Hydraulisch betriebenes Setzgerät mit einem Hydraulikaggregat und ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen

Abstract

 Es wird ein hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) mit Hydraulikaggregat (10) sowie ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen (B) mithilfe des hydraulisch betriebenen Setzgeräts (S) beschrieben. Durch die gezielte Ausnutzung von Volumenströmen an Hydraulikflüssigkeit in der Vorhubkammer (34) und der Rückhubkammer (36) des Kolbens (32) in Verbindung mit dem Stempel (38) sowie der Niederhalterkammer (44) in Verbindung mit dem Tauchkolben (42) und dem Niederhalter (48) werden gezielt die Taktzeiten im Vergleich zu üblichen Fügeverfahren reduziert.

Beschreibung

1. Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch betriebenes Setzgerät mit einem Hydraulikaggregat zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Nietsetzgerät, ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzverfahren für einen Stanzniet oder ein Clinchverfahren, mithilfe des hydraulisch betriebenen Setzgeräts sowie eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, die mithilfe des hydraulisch betriebenen Setzgeräts oder dem Fügeverfahren hergestellt worden ist.

2. Hintergrund der Erfindung

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch betriebenes Setzgerät, dem mithilfe eines Hydraulikaggregats die antreibende Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird. Diese Hydraulik-flüssigkeit versorgt eine Kolben-Zylinder-Anordnung des Setzgeräts, die sowohl einen Stempel zum Einbringen eines Verbindungselements, beispielsweise ein Stanzniet, wie auch einen Niederhalter bewegt. Zu diesem Zweck ist das Setzgerät mit dem Hydraulikaggregat verbunden. Das Hydraulikaggregat umfasst einen Tank zum Speichern von Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Öl. Zudem ist das Hydraulikaggregat mit einer Pumpe ausgestattet, die Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank zum Setzgerät pumpt. Da das Setzgerät meist auf einem Industrie-Roboter angeordnet ist, verbinden lange Hydraulikschläuche zum Leiten der Hydraulikflüssigkeit das Hydraulikaggregat mit dem Setzgerät. In Abhängigkeit von dem Druck und den Volumenströmen der Hydraulikflüssigkeit, die mithilfe des Hydraulikaggregats erzeugt werden können, ergeben sich bestimmte Taktzeiten, die beispielsweise für das Setzen eines Stanzniets in mindestens zwei Bauteilen erforderlich sind. Des Weiteren wird die Taktzeit für einen Setzvorgang durch die Geschwindigkeit der Hydraulikzylinder beim Verfahren des Stempels und des Niederhalters beeinflusst.

[0003] Da die Taktzeiten bekannter Setzgeräte mit einem Hydraulikaggregat nicht zufriedenstellend sind, ist es eine Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Setzgerät mit Hydraulikaggregat sowie ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik eine geringere Taktzeit zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen benötigen.

3. Zusammenfassung der Erfindung

[0004] Das obige Problem wird durch ein hydraulisch betriebenes Setzgerät mit einem Hydraulikaggregat zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Nietsetzgerät, gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 4 gelöst. Des Weiteren löst das erfindungsgemäße Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzverfahren für ein Stanzniet sowie ein Clinchverfahren, gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13 obige Aufgabe. Außerdem umfasst vorliegende Erfindung eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere eine Stanzniet- oder Clinchverbindung, gemäß den Patentansprüchen 19 und 20, die mit dem oben genannten Fügeverfahren oder dem oben genannten hydraulisch betriebenen Setzgerät hergestellt worden sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen.

[0005] Das erfindungsgemäße hydraulisch betriebene Setzgerät mit einem Hydraulikaggregat zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Nietsetzgerät, umfasst die folgenden Merkmale: das Hydraulikaggregat mit einem Tank für Hydraulikflüssigkeit, einer Pumpe zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät, mindestens einem Pumpschlauch, der den Tank über die Pumpe und einen Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, und einem Tankschlauch, der den Tank über den Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, einen doppelt wirkenden Zylinder mit einer Vorhubkammer und einer Rückhubkammer, in denen der Kolben mit Kolbenstange bewegbar angeordnet ist, der einen Stempel des Setzgeräts bewegt, einen einfach wirkenden Zylinder mit einer Niederhalterkammer, in der ein Tauchkolben bewegbar angeordnet ist, der einen Niederhalter bewegt, wobei der Ventilblock eine Mehrzahl von Ventilen umfasst, über die die Rückhubkammer mit der Pumpe und der Niederhalterkammer verbindbar ist, sodass ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer eine Rückstellbewegung des Kolbens unterstützt.

[0006] Während eines Setzvorgangs wird zunächst Hydraulikflüssigkeit in die Vorhubkammer des doppelt wirkenden Zylinders gepumpt, dessen Kolbenstange den Stempel in Setzrichtung zu den zu verbindenden Bauteilen bewegt. Das während dieses Vorgangs aus der Rückhubkammer des doppelt wirkenden Zylinders verdrängte Volumen an Hydraulikflüssigkeit wird der Vorhubkammer und der Niederhalterkammer zugeführt, um durch den zusätzlichen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit die Zustellung des Kolbens und Stempels sowie des Niederhalters in Setzrichtung zu unterstützen, vorzugsweise zu beschleunigen. Zu diesem Zweck ist der doppelt wirkende Zylinder zum Bewegen des Stempels des Setzgeräts als ein Differentialzylinder ausgebildet, dessen Kolbenfläche ohne Kolbenstange in der Vorhubkammer größer ist als die Kolbenfläche mit Kolbenstange in der Rückhubkammer.

[0007] Nachdem durch einen ausreichend hohen Hydraulikdruck in der Vorhubkammer der Stempel zu den Bauteilen bewegt und eine Verbindung zwischen den zwei Bauteilen hergestellt worden ist, müssen sowohl der Stempel über den doppelt wirkenden Zylinder wie auch der Niederhalter über den Tauchkolben entgegen der Setzrichtung zurückgestellt werden, um einen neuen Verbindungsvorgang beginnen zu können. Während sich er Tauchkolben mit Niederhalter entgegen der Setzrichtung innerhalb der Niederhalterkammer bewegt, wird Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer verdrängt. Erfindungsgemäß wird dieses verdrängte Volumen an Hydraulikflüssigkeit der Rückhubkammer des doppelt wirkenden Zylinders zugeführt, um den den Kolben mit Stempel entgegen der Setzrichtung zurückstellenden Hydraulik-Volumenstrom zu erhöhen. Durch diesen erhöhten Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit wird die Bewegung des Kolbens in Verbindung mit dem Stempel beschleunigt.

[0008] Da sich die Taktzeit eines Setzvorgangs aus der Dauer der Bewegung des Stempels aus seiner Ausgangsposition in die Fügeposition zum Herstellen der Verbindung und zurück in seine Ausgangsposition ergibt, wird durch die oben beschriebene Leitung der Hydraulik-Volumenströme die Bewegung des Kolbens mit Stempel beschleunigt und somit die Taktzeit verkürzt.

[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des hydraulisch betriebenen Setzgeräts ist der Niederhalter derart mit dem Stempel mechanisch gekoppelt, dass der Stempel den Niederhalter bei einer Bewegung entgegengesetzt zur Setzrichtung mitschleppt und/oder der Niederhalter den Stempel bei einer Bewegung in Setzrichtung mitschleppt. Aufgrund dieser mechanischen Kopplung unterstützt einerseits der in die Niederhalterkammer eingeleitete Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit ein Bewegen des Stempels in Setzrichtung. Andererseits unterstützt das Mitschleppen des Niederhalters durch den Stempel das Verdrängen von Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer, die dann der Rückhubkammer des Kolbens zugeführt wird. Dieser aus der Niederhalterkammer in die Rückhubkammer geleitete Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit sorgt für eine beschleunigte Rückstellung des Kolbens mit Stempel in seine Ausgangsposition im Vergleich zu bekannten Setzgeräten.

