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(11) | EP 1 055 466 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hydraulische Antriebseinrichtung für ein Fügewerkzeug Hydraulic drive unit for an assembling tool Système d'entraînement hydraulique pour une machine d'assemblage |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinrichtung für ein Werkzeug zum Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere zum Stanznieten oder Durchsetzfügen (Clinchen).
[0002] Derartige Antriebseinrichtungen (siehe z.B. EP 0 675 774 B1) setzen sich üblicherweise aus einem Stempelantrieb zum Betätigen eines Stempels für den Fügevorgang und einem Niederhalterantrieb zum Betätigen eines die Werkstücke während des Fügevorgangs einspannenden Niederhalters zusammen. Beide Antriebe sind als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, wobei die Zylinder der beiden Antriebe fest miteinander verbunden sind und der Kolben des Niederhalterantriebes zwischen der Kolbenstange des Stempelantriebes und dem Zylinder des Niederhalterantriebes konzentrisch so angeordnet ist, daß er über eine Druckkammer mit einem eigenen Druckmittelanschluß zum Erzeugen der Niederhaltekraft teleskopisch verschiebbar ist. Wenn auch zum Zurückstellen des Kolbens des Niederhalterantriebes üblicherweise eine Feder eingesetzt wird, sind jedoch insgesamt drei Druckmittelanschlüsse (zwei für den Stempelantrieb und einer für den Niederhalterantrieb) erforderlich, was die Antriebseinrichtung und insbesondere ihre hydraulische Versorgung vergleichsweise aufwendig macht.
[0003] Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Niederhaltekraft über eine am Kolben des Stempelantriebes abgestützte Feder aufzubringen. Hierdurch vereinfacht sich zwar der Aufbau der Antriebseinrichtung und insbesondere ihre Hydraulikversorgung. Bei dieser Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, eine gleichförmige Niederhaltekraft zu erzeugen, da sich die Federkraft mit dem Hub des Stempels ändert.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Antriebseinrichtung für ein Werkzeug zum Fügen mindestens zweier Werkstücke aus duktilem Material zu schaffen, die einen möglichst einfachen Aufbau hat und dennoch die Erzeugung einer gleichförmigen hydraulischen Niederhaltekraft zum Einspannen der Werkstücke ermöglicht.
[0006] Gemäß der Erfindung wird somit der Niederhalterantrieb von der Kolbenstange des Stempelantriebs getragen, und die Druckkammer des Niederhalterantriebs ist mit der einen Arbeitskammer des Stempelantriebes verbunden, so daß zum Erzeugen der Niederhaltekraft Druck aus dieser Arbeitskammer auf die Druckkammer des Niederhalterantriebes übertragen wird.
[0007] Zweckmäßigerweise ist der Anschluß der betreffenden Arbeitskammer des Stempelantriebes über ein Druckbegrenzungsventil mit einem Niederdruckbereich verbindbar, um den Druck in der Druckkammer des Niederhalteantriebes und damit die Niederhaltekraft auf einen einstellbaren Wert zu begrenzen.
[0008] Da somit die Niederhaltekraft über den Druck in der einen Arbeitskammer des Stempelantriebes erzeugt wird, sind nur zwei Anschlüsse zur hydraulischen Versorgung der gesamten Antriebseinrichtung erforderlich. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zum Vergrößern des Zustellhubes von Niederhalter und Stempel lediglich der Stempelantrieb verlängert werden muß, da sich dann für den vom Stempelantrieb getragenen Niederhalterantrieb automatisch eine entsprechende Verlängerung des Zustellhubes ergibt. Hierdurch ergeben sich insgesamt eine leichtere Handhabung und ein verbesserter Zugang zu der Antriebseinrichtung. Die erfindungsgemäß ausgebildete Antriebseinrichtung zeichnet sich im übrigen durch vergleichsweise geringe Herstellungskosten aus, die durch den vereinfachten Aufbau, die geringere Anzahl von hubabhängigen Einzelteilen und eine einfachere Hydraulikversorgung bedingt sind.
