Die Erfindung betrifft ein Hand-Blindnietsetzgerät und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der
Das Blindnieten ist ein mechanisches Fügeverfahren, bei dem ein Blindniet in ein vorgefertigtes Loch an zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen eingeführt und mit dem Blindnietsetzgerät plastisch verformt wird. Die Verformung des Blindniet erfolgt durch einen Nietdorn, der von dem Blindnietsetzgerät gezogen wird. Sobald die Verformung abgeschlossen ist, reißt der Nietdorn an einer Sollbruchstelle ab. Auf diese Weise entsteht eine kraftschlüssige Verbindung beider Bauteile. Der Blindniet umfasst demnach zwei Teile, eine Niethülse und einen Nietdorn.
Industrielle Blindnietsetzgeräteanordnungen werden in der Regel mittels folgender Einrichtungen realisiert: Übergeordnete Steuerung (z.B. Basisstation, Nietcontroller) für eines oder mehrere Nietsetzgeräte, ein Leistungsteil je nach Anforderung an die Leistungsabgabe der Nietsetzgeräte, ein oder mehrere Nietsetzgeräte. Die Nietsetzgeräte umfassen üblicherweise mindestens eine Zugvorrichtung zum Ziehen des Nietdorns, welche mittels eines Antriebs (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch) antreibbar ist. Der Nietdorn wird mittels Spannbacken während des Setzvorgangs gehalten. Beim Setzvorgang können die Spannbacken mehr oder weniger stark auf dem Nietdorn abrutschen. Mit größerem Verschleiß der Spannbacken und mit stärkerer Verschmutzung der Nietausrüstung vermindert sich der Reibkontakt und erhöht sich der Schlupf zwischen Spannbacken und Nietdorn. Dies kann sogar dazu führen, dass bei zu großer Verschmutzung der Nietdorn nicht mehr ausreichend von den Spannbacken gehalten werden und der Nietdorn somit nicht mehr von der Niethülse abgerissen werden kann.
Wünschenswert ist es, solche verschleißbehafteten Gerätezustände rechtzeitg zu erkennen, um qualitativ minderwertigen Nietverbindungen vorzubeugen. Auch wäre es zu bevorzugen, wenn das Nietsetzgerät autark arbeiten könnte, das heißt ohne das Erfordernis einer übergeordneten Steuerung.
Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Hand-Nietsetzgerät und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Hand-Nietsetzgerätes vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Bei dem Hand-Nietsetzgerät handelt es sich um ein Gerät mit Gehäuse, welches die beanspruchten Merkmale umfasst. Das Gerät ist vorgesehen als selbstmessendes und prozessüberwachendes Gerät mit vollständig integrierter Gerätesteuerung. Dies bedeutet, dass das Gerät selbsttätig den vom Gerät ausgeführten Setzvorgang überwacht und vorzugsweise auch qualitativ beurteilt, ohne dass es einer übergeordneten Instanz bedarf.
Das Gerät ist derart realisiert, dass es als kompaktes und in sich abgeschlossenes Gerät leicht in der Hand zu halten ist und somit leicht transportiert und geführt werden kann. Vorzugsweise ist ein Akkubetrieb vorgesehen, was das Gerät unabhängig von einer externen Energieversorgung macht. Das Gehäuse umfasst vorzugsweise auch ein Mittel zur automatischen Abführung eines abgerissenen Nietdorns nach dem Setzvorgang, so dass unabhängig von der aktuellen Position des Gerätes der abgerissene Nietdorn sicher mittels einer kanalartig ausgebildeten Nietdornabführung zu einem ebenfalls am Gerät angeordneten Nietdornbehälter abführbar ist. Vorzugsweise wird die Nietdornabführung mittels eines Luftstromes realisiert.
Das Nietsetzgerät ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die mittels der geräteinternen Elektronik und Sensorik erfassten Kraft-Daten bezüglich der während eines Setzvorgangs auf den Nietdorn ausgeübten Zugkraft und die mittels der geräteinternen Elektronik und Sensorik erfassten Wege-Daten bezüglich des während eines Setzvorgangs vom Nietdorn zurückgelegten Weges zu protokollieren und geräteintern abzuspeichern, so dass zu jedem vom Gerät ausgeführten Setzvorgang ein Kraft-Wege-Datensatz vom Gerät bereitgestellt wird, welcher es erlaubt einen Graphen bezüglich des Kraft-Wege-Verlaufes darzustellen insbesondere auch nach dem Setzvorgang, aber auch während des Setzvorgangs. Die Abszisse eines Koordinatensystems zur Darstellung des Graphen entspricht dabei vorzugsweise dem Weg und die Oridnate des Koordinatensystems entspricht dabei vorzugsweise der Kraft. Denkbar wäre es auch alternativ dazu die Kraft auf der Abszisse und den Weg auf der Ordinate des Koordinatensystems abzutragen. Die Daten werden geräteintern als Kraft-Werg-Datenpaare in einem Geräte-Speicher abgelegt und mit dem zugehörigen Setzvorgang verlinkt.