[0010] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilblock zum Schalten der Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit benachbart zum Setzgerät angeordnet, sodass der Pumpschlauch und der Tankschlauch zwischen Tank und Ventilblock eine Länge von 5-30 m, vorzugsweise 8-22 m aufweisen. Sowohl der Pumpschlauch wie auch der Tankschlauch dienen der Zirkulation der Hydraulikflüssigkeit zwischen Setzgerät und Hydraulikaggregat. Aufgrund der Länge der Schläuche können diese ein bestimmtes Volumen an Hydraulik-flüssigkeit aufnehmen. Da der Pumpschlauch und der Tankschlauch aus einem flexiblen Material bestehen, das die Leitung von Volumenströmen von ca. 20-30 L/min sowie Drücke von bis zu 300 bar in der Hydraulikflüssigkeit aushält, dienen der Pump- und/oder Tankschlauch auch als Hydraulik-Energiespeicher, in dem Hydraulikflüssigkeit unter einem bestimmten Druck eingeschlossen und dann zu einem bestimmten Zeitpunkt gezielt freigegeben werden kann. Dieses sprunghafte Freigeben der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit aus dem Pump- und/oder dem Tankschlauch dient bevorzugt dem Beschleunigen der Zustellbewegung des Stempels zu den zu verbindenden Bauteilen. Zudem ist es bevorzugt, im Pump- und/oder Tankschlauch die vom vorhergehenden Setzvorgang unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit einzuschließen, um einen Energieverlust durch Entlastung der Hydraulikflüssigkeit und Abströmen der Hydraulikflüssigkeit in den Tank des Hydraulikaggregats zu vermeiden.

[0011] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Setzgeräts ist der Ventilblock über eine Mehrzahl von Schläuchen mit mindestens der Vorhub-, der Rückhub- und der Niederhalterkammer verbunden, die jeweils eine Länge von 0,15-6 m, vorzugsweise von 0,3-3 m aufweisen.

[0012] Der Ventilblock und die darin realisierten Ventile steuern den Volumenstrom an Hydraulik-flüssigkeit in die unterschiedlichen Kammern des Setzgeräts. Durch die gezielte Verkürzung der Hydraulikschläuche zwischen Ventilblock und den Zylindern des Setzgeräts werden die Schaltzeiten der Hydraulikflüssigkeit am Setzgerät verkürzt. Die durch den Ventilblock angesteuerten Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit müssen nicht erst den Pump- und Tankschlauch durchlaufen, um die angesteuerte Funktion beim Setzgerät zu aktivieren. Stattdessen legt die durch den Ventilblock gesteuerte und freigegebene Hydraulikflüssigkeit nur einen kurzen Weg zum Setzgerät zurück, sodass die Zeit zwischen Ventilbetätigung und entsprechender Reaktion des Setzgeräts kürzer ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Sobald ein Ventil einen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit freigibt, gelangt dieser Volumenstrom aufgrund der kurzen Verbindungsschläuche zwischen Ventilblock und der Vorhub-, Rückhub- und Niederhalterkammer des Setzgeräts sofort in die gewünschte Kammer, um dort die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Die bevorzugten Längen der Verbindungsschläuche zwischen Ventilblock und Setzgerät sorgen ebenfalls für reduzierte Druck-und Energieverluste der in der Hydraulikflüssigkeit gespeicherten Energie.

[0013] Es ist des Weiteren bevorzugt, den Ventilblock als Zugentlastungskomponente für das Setzgerät im Bezug auf den angeschlossenen Pumpschlauch und den angeschlossenen Tankschlauch auszugestalten. Zudem umfasst vorzugsweise der Ventilblock mindestens zwei Drucksensoren, mit denen Druck in jeweils der Vorhubkammer und der Niederhalterkammer erfassbar ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist der Ventilblock des hydraulisch betriebenen Setzgeräts in eine Zylinderanordnung bestehend aus dem doppelt wirkenden Zylinder und dem einfach wirkenden Zylinder des Setzgeräts integriert. Mithilfe dieser Konstruktion können die Schläuche zwischen Ventilblock und Vorhub-, Rückhub- sowie Niederhalterkammer weiter verkürzt oder sogar weggelassen werden. Diese konstruktive Ausgestaltung verkürzt die von der Hydraulikflüssigkeit zurückzulegenden Wege zwischen schaltenden Ventilen und dem doppelt wirkenden Zylinder, der den Stempel bewegt, sowie dem Zylinder mit Tauchkolben, der den Niederhalter bewegt. Zudem resultiert eine derart kompakte Anordnung in eine geringe Störkontur des beispielsweise an einem Industrie-Roboter befestigten Setzgeräts.

[0014] Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein hydraulisch betriebenes Setzgerät mit einem Hydraulikaggregat zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Nietsetzgerät, das die folgenden Merkmale umfasst: a) das Hydraulikaggregat mit einem Tank für Hydraulikflüssigkeit, einer Pumpe zum Pumpen der Hydraulik-flüssigkeit zum Setzgerät, mindestens einem Pumpschlauch, der den Tank über die Pumpe und einen Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, und mindestens einem Tankschlauch, der den Tank über den Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, b) einen doppelt wirkenden Zylinder mit einer Vorhubkammer und einer Rückhubkammer, in denen der Kolben mit Kolbenstange bewegbar angeordnet ist, der einen Stempel des Setzgeräts bewegt, c) einen einfach wirkenden Zylinder mit einer Niederhalterkammer, in der ein Tauchkolben bewegbar angeordnet ist, der einen Niederhalter bewegt, wobei d) der Ventilblock benachbart zum Setzgerät angeordnet und über eine Mehrzahl von Schläuchen mit mindestens der Vorhub-, der Rückhub- und der Niederhalterkammer verbunden ist, die jeweils eine Länge von 0,15-6 m, vorzugsweise von 0,3-3 m, aufweisen.

[0015] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung zu oben beschriebenem Setzgerät wurden gezielt die Hydraulikschläuche zwischen dem Ventilblock und den Zylindern des Setzgeräts verkürzt. Auf dieser konstruktiven Grundlage werden die Schaltzeiten der Hydraulikflüssigkeit am Setzgerät reduziert. Die durch den Ventilblock angesteuerten Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit müssen nicht erst den Pump- und Tankschlauch passieren, um die angesteuerte Funktion beim Setzgerät zu aktivieren. Stattdessen legt die durch den Ventilblock gesteuerte und freigegebene Hydraulikflüssigkeit nur einen relativ kurzen Weg im Vergleich zu Tankschlauch und Pumpschlauch bis zum Setzgerät zurück, sodass die Zeit zwischen Ventilbetätigung und entsprechender Reaktion des Setzgeräts kürzer ist verglichen mit herkömmlichen Systemen. Sobald ein Ventil einen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit freigibt, gelangt dieser Volumenstrom aufgrund der kurzen Verbindungsschläuche zwischen Ventilblock und der Vorhub-, Rückhub- und Niederhalterkammer des Setzgeräts sofort in die gewünschte Kammer, um dort die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Die bevorzugten Längen der Verbindungsschläuche zwischen Ventilblock und Setzgerät sorgen ebenfalls für reduzierte Druck- und Energieverluste der in der Hydraulikflüssigkeit gespeicherten Energie.

[0016] In weiterer bevorzugter Ausgestaltung umfasst das alternative erfindungsgemäße Setzgerät den Pumpschlauch und den Tankschlauch zwischen Tank sowie Pumpe und Ventilblock mit einer Länge von 5-30 m, vorzugsweise 8-22 m. Zudem umfasst gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Ventilblock eine Mehrzahl von Ventilen, über die die Rückhubkammer mit der Pumpe und der Niederhalterkammer verbindbar ist, sodass ein Voluemnstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer eine Rückstellbewegung des Kolbens unterstützt. Diese bevorzugten konstruktiven Ausgestaltungen wurden bereits oben in Verbindung mit der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Setzgeräts erläutert und gelten in gleicher Weise für die zweite Alternative des erfindungsgemäßen Setzgeräts.

