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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Setzwerkzeug für die Verwendung
zum Setzen von Blindbefestigungselementen wie Blindnieten. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Setzwerkzeug mit verbessertem Mittel
und ein Verfahren zum Überwachen
der während
des Setzverfahrens auf das Blindbefestigungselement ausgeübten Belastung.
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Aus
einer Reihe von Gründen
ist es beim Setzen von Blindbefestigungselementen, wie beispielsweise
Blindnieten, äußerst wünschenswert,
die während
des Setzverfahrens auf das Befestigungselement ausgeübte Belastung
zu überwachen
und die ermittelten Lastwerte mit vorbestimmten Bezugswerten zu
vergleichen, um die Qualität
des Setzvorgangs zu überwachen
und zu bestimmen, um dadurch einen Vertrauensfaktor zu erhalten,
dass das Befestigungselement korrekt gesetzt wurde. Dies ist besonders
vorteilhaft, da solche Blindbefestigungselemente häufig in
Situationen verwendet werden, in denen es schwer von ist, die Brauchbarkeit
eines gesetzten Befestigungselements visuell zu bestätigen (d.h.
die "Blindseite" liegt häufig an
einer Innenseite eines verschlossenen Kastens oder Behälters, die
von der Bedienperson nicht gesehen werden kann).
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Herkömmliche
Setzwerkzeuge für
die Verwendung mit Blindbefestigungselementen arbeiten nach dem
Prinzip, dass eine vordere Stirnfläche eines Setzwerkzeugs vorgesehen
ist, um den Flanschteil des Befestigungselements festzuhalten, und
dass ein Dornschaft des Befestigungselements hindurchgesteckt wird,
um von einem Satz Ziehbacken gegriffen zu werden, wobei solche Ziehbacken
nach innen gezogen werden, damit das Setzwerkzeug eine Verschiebungskraft
oder Setzkraft auf den Dornschaft ausübt, um einen Dornkopf wirksam
in den Körper des
Befestigungselements zu ziehen, um das freie Ende des Befestigungselements
gegen eine geeignete Arbeitsfläche
zu verformen. Oft wird eine hydraulische oder pneumatische Kraft
genutzt, um die Verschiebung der Ziehbacken zu bewirken, und die Messung
der auf den Dornschaft ausgeübten
Kraft erfolgt durch Ermittlung, normalerweise über einen Druckwandler, des
von der Hydraulik- bzw. Pneumatikflüssigkeit ausgeübten Drucks,
der zum Treiben eines an solchen Backen angebrachten gleichförmigen Kolbens
verwendet wird. Das frühere
europäische Patent
Nr.
EP0 738 8551 der
Anmelderin offenbart ein solches herkömmliches Lastmesssystem für ein Setzwerkzeug
für Blindbefestigungselemente.
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Es
ist außerdem
bekannt, zwischen dem Werkzeugkörper
und den Setzbacken angeschlossene, herkömmliche Dehnungsmessstreifen
zu verwenden, um ebenfalls die auf das Befestigungselement ausgeübte Belastung
in Abhängigkeit
von der Verschiebung der Backen selbst zu messen.
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Diese
Arten von vorhandenen Lastmesssystemen sind zwar äußerst wirksam
zum Bestimmen der von den Setzbacken solcher herkömmlichen Nietsetzwerkzeuge
auf den Dorn dieses Befestigungselements während des Setzvorgangs übertragenen
Belastung, sie sind jedoch äußert kompliziert und
erfordern die sorgfältige
Positionierung im Nietsetzwerkzeug, wodurch die Herstellung solcher Werkzeuge
schwierig und Reparatur und Auswechseln von verschlissenen oder
beschädigten
Messvorrichtungen äußerst schwierig
wird.
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In
DE 44 01 134 A ist
ferner ein Verfahren zum Überwachen
des Vorgangs des Setzens eines Blindbefestigungselements offenbart,
wobei ein Kraftmesssensor am vorderen Ende des Setzwerkzeugs derart
angeordnet ist, dass die während
des Setzvorgangs am Setzkopf auftretende Gegenkraft gemessen wird.