Das Nietsetzgerät umfasst Vergleichsmittel, vorzugsweise computerimplementiert auf der Gerätesteuerung, auf welcher eine Software ablauffähig ist, welche den Vergleich durchzuführen vermag. Das Vergleichsmittel ist vorgesehen, um mindestens zwei vorhandene Kraft-Wege-Verläufe, welche unterschiedlichen Setzvorgängen zugeordnet sein können, miteinander zu vergleichen, und aus dem Vergleichsergebnis eine für das Nietsetzgerät spezifische Aktion abzuleiten.
Durch eine geeignete Auswertung der Kraft-Wege-Verläufe kann ein erforderlicher Austausch oder eine erforderliche Reinigung des Nietsetzgerätes vom Nietsetzgerät selbsttätig und rechtzeitig erkannt und angezeigt werden.
Die vom Gerät automatisch einander zugeordneten Datenpaare bestehend aus Kraftdaten und Wegedaten, welche während eines Setzvorgangs von den Sensoren erfasst werden und den Graphen eines Setzvorgangs repräsentieren, bilden einen Kurvenverlauf, der auch als Nietkurve bezeichnet wird. Dies ermöglicht eine softwaremäßige Verschleißüberwachung mittels der Analyse des Kurvenverlaufes sowie eine Überwachung auf Verschmutzung der vom Gehäuse des Neitsetzgerätes umfassten Gerätekomponenten, insbesondere des Mechanismus zum Greifen und/oder Ziehen des Nietdorns. Speziell der Greifmechanismus ist üblicherweise einer hohen Verschmutzung unterworfen, beispielsweise durch Metallabrieb vom Nietdorn während der Setzvorgänge.
Mittels einer solchen vom Gerät selbsttätig durchgeführten proaktiven Eigenüberwachung kann eine Reduzierung der Reinigungs- und Wartungsintervalle bei hoher Prozesssicherheit der Vernietung sichergestellt werden.
Ein erster Kraft-Wege-Verlauf wird in einer ersten Geräte-Betriebsart als Referenzverlauf für den Vergleich mit allen weiteren Kraft-Wege-Verläufen vorgehalten. Dieser Referenzverlauf stammt vorzugsweise von einem Referenz-Nietsetzvorgang, welcher kurz nach Inbetriebnahme eines neuen, überholten oder eines kürzlich erst instandgesetzten oder gereinigten Neitsetzgerätes bereitgestellt wurde. Der Referenzverlauf schafft für alle darauffolgenden Setzvorgänge einen Beurteilungsmaßstab für den Zustand der geräteinternen Komponenten. Während des zweiten Setzvorgangs, das heißt einem dem Referenz-Nietsetzvorgang folgenden Setzvorgangang, wird der zweite Kraft-Wege-Verlauf erfasst und im Geräte-Speicher bereitgestellt, bevorzugt inklusive Verlinkung zum entsprechenden Setzvorgang. Bei weiteren nachfolgenden Setzvorgängen wird dies für jeden dieser Setzvorgänge wiederholt, das heißt ebenfalls ein während des Setzvorgangs erfasster Kraft-Wege-Verlauf von der Sensorik erfasst und im Geräte-Speicher gespeichert und bevorzugt verlinkt, so dass eine Vielzahl von Kraft-Wege-Verläufen mit dem Referenzverlauf vergleichbar und im Geräte-Speicher für Vergleichszwecke mit dem Referenzverlauf abgelegt ist. Die Ablage im Geräte-Speicher ist bevorzugt mittels einer Datenbank realisiert, kann jedoch auch proprietär realisiert sein. Je weiter die erfassten Kraft-Wege-Verläufe vom Referenzverlauf im Rahmen des Vergleiches abweichen, desto mehr hat sich der Zustand der geräteinternen Komponenten seit dem Referenz-Nietsetzvorgang verändert. Dies kann ein Indiz für anstehende Wartungsarbeiten oder Reinigungsarbeiten an den Komponenten sein, von der ein Geräte-Benutzer Kenntnis haben sollte.