[0017] Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzverfahren für einen Stanzniet, mithilfe eines hydraulisch betriebenen Setzgeräts mit einem Hydraulikaggregat, dass die folgenden Merkmale umfasst: das Hydraulikaggregat mit einem Tank für Hydraulikflüssigkeit, einer Pumpe zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät, mindestens einem Pumpschlauch, der den Tank über die Pumpe und einen Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, und einem Tankschlauch, der den Tank über den Ventilblock mit dem Setzgerät verbindet, einen doppelt wirkenden Zylinder mit einer Vorhubkammer und Rückhubkammer, in denen der Kolben mit Kolbenstange zum Antrieb des Stempels bewegbar angeordnet ist, einen einfach wirkenden Zylinder mit einer Niederhalterkammer, in der ein Tauchkolben zum Antrieb eines Niederhalters bewegbar angeordnet ist, wobei der Ventilblock eine Mehrzahl von Ventilen umfasst, über die die Rückhubkammer mit der Pumpe und der Niederhalterkammer verbindbar ist, wobei das Setzverfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einleiten eines ersten Hydraulik-Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit in die Vorhubkammer und die Niederhalterkammer, sodass der Kolben mit Stempel und der Tauchkolben mit Niederhalter aus einer Ausgangsposition in Setzrichtung bewegt werden, b) Verbinden der Rückhubkammer mit der Vorhubkammer und der Niederhalterkammer in Schritt a), sodass ein erster Hydraulik-Rückstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Rückhubkammer in die Vorhubkammer und/oder die Niederhalterkammer umgeleitet wird, c) Erhöhen des Hydraulik-Drucks in der Vorhubkammer, nachdem der Niederhalter und der Stempel an einem zu verbindenden Bauteil angreifen, und Herstellen einer Verbindung durch Setzen des Befestigungselements im Bauteil oder Verformen des Bauteils, d) Einleiten eines zweiten Hydraulik-Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit in die Rückhubkammer, sodass der Kolben in Richtung Ausgangsposition bewegt wird, und e) Verbinden der Niederhalterkammer mit der Rückhubkammer im Schritt d), sodass ein zweiter Hydraulik-Rückstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer in die Rückhubkammer umgeleitet wird und die Bewegung des Kolbens in die Ausgangsposition unterstützt.

[0018] Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Volumenströme während des Vorschubs des Stempels und Niederhalters in Setzrichtung sowie der Rückstellung von Stempel und Niederhalter entgegengesetzt zur Setzrichtung gezielt umgeleitet, dass diese Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit die Bewegung des Kolbens mit Stempel in die jeweilige Richtung unterstützen, vorzugsweise beschleunigen. Zu diesem Zweck wird bei der Zustellung des Kolbens mit Stempel zu den zu verbindenden Bauteilen das aus der Rückhubkammer verdrängte Volumen an Hydraulikflüssigkeit der Niederhalterkammer und/oder der Vorhubkammer des doppelt wirkenden Zylinders zugeleitet. Dieser zugeleitete Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit aus der Rückhubkammer erhöht den durch die Pumpe bereitgestellten Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeiten, sodass die Bewegung des doppelt wirkenden Zylinders und/oder des Tauchkolbens mit Niederhalter beschleunigt wird. Zudem wird bei der Rückbewegung des doppelt wirkenden Zylinders in seine Ausgangsposition das aus der Rückhubkammer durch den Tauchkolben mit Niederhalter verdrängte Volumen an Hydraulikflüssigkeit der Rückhubkammer des doppelt wirkenden Zylinders zugeführt. Dieser zusätzliche Volumenstrom sorgt ebenfalls für eine beschleunigte Rückstellung des Kolbens mit Stempel in seine Ausgangsposition. Diese gezielte Umleitung von Volumenströmen an Hydraulikflüssigkeit erzeugt eine schnellere Bewegung des Kolbens mit Stempel sowie des Tauchkolbens mit Niederhalter, wodurch die Taktzeit eines Fügevorgangs im Vergleich zum Stand der Technik reduziert wird.

[0019] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Fügeverfahrens erfolgt ein Mitschleppen des Tauchkolbens mit Niederhalter durch den Kolben mit Kolbenstange und Stempel, wenn sich der Kolben in seine Ausgangsposition zurück bewegt. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, den oben genannten Schritt e) dann zu starten, sobald das Mitschleppen des Tauchkolbens mit Niederhalter erfolgt und der Tauchkolben Hydraulik-flüssigkeit aus der Niederhalterkammer verdrängt.

[0020] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens wird vor dem Start von Schritt a) ein Überdruck-Hydraulikvolumen im Pumpschlauch unter erhöhtem Druck im Vergleich zu einem Hydraulikdruck im Pumpschlauch während der Bewegung von Stempel und Niederhalter im Schritt a) erzeugt und das Überdruck-Hydraulikvolumen beim Start von Schritt a) entspannt, sodass die Bewegung des Kolbens mit Stempel und des Tauchkolbens mit Niederhalter beschleunigt wird. Wie bereits oben erwähnt worden ist, dient zumindest der Pumpschlauch als Energiespeicher für ein unter Druck stehendes Volumen an Hydraulikflüssigkeit. Dies basiert auf dem flexiblen Material, aus dem der Pump- und der Tankschlauch aufgebaut sind. Zudem wird diese Flexibilität der Schläuche gezielt dadurch ausgenutzt, dass Ventile im Verlauf des Pumpschlauchs und/oder des Tankschlauchs angeordnet werden, sodass ein bestimmtes Volumen an Hydraulikflüssigkeit in dem Bereich zwischen diesen Ventilen unter einem vorgewählten Druck oder Restdruck nach Beendigung eines Setzvorgangs eingeschlossen werden kann. Die auf diese Weise in dem Hydraulikvolumen gespeicherte Energie wird gezielt dadurch freigegeben, dass zumindest eins der Ventile zu einem gezielten Zeitpunkt geöffnet wird, sodass sich das unter Druck stehende Hydraulikvolumen in Richtung des geöffneten Ventils entspannt und dieses Hydraulikvolumen zur Unterstützung der Bewegung des Stempels und/oder des Niederhalters beiträgt.

[0021] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens werden die Hydraulikflüssigkeit und die Komponenten des Kreislaufs der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere der Ventilblock, die Ventile und die Schläuche, auf eine gewünschte Betriebstemperatur erwärmt, in dem die Hydraulikflüssigkeit über den Pumpschlauch, ein Überdruckventil im Ventilblock und den Tankschlauch in den Tank gepumpt wird und sich durch eine Druckerhöhung vor und eine Druckentlastung nach dem Überdruckventil erwärmt. Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere eine Stanzniet- oder eine Clinchverbindung, die mit dem oben beschriebenen Fügeverfahren oder dem oben beschriebenen hydraulisch betriebenen Setzgerät mit Hydraulikaggregat hergestellt worden ist.

4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnung

[0022] Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des hydraulisch betriebenen Setzgeräts mit Hydraulikaggregat,

Figur 2

eine vereinfachte Darstellung des hydraulisch betriebenen Setzgeräts aus Figur 1,

Figur 3

eine Darstellung von einzelnen Sequenzen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens und

Figur 4

eine bevorzugte Ausführungsform des Fügeverfahrens in Form eines Flußdiagramms.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

[0023] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des hydraulisch betriebenen Setzgeräts S mit Hydraulikaggregat 10. Das Hydraulikaggregat 10 umfasst einen Tank 14 mit einer bekannten Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Öl. Zudem weist das Hydraulikaggregat eine Pumpe 12 auf, mit der über eine Leitung 13 Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 14 zum Setzgerät S gepumpt wird. Die Hydraulikflüssigkeit wird über einen Pumpschlauch 16 zum Setzgerät S gefördert. Vom Setzgerät S zurückströmende Hydraulikflüssigkeit gelangt über einen Tankschlauch 18 in den Tank 14 für Hydraulikflüssigkeit.

[0024] Zwischen dem Hydraulikaggregat 10 und dem Setzgerät S ist ein Ventilblock 20 angeordnet, der die Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit steuert, die zwischen Hydraulikaggregat 10 und Setzgerät S ausgetauscht werden. Der Ventilblock 20 steuert über eine Mehrzahl von Ventilen den Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit vom Hydraulikaggregat 10 in die unterschiedlichen Bereichen 34, 36, 44 des Setzgeräts S. Zudem steuert der Ventilblock die unterschiedlichen Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit zwischen den unterschiedlichen Bereichen 34, 36, 44 des Setzgeräts sowie vom Setzgerät S zum Tank 14 des Hydraulikaggregats 10.