Zusätzlich
zur Messung der Gegenkraft wird die Verschiebung des Dorns während des Setzvorgangs
gemessen. Die gemessenen Kraft- und Verformungskurven werden dann
mit vorbestimmten Kurven verglichen, die in einer Datenbank gespeichert
sind.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Setzwerkzeug
für Blindbefestigungselemente
mit einer verbesserten Lastmessvorrichtung vorzusehen, das die zuvor
erwähnten
Probleme auf einfache und kostengünstige Weise mindert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nun ein Setzwerkzeug für Blindbefestigungselemente
mit einer vorderen Stirnfläche
vorgesehen, an der ein Blindbefestigungselement während eines
Setzvorgangs gehalten wird, und einer an der vorderen Stirnfläche derart
angebrachten Lastmessvorrichtung, dass sie während des Setzvorgangs zwischen
der vorderen Stirnfläche
und einem Befestigungselement angeordnet ist und gepresst wird,
wobei die vordere Stirnfläche
durch ein Brückenglied
am Werkzeug angebracht ist, so dass ein Kragarm gebildet wird und es
sich bei der Lastmessvorrichtung um einen piezoelektrischen Dünnfilm handelt.
Auf diese Weise erzeugt die vom Befestigungselement auf die Lastmessvorrichtung
ausgeübte
Druckkraft ein Niederspannungssignal, das ein Maß für die während des Setzvorgangs darauf
ausgeübte
Belastung ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Lastmessvorrichtung einen Biege-Piezogenerator, der
fest an der Stirnfläche
angebracht ist, wobei die aus der Biegeverformung des Kragarms resultierende
Biegeverformung des Generators ein elektrisches Niederspannungssignal
erzeugt.
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Vorzugsweise
hat die Stirnfläche
des Setzwerkzeugs eine durchgehende mittige Öffnung, die eine Verbindung
zum internen Mechanismus des Werkzeugs vorsieht, wobei diese Öffnung mit
einer Längsachse
des Setzwerkzeugs koaxial ist und zur Aufnahme eines Dorn des Befestigungselements dient,
wobei die Lastmessvorrichtung weiter eine Öffnung umfasst, um ebenfalls
koaxial mit der Werkzeugachse montiert werden zu können.
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Es
ist außerdem
vorteilhaft, wenn eine Schutzabdeckung auf einer äußeren Fläche oder Seite
der Messvorrichtung angebracht ist, um das piezo elektrische Dünnfilmmaterial
vor mechanischer Beschädigung
durch Berührung
mit Befestigungselement zu schützen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist weiter ist ein System zum Messen der während eines
Setzvorgangs von einem Setzwerkzeug für Befestigungselemente auf
ein Blindbefestigungselement ausgeübten Belastung vorgesehen,
das ein Setzwerkzeug wie zuvor beschrieben umfasst und weiter einen Steuerkreis
zum Bestimmen einer Spannungsausgabe der piezoelektrischen Dünnfilm-Lastmessvorrichtung
als Maß für die vom
Befestigungselement ausgeübte
Belastung aufweist.
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Weiterhin
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Messen der während eines Setzvorgangs von
einem Setzwerkzeug für
Befestigungselemente auf ein Blindbefestigungselement ausgeübten Belastung
vorgesehen, das folgenden Schritt umfasst: Positionieren einer Lastmessvorrichtung
zwischen einer vorderen Stirnfläche
des Werkzeugs und dem Befestigungselement, Zusammendrücken des
Befestigungselements während
des Setzvorgangs in Richtung der vorderen Stirnfläche, so
dass die Lastmessvorrichtung gepresst und verformt wird, Messen
eines Spannungssignals, das infolge der Verformung der Lastmessvorrichtung
erzeugt wird, und Bestimmen des Signals als Maß für die auf das Befestigungselement
ausgeübte
Belastung, wobei es sich bei der Lastmessvorrichtung um einen piezoelektrischen
Dünnfilm
handelt, der auf einer kragenden vorderen Stirnfläche des
Setzwerkzeugs angebracht ist, und die vordere Stirnfläche dazu
gebracht wird sich zu biegen, wenn eine Druckkraft auf sie ausgeübt wird,
wobei die Verformung des piezoelektrischen Dünnfilms eine Biegeverformung umfasst,
um das Signal zu erzeugen.
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Weiter
ist ein Verfahren zum Ermitteln eines freien Setzvorgangs eines
Setzwerkzeugs für
Befestigungselemente durch Messen der auf ein Blindbefestigungselement
ausgeübten
Belastung gemäß dem Verfahren
aus Anspruch 6 vorgesehen, das folgenden Schritt umfasst: Bestimmen
der gemessenen Zeit differenz zwischen der Dorneintrittsbelastung und
der Dornsetzbelastung eines solchen Befestigungselements und Vergleichen
derselben mit einem vorbestimmten Zeitdifferenzwert, der ein Maß für eine optimale
Setzzeitdifferenz und Generieren eines Ausgangssignals ist in dem
Fall, dass die gemessene Zeitdifferenz größer ist als die vorbestimmte
Zeitdifferenz, die der Maß für einen
freien Setzvorgang ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die
folgenden veranschaulichenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Setzwerkzeugs für Blindbefestigungselemente
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2 eine
vergrößerte schematische
Querschnittsansicht der Lastmessvorrichtung des Setzwerkzeugs in 1.