Eine Vielzahl von Kraft-Wege-Verläufen wird in einer zweiten alternativen oder zusätzlich bereitgestellten Geräte-Betriebsart zum Vergleich untereinander vorgehalten. Im Gegensatz zum Referenz-Nietsetzvorgang werden hierbai sukzessive die bei jedem Setzvorgang aufeinanderfolgend bereitgestellten Kraft-Wege-Verläufe miteinander vergleichen, das heißt der aktuell bereitgestellte Kraft-Wege-Verlauf wird jeweils mit dem vorhergehenden Kraft-Wege-Verlauf verglichen und so weiter. Die Vegleichsergebnisse aller bisher erfolgten Vergleiche gelten als ein Indiz für möglicherweise anstehende Wartungsarbeiten oder Reinigungsarbeiten an den Komponenten. Der zum aktuellen Nietsetzvorgang vorhergehende Nietsetzvorgang stellt daher einen temporären Referenzverlauf dar, welcher jedoch nach Abschluss und Vergleich mit dem aktuellen Nietsetzvorgang wiederum durch diesen ersetzt wird. Für den bevorstehenden Nietsetzvorgang fungiert dann wieder der aktuell abgeschlossene Nietsetzvorgang als temporärer Referenzverlauf und so weiter. Rückblickend werden demnach eine Anzahl von X Kraft-Wege-Verläufe, sogenannte Nietkurven, nacheinander betrachtet und bei einer erkennbaren sukzessiven Wegeverlängerung oder sukzessiven Krafterhöhung während des zugehörigen Nietsetzvorganges wird die Aktion abgeleitet und somit eine tendenzielle Verschlechterung des Gerätezustandes für den Bediener sichtbar gemacht. Es ist insbesondere auch computerimplementiert, eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden, vorzugsweise geräteintern, abgespeicherten Kraft-Wege-Verläufen entsprechend der zeitlichen Reihenfolgen Ihrer Bereitstellung hinsichtlich einer Verschiebung des mittels der Kraft-Wege-Daten definierten Graphen zu untersuchen, speziell mittels Vergleich der Graphen untereinander in Kraft-Richtung und/oder Wegerichtung.
Ein bevorzugt vorgesehenes und toleranzabhängiges Auslösen der Aktion ermöglicht Veränderungen des Kraft-Wege-Verlaufes, welche nicht auf interne Veränderungen der Komponenten hindeuten oder tolerierbar sind, beim Auslösen der Aktion auszublenden. Durch eine besonders bevorzugte abschnittsweise Vergabemöglichkeit von Toleranzbereichen lassen sich gezielt ganz bestimmte Abschnitte des Kraft-Wege-Verlaufes beim Auslösen der Aktion ausblenden und einblenden.
In einer bevorzugten Betriebsart des Gerätes ist insbesondere vorgesehen, den Graphen eines Kraft-Wege-Verlaufes bezüglich seiner geometischen Eigenschaften, vorzugsweise geräteintern mittels der vom Gerät umfassten Gerätesteuerung, zu analysieren, insbesondere bezüglich der Steilheit eines, vorzugsweise auswählbaren, Graphen-Abschnittes oder zur Erkennung sägezahnartiger Verläufe am Graphen. Am Graphen selbst wird weiter bevorzugt auch eine Kurvendiskussion oder eine sonstige mathematische Analyse durchgeführt, welche rückwirkende Rückschlüsse auf den Setzvorgang zulassen, welcher dem Graphen zugrunde liegt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen mittels des Vergleichs einen Schlupf zwischen den Spannbacken des Nietsetzgerätes und dem Nietdorn während eines Ziehvorgangs zu ermitteln, solange die Spannbacken den Nietdorn festhalten. Die bei einem Setzvorgang aufgetretene Weglänge bis zum Abreißen des Nietdorns und die dabei aufgebrachte Ziehkraft lässt Rückschlüsse auf den Schlupf zwischen den Spannbacken und dem Nietdorn zu. Je länger beispielsweise der Weg, desto größer der Schlupf. Dies kann auf verschmutzte Spannbacken hindeuten, bei denen die Riffelung zum Greifen des Nietdorns durch Materialablagerungen verunreinigt und damit weniger griffig geworden ist.