[0025] Das Setzgerät S weist einen doppelt wirkenden Zylinder 30 auf. Ein Kolben 32 des doppelt wirkenden Zylinders 30 unterteilt den doppelt wirkenden Zylinder 30 in eine Vorhubkammer 34 und eine Rückhubkammer 36. Der Kolben 32 ist gemäß Figur 1 an seiner Unterseite mit einer Kolbenstange versehen, die mit einem Stempel 38 verbunden ist. Aufgrund dieser Konstruktion ist die Kolbenfläche A₁ angrenzend an die Vorhubkammer 34 größer als die Kolbenfläche A₂ angrenzend an die Rückhubkammer 36.

[0026] Zudem umfasst das Setzgerät S einen einfach wirkenden Zylinder 40. In einer Niederhalterkammer 44 des einfach wirkenden Zylinders 40 ist ein Tauchkolben oder Plungerkolben 42 angeordnet. Der Tauchkolben 42 ist mit einem Niederhalter 48 verbunden, der zum Fixieren von zu verbindenden Bauteilen B vor, während und/oder nach dem Verbinden der Bauteile B dient.

[0027] Das Setzgerät S ist mit einem Industrie-Roboter R verbunden, der das Setzgerät S zu den jeweiligen Fügestellen bewegt. Vorzugsweise weist das Setzgerät S einen C-Rahmen auf. Es versteht sich, dass das Setzgerät S ebenfalls mit einem Kraftsensor und einem Wegsensor ausgestattet ist, um während der Fügevorgänge die durch den Stempel 38 aufgebrachte Fügekraft sowie den durch den Stempel 38 zurückgelegten Weg zu erfassen. In gleicher Weise ist es bevorzugt, das Setzgerät S mit einer Zuführvorrichtung für Verbindungselemente, insbesondere Stanzniete oder Bolzen, auszustatten. Die Zuführvorrichtung ist dafür ausgelegt, Verbindungselemente einer oder unterschiedlicher Geometrien dem Setzgerät S zuzuführen.

[0028] Das Setzgerät S stellt durch Bewegen des Stempels 38 in Setzrichtung, das heißt in Richtung der Bauteile B, eine Verbindung zwischen den Bauteilen B her. Diese Verbindung wird beispielsweise mithilfe von Stanznieten oder Bolzen realisiert, während es ebenfalls bevorzugt ist, durch Clinchen eine Verbindung zwischen den Bauteilen B herzustellen.

[0029] Der Ventilblock 20 zur Steuerung der Volumenströme der Hydraulikflüssigkeit und somit der sich daraus ergebenden Drücke der Hydraulikflüssigkeit in der Vorhub- 34, Rückhub-36 und Niederhalterkammer 44 ist benachbart zum Setzgerät S und entfernt zum Hydraulikaggregat 10 angeordnet. Daher weisen der Pumpschlauch 16 und der Tankschlauch 18 eine bevorzugte Länge von 5-30 m zwischen dem Hydraulikaggregat 10 und dem Ventilblock 20 auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen der Pumpschlauch 16 und der Tankschlauch 18 eine Länge von ungefähr 15-20 m auf.

[0030] Gemäß einer Alternative vorliegender Erfindung ist der Ventilblock 20 benachbart zum Setzgerät S angeordnet, d. h. der Ventilblock 20 ist vorzugsweise am Setzgerät S befestigt oder in die Zylinderanordnung 30, 40 des Setzgeräts S integriert. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilblock 20 auf dem C-Rahmen des Setzgeräts S oder auf dem Roboter R angrenzend an das Setzgerät S angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung des Ventilblocks 10 sind für die Hydraulikleitungen 52, 54, 56 nur noch Schlauchlängen von 0,15-6 m, vorzugsweise von 0,3-3 m, erforderlich, die den Ventilblock mit der Vorhub- 32, der Rückhub- 36 und der Niederhalterkammer 44 verbinden. Diese konstruktive Ausgestaltung wird auch bevorzugt ergänzend zur unten beschriebenen weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Setzgeräts S genutzt.

[0031] Mithilfe des Pumpschlauchs 16 und des Tankschlauchs 18 ist das Setzgerät S mit dem Hydraulikaggregat 10 verbunden. Die oben genannte Länge des Pumpschlauchs 16 und des Tankschlauchs 18 gewährleistet eine beliebige Anordnung des Hydraulikaggregats 10, bei der trotzdem eine verlässliche Versorgung des Setzgeräts S mit Hydraulikflüssigkeit sichergestellt ist. Der Pumpschlauch 16 und der Tankschlauch 18 gewährleisten, dass ein ausreichend großes Volumen an Hydraulikflüssigkeit am Ventilblock 20 für die Steuerung des Setzgeräts S durch den Ventilblock 20 vorhanden ist.

[0032] Die im Vergleich zum Pump- 16 und Tankschlauch 18 relativ kurzen Verbindungsschläuche oder - leitungen 52, 54, 56 zwischen dem Ventilblock 20 und dem Setzgerät S realisieren ein schnelleres Erreichen des Setzgeräts S durch den angesteuerten Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit sowie einen schnelleren Druckaufbau in der Hydraulikflüssigkeit im Setzgerät S im Vergleich zu längeren Schläuchen. Der schnellere Druckaufbau und die damit verbundenen kürzeren Schaltzeiten für den Betrieb des Setzgeräts S resultieren in verkürzte Taktzeiten zum Herstellen einer Verbindung verglichen mit herkömmlichen Setzgeräten.

[0033] Vorzugsweise wird der doppelt wirkende Zylinder 30 in einer ersten Differentialschaltung betrieben. Zu diesem Zweck sind die an die Vorhubkammer 34 und die Rückhubkammer 36 angrenzenden Flächen A₁ und A₂ des Kolbens 32 unterschiedlich groß ausgebildet. Liegt beispielsweise der gleiche Hydraulikdruck in der Vorhub- 34 und Rückhubkammer 36 an, wirken aufgrund der unterschiedlich großen Flächen A₁, A₂ des Kolbens 32 an beiden Seiten des Kolbens 32 entgegengesetzte unterschiedlich große Kräfte die den Kolben 32 bewegen. Gemäß einer Ausführungsform liegt das Flächenverhältnis Φ der Flächen A₁ zu A₂ des Kolbens 32 des doppelt wirkenden Zylinders 30 im Bereich von 1,1-1,8, vorzugsweise bei 1,15 bis 1,4.

[0034] Die unterschiedlich großen Kräfte an den Flächen A₁, A₂ des Kolbens 32 haben zur Folge, dass der Kolben 32 in die Richtung der größeren Kraft bewegt wird. Die durch die Wirkung der größeren Kraft erzeugte Bewegung des Kolbens 32 wird bevorzugt noch damit unterstützt, dass ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit in die Kammer 34, 36, 44 der größeren Kraftwirkung eingeleitet wird. Auf diese Weise wird die Bewegung des Kolbens 32 beschleunigt ohne dass die Kraftwirkung wesentlich verändert wird.

[0035] Gemäß einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Setzgeräts werden die Rückhubkammer 36 und die Niederhalterkammer 44 über eine zweite Differentialschaltung miteinander verbunden. Diese konstruktive Ausgestaltung wird auch bevorzugt ergänzend zur oben beschriebenen Alternative des erfindungsgemäßen Setzgeräts S genutzt.

[0036] Die Unterseite A₂ des Kolbens 32 und die Oberseite des Tauchkolbens 42 haben vorzugsweise ein Flächenverhältnis Φ₂ von 1,5-5, vorzugsweise 1,8-3,6.