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In 1 ist
ein herkömmliches
Blindnietsetzwerkzeug (12) schematisch dargestellt. Ein
Blindnietsetzsystem (10) umfasst das Nietsetzwerkzeug (12) zum
Setzen eines Blindniets (14), einen Hydraulikverstärker (16)
und den schematisch unter (18) dargestellten Systemsteuerkreis.
Bei dem Verstärker (16)
kann es sich um einen beliebigen einer Reihe herkömmlicher
solcher Verstärker
handeln, die üblicherweise
auf dem Gebiet eingesetzt werden, aber er kann einfach als Flüssigkeitsdruckquelle
betrachtet werden, um regelbar mittels Hydraulikflüssigkeit,
die über
eine Flüssigkeitsverbindungsleitung
(22) übertragen
wird, Druck auf das Setzwerkzeug (12) aufzubringen. Oft
nutzen Verstärker
(16) dieser Art eine Druckquelle, wie beispielsweise Druckluft,
die auf einen Zylinder aufgebracht wird, um ein Hydrauliköl oder eine
Hydraulikflüssigkeit
zusammenzudrücken, um
Flüssigkeitsdruck
an das Setzwerkzeug zu übertragen.
Die im Verstärker
(16) enthaltene Flüssigkeit kann
als über
die Leitung (22) in kontinuierlicher Flüssigkeitsverbindung mit dem
Nietsetzwerkzeug (12) stehend erachtet werden.
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Das
Werkzeug (12) umfasst einen länglichen, allgemein unter (42)
dargestellten Körper,
der eine beliebige mehrerer Konstruktionen aufweisen kann, hier
jedoch vorzugsweise mit einem Griff (44) ausgestattet gezeigt
ist. Ein Auslöseschalter
(46), der das Werkzeug (12) betätigt, ist
auf herkömmliche Weise
im Griff (44) eingebaut und ist mit einem Ventil (48)
wirkverbunden.
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Wie
bei herkömmlichen
Nietsetzwerkzeugen, ist das Werkzeug (12) weiter mit einem
elektronischen Steuerkreis (18) ausgestattet, der über den Draht
(81) wirksam mit dem Schalter (46) verbunden ist,
so dass die Betätigung
des Schalters (46) den Ablauf des Nietsetzzyklus des Werkzeugs
(12) auf herkömmliche
Weise auslöst.
Hier steuert der Steuerkreis über
den Steuerdraht (91) den Betrieb des zugehörigen Ventils
(48) und steuert über
den Steuerdraht (101) den Betrieb des Verstärkers (16),
so dass das Nietsetzwerkzeug einen vorbestimmten Setzzyklus befolgt,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Der
längliche
Körper
(42) enthält
ein längliches
Gehäuse
(50), das intern in eine vordere Kammer (54) und
eine Hydraulikzylinderkammer (56) unterteilt ist, wobei
der längliche
Körper
(42) weiter einen entlang seiner sich in Längsrichtung
erstreckenden Achse axial beweglichen Zugschaft (58) enthält. Es versteht
sich, dass die Konstruktion des Gehäuses (50) nur eine
einer erheblichen Zahl von Abwandlungen ist, wobei das einzige notwendige
Merkmal darin besteht, dass es Halt für den Zugschaft (58) und
für ein
Mittel zum axialen Bewegen dieses Schafts (58) bietet.
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Eine
Backeneinheit (60) ist mit einem vorderen Ende des Zugschafts
(58) wirkverbunden. Die Backeneinheit (60) enthält einen
Backenkäfig
(62) mit einer internen abgeschrägten Keilfläche (64), die eine
interne Bohrung (66) definiert. Eine Gruppierung geteilter
Backen (68) ist beweglich im Käfig (62) vorgesehen.
Wenn die Außenflächen der
geteilten Backe (68) auf die Keilflächen (64) wirken,
greifen die Backen (68) und packen einen länglichen Schaft
(70) eines Dorns (72) eines Blindniets (14).
