借助接合元件不预先打孔地接合构件的接合装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种接合装置，用于不预先打孔地借助接合元件接合至少两个构件，所述接合元件以脉冲式的接合脉冲沿轴向接合方向钉入待接合的构件中，所述接合装置具有C形支架，所述支架具有两个彼此相对的支架臂，在所述支架臂之间定位待接合的构件，接合装置还具有设置工具和阴模，二者彼此相对地布置在支架臂上，其中，阴模相对于阴模侧的支架臂有限地脱耦，其特征在于，阴模与布置在阴模侧支架臂另一侧上的质量体相连接，其中，所述质量体相对于阴模侧的支架臂沿接合元件的接合方向能柔性地被支承，从而所述质量体能够承受在接合时作用到阴模上的剩余接合脉冲。本发明还涉及一种用于借助于这种接合装置以不预打孔的方式接合至少两个构件的方法。
【专利说明】借助接合元件不预先打孔地接合构件的接合装置和方法
发明领域
[0001]本发明涉及一种接合装置，用于借助于接合元件不预先打孔地接合至少两个构件，该接合元件(在接合位置处)沿轴向接合方向以脉冲式的接合脉冲钉入待接合的构件中，其中，接合装置具有C形支架，该支架带有两个彼此相对的支架臂，在接合过程期间在所述支架臂之间定位待接合的构件，且接合装置还具有设置工具和阴模，二者彼此相对地布置在支架的支架臂上。
[0002]本发明此外涉及一种方法，用于借助至少一个接合元件以不预打孔的方式接合至少两个构件，该接合元件(无预制孔)沿轴向接合方向以脉冲式的接合脉冲钉入待接合的构件中。
【背景技术】
[0003]开头提及形式的接合装置用于在接合位置两侧都可接近情况下、借助于至少一个接合元件或接合辅助件机械地连接构件。构件的接合在无预制孔的接合位置处进行，为此将构件彼此重叠地定位在C形支架的支架臂之间，且紧接着借助于设置工具将接合元件朝着阴模钉入待接合构件中，且由此产生一种形状配合和/或力配合的接合连接。在此产生的接合力，有时在几十至几百kN范围内，该作用力全被C形支架承受。待接合的构件能够先后在多个接合位置上借助于同一接合装置接合。过程运动能够借助于生产机器人等实现，在该生产机器人上连接有接合装置。
[0004]如果待接合的构件由高强度材料制成，则需要较大的接合力，该接合力必须由设置工具向阴模施加。其它的边界条件也可能导致较大的接合力。为了承受较大的接合力，C形支架必须设计成较坚固的，由此该支架较重和庞大且/或占地方和不便操作(由于受干扰的加强结构或者干扰结构)。此外，设置工具的施力装置也必须是针对这种较大接合力而设计的，这同样需要较重的结构形式。这里，接合装置提供这种补救方式，在这些接合装置中，接合元件借助于由沉降装置或者说设置工具产生的力脉冲(下文称作接合脉冲)在接合位置处以较高的速度挤入到待接合的构件中，其中，接合连接在几微秒中完成。
[0005]【背景技术】参考专利文献DE102005054242A1和同一 申请人:的专利文献DE102005038973Alo
[0006]由文件DE19729368A1中已知一种带有C形支架的接合装置，该接合装置具有击打机构，借助于该击打机构可通过多个连续的冲击将接合元件击入待接合的构件中。此外，阴模相对于阴模侧的支架臂灵活地或者说弹性地支承。为实现接合连接所需的接合力不只在一个单独的冲程(接合冲程)中施加。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种上述类型的接合装置，该接合装置不具有或者至少仅更小程度地具有至少一个【背景技术】中所述的缺点。
[0008]所述技术问题通过根据本发明的接合装置来解决。所述技术问题的解决方案也延伸至一种根据本发明的用于借助于根据本发明的接合装置不预打孔地接合至少两个构件的方法。
[0009]根据本发明的用于借助于接合元件(该接合元件沿轴向接合方向以脉冲式的接合脉冲钉入待接合的构件中)不先预打孔地接合至少两个构件的接合装置包括C形支架，该支架具有两个相对的支架臂，在支架臂之间定位有待接合的构件，且该支架还包括设置工具(Setzwekzeug)和阴模,两者彼此相对地布置在支架臂上。阴模相对于阴模侧的支架臂有限地(即在结构规定的范围内)脱耦，为此阴模例如在接合元件的接合方向上可柔性地支承或者说保持在阴模侧的支架臂上，从而在接合元件钉入构件时，由阴模承受的剩余接合脉冲仅部分地和/或仅在时间上有所延滞地传递到阴模侧的支架臂上或者说导入到支架臂中。