[0037] Zur Unterstützung der ersten und zweiten Differentialschaltung sind die Kolbenstange des Kolbens 32 mit Stempel 38 und der Tauchkolben 42 mit Niederhalter 48 mechanisch miteinander gekoppelt. Die mechanische Kopplung 39 ist derart ausgestaltet, dass der Tauchkolben 42 mit Niederhalter 48 bei einer Bewegung in Setzrichtung also auf die Bauteile B zu, den Kolben 32 über die Kolbenstange und den Stempel 38 mitschleppt. Bei einer Bewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 entgegen der Setzrichtung, also von den Bauteilen B weg, schleppt der Kolben 32 über den Stempel 38 den Tauchkolben 42 und den Niederhalter 48 mit.

[0038] Durch das Mitschleppen wird Hydraulikflüssigkeit als ein Volumenstrom aus der Rückhubkammer 36 oder der Niederhalterkammer 44 verdrängt. Die Pumpe 12 wird zunächst über den Pumpschlauch 16 mit der Vorhubkammer 34 verbunden und führt ihr einen konstanten Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit zu. Um die durch die erste Differentialschaltung erzeugte Bewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 in Setzrichtung zu unterstützen bzw. zu beschleunigen, wird die aus der Rückhubkammer 36 verdrängte Hydraulikflüssigkeit der Vorhubkammer 34 zugeführt. In einem anderen Betriebszustand wird die Pumpe 12 über den Pumpschlauch 16 mit der Rückhubkammer 36 verbunden, sodass der Stempel 38 den Niederhalter 48 mitschleppt. Um die durch die zweite Differentialschaltung erzeugte Bewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 entgegen der Setzrichtung zu unterstützen und zu beschleunigen, wird die aus der Niederhalterkammer 44 verdrängte Hydraulikflüssigkeit der Rückhubkammer 36 zugeführt. Der jeweils gesteigerte Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit sorgt für eine Beschleunigung der bereits stattfindenden Bewegung des Kolbens 32 in die eine oder andere Richtung.

[0039] Um die Druckzustände in den unterschiedlichen Kammern 34, 36 und 44 des Setzgeräts S verlässlich überwachen zu können, sind zumindest die Vorhubkammer 34 und die Niederhalterkammer 34 jeweils mit einem separaten Drucksensor verbunden. Es ist ebenfalls bevorzugt, auch die Rückhubkammer 36 mit einem Drucksensor auszustatten.

[0040] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dient der Ventilblock 20 nicht nur der Verbindung von Pumpschlauch 16 und Tankschlauch 18 mit dem Setzgerät S. Vielmehr realisiert der Ventilblock 20 auch eine Zugentlastung in Bezug auf den Pumpschlauch 16 und den Tankschlauch 18, sodass die über den Pumpschlauch 16 und den Tankschlauch 18 erzeugten Zugkräfte nicht auf das Setzgerät S übertragen werden.

[0041] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilblock 20 mit seiner Mehrzahl an Ventilen in die Zylinderanordnung 30, 40 bestehend aus dem doppelt wirkenden Zylinder 30 und dem einfach wirkenden Zylinder 40 integriert. Auf dieser konstruktiven Grundlage muss der Ventilblock 20 nicht als ein separates Teil auf dem Setzgerät S oder in näherer Umgebung zum Setzgerät S, beispielsweise auf dessen C-Rahmen oder Roboter R, angeordnet werden. Der Pumpschlauch 16 und der Tankschlauch 18 werden dann direkt an der Zylinderanordnung 30, 40 des Setzgeräts S mit integriertem Ventilblock 20 angeschlossen. Auf dieser konstruktiven Grundlage ist es möglich, die Störkontur des Setzgeräts S weiter zu reduzieren, um eine größere Flexibilität beim Erreichen von Fügestellen zu erlangen, an dem Bauteile B miteinander verbunden werden sollen.

[0042] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens geht aus den Figuren 2-4 hervor. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Fügeverfahrens anhand von sechs ausgewählten Zuständen des Setzgeräts S, die die aufeinander folgenden Prozessschritte 1-6 veranschaulichen. Figur 2 enthält die Erläuterung des schematisch in Figur 3 dargestellten hydraulisch betriebenen Setzgeräts S. Figur 4 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens in einem Flußdiagramm.

[0043] Bezugnehmend auf Figur 2 ist das hydraulisch betriebene Setzgerät S vereinfacht schematisch dargestellt. Auf die Darstellung des Hydraulikaggregats 10 wurde in diesem Fall verzichtet. Es ist aber selbstverständlich, dass das in Figur 2 dargestellte hydraulisch betriebene Setzgerät S über den Pumpschlauch 16 sowie den Tankschlauch 18 des Hydraulikaggregats 10 mit der Pumpe 12 und dem Tank 14 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird.

[0044] Das hydraulisch betriebene Setzgerät S der Figur 2 umfasst den doppelt wirkenden Zylinder 30 in dem der Kolben 32 angeordnet ist. Der Kolben 32 unterteilt den doppelt wirkenden Zylinder 30 in die Vorhubkammer 34 und die Rückhubkammer 36. Die Vorhubkammer 34 wird mit Hydraulikflüssigkeit über den Anschluss bzw. die Leitung 52 versorgt, während die Rückhubkammer 36 über den Anschluss bzw. die Leitung 54 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Der Kolben 32 ist einseitig mit einer Kolbenstange verbunden, die wiederum mit dem Stempel 38 verbunden ist. Zudem weist das hydraulisch betriebene Setzgerät S den einfach wirkenden Zylinder 40 auf, in dem der Tauchkolben oder Plungerkolben 42 angeordnet ist. Der Tauchkolben 42 bewegt sich innerhalb der Niederhalterkammer 44, die über den Anschluss bzw. die Leitung 56 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Der Tauchkolben 42 ist mit dem Niederhalter 48 verbunden. Kolbenstange bzw. Stempel 38 und Niederhalter 48 sind an der Stelle mit dem Bezugszeichen 39 mechanisch derart miteinander gekoppelt, dass der Niederhalter bei einer Bewegung in Setzrichtung den Kolben 32 mitschleppt und bei einer Bewegung des Kolbens 32 entgegen der Setzrichtung der Stempel 38 den Niederhalter 48 und den Tauchkolben 42 mitschleppt. An der Unterseite des Stempels 38 gesehen in Setzrichtung ist schematisch ein Stanzniet N angeordnet. Bei weiterer Bewegung des Stempels in Setzrichtung wird der Stanzniet N in die Bauteile B gesetzt. Das hydraulisch betriebene Setzgerät S ist mit dem Hydraulikaggregat 10 verbunden, dessen Pumpe 12 mit einer konstanten Förderrate Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 14 über den Ventilblock 20 zum Setzgerät S fördert. Die Förderrate der Pumpe 12 liegt vorzugsweise im Bereich vom 15-30 L/min.

[0045] In einem optionalen Vorbereitungsschritt für das hydraulisch betriebene Setzgerät S wird die Hydraulikflüssigkeit im Schritt S0 erwärmt, um Betriebsschwankungen aufgrund von Änderungen der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird die Hydraulikflüssigkeit in einem Kreislauf zwischen dem Hydraulikaggregat 10 und dem Ventilblock 20 bewegt. Der Ventilblock 20 verhindert durch eine Sperrung der Leitungen 52, 54, 56, dass die zu erwärmende Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät S gelangt. Innerhalb des Ventilblocks 20 ist ein Überdruckventil, vorzugsweise ein einstellbares Proportionalventil, vorgesehen. Die Pumpe 12 pumpt die Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 14 über die Pumpleitung 16 bis zum Ventilblock 20. Durch das Überdruckventil wird die Hydraulikflüssigkeit blockiert, sodass der Druck am Ventilblock 20 steigt. Vorzugsweise steigt der Druck bis in einen Bereich von 70-150 bar in der Hydraulikflüssigkeit, weiter bevorzugt bis zu 125 bar. Sobald der Druck in der Hydraulikflüssigkeit am Ventilblock 20 den eingestellten Druckwert übersteigt, gibt das Überdruckventil die Hydraulikleitung frei, sodass sich nach dem Überdruckventil der Druck in der Hydraulikflüssigkeit abbaut und die Hydraulikflüssigkeit über die Tankleitung 18 zurück in den Tank 14 strömt. Da der Ventilblock 20 unmittelbar am Setzgerät S angeordnet ist, wird ca. 90 % der Hydraulikflüssigkeit im Kreislauf über das Überdruckventil im Ventilblock 20 bewegt. Da der Druck in der Hydraulikflüssigkeit vor dem Überdruckventil steigt und nach dem Überdruckventil wieder sinkt, erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit durch die Druckveränderung. Bei einer Druckänderung von 100 bar erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit um 6 K.