Der Dorn (72) enthält
außerdem
einen Dornkopf (74). Der Dorn (72) umfasst die
den Kopf bildende Komponente des Niets (14), wie auf dem
Gebiet bekannt. Der Niet (14) enthält eine röhrenförmige verformbare Hülse (76). Es
können
verschiedene Verfahren angewandt werden, um die Backeneinheit (60)
so zu bedienen, dass sie den Schaft (70) des Dorns (72)
packt und hält, und
das nachfolgend beschriebene Verfahren ist jedoch lediglich veranschaulichend
und für
die Erfindung nicht einschränkend.
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Ein
vorderes Ende (41) des Gehäuses (50) umfasst
eine vordere Stirnfläche
(218) mit einer durchgehenden mittigen Öffnung, die koaxial zur Achse
A des Setzwerkzeugs (12) ausgerichtet ist, das eine nach
außen
gerichtete oder Stirnfläche (220)
hat, die im Wesentlichen senkrecht zur Werkzeugachse A ist, wie
dies für
Setzwerkzeuge dieser Art üblich
ist, und die einen Flansch (122) des Blindniets (14)
auf herkömmliche
Weise, und wie in 1 und 2 gezeigt,
stützt.
Auf diese Weise ragt der Dorn (72) durch die Öffnung in
dieser Stirnplatte (218) und wird auf herkömmliche
Weise in der Backeneinheit (60) aufgenommen. Diese Stirnplatte (218)
dient dazu eine axiale Verschiebung der verformbaren Hülse (76)
des Niets zu verhindern, wenn der Dorn bei Betrieb des Setzwerkzeugs
von links nach rechts gezogen wird.
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Das
Setzwerkzeug (12) der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich von Setzwerkzeugen nach dem Stand der Technik dadurch, dass
sich ein Spalt (214) quer zur Achse A durch die vordere
Kammer (54) des Gehäuses
(50) erstreckt und eine Tragbrücke (216) hinterlässt (2),
die in einem begrenzten Bereich des Durchmessers des Gehäuses (50)
die Stirnplatte (218) mit dem Nietwerkzeugkörper (42)
verbindet. Vorzugsweise kann sich der Brückenabschnitt (216) über bis
zu ungefähr
35% des Durchmessers des Gehäuses
(50) erstrecken. Es versteht sich jedoch, dass die Brücke (216)
alternativ mehrere Finger umfassen könnte, die sich zwischen der
Stirnplatte und dem Gehäuse
(50) erstrecken, wobei solche Finger ebenfalls einen maximalen
Bogen von nicht mehr als 35% des Durchmessers des Gehäuses definieren.
Auf diese Weise erzeugt die Brücke
(216) einen Kragarm mit der Stirnplatte (218), wie
später
beschrieben wird.
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Ein
Drücker
(78) ist am vorderen Ende einer Drückstange (80) befestigt,
die in einer, im Zugschaft (58) ausgebildeten, mittig durchgehenden
Bohrung untergebracht ist. Die Drückstange (80) ist
in dieser durchgehenden Bohrung axial beweglich und wird am hinteren
Ende von einer Feder (84) gegen die Rückwand der Hydraulikzylinderkammer
(56) vorgespannt. Eine schwächere Feder (86) wirkt
zwischen derselben Wand und dem hinteren Ende des Zugschafts (58).