[0010]根据本发明的接合装置的特征在于，阴模与(至少一个)布置在阴模侧的支架臂的另一侧边上的质量体相连，其中，该质量体相对于阴模侧的支架臂在接合元件的接合方向上可柔性地支承，从而该质量体在接合时能够承受作用到阴模上的剩余接合脉冲。
[0011]优选设置根据本发明的接合装置以用于连结到多轴生产机器人上，并且接合装置具有相应的联接元件或者法兰部段等。
[0012]根据本发明的接合装置能够借助于不同类型的接合元件工作，其中设置工具和阴模分别与此相应地设计。接合元件尤其为铆钉，尤其是实心冲压铆钉或空心冲压铆钉、电阻焊元件、钉形或者T形接合元件等。
[0013]待接合的构件例如为任何组合形式(混合结构)的(金属)板构件或由塑料和塑料复合物(例如CFK)制成的类似板件的构件、金属和非金属型材件、金属铸件、塑料铸件等。尤其为用于制造车身复合构件或者车辆车身的车身构件。本发明使得周期时间短的适用于大批量生产的混合接合技术成为可能。优选这样设置，构件附加地彼此粘接在一起。在接合位置上可借助于接合元件接合两个或多个构件。根据本发明的接合装置也可用于接合元件在单个构件上的机械连结，例如用于冲压螺母、冲压接合螺栓等的压入。根据本发明的接合装置也可用于切割或冲压工艺。
[0014]优选这样设置，待接合构件的至少一个由高强度材料且尤其由高强度的钢板材料如加压淬火的钢板制成。高强度的材料主要理解成抗拉强度至少SOOMPa且尤其至少IOOOMPa的材料。加压淬火的钢板材料可具有至1500MPa且更高的抗拉强度。
[0015]为了接合或者连接构件，将这些构件定位在彼此相对的支架臂之间或反之亦可。紧接着，待接合的接合元件通过设置工具以脉冲式的接合脉冲加载，且以一个未中断的只在轴向上接合运动在接合位置上以较高的击打速度钉入待接合的构件中。接合元件的击打速度优选位于2m/s [米每秒]至99m/s或100m/s的范围内，且例如为约30m/s至约50m/s,从而在击打到上构件或者朝向设置工具的构件上时接合元件具有较高的接合脉冲。以该方式尤其也可将由高强度材料制成的不带预制孔的构件彼此接合起来。待接合构件可根据方法变型方案在接合位置上被接合元件穿透或者仅部分穿透。预打孔的构件(其中尤其上构件为已预打孔的)也可借助于根据本发明的接合装置接合。
[0016]可借助于根据本发明的接合装置实施的接合过程是单级的，即在每个接合过程中设置工具仅实施一个冲程(接合冲程)。不设置如专利文件DE19729368A1中所述的借助于多个连续的撞击(借助于锤击或击打机构等)的钉件(例如冲压钉等)，而优选设置根据活塞推动原理以击打形式或者射击形式的工作方式。由设置工具或者沉降装置产生的脉冲式的接合脉冲(该接合脉冲尤其借助于接合柱塞或者接合活塞传递到接合元件上)通过接合元件的击打和通过构件和接合元件产生的变形而被减弱。剩余接合脉冲由阴模(也称作顶头)承受，并且可不用其他措施地通过阴模侧的支架臂传导到C形支架中。这导致支架的动态负荷，这可能主要使尤其在支架臂的自由端部处的支架发生上弯或扩开和/或上扬或后续振动(这对接合过程有非常不利的影响)的后果。
[0017]通过将在根据本发明的接合装置中将阴模与阴模侧的支架臂有条件地脱耦，防止了由阴模在接合过程期间承受的剩余接合脉冲直接导入到阴模侧的支架臂中。
[0018]阴模与阴模侧的支架臂的脱耦尤其通过可柔性的支承实现。阴模的可柔性的支承(或者说布置或保持或也可说固定)能这样理解，阴模可沿接合方向并且也可逆着接合方向相对于阴模侧的支架臂相对运动，并且以可沿接合方向纵向运动的方式支承(即具有移动自由度)，其中，相对运动性或者纵向可运动性是受限的，这例如通过止动件、弹簧行程等实现。通过相对运动性或者纵向运动性可实现一种结构上引起的，即在边界上预定的阴模与阴模侧的支架臂的脱耦。该脱耦防止了由阴模承受的剩余接合脉冲直接传递到阴模侧的支架臂中。