Als bevorzugte Aktion ist ein Benutzerhinweis vorgesehen, insbesondere hinsichtlich einer Verschiebung der Kraft-Wege-Verläufe untereinander in Kraftrichtung und/oder in Wegerichtung, wobei insbesondere vorgesehen ist, den Benutzerhinweis an einem Anzeigemittel zu visualisieren, welches vorzugsweise vom Nietsetzgerät umfasst ist. Der Werker erhält somit frühzeitig ein Wartungssignal und kann das Gerät beim nächsten Schichtwechsel austauschen oder zur Inspektion geben. Der Werker selbst kann sofortige Maßnahmen ergreifen, je nach Dringlichkeit des aktuellen Gerätezustandes.
Mittels einer vom Nietsetzgerät umfassten Netzwerkanbindung wird die Aktion vorzugsweise an eine entfernte Instanz weitergeleitet, beispielsweise an einen zentralen Wartungsserver oder an eine ähnlichen Einrichtung. Die Aktion ist vorzugsweise drahtlos, beispielsweise mittels WLAN oder Bluetooth weitergeleitet. Solche Instanzen können dann sofortige Maßnahmen ergreifen. Beispielsweise ist bevorzugt vorgesehen, dass das Nietsetzgerät oder einzelne Gerätefunktionen abhängig von dem Vergleichsergebnis steuerbar ist, beispielsweise freischaltbar oder sperrbar für den weiteren Betrieb. Dies wäre mittels der Netzwerkanbindung beispielsweise auch aus der Ferne realisierbar.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Zugvorrichtung abhängig von dem Vergleichsergebnis regelbar ist, so dass die Zugkraft, vorzugsweise schlupfabhängig, veränderbar ist. Diese Maßnahmen ermöglichen es das Nietsetzgerät auch bei bereits kritisch zu betrachtenden Verschleißzuständen oder Verschmutzungszuständen dennoch ohne Qualitätseinbußen bezüglich hinsichtlich der Nietverbindung weiter zu betreiben, weil diese Zustände nun leicht ausregelbar sind und ein Werker beispielsweise eine noch laufende Arbeitsschicht ohne Unterbrechung so noch leicht beenden kann.
Die zuvor genannten Vorteile greifen auch für das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist.
Das in
Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 wird mittels eines Elektromotors 5, vorzugsweise in Verbindung mit einem Getriebe 6 angetrieben. An der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 ist ein Wegesensor 8 angeordnet, welcher den von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 zurückgelegten Weg direkt oder indirekt, mittels des von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 7 zurückgelegten Drehwinkels erfasst. Alternativ könnte der Wegesensor 8 auch am Motor 5 angeordnet sein und dessen Drehwinkel erfassen.
Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine geräteinterne Gerätesteuerung 11 mit Kommunikationsmodul und Display (nicht gezeigt), welche zumindest teilweise auch vom Gehäuse des Nietwerkzeuges umfasst sein kann. Der Nietdornbehälter 12 kann auch zumindest teilweise von demselben Gehäuse umfasst sein.
Elektrisch versorgt wird die gesamte zuvor genannte Anordnung hier mittels eines Akkus 1, dazu ist ein Kabelbaum 3 vorgesehen, welcher sich innerhalb des Gehäuses erstreckt. Zum Ein- und Ausschalten des Nietgerätes dient der Startschalter 4. Bezugszeichen 2 kennzeichnet die Schnittstelle mit Leistungselektronik zur Ansteuerung des Motors 5.
Zumindest die Komponenten 2, 3, ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 sind in dieser bevorzugten Ausführungsform vollständig vom Gehäuse des Nietwerkzeuges umschlossen, vorzugsweise auch noch die Gerätesteuerung 11. Die Gerätesteuerung 11 ist in der Lage ohne übergeordnete Steuerung völlig autark Nietsetzvorgänge prozesssicher zu steuern oder zu regeln und zu protokollieren oder zu analysieren. Die Gerätesteuerung 11 ist derart mit den Sensoren 8, 9 verbunden, so dass diese die von den Sensoren während eines Setzvorgangs kontinuierlich gelieferte Datenmenge abspeichern kann. Die Kraft-Wege-Daten werden hierzu in einem geräteinternen Kraft-Wege-Daten-Speicher 13 abgelegt. Dieser Kraft-Wege-Daten-Speicher 13 kann von der Gerätesteuerung 11 umfasst sein. Vergleichsmittel 14 für Kraft-Wege-Daten können ebenfalls von der Gerätesteuerung 11 umfasst sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Gerätesteuerung 11 um einen Mikroprozessor, insbesondere mit Echtzeitbetriebssystem, wobei die Gerätefunktionen inklusive der Vergleichsvorgänge und der Nietkurvenanalysen bevorzugt mittels eines im Geräte-Speicher abgelegten und auf dem Mikroprozessor oder dem Betriebssystem ablauffähigen computerimplementierten Programmes realisiert sind. Mittels dieses Programmes ist das erfindungsgemäße Verfahren wie beansprucht implementiert, bevorzugt mittels einzeln ablauffähiger Programm-Threads.