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Ein
Kolben (88) ist am Zugschaft (58) befestigt und
ist zu axialer Bewegung in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
in der Hydraulikzylinderkammer (56) in der Lage. Der Hydraulikverstärker (16)
drückt eine
unter Druck stehende Flüssigkeit
(nicht dargestellt) durch die Leitung (22) in die Zylinderkammer (56)
an der Vorderseite des Kolbens (88) durch einen Einlass
(90) für
unter Druck stehende Flüssigkeit
in eine unter Druck setzbare Seite (92) der Hydraulikzylinderkammer
(56). Durch Einbringen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit
in die flüssigkeitsdichte Kammer,
die in der unter Druck setzbaren Seite (92) ausgebildet
ist, wird der Kolben (88) gezwungen, sich nach hinten zu
bewegen (von links nach rechts in 1) und bewirkt,
dass das Backenglied (68) den Dornschaft (70)
einspannt und eine Setzkraft auf ihn ausübt, so dass er schließlich vom
Dornkopf (74) abbricht, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Der
Name "Blindniete" ist hergeleitet
von der Tatsache, dass solche Niete von nur einer Seite eines Werkstücks oder
einer Anwendung aus installiert werden, der Primärseite. Der Blindniet (14)
schließt die
röhrenförmige Niethülse (76)
mit einem Flansch (122) an ihrem hinteren Ende ein, wie
in 1 gezeigt. Der Dorn (72) hat einen Schaft
(70), der durch den röhrenförmigen Nietkörper oder
die röhrenförmige Niethülse (76)
ragt, und hat einen an einem seiner Enden gebildeten vergrößerten Dornkopf
(74). Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist der Dornschaft
mit einem geschwächten
Abschnitt mit einer vorbestimmen Bruchstelle versehen, die bricht,
wenn eine ausreichende Last aufgebracht wird. Dies ist auf dem Gebiet
des Setzens von Blindnieten üblich
und muss hierin nicht ausführlicher
diskutiert werden. Der Niet (14) wird, wie in 1 gezeigt,
in das Setzwerkzeug (12) geladen und dann derart in ein
durch ein geeignetes Werkstück
(nicht dargestellt) gehendes Loch gesteckt, dass der Dornkopf und
das vordere Ende der Hülse
(76) auf der "Blindseite" des Werkstücks herausragen.
Der Dornschaft (70) wird dann zwischen den geteilten Backen
(68) eingespannt und wird vom Setzwerkzeug (12)
gezogen. Wenn der Zugschaft (58) durch Flüssigkeitsdruck,
der in die Hydraulikzylinderkammer (56) eingeführt wird,
nach hinten gedrückt
wird (von links nach rechts), um den Kolben (88) gegen
den Widerstand der schwächsten
Feder (86) zu verschieben, setzt die gegen die stärkere Feder
(84) vorgespannte Drückstange
(80) dieser Bewegung nach hinten Widerstand entgegen und
bewirkt, dass der Drücker
(78) am hinteren Ende der geteilten Backen (68)
angreift und sie in und gegen die verjüngte interne abgeschrägte Keilfläche (64) drückt, was
bewirkt, dass die Backen den Dornschaft (70) greifen. Sobald
der Schaft gegriffen ist und die geteilten Backen (68)
ganz zwischen der Fläche
(64) und dem Dornschaft (70) sitzen, bewegt sich
die Drückstange
(80) mit dem Zugschaft (58) nach hinten, wobei
die Vorspannkraft der stärksten
Federn (84) nun überwunden
ist. Wenn die Backeneinheit (60) durch die Bewegung des
Zugschafts (58) (aus einer Druckerhöhung in der Kammer (56)
resultierend) nach hinten bewegt wird, wird der Kopf (74)
des Niets (14) in die Hülse
(76) gezogen und tritt in sie ein, wie dies beim Setzen
solcher Blindniete üblich ist.
Dies wird als "Dorneintrittspunkt" bezeichnet und ist
der Punkt, an dem die Hülse
(76) sich zu verformen beginnt, wenn der vergrößerte Dornkopf
in sie hinein gezogen wird. Der Druck oder die Belastung, die zu
diesem Zeitpunkt ausgeübt
wird, wird als Dorneintrittsbelastung bezeichnet. Während der
Dorn (72) weiter gezogen wird, wird die Niethülse (76)
verformt, bis die Sekundär-
oder Blindseite des Werkstücks
eingespannt ist, und dieser verformte Teil der Hülse (76) wirkt als
Sekundärspannelement,
während
der Flansch (122) zum Primärspannelement wird, so dass
die Werkstücke
dazwischen eingespannt werden. Es ist diese Kombination des Sekundär- und des
Primärspannelements,
das zwei oder mehr Teile einer Anwendung oder eines Werkstücks zusammenhält.
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Andauernde
Bewegung der Backeneinheit (60) nach hinten durch die Bewegung
des Zugschafts (58) zieht den Kopf (74) in die
Hülse (76)
und bewirkt maximale Verformung. Sobald der Kopf (74) die
Sekundärseite
erreicht, wird er an weiterer axialer Verschiebung gehindert und
der Dorn (72) bricht daher am oben beschriebenen Halsabschnitt,
wobei die an der Bruchstelle ausgeübte Kraft als maximale Setzkraft
(oder Setzlast) bezeichnet wird und wobei das Sekundärspannelement
nun durch die Kombination des nun abgetrennten Kopfs (74)
gebildet wird, der in der verformten Hülse (76) gehalten
wird. Der Flüssigkeitsdruck
in der Kammer (56) wird dann freigesetzt, indem der Auslöser (46)
des Setzwerkzeugs freigegeben wird und die entsprechende Steuerung
und Verschiebung des Hydraulikverstärkers (16) bewirkt wird,
wobei sowohl der Zugschaft (58) als auch die Drückstange
(80) durch die Vorspannkräfte der Federn (84 und 86)
in ihre Voreingriffspositionen zurückgestellt werden. Wenn die
Kraft der Backen (68) weggenommen ist, werden die Backen
(68) auf ihre Voreingriffspositionen entspannt und der
Schaft (70) wird freigegeben und ausgeworfen. Das Werkzeug (12)
ist nun bereit, diesen Nietsetzzyklus zu wiederholen.