[0010] Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 4 stellen jeweils einen Längsschnitt durch eine hydraulische Antriebseinrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen dar.
[0011] Die in den Figuren dargestellte Antriebseinrichtung dient zum Stanznieten zweier plattenförmiger Werkstücke A, B, die auf einer Matrize M abgestützt sind. Die Antriebseinrichtung kann jedoch auch für andere Fügevorgänge wie z.B. zum Durchsetzfügen (Clinchen) oder ganz allgemein zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Stempels wie z.B. beim Stanzen eingesetzt werden.
[0012] Die Antriebseinrichtung hat einen Stempelantrieb 2 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Zylinder 4, der beispielsweise an einem C-Rahmen (nicht gezeigt) fest angebracht ist. In dem Zylinder 4 ist ein Kolben 6 mit einer Kolbenstange 8 gleitend verschiebbar gelagert. Der Kolben 6 unterteilt den Innenraum des Zylinders 4 in eine erste Arbeitskammer 12 und eine zweite Arbeitskammer 14, die jeweils über einen eigenen Anschluß 16 bzw. 18 mit einer hydraulischen Druckmittelquelle (nicht gezeigt) verbindbar sind.
[0013] Die Kolbenstange 8 ist an ihrem unteren Ende mit einem Stempel 10 fest verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zum Durchführen des Nietvorganges dient.
[0014] Die Kolbenstange 8 des Stempelantriebs 2 trägt freitragend einen Niederhalterantrieb 20, der ebenfalls als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist. Genauer gesagt, hat der Niederhalterantrieb 20 einen Kolben 22, der an der Kolbenstange 8 einstückig angeformt, also mit der Kolbenstange 8 fest verbunden ist. Der Niederhalterantrieb 20 hat ferner einen Zylinder 24, der auf der Kolbenstange 8 des Stempelantriebes 2 teleskopisch verschiebbar gelagert ist, so daß der Kolben 22 und der Zylinder 24 relativ zueinander gleitend verschiebbar sind.
[0015] Der Zylinder 24 ist an seinem unteren Ende mit einem Niederhalter 30 in Form eines Mundstückes fest verbunden, in dem der Stempel 10 gleitend geführt ist und das zum Niederhalten (Vorspannen) der Werkstücke A, B an der Matrize M dient.
[0016] Der Zylinder 24 besteht aus einer äußeren Hülse 26, die an einem oberen Abschnitt der Kolbenstange 8 gleitend geführt ist, und einer inneren Hülse 28, die auf einem unteren Abschnitt der Kolbenstange 8 gleitend geführt ist, derart, daß zwischen dem Kolben 22, der Innenwand der Hülse 24 und dem stimseitigen Ende der Hülse 28 eine Druckkammer 32 gebildet wird.
[0017] Die Druckkammer 32 des Niederhalterantriebes 20 ist über eine Strömungsverbindung 34 mit der Arbeitskammer 14 des Stempelantriebes 2 verbunden. Die - ständig offene - Strömungsverbindung 34 besteht aus einem in der Kolbenstange 8 mittig angeordneten, längsverlaufenden Strömungskanal 36, der über Zweigkanäle 38 mit der Arbeitskammer 8 und über Zweigkanäle 40 mit der Druckkammer 32 verbunden ist.
[0018] Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, ist der Anschluß 18 über ein Druckbegrenzungsventil 40 mit einem Niederdruckbereich (Tank, nicht gezeigt) verbindbar, um den Druck in der Arbeitskammer 8 und damit in der Druckkammer 32 zu begrenzen, wie noch genauer erläutert wird. Bei dem Druckbegrenzungsventil 40 handelt es sich vorzugsweise um ein steuerbares Druckbegrenzungsventil, dessen Grenzwert beispielsweise manuell eingestellt werden kann. Wie ebenfalls schematisch angedeutet, ist ein Rückschlagventil 44 durch eine Bypassleitung 42 zu dem Druckbegrenzungsventil 40 parallel geschaltet, um den Anschluß 18 mit Druck versorgen zu können, wie ebenfalls noch genauer erläutert wird.