[0046] Es ist bevorzugt, die Hydraulikflüssigkeit in einem Zeitraum von 20-15 min in dem Kreislauf zwischen Hydraulikaggregat 10 und Überdruckventil des Ventilblocks 20 zu bewegen, bis die gewünschte Betriebstemperatur von vorzugsweise 30-60°C, insbesondere ca. 40°C, der Hydraulikflüssigkeit erreicht ist. Während der Zirkulation der erwärmten Hydraulikflüssigkeit werden ebenfalls der Pumpschlauch 16, der Tankschlauch 18, der Ventilblock 20 und die darin angeordneten Ventile erwärmt und auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht. Die in dem Setzgerät S verbliebene Menge an Hydraulikflüssigkeit ist im Vergleich zu der erwärmten Menge an Hydraulikflüssigkeit relativ gering, sodass sie sich bei Betrieb des Setzgeräts mit der erwärmten Hydraulikflüssigkeit vermischt und dadurch ebenfalls kurzfristig die Betriebstemperatur der erwärmten Hydraulikflüssigkeit erreicht. Dabei wird dann auch die Zylinderanordnung 30, 40 des Setzgeräts S auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht.

[0047] Die in Figur 3 dargestellten Komponenten des hydraulisch betriebenen Setzgeräts S entsprechen den Komponenten des Setzgeräts S aus Figur 2. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in Figur 3 auf die Bezugszeichen verzichtet. Eine bevorzugte Ausführungsform des Fügeverfahrens läuft in den folgenden Schritten ab:

[0048] Zunächst wird dem Setzgerät S ein Hilfsfügeteil N, beispielsweise ein Stanzniet oder Bolzen zugeführt.

[0049] Im Schritt S1 des in Figur 3 veranschaulichten Fügeverfahrens werden die Vorhubkammer 34 und die Niederhalterkammer 44 über die Pumpe 12 und die Anschlüsse 52 und 56 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Bevorzugt ist der Vorhubkammer 34 und der Niederhalterkammer 44 jeweils ein Proportionalventil vorgeschaltet, um den maximalen Druck der Hydraulikflüssigkeit in beiden Kammern einstellen zu können. Gemäß einer Ausführungsform ist der Hydraulikdruck im Bereich von 20-80 bar eingestellt.

[0050] Zudem wird die Rückhubkammer 36 mit der Vorhubkammer 34 und optional mit der Niederhalterkammer 44 verbunden. Aus dieser Verbindung resultiert der gleiche Hydraulikdruck in der Vorhubkammer 34, der Rückhubkammer 36 und der Niederhalterkammer 44. Die Unterschiede in den Kolbenflächen A₁ und A₂ des Kolbens 32 (siehe oben) bewirken, dass der Kolben 32 mit Stempel 38 in Setzrichtung bewegt wird. Über die mechanische Kopplung 39 zwischen dem Niederhalter 48 und dem Stempel 38 schleppt der Niederhalter 48 den Stempel 38 mit Kolben 32 mit. Der Tauchkolben 42 trägt auf diese Weise zur Bewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 in Setzrichtung bei. Die Verbindung zwischen der Rückhubkammer 36 und der Vorhubkammer 34 und Niederhalterkammer 44 sorgt für einen erhöhten Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit in die Vorhubkammer 34 und die Niederhalterkammer 44, da die aus der Rückhubkammer 34 verdrängte Hydraulikflüssigkeit dorthin umgeleitet wird. Dies beschleunigt die Bewegung des Kolbens 32 und des Tauchkolbens 42 in Setzrichtung im Vergleich zum Betrieb ohne Strömungsverbindung zwischen den Kammern 34, 36, 44.

[0051] Sobald der Niederhalter 48 auf den Bauteilen B aufsetzt, fließt die aus der Rückhubkammer 36 verdrängte Hydraulikflüssigkeit allein in die Vorhubkammer 34. Der Niederhalter 48 wird über den Tauchkolben 42 und den an der Niederhalterkammer 44 anliegenden Hydraulikdruck im Bereich von 0-120 bar auf die Bauteile B gedrückt und hält diese fest. In gleicher Weise ist es bevorzugt, den Druck in der Niederhalterkammer 44 zu reduzieren, sodass der Niederhalter 48 ohne Kraftwirkung lediglich auf den Bauteilen B aufliegt. Diese Situation ist in der mit 2 überschriebenen schematischen Darstellung der Figur 3 gezeigt.

[0052] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Fügeverfahrens liefert die Pumpe 12 einen Hydraulikvolumenstrom von 23 L/min. Im Schritt S1 (vgl. Figur 3) teilt sich dieser von der Pumpe 12 gelieferte Hydraulikvolumenstrom auf die Vorhubkammer 34 und die Niederhalterkammer 44 auf. Daher wird vorzugsweise die Vorhubkammer 34 mit einem Hydraulikvolumenstrom von 9 L/min und die Niederhalterkammer 44 mit einem Hydraulikvolumenstrom von 14 L/min versorgt. Durch die Umleitung der aus der Rückhubkammer 36 verdrängten Hydraulikflüssigkeit in die Vorhubkammer 34 erhöht sich der den Kolben 32 bewegende Hydraulikvolumenstrom auf ca. 36 L/min.

[0053] Es ist ebenfalls bevorzugt, im Schritt S2 die Rückhubkammer 36 über die Tankleitung 18 mit dem Tank 14 zu verbinden. Auf diese Weise wird der Hydraulikdruck in der Rückhubkammer 36 weitestgehend reduziert, da die aus der Rückhubkammer 36 verdrängte Hydraulikflüssigkeit nahezu widerstandslos in den Tank 14 abfließen kann.

[0054] Im Schritt S3 liegt über die Leitung 56 ein Hydraulikdruck im Bereich von 0-100 bar an der Niederhalterkammer 44 an. In Abhängigkeit von dem gewählten Hydraulikdruck fixiert der Niederhalter 48 die Bauteile B unterschiedlich stark oder gar nicht. Während im Schritt S3 die Rückhubkammer 36 weiterhin mit dem Tank 14 verbunden und dadurch nahezu drucklos ist, wird in der Vorhubkammer 34 ein Hydraulikdruck im Bereich von 50-250 bar erzeugt. In Abhängigkeit von der Größe der Fläche A₁ des Kolbens 32 resultiert die Kraft, mit der der Stempel 38 das Hilfsfügeteil N, in die Bauteile B setzt.

[0055] Nachdem im Schritt S3 die Verbindung zwischen den Bauteilen B hergestellt bzw. der Stanzniet N gesetzt worden ist, wird vorzugsweise durch den Niederhalter 48 allein oder in Kombination mit dem Stempel 38 noch einmal Kraft auf die Bauteile B und die Fügestelle aufgebracht. Dazu wird gleichzeitig der Hydraulikdruck in der Vorhubkammer 34 und in der Niederhalterkammer 44 erhöht. Gemäß einer anderen Ausführungsform vorliegenden Fügeverfahrens wird der Hydraulikdruck in der Vorhubkammer 34 reduziert und der Hydraulikdruck in der Niederhalterkammer 44 auf einen Wert im Bereich von 50-100 bar erhöht. Auf diese Weise bringt lediglich der Niederhalter 48 im Bereich der Fügestelle eine Kraft auf.