Eine Qualitätsanalyse der Nietverbindungen kann auch unter Heranziehung der Referenzdatensätzen und/oder Kraft-Weg-Datensätze. Im Display der vorzugsweise Gerätesteuerung 111 können neben einer reinen OK/NOK - Information (OK = Kein Fehler, NOK = Fehler) an den Benutzer auch Kraft-Weg-Kurven oder darauf bezogene Analyseergebnisse visuell angezeigt werden. Das erfindungsgemäße Nietsetzgerät ist derart eingerichtet, dass es die Nietkurven auch an eine übergeordnete Einrichtung übermittel kann. Eine solche würde sich zu Visualisierungszwecken eines Monitors bedienen. Die hier vorgestellte bevorzugte Lösung erlaubt es, die Kraft-Weg-Diagramme einer jeden einzelnen Nietverbindung, welche innerhalb einer Fertigungslinie realisiert wurde, nachträglich zu bewerten. Auch eine geräteinterne Zuordnung von Nietkurven zu einzelnen Bauteilen ist möglich, hierzu hat ist das erfindungsgemäße Nietsetzgerät zur Anbindung an komplexe Bauteiledatenbanken vorgesehen. Derartige Datenbanken können bevorzugt auch im Geräte-Speicher abgelegt sein.
Um eine Nietschlupferkennung durchzuführen, stellt die Erfindung unterschiedliche Strategien bereit, die bevorzugt von einem Geräte-Benutzer auch miteinander verknüpfbar sind:
In einer ersten Variante muss die Referenzkurve mittels eines Referenz-Nietsetzvorganges ermittelt werden und kann bevorzugt mit einer Toleranz versehen werden. Die Referenzkurve kann auch eingelesen oder manuell am Gerät eingegeben werden und eine Toleranz kann ebenfalls eingegeben werden. Optional können die einzelnen Punkte der Referenzkurve editiert werden, beispielsweise mittels eines vom Gerät umfassten Bedienmittels mit Tastatur und Display. Eine zweite Variante ermöglich das Arbeiten ohne Referenzkurve, indem die Nietkurven untereinander verglichen werden, um Tendenzen festzustellen, das heißt Veränderungen bezüglich des Weges und/oder der Kraft.
In einer erfindungsgemäßen Variante kann man auch ein maximales Toleranzband für die Amplitude zulässiger Unregelmäßigkeiten des Verlaufes der Nietkurve vorgeben, zur Erkennung eines sägezahnförmigen Verlaufes oder von sprungförmigen, unstetigen Verläufen, welche auch auf mechanische Fehler hindeuten können. Das erfindungsgemäße Nietsetzgerät ist vorgesehen, um selbsttätig einen Sägezahnverlauf innerhalb einer Nietkurve zu erkennen. Die Amplitude des Sägezahnverlauf auf der Nietkurve weist auf ein Abrutschen des Nietdorns zwischen den Spannbacken hin, das heißt ein Abrutschen wird über eine zulässige, insbesondere eine maximale, vertikale Streubreite der Nietkurve erkannt und zu einem Wartunghinweis als Aktion führen. Aufgrund einer vorzugsweise vorgebbaren maximal zulässigen Toleranzverlaufes oder auch Toleranzabschnittes für die Nietkurve in Wege-Richtung oder in Kraft-Richtung, wird eine Grenzkurve für den Weg oder die Kraft vorgebbar. Wenn diese Grenzkurve überschritten wird, kann das Nietergebnis immer noch OK sein, das Nietgerät gibt jedoch bevorzugt einen Wartungshinweis. Jeder einzelne Nietkurvenpunkt kann bevorzugt mit individuellen Abweichungstoleranzen versehen werden.
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