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Darüberhinaus
und zur Veranschaulichung ist das Setzwerkzeug (12) aus 1 weiter
als einen herkömmlichen
Druckwandler (99) umfassend gezeigt, der in der Hydraulikzylinderkammer
(56) angebracht ist, um den auf den Kolben (88)
aufgebrachten Hydraulikflüssigkeitsdruck
zu messen, und der über den
Steuerdraht (83) ein für
den erfassten Druck anzeigendes elektrisches Ausgangssignal liefert,
das vom Steuerkreis (18) gemessen wird, der ein solches Ausgangssignal
in einen Druckmesswert wandeln kann. Da die Fläche des Kolbens (88)
konstant ist, ist dieser Druckmesswert dann ein Maß für die Kraft,
die durch die Backen an den Dornschaft (72) übertragen wird.
Dies ist ein herkömmliches
Mittel zum Messen der während
des Nietsetzvorgangs ausgeübten
Setzkraft. Üblicherweise
nutzt der Steuerkreis (18) einen geeigneten Aufbereitungskreis,
um ein Analogsignal in ein Digitalsignal zu wandeln, das dann durch
einen entsprechenden Verstärkerkreis
geleitet werden kann, um das Signal während des ganzen Nietzyklus zu überwachen
oder alternativ den Wandlerkreis in vorbestimmten Zeitintervallen
abzutasten. Wie in 1 zu erkennen ist, muss der
Wandler (99) jedoch im Innern des Nietsetzwerkzeugs (12)
platziert werden, was das Herstellungsverfahren der Montage eines
solchen Werkzeugs sowie die Reparatur oder das Auswechseln solcher
Messsensoren noch komplizierter macht.
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In 2 ist
das verbesserte Lastmessmittel gezeigt, wobei eine piezoelektrische
Vorrichtung verwendet werden kann, um die während des Setzvorgangs auf
den Blindniet ausgeübte
Belastung direkt zu messen.
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Wie
bereits beschrieben, ist das vordere Ende des länglichen Körpers (42) im Bereich
der Setzwerkzeug-Backeneinheit (68) mit einem zusätzlichen
Spalt (214) ausgestattet, um eine Tragbrücke (216)
zu bilden oder zu hinterlassen, die den Körper (42) mit der
abgesetzten Stirnplatte (218) verbindet, die während des
Nietsetzvorgangs am Nietkörperflansch
(122) angreift und diesen hält (wie dargestellt). Diese
Tragbrücke
(216) und die Stirnplatte (218) bilden einen Kragarm,
auf dessen nach außen gerichteter
(oder vorderer) Seite (220) eine piezoelektrische Dünnfilm-Lastanzeigevorrichtung
(222) angebracht ist, die mit einem chemisches Klebemittel wie
ein Zweikomponenten-Expoxidkleber oder ein Einkomponenten-Cyanacrylatkleber
aufgeklebt ist, um fest daran angebracht zu sein. Außerdem ist
eine Schutzabdeckung (224) an die Außenseite der piezoelektrischen
Dünnfilm-Lastanzeigevorrichtung
geklebt, die die Dünnfilm-Lastanzeigevorrichtung
vor mechanischer Beschädigung
durch das Angreifen am Nietflansch (122) schützt.
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Der
Nietdornschaft (70) ragt durch eine mittige koaxiale Öffnung in
der kragenden Stirnfläche (218),
die sich koaxial auch durch die piezoelektrische Vorrichtung und
die Schutzabdeckung erstreckt, so dass die Setzbacken (68)
des Werkzeugs (210) daran angreifen können. Man wird einsehen, dass
so der einzige bedeutende Unterschied im mechanischen Aufbau dieses
Setzwerkzeugs gegenüber
dem Stand der Technik entsprechenden Setzwerkzeugen darin besteht,
dass die Stirnfläche
nun kragend ist anstatt starr auf dem länglichen Körper (42) gelagert
zu sein.