[0019] Die Betriebsweise der beschriebenen Antriebseinrichtung ist wie folgt:
Fig. 1 zeigt die Grundstellung der Antriebseinrichtung, bei der die Arbeitskammer 12 drucklos ist und die Arbeitskammer 8 sowie die Druckkammer 32 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind. Wird nun die Druckkammer 12 über den Anschluß 16 mit Druck beaufschlagt, so fährt der Kolben 6 des Stempelantriebes 2 zusammen mit dem auf der Kolbenstange 8 gelagerten Niederhalterantrieb 20 nach unten. Hierbei wird Hydraulikflüssigkeit aus der Arbeitskammer 8 verdrängt und über den Anschluß 18 abgeführt. Sobald der Druck in der Arbeitskammer 8 und somit in der Druckkammer 32 den im Druckbegrenzungsventil 40 eingestellten Grenzwert erreicht, fließt Hydraulikflüssigkeit aus der Arbeitskammer 8 zum Niederdruckbereich ab.
[0020] Trifft bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 6 und des Niederhalterantriebs 20 der Niederhalter 30 auf die Werkstücke A, B auf (Fig. 2), so drückt der Niederhalter 30 die Werkstücke A, B gegen die Matrize M mit einer gleichförmigen Niederhaltekraft, deren Größe durch den über die Strömungsverbindung 34 auf die Druckkammer 32 übertragenen, von dem Druckbegrenzungsventil 40 begrenzten Druck bestimmt wird.
[0021] Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 6 mit seiner Kolbenstange 8 und dem daran befestigten Stempel 10 weiter nach unten, um schließlich den Fügevorgang auszuführen (Fig. 3). Während dieser weiteren Abwärtsbewegung kommt es zu einer Relativverschiebung zwischen dem an der Kolbenstange 8 vorgesehenen Kolben 22 und dem an den Werkstücken A, B abgestützten Zylinder 24 des Niederhalterantriebes 20. Hierdurch wird Druckmittel aus der Druckkammer 32 über die Strömungsverbindung 34, die Arbeitskammer 8 und den Anschluß 18 durch das Druckbegrenzungsventil 40 hindurch zum Niederdruckbereich verdrängt. Während dieser Zeit sorgt das Druckbegrenzungsventil 40 dafür, daß die vom Niederhalter 30 auf die Werkstücke A, B ausgeübte Niederhaltekraft unverändert aufrechterhalten bleibt.
[0022] Wenn der Fügevorgang beendet ist, wird die Arbeitskammer 12 über den Anschluß 16 druckentlastet und die Arbeitskammer 8 über den Anschluß 18 mit Druck versorgt, so daß der Kolben 6 mit der Kolbenstange 8 und dem Stempel 10 zurückgestellt werden (Fig. 4). Hierbei werden die Arbeitskammer 8 und über die Strömungsverbindung 34 auch die Druckkammer 32 wieder mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, bis die Antriebseinrichtung wieder ihre in Fig. 1 gezeigte Grundstellung einnimmt.
[0023] Wie in den Figuren gezeigt, hat die Kolbenstange 8 im Bereich der Arbeitskammer 14 einen Außendurchmesser, der nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 4 ist. Das Verdrängungsvolumen und die Querschnittsfläche der Arbeitskammer 4 sind daher sehr klein. Hierdurch wird sichergestellt, daß die durch den Druck in der Arbeitskammer bedingte Reaktionskraft, die der Kolben 6 des Stempelantriebes 2 bei seiner Zustellbewegung überwinden muß, vergleichsweise gering ist.
