaturstabil,
isolationsfest und dehnungselastisch ist. Zur Messung der Widerstandsänderungen eines
DMS können
Brückenschaltungen, insbesondere
Wheatstonesche Brückenschaltungen,
verwendet werden. Aufgrund der geringen Spannungen kann dabei bevorzugt
ein Messverstärker
eingesetzt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht eine vordere Hülse
vor, bei der die Einrichtung zur Messung der Zugspannung zumindest
einen piezoelektrischen Sensor aufweist.
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Ein
piezoelektrischer Sensor ist preiswert, liefert exakte Messwerte
und lässt
sich ebenfalls auf kleinstem Raum unterbringen. Darüber hinaus
liefert ein solcher Sensor ein Spannungssignal. So ist im Unterschied zu
einem DMS eine Spannungszuführung
nicht erforderlich.
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Bevorzugt
ist die Einrichtung zur Messung der Zugspannung an eine Einrichtung
zur Erfassung und Auswertung von Zugspannungs-Messwerten anschließbar, die
beispielsweise die oben erwähnte
Brückenschaltung
aufweisen kann.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es auch, ein Setzwerkzeug zum Setzen
von zu setzenden Teilen, insbesondere Nieten, anzugeben, das eine
Einrichtung zur Aufnahme eines zu setzenden Teils, eine Einrichtung zum
Greifen eines zu setzenden Teils, eine mit der Einrichtung zum Greifen
eines zu setzenden Teils verbundene Zugvorrichtung, sowie eine vordere
Hülse zur
Abdeckung der Zugvorrichtung und/oder mit der Zugvorrichtung verbundener
Teile umfasst, wobei die vordere Hülse eine Einrichtung zur Messung
der Zugspannung aufweist.
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Die
Erfindung eignet sich für
alle Typen von Nietverarbeitungs- und Setzwerkzeugen, so zum Beispiel auch
Blindnietsetzwerkzeuge, Nietmuttersetzwerkzeuge oder Schließringbolzensetzwerkzeuge.
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Insbesondere
für industrielle
Anwendungen sind hydraulisch betriebene Zugvorrichtungen vorteilhaft, mit
denen schnelle Setzzyklen mit reproduzierbaren Setzparametern durchgeführt werden
können.
Die Erfindung umfasst aber auch elektrische, elektrohydraulische
und hydropneumatische Zugvorrichtungen. Unter den elektrischen Zugvorrichtungen
ist ein kabelloses Gerät
mit integriertem Akku besonders vorteilhaft.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemässen
Setzwerkzeugs weist die Einrichtung zur Messung der von der Zugvorrichtung
ausgeübten
Zugspannung einen Dehnungs-Mess-Streifen auf.
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Es
liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, andere Drucksensoren, wie
beispielsweise piezoelektrische Sensoren, zu verwenden.
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Für die Erfassung
und Auswertung der von der Einrichtung zur Messung der Zugspannung
erzeugten Messwerte kann in vorteilhafter Weise eine entsprechende
Einrichtung im Setzwerkzeug untergebracht sein. Weiterhin kann im
Setzgerät
ein Zähler
untergebracht sein, der Setzzyklen zählt. Mit einem Zähler, der
anhand der Zugspannungs-Messwerte die Anzahl der durchgeführten Setzzyklen
aufzeichnet, lassen sich beispielsweise Wartungsintervalle überwachen.
Zusätzlich
kann der Zähler
dazu verwendet werden, um insbesondere bei großen Baugruppen mit einer großen Anzahl
Nieten zu kontrollieren, ob eventuell Nieten ausgelassen wurden.