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Wenn
die Belastung auf den Schaft (70) des Dorns aufgebracht
wird, wird diese Belastung über den
Dornkopf (74) und durch den Nietkörper (76) und den
Nietflansch (122) an die vordere Stirnplatte (218) übertragen,
was seinerseits bewirkt, dass sich die vordere Kragplatte (218)
um die Tragbrücke
(216) biegt, wobei sich der Kragarm umso mehr biegt, je höher die
aufgebrachte Belastung ist. Da sich diese Außenfläche des Kragarms biegt, wird
man außerdem
einsehen, dass die Oberfläche
unter Zugbeanspruchung steht und dementsprechend die Tendenz zur
Verlängerung
ebenso für
die fest angeklebte piezoelektrische Vorrichtung gilt. Die Zunahme
der Zugbeanspruchung und die daraus folgende Verformung der piezoelektrischen
Vorrichtung hängt
direkt mit der im Kragarm bewirkten Dehnung zusammen und wird daher
direkt in ein elektrisches Niederspannungssignal gewandelt, das über entsprechende
Drähte
(83a) vom Systemsteuerkreis (18) empfangen werden kann.
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Das
resultierende elektrische Signal von der piezoelektrischen Lastanzeigevorrichtung
(222) kann dann vom Steuerkreis auf herkömmliche
Weise bestimmt werden, um eine direkte Ausgabe als Maß für die auf
den Dornschaft (72) ausgeübte Belastung zu liefern.
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Piezoelektrische
Dünnfilm-Lastanzeigevorrichtungen
sind allgemein gut bekannt und umfassen eine Vielzahl verschiedener
Ausführungen.
Speziell in der hierin beschriebenen Ausführungsform kann die piezoelektrische
Dünnfilm-Lastanzeigevorrichtung
einen zweischichtigen Biege-Piezogenerator umfassen, der ein laminiertes
zweischichtiges Element umfasst, wobei, wenn die aufgebrachte mechanische
Kraft eine Biegung des Kragarms bewirkt, das polarisierte zweischichtige
Element der piezoelektrischen Vorrichtung eben falls gebogen wird,
wobei eine Schicht gepresst und die andere gedehnt wird, so dass
infolge der Bemühung,
den aufgebrachten Dehnungen entgegenzuwirken, über jeder Lage eine Ladung
entsteht und es ist diese Ladung, die dann vom Steuerkreis erfasst
und bestimmt wird. Da diese Technologie jedoch als alltäglich und
weitläufig
verstanden betrachtet wird, werden die genauen Einzelheiten der
Funktionsweise von piezoelektrischen Lastmessvorrichtungen dieser
Art hier nicht weiter beschrieben, außer dass bei der Verformung
eines solchen Materials unter einer aufgebrachten Belastung ein
elektrisches Niederspannungssignal erzeugt wird, das ein Maß für die aufgebrachte
Belastung ist.
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Der
Steuerkreis kann dann so kalibriert werden, dass er das gemessene
Ausgabesignal der piezoelektrischen Vorrichtung bestimmt und wandelt, um
eine genaue Messung der auf den Dornschaft aufgebrachten Belastung
zu erzeugen, oder er kann einfach ein unkalibriertes Signal ausgeben,
das ein Maß für die Änderung
der während
des Nietsetzverfahrens aufgebrachten Belastung ist. Dieses unkalibrierte
Signal ist von speziellem Interesse, wobei das Nietsetzverfahren
analysiert wird, indem die Setzzeit zwischen verschiedenen Spitzen
und Tälern
in einer kontinuierlichen Last-Zeit-Messkurve betrachtet wird, wobei
dieser spezifische Wert der aufgebrachten Last für die Bestimmung der Qualität des gesetzten Niets
nicht wesentlich ist. In anderen Vorgängen werden die Lastwerte jedoch
ausdrücklich
benötigt
und daher muss der Steuerkreis entsprechend kalibriert werden. Insbesondere
steigt während
eines Nietsetzvorgangs die auf den Dornschaft aufgebrachte Last zunächst an,
bis der Dornkopf ausreichend Kraft ausübt, um die Verformung des zylindrischen
Körpers des
Niets zu bewirken, und in ihn hineingezogen werden kann. Während dieses
Verformungsstadiums wird die auf den Dornschaft ausgeübte Last
reduziert, bis aus dem Zusammendrücken des Nietkörpers gegen
das Werkstück
weiterer Widerstand gegen die Dornkopfverschiebung resultiert, wobei
ein allmählicher
Anstieg der Last auf den Nietschaft stattfindet, bis der Dorn auf
herkömmliche
Weise bricht. Solche Lasten werden ohne Weiteres von Anwendern solcher
piezoelektrischer Dünnfilm-Lastmessvorrichtungen
gemessen.