einem Stempelantrieb (2) zum Betätigen eines Stempels (10) für den Fügevorgang, welcher Stempelantrieb (2) als Kolben-Zylinder-Einheit mit einer ersten und einer zweiten Arbeitskammer (12, 14) ausgebildet ist, von denen die erste Arbeitskammer (12) zum Erzeugen der Fügekraft des Stempels (10) über einen ersten Anschluß (16) druckbeaufschlagbar ist und die zweite Arbeitskammer (14) zum Zurückstellen des Stempels (10) über einen zweiten Anschluß (18) druckbeaufschlagbar ist, und
einem Niederhalterantrieb (20) zum Betätigen eines die Werkstücke (A, B) während des Fügevorgangs einspannenden Niederhalters (30), welcher Niederhalterantrieb (20) als Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Druckkammer (32) ausgebildet ist, die zum Erzeugen der Niederhaltekraft des Niederhalters (30) druckbeaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet,daß die Kolben-Zylinder-Einheit des Niederhalterantriebes (20) von der Kolbenstange (8) des Stempelantriebes (2) getragen wird und
daß die Druckkammer (32) des Niederhalterantriebes (20) über eine Strömungsverbindung (34) mit der zweiten Arbeitskammer (14) des Stempelantriebes (2) verbunden ist, so daß zum Erzeugen der Niederhaltekraft Druck aus der zweiten Arbeitskammer (14) des Stempelantriebes (2) auf die Druckkammer (32) des Niederhalterantriebes (20) übertragen wird.
a punch drive (2) for actuating a punch (10) to exert a joining force, said punch drive (2) comprising a piston cylinder assembly including first and second work chambers (12, 14), the first work chamber (12) being pressurized via a first fluid connection (16) to move said punch (10) from an inoperative position to an operative position and the second work chamber (14) being pressurized via a second fluid connection (18) to return said punch (10), and
a clamp drive (20) for actuating a clamp means providing a clamping force for clamping said at least two workpieces (A, B) during the joining operation, said clamp drive (20) comprising a piston cylinder assembly including a pressure chamber (32) which is pressurized for generating said clamping force,
characterized in that the piston cylinder assembly of said clamp drive (20) is carried by the piston rod (8) of said punch drive (2), and
said pressure chamber (32) of said clamp drive (20) communicate with said second work chamber (14) of said punch drive (2) via a flow passage (34) such that pressure from said second work chamber (14) of said punch drive (20) is transmitted to said pressure chamber (32) of said clamp drive (20) in order to generate said clamping force.
- un entraînement de poinçon (2) pour actionner un poinçon (10) pour l'opération d'assemblage, lequel entraînement de poinçon (2) est réalisé sous la forme d'une unité piston-cylindre comportant une première et une deuxième chambre dé travail (12, 14), la première chambre de travail (12) pouvant être alimentée en pression par l'intermédiaire d'un premier raccordement (16) pour produire la force d'assemblage du poinçon (10), et la deuxième chambre de travail (14) pouvant être alimentée en pression au moyen d'un deuxième raccordement (18) pour rappeler en arrière le poinçon (10),
- un entraînement de maintien en position basse (20) pour actionner un dispositif de maintien en position basse (30) mettant en tension les pièces à assembler (A, B) pendant l'opération d'assemblage, lequel entraînement de maintien en position basse (20) est réalisé sous la forme d'une unité piston-cylindre comportant une chambre de pression (32) qui peut être mise en pression pour produire la force de maintien en position basse du dispositif de maintien en position basse (30),
caractérisé en ce que- l'unité piston-cylindre de l'entraînement de maintien en position basse (20) est portée par la tige de piston (8) de l'entraînement de poinçon (2), et
- en ce que la chambre de pression (32) de l'entraînement de maintien en position basse (20) est reliée, par l'intermédiaire d'une liaison d'écoulement (34), à la deuxième chambre de travail (14) de l'entraînement de poinçon (2), de telle façon que, pour produire la force de maintien en position basse, la pression provenant de la deuxième chambre de travail (14) de l'entraînement de poinçon (2) est transmise à la chambre de pression (32) de l'entraînement de maintien en position basse (20).