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Die
Einrichtung zur Auswertung und Erfassung kann auch eine Datums-
und/oder Zeiterfassungseinrichtung umfassen. Beispielsweise lassen
sich durch eine Datumserfassung Gewährleistungsfristen und Wartungsfristen überprüfen. Das Gerät kann so
beispielsweise eingerichtet sein, die Datumserfassung nach einer gewissen
Anzahl von Setzzyklen zu starten, so dass beispielsweise vor Start
der Datumserfassung Probezyklen durchgeführt werden können. Mit
einer zusätzlichen
Erfassung der Uhrzeit lässt
sich beispielsweise zurückverfolgen,
wann fehlerhafte Setzvorgänge
ausgeführt
wurden.
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Die
Zugspannungs-Messwerte und/oder die Zählerstände können auch über eine entsprechende Einrichtung
zur Übertragung
von Zugspannungs-Messwerten an eine externe Einheit übertragen
werden. Diese Einheit kann beispielsweise ein Rechner für die Datenauswertung
und/oder Steuerung sein. Vorteilhaft lässt sich die Signalübermittlung
dabei mit einer Einrichtung zur Übertragung
von Infrarot, Ultraschall oder Funksignalen bewerkstelligen.
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Weiterhin
können
die Daten auch über
ein Mobilfunknetz an eine Mobilfunk-Endeinrichtung übertragen werden.
Damit können
beispielsweise für
Ferndiagnosen bei fehlerhafter Funktion des Gerätes die Daten direkt an eine
Wartungsabteilung oder den Hersteller übertragen werden. Ebenso kann
dadurch der Hersteller überprüfen, ob
die erforderlichen Wartungsintervalle eingehalten wurden.
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Vorzugsweise
umfasst die Einrichtung zum Greifen eines zu setzenden Teils außerdem Klemmbacken,
die über
ein mit einer Zugspindel verbundenes Futter betätigt werden. Die Zugspannung
wird dabei über eine
Zugspindel übertragen.
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Das
Setzwerkzeug kann für
eine schnelle Verteilung der Daten an mehrere externe Auswerteeinheiten auch
mit einer Einrichtung zum Anschluss an ein lokales Netzwerk versehen sein.
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Bevorzugt
weist das Setzwerkzeug eine Einrichtung zum Abschalten des Setzwerkzeuges
auf, das auf ein im Falle eines fehlerhaften Setzvorgangs generiertes
Signal anspricht. Dieses Signal kann dabei auch von einer externen
Einheit generiert werden.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden,
wobei sich in den einzelnen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf
gleiche oder ähnliche
Bestandteile beziehen.
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Es
zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
vorderen Hülse,
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2 eine schematische perspektivische
Darstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
vorderen Hülse,
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3 eine schematische perspektivische
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
vorderen Hülse,
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4 eine schematische Darstellung
eines erfindungsgemässen
Setzwerkzeuges.
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1 zeigt eine schematische
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemässen vorderen
Hülse 10.
Die Schnittachse A–A
verläuft
mittig durch das Bauteil. Die vordere Hülse 10 umfasst in dieser
Ausführungsform
insgesamt drei Teile 1, 2 und 3. Ein
erstes Teil 1 dient der Verbindung der vorderen Hülse 10 mit
einem Setzwerkzeug. Dazu kann dieses erste Teil 1 an der
Außenseite 1a ein
Gewinde aufweisen. Ein zweites Teil 2 der vorderen Hülse wird
mit dem ersten Teil 1 verbunden. Zwischen erstem und zweitem Teil
der vorderen Hülse
ist ein drittes Teil 3 der vorderen Hülse angeordnet. Vorzugsweise
lässt sich
das dritte Teil (3) paßgenau
in das zweite Teil 2 einsetzen. Das dritte Teil weist auf
der Außenseite
eine Vertiefung 3a auf, in der ein Dehnungs-Mess-Streifen 30 an
dem dritten Teil 3 befestigt ist. Vorteilhaft wird der
Dehnungs-Mess-Streifen so am dritten Teil befestigt, dass er die
Innenwand des zweiten Teils nicht berührt, damit eine Beschädigung des
Dehnungs-Mess-Streifens
vermieden wird.