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Diese
Art von Lastmessvorrichtung hat eine spezielle vorteilhafte Anwendung
in der Überwachung
eines Nietsetzvorgangs mit "freiem
Setzen", wobei das
Nietsetzwerkzeug unbeabsichtigt entfernt vom Werkstück betrieben
werden kann, so dass der Niet effektiv in der Luft gesetzt wird.
Während
eines herkömmlichen
Nietsetzvorgangs, wie oben diskutiert, steigt die auf einen Nietdorn
ausgeübte
Last allmählich
an, bis der Dornkopf in den Nietkörper gezogen wird, dann folgt
ein Abfall der ermittelten Last infolge des verminderten Widerstands
durch den verformten Nietkörper.
Dann greift der verformte Nietkörper
an der Rückseite
eines Werkstücks
an, in das der Niet gesetzt wird, verhindert damit die weitere Verformung
und erhöht
so den Widerstand gegen die Verschiebung des Dorns und den Wert
der vom Setzwerkzeug auf den Niet aufgebrachten Last, bis der Dorn
bricht und die aufgebrachte Last dann rasch abfällt. Wie weitläufig bekannt
ist, erzeugen solche Lastmessungen ein herkömmliches Belastungsprofil für den Niet
und es wurde festgestellt, dass die Zeitdifferenz zwischen der ersten
Lastspitze (repräsentativ
für den
Eintrittslastwert des Niets) und der zweiten Lastspitze (gleich
der Belastung, bei der der Dorn bricht) für eine bestimmte Nietkonstruktion
beim Aufbringen an ein bestimmtes Werkstück im Wesentlichen konstant
bleibt. Es ist außerdem
weitläufig
bekannt, dass, wenn der Niet "frei
gesetzt" wird, um
in einer Entfernung vom Werkstück
gesetzt zu werden, das Verformungsstadium des Nietkörpers länger andauert,
da es nicht durch den Angriff an der Rückseite des Werkstücks angehalten
wird. In dieser Situation findet die Nietsetzzeit (die Zeit, die
es dauert, bis der Bruch des Dorns bewirkt wird) zu einer Zeitperiode
statt, die größer ist
als die, die erwartet wird, wenn der Niet in einem bekannten Werkstück gesetzt
wird. So liefert die Verwendung der Dünnfilm-Lastmessvorrichtungen,
wie zuvor diskutiert, zum Messen eines Signals als Maß für die auf
einen Dorn aufgebrachte Last und die Analyse dieses Signals als Funktion
der Zeit, um die Zeitdifferenz zwischen den zwei gemessenen Spitzen
einer solchen Lastkurve zu bestimmen, einen Zeitdifferenzwert, der mit
einem vorbestimmten Wert (der ein Maß ist für einen zulässigen Setzvorgang eines bestimmen
Niettyps in einem bekannten Werkstück) verglichen werden kann, um
festzustellen, ob die gemessene Zeitdifferenz größer ist als die vorbestimmte
Zeitdifferenz. Falls diese Zeitdifferenz größer ist als der vorbestimmte Wert,
ist dies als Anzeichen für
einen "freien Setzvorgang" anzusehen und ein
entsprechendes Alarm- oder Ausschusssignal könnte von einem entsprechenden
Steuerkreis als Anzeichen für
einen "freien Setzvorgang" generiert werden,
um je nach Bedarf entweder die Bedienperson zu warnen oder einen Eintrag
in einem Setzwerkzeugprotokoll zu erzeugen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Verweis auf einen herkömmlichen
Blindniet beschrieben wurde, ist zu beachten, dass diese Art von
Sensoranordnung gleichermaßen
für andere
Arten von Blindbefestigungselementen angewandt werden kann, bei denen
das Befestigungselement gegen ein Stirnteil eines Setzwerkzeugs
mechanisch verformt (oder zusammengedrückt) werden muss, wobei dieses
Zusammendrücken
zwischen Befestigungselement und Setzwerkzeug durch Einfügen einer
entsprechenden piezoelektrischen Vorrichtung des hierin beschriebenen
Typs gemessen werden kann.