[0056] Gemäß Schritt S4 ist es ebenfalls bevorzugt, eine Kraft durch erhöhten Hydraulikdruck in der Niederhalterkammer 44 durch den Niederhalter 48 auf die Fügestelle aufzubringen, während gleichzeitig die Rückstellbewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 beginnt. Für die Rückstellbewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 wird die Vorhubkammer 34 mit dem Tank 14 verbunden, um ein Verdrängen der Hydraulikflüssigkeit aus der Vorhubkammer 34 mit geringem Strömungswiderstand zu gewährleisten. Gleichzeitig wird über die Pumpe 12 ein Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit in den Anschluss 54 geleitet, also in die Rückhubkammer 36. Die mit einem bevorzugten Druck im Bereich von ungefähr 50 bar in die Rückhubkammer 36 eingeleitete Hydraulikflüssigkeit bewegt den Kolben 32 mit Stempel 38 entgegen der Setzrichtung von den Bauteilen B weg.

[0057] Sobald der Stempel 38 bei seiner Bewegung entgegensetzt zur Setzrichtung eine bestimmte Position erreicht hat, schleppt er über die mechanische Kopplung 39, beispielsweise einen Hinterschnitt im Stempel 38, den Niederhalter 48 mit. Um die für diese Bewegung erforderliche höhere Kraft für die Bewegung von Kolben 32 mit Stempel 38 und mitgeschlepptem Niederhalter 48 bereitzustellen, wird vorzugsweise der Hydraulikdruck in der Rückhubkammer 36 auf ungefähr 80-120 bar, vorzugsweise 100 bar, erhöht.

[0058] Das Mitschleppen des Niederhalters 48 und somit des Tauchkolbens 42 durch den Stempel 38 verdrängt Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer 44. Vorzugsweise wird der Volumenstrom der aus der Niederhalterkammer 34 verdrängten Hydraulikflüssigkeit in die Rückhubkammer 36 umgeleitet, indem die Anschlüsse 54 und 56 miteinander verbunden werden. Durch Verbinden der Rückhubkammer 36 und der Niederhalterkammer 44 miteinander liegt der gleiche Hydraulikdruck in der Rückhubkammer 36 und der Niederhalterkammer 44 an. Aufgrund der größeren Fläche A₂ an der Unterseite des Kolbens 32 im Vergleich zur Fläche des Tauchkolbens 42 resultiert eine Kraft, die den Kolben 32 zusammen mit dem Tauchkolben 42 entgegengesetzt zur Setzrichtung bewegt. Zudem unterstützt der Volumenstrom der aus der Niederhalterkammer 44 verdrängten Hydraulikflüssigkeit in die Rückhubkammer 36 die Rückstellbewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 und mitgeschlepptem Niederhalter 48.

[0059] Es ist bevorzugt, dass die Pumpe 12 für die Rückstellbewegung des Kolbens 32 mit Stempel 38 einen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit von 23 L/min bereitstellt. Dieser durch die Pumpe 12 bereitgestellte Volumenstrom wird ergänzt durch einen Volumenstrom von ca. 21 L/min an verdrängter Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer 44, sodass sich ein den Kolben 32 zurückstellender Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit von ca. 44 L/min ergibt. Der gesteigerte Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit für die Rückstellung des Kolbens 32 und somit des Stempels 38 sorgt für eine Verkürzung der Taktzeit eines Fügevorgangs.

[0060] Nachdem der Kolben 32 und der Tauchkolben 42 im Schritt S6 ihre Ausgangsposition erreicht haben wird die Niederhalterkammer 44 mit dem Tank 14 verbunden.

[0061] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens wird nach Beendigung des Setzvorgangs verhindert, dass sich der in den Hydraulikleitungen zur Versorgung der Vorhubkammer 34 und/oder der Niederhalterkammer 44 noch befindliche Restdruck in der Hydraulikflüssigkeit vollständig abbaut. Vorzugsweise wird mithilfe eines Rückschlagventils, das am Hydraulikaggregat 10 angeordnet ist und einem weiteren Ventil im Ventilblock 20 die Hydraulikflüssigkeit mit einem Restdruck von 30-200 bar, vorzugsweise 50-100 bar, im Pumpschlauch 16 eingeschlossen. Da verhindert wird, dass der Hydraulik-Restdruck im Pumpschlauch 16 abgebaut wird, kann die auf diese Weise im Pumpschlauch 16 gespeicherte Energie in der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit für den folgenden Setzvorgang genutzt werden. So wird bevorzugt das unter Druck stehende und im Pumpschlauch 16 eingeschlossene Hydraulikvolumen zu Beginn des Schritts S 1 in die Vorhubkammer 34 und/oder die Niederhalterkammer 44 freigegeben. Diese gezielte Freigabe des Hydraulikvolumens mit Restdruck aus dem Pumpschlauch 16 erzeugt eine beschleunigte Zustellbewegung des Kolbens 32 in Setzrichtung. Dadurch wird einerseits Restenergie aus dem abgeschlossenen Setzvorgang gespeichert und andererseits diese Energie über die Einleitung der Hydraulikflüssigkeit unter Restdruck im Schritt S 1 zur beschleunigten Zustellung von Stempel 38 und/oder Niederhalter 48 verwendet. Diese beschleunigte Zustellung von Stempel 38 und/oder Niederhalter 48 führt wiederum zu einer Verkürzung der Taktzeit im Vergleich zum Betrieb des Setzgeräts S ohne die Zuleitung des unter Restdruck eingeschlossenen Volumens an Hydraulikflüssigkeit.

Ansprüche

1. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) mit einem Hydraulikaggregat (10) zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (B), insbesondere ein Nietsetzgerät, das die folgenden Merkmale umfasst:

a. das Hydraulikaggregat (10) mit

a1. einem Tank (14) für Hydraulikflüssigkeit,

a2. einer Pumpe (12) zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät (S),

a3. mindestens einem Pumpschlauch (16), der den Tank (14) über die Pumpe (12) und einen Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet, und mindestens einem Tankschlauch (18), der den Tank (14) über den Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet,

b. einen doppelt wirkenden Zylinder (30) mit einer Vorhubkammer (34) und einer Rückhubkammer (36), in denen der Kolben (32) mit Kolbenstange bewegbar angeordnet ist, der einen Stempel (38) des Setzgeräts (S) bewegt,

c. einen einfach wirkenden Zylinder (40) mit einer Niederhalterkammer (44), in der ein Tauchkolben (42) bewegbar angeordnet ist, der einen Niederhalter (48) bewegt, wobei

d. der Ventilblock (20) eine Mehrzahl von Ventilen umfasst, über die die Rückhubkammer (36) mit der Pumpe (12) und der Niederhalterkammer (44) verbindbar ist, sodass ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer (44) eine Rückstellbewegung des Kolbens (32) unterstützt.

2. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß Anspruch 1, in dem der Ventilblock (20) benachbart zum Setzgerät (S) angeordnet ist, sodass der Pumpschlauch (16) und der Tankschlauch (18) zwischen Tank (14) und Ventilblock (20) eine Länge von 5-30 m, vorzugsweise 8-22 m, aufweisen.

3. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem der Ventilblock (20) über eine Mehrzahl von Schläuchen mit mindestens der Vorhub- (34), der Rückhub- (36) und der Niederhalterkammer (44) verbunden ist, die jeweils eine Länge von 0,15-6 m, vorzugsweise von 0,3 bis 3 m, aufweisen.

4. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) mit einem Hydraulikaggregat (10) zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (B), insbesondere ein Nietsetzgerät, das die folgenden Merkmale umfasst:

a. das Hydraulikaggregat (10) mit

a1. einem Tank (14) für Hydraulikflüssigkeit,

a2. einer Pumpe (12) zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät (S),

a3. mindestens einem Pumpschlauch (16), der den Tank (14) über die Pumpe (12) und einen Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet, und mindestens einem Tankschlauch (18), der den Tank (14) über den Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet,

b. einen doppelt wirkenden Zylinder (30) mit einer Vorhubkammer (34) und einer Rückhubkammer (36), in denen der Kolben (32) mit Kolbenstange bewegbar angeordnet ist, der einen Stempel (38) des Setzgeräts (S) bewegt,

c. einen einfach wirkenden Zylinder (40) mit einer Niederhalterkammer (44), in der ein Tauchkolben (42) bewegbar angeordnet ist, der einen Niederhalter (48) bewegt, wobei

d. der Ventilblock (20) benachbart zum Setzgerät (S) angeordnet und über eine Mehrzahl von Schläuchen mit mindestens der Vorhub- (34), der Rückhub- (36) und der Niederhalterkammer (44) verbunden ist, die jeweils eine Länge von 0,15-6 m, vorzugsweise von 0,3 bis 3 m, aufweisen.

5. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß Anspruch 4, in dem der Pumpschlauch (16) und der Tankschlauch (18) zwischen Tank (14) sowie Pumpe (12) und Ventilblock (20) eine Länge von 5-30 m, vorzugsweise 8-22 m, aufweisen.

6. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß Anspruch 4 oder 5, in dem der Ventilblock (20) eine Mehrzahl von Ventilen umfasst, über die die Rückhubkammer (36) mit der Pumpe (12) und der Niederhalterkammer (44) verbindbar ist, sodass ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer (44) eine Rückstellbewegung des Kolbens (32) unterstützt.

7. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Niederhalter (48) derart mit dem Stempel (38) mechanisch gekoppelt ist, dass der Stempel (38) den Niederhalter (48) bei einer Bewegung entgegengesetzt zu einer Setzrichtung mitschleppt und/oder der Niederhalter (48) den Stempel (38) bei einer Bewegung in Setzrichtung mitschleppt.

8. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kolben (32) ein Flächenverhältnis zwischen Kolbenfläche (A₁) ohne und (A₂) mit Kolbenstange von 1,1 ≤ Φ ≤ 1,8 aufweist.

9. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kolben (32) ein Flächenverhältnis zwischen Kolbenfläche (A₂) mit Kolbenstange und Kolbenfläche des Tauchkolbens (42) von 1,5 ≤ Φ ≤ 5 aufweist.

10. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Ventilblock (20) mindestens zwei Drucksensoren aufweist, mit denen ein Druck in jeweils der Vorhubkammer (34) und der Niederhalterkammer (44) erfassbar ist.

11. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Ventilblock (20) als Zugentlastungskomponente für das Setzgerät (S) in Bezug auf den angeschlossenen Pumpschlauch (16) und den angeschlossenen Tankschlauch (18) ausgestaltet ist.

12. Hydraulisch betriebenes Setzgerät (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Ventilblock (20) in eine Zylinderanordnung bestehend aus dem doppelt wirkenden Zylinder (30) und dem einfach wirkenden Zylinder (40) integriert ist, sodass keine Schläuche zwischen Ventilblock (20) und Vorhub- (34), Rückhub- (36) sowie Niederhalterkammer (44) erforderlich sind.

13. Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen (B), insbesondere Setzverfahren für einen Stanzniet (N), mithilfe eines hydraulisch betriebenen Setzgeräts (S) mit einem Hydraulikaggregat (10), dass die folgenden Merkmale umfasst: das Hydraulikaggregat (10) mit einem Tank (14) für Hydraulikflüssigkeit, einer Pumpe (12) zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit zum Setzgerät (S), mindestens einem Pumpschlauch (16), der den Tank (14) über die Pumpe (12) und einen Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet, und mindestens einem Tankschlauch (18), der den Tank (14) über den Ventilblock (20) mit dem Setzgerät (S) verbindet, einen doppelt wirkenden Zylinder (30) mit einer Vorhubkammer (34) und einer Rückhubkammer (36), in denen der Kolben (32) mit Kolbenstange zum Antrieb des Stempels (38) bewegbar angeordnet ist, einen einfach wirkenden Zylinder (40) mit einer Niederhalterkammer (44), in der ein Tauchkolben (42) zum Antrieb eines Niederhalters (48) bewegbar angeordnet ist, wobei der Ventilblock (20) eine Mehrzahl von Ventilen umfasst, über die die Rückhubkammer (36) mit der Pumpe (12) und der Niederhalterkammer (44) verbindbar ist, wobei das Setzverfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Einleiten eines ersten Hydraulik-Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit in die Vorhubkammer (34) und die Niederhalterkammer (44), sodass der Kolben (32) mit Stempel (38) und der Tauchkolben (42) mit Niederhalter (48) aus einer Ausgangsposition in Setzrichtung bewegt werden (S1),

b) Verbinden der Rückhubkammer (36) mit der Vorhubkammer (34) und der Niederhalterkammer (44) im Schritt a), sodass ein erster Hydraulik-Rückstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Rückhubkammer (36) in die Vorhubkammer (34) und/oder die Niederhalterkammer (44) umgeleitet wird (S1, S2),

c) Erhöhen des Hydraulik-Drucks in der Vorhubkammer (34), nachdem der Niederhalter (48) und der Stempel (38) an einem zu verbindenden Bauteil (B) angreifen, und Herstellen einer Verbindung durch Setzen des Befestigungselements (N) im Bauteil (B) oder Verformen des Bauteils (B) (S3),

d) Einleiten eines zweiten Hydraulik-Volumenstroms der Hydraulikflüssigkeit in die Rückhubkammer (36), sodass der Kolben (32) in Richtung Ausgangsposition bewegt wird (S4), und

e) Verbinden der Niederhalterkammer (44) mit der Rückhubkammer (36) im Schritt d), sodass ein zweiter Hydraulik-Rückstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer (44) in die Rückhubkammer (36) umgeleitet wird und die Bewegung des Kolbens (32) in die Ausgangsposition unterstützt (S5).

14. Fügeverfahren gemäß Anspruch 13, das den weiteren Schritt umfasst:

Mitschleppen des Tauchkolbens (42) mit Niederhalter (48) durch den Kolben (32) mit Kolbenstange und Stempel (38), wenn sich der Kolben (32) in seine Ausgangsposition zurückbewegt.

15. Fügeverfahren gemäß Anspruch 14, wobei Schritt e) gestartet wird, sobald das Mitschleppen des Tauchkolbens (42) mit Niederhalter (48) erfolgt und der Tauchkolben (42) Hydraulikflüssigkeit aus der Niederhalterkammer (44) verdrängt.

16. Fügeverfahren gemäß einem der Ansprüche 13-15, das den weiteren Schritt aufweist:

Vor dem Start von Schritt a) Erzeugen eines Überdruck-Hydraulikvolumens im Pumpschlauch (16) unter erhöhtem Druck im Vergleich zu einem Hydraulik-Druck im Pumpschlauch (16) während der Bewegung von Stempel (38) und Niederhalter (48) im Schritt a), und

Entspannen des Überdruck-Hydraulikvolumens beim Start von Schritt a), sodass die Bewegung des Kolbens (32) mit Stempel (38) und des Tauchkolbens (42) mit Niederhalter (48) beschleunigt wird.

17. Fügeverfahren gemäß Anspruch 13, bei dem Hydraulikvolumen im Pumpschlauch (16) nach abgeschlossenem Setzvorgang unter erhöhtem Druck im Pumpschlauch (16) zwischen Ventilen eingeschlossen wird, um das Überdruck-Hydraulikvolumen zu erzeugen.

18. Fügeverfahren gemäß einem der Ansprüche 10-14, das den weiteren Schritt umfasst:

Erwärmen der Hydraulik-Flüssigkeit und der Komponenten des Kreislaufs der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere des Ventilblocks (20), der Ventile, der Schläuche (16, 18), auf eine Betriebstemperatur, in dem die Hydraulikflüssigkeit über den Pumpschlauch (16), ein Überdruckventil im Ventilblock (20) und

den Tankschlauch (18) in den Tank (14) gepumpt wird und sich durch eine Druckerhöhung vor und eine Druckentlastung nach dem Überdruckventil erwärmt.

19. Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (B), insbesondere eine Stanzniet- oder Clinchverbindung, die mit dem Fügeverfahren gemäß einem der Ansprüche 10-15 hergestellt worden ist.

20. Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (B), insbesondere eine Stanzniet- oder Clinchverbindung, die mit dem hydraulisch betriebenen Setzgerät (S) gemäß einem der Ansprüche 1-9 hergestellt worden ist.

Zeichnung