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Da
der Dehnungs-Mess-Streifen zur Messung einer Zugspannung dient,
der die vordere Hülse 10 ausgesetzt
ist, werden das erste Teil 1 und das zweite Teil 2 der
vorderen Hülse
so miteinander verbunden, dass sie in Zugrichtung zueinander beweglich
sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die
beiden Teile mit zum Beispiel drei Schrauben verbunden werden, die
jeweils senkrecht zur Zugrichtung Z über ein Gewinde durch das erste
Teil geführt
werden und in einer Vertiefung 1b an der Außenseite
des ersten Teils 1 anschlagen.
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2 zeigt eine schematische
perspektivische Darstellung der in 1 gezeigten
und oben beschriebenen vorderen Hülse 10.
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Für unterschiedliche
Einsatzzwecke werden in der Regel unterschiedliche Setzwerkzeuge
eingesetzt. Außerdem
kann an der Zugvorrichtung beispielsweise ein Gewindedorn zum Setzen
von Nietmuttern oder eine Spannhülse
zum Setzen von Blindnieten befestigt sein. Dies erfordert auch unterschiedliche
Ausführungsformen
für die
vordere Hülse.
In 3 ist beispielhaft
eine weitere Ausführungsform 11 einer
vorderen Hülse schematisch
perspektivisch dargestellt. Die erfindungsgemässe vordere Hülse kann
je nach Einsatzzweck eine unterschiedliche Form beziehungsweise
unterschiedliche Maße
aufweisen.
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4 zeigt eine schematische
Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemässes Setzwerkzeug, in dieser
Ausführungsform
zum Setzen von Blindnieten, anhand derer das Prinzip der Zugspannungsmessung erläutert werden
kann. Mit einer manuell betätigbaren
Auslöseeinrichtung 70 wird
eine Zugvorrichtung im Inneren des Setzwerkzeuges ausgelöst, deren
Funktionsweise nachfolgend beschrieben wird. Im Setzwerkzeug 40 befindet
sich ein Hydraulikzylinder 50. In dem Zylinder 50 läuft ein
Hydraulikkolben 52, an dem eine Zugspindel 54 befestigt
ist, welche die vom Kolben ausgeübte
Kraft auf ein daran befestigtes Futter 56 überträgt. Wird
durch den Kolben eine Kraft in Richtung des Pfeiles ausgeübt, indem
in den Zylinderabschnitt 51 eine geeignete Hydraulikflüssigkeit
hineingedrückt
wird, so werden Klemmbacken 58 durch das sich zurückbewegende
Futter 56 zunächst
zusammengedrückt,
bis ein sich dazwischen befindlicher Nietstift gegriffen und eingeklemmt
wird. Die Klemmbacken ziehen daraufhin den Nietstift zurück, bis
er von dem am Mundstück 60 anliegenden
Nietkopf abreißt.
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Durch
die über
das Futter 56 ausgeübte
Zugkraft wird ein Druck auf die vordere Hülse 10 ausgeübt. Das
am Gehäuse
des Setzwerkzeuges befestigte Teil 1 der vorderen Hülse 10 ist
mit einem zweiten Teil 2 der vorderen Hülse 10 verbunden,
wobei beide Teile 1 und 2 in Zugrichtung zueinander
beweglich sind. Der Druck wird daher direkt auf ein zwischen den
beiden beschriebenen Teilen 1 und 2 angeordnetes
drittes Teil 3 der vorderen Hülse übertragen. Die durch den Druck
auftretende Stauchung dieses dritten Teils 3 kann mittels
eines fest an diesem Teil angebrachten DMS 30 gemessen
werden.
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Zur
Erfassung und Auswertung der Messwerte ist der DMS 30 in
diesem Ausführungsbeispiel
mit einer entsprechenden, in das Setzwerkzeug integrierten Einrichtung 80 über ein
zumindest zweiadriges Kabel verbunden. Alternativ kann der DMS auch
mit einer in das Setzwerkzeug integrierten Einrichtung zum Anschliessen
einer externen Auswerteeinrichtung verbunden werden.
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