[0019]根据本发明这样设置，一定条件下脱耦的阴模与至少一个布置在阴模侧的支架臂的另一侧边上的质量体相连。质量体相对于阴模布置在阴模侧的支架臂的另一侧边上，其中，在阴模和质量体之间存在力连接或者力耦合。阴模在此布置在位于支架臂之间的工作空间内部，且质量体布置在该工作空间之外。质量体(优选阴模也一起)相对于阴模侧的支架臂在接合元件的接合方向上可柔性地支承，从而该质量体可如此地承受在接合时作用到阴模上的剩余接合脉冲，即作用到阴模上的或者由阴模承受的剩余接合脉冲作为冲击波导引到质量体上，该质量体接着可通过脉冲传递相对于阴模侧的支架臂运动。也就是说，由阴模承受的剩余接合脉冲朝外(由工作空间朝外)经过阴模侧的支架臂传递到质量体上且在那里根据其质量转化成运动。冲击波在此尤其基本没有阻碍地穿过阴模侧的支架臂，而该支架臂不受此影响(牛顿摆原理)。
[0020]根据本发明的措施导致由阴模承受的剩余接合脉冲的明显减弱和/或衰减。此夕卜，尤其也可实现:由阴模承受的剩余接合脉冲时间上滞后地继续传递到阴模侧的支架臂中。这种减弱和/或衰减使得支架的扩开和/或上扬最小化。也就是说，阴模侧的支架臂和C形的支架不须承受所有的剩余接合脉冲。时间上的延滞尤其使得由阴模承受的剩余接合脉冲在最后或者在接合过程(这里尤其指在接合元件进入构件中时的根本的沉降过程)之后才继续导入到阴模侧的支架臂中、且尤其以减弱的形式继续导入，从而支架的扩开和/或上扬(如果还有的话)直至相对接合或者说沉降过程之后一个不危险的较晚的时间点才进行。
[0021]本发明不涉及支架的外型设计，而是走另一条道路。由此可很大程度上取消支架侧的加强措施(例如较大和较重的实施方案或较昂贵和占地的桁架结构)，从而根据本发明的接合装置的C形支架在伸出部分较长时(支架臂的可用长度能够例如为600mm或更多)也可具有较小的重量和较紧凑的结构形式、且有助于实现较轻的设备重量(包括生产机器人、接合装置和可能有的附加构件)。尤其可使用一种所谓的轻质C形支架，该支架例如具有特别轻的桁架结构或者设计形式和/或由碳纤维强化塑料(CFK)制成的支架部件。此外，原则上也可应用“柔软的” C支架或者说C框架。
[0022]优选这样设置，即阴模和质量体通过共同的阴模保持装置布置或者固定在阴模侧的支架臂上，其中，阴模保持装置可相对于阴模侧的支架臂运动。这使得阴模和阴模保持装置的一体式构造型式也成为可能。阴模保持装置优选具有基体，该基体连接阴模和至少一个质量体。
[0023]尤其这样设置，在阴模保持装置上布置有至少一个与阴模共同起作用的弹簧装置和/或至少一个与质量体共同起作用的弹簧装置。这种弹簧装置能够例如用于在阴模保持装置上弹性地支承阴模或质量体。这种弹簧装置也可用于将阴模或质量体直接或间接弹性地支撑到阴模侧的支架臂上。弹簧装置将动能转化为弹性势能，反之亦可。弹簧装置可例如为螺旋弹簧、碟形弹簧等。弹簧装置可包括多个相同或不同形式的弹性元件。优选这样设置，弹簧装置为橡胶弹簧装置或包括至少一个这种橡胶弹簧，如下文还要进一步阐述的那样。
[0024]在优选的形式中，在阴模保持装置上附加于至少一个弹簧装置也设置至少一个阻尼器或阻尼装置，该阻尼器或阻尼装置可减少(包括阴模、质量体或阴模保持装置在内)产生的振动。
[0025]取代至少一个单独构造的弹簧装置和至少一个单独构造的阻尼装置能够在阴模保持装置上布置至少一个与阴模共同起作用的弹簧-阻尼装置和/或至少一个与质量体共同起作用的弹簧-阻尼装置。这种弹簧-阻尼装置(或者弹簧-阻尼器-装置)构造为整体结构单元或者构造为一个构件。例如弹簧阻尼装置为橡胶弹簧装置，该橡胶弹簧装置具有至少一个橡胶弹簧。橡胶弹簧兼有弹性和阻尼性能，从而不需要有时可能设置的单独的阻尼装置。
[0026]通过调校，(至少一个)带有阴模、阴模保持装置和/或质量体(该质量体在一定程度上提供附加质量)的质量的弹簧装置能够形成至少一个弹簧-质量-系统和尤其一个带阻尼的弹簧-质量-系统(弹簧-阻尼器-质量-系统)，只要也设有(至少一个)阻尼装置。这种弹簧-质量-系统可基于给定的物理定律在通过阴模承受剩余接合脉冲之后尤其在接合过程方面有利地影响随时间变化的反作用力曲线。此外，传递到阴模侧的支架臂上的反作用力可明显减少，由此减小在支架臂之间的扩开或者说上弹。根据至少一个质量体、至少一个弹簧装置和至少一个阻尼装置的大小、型式、布置和组合的不同可在不同程度上实现不同的效果且实现与接合过程的个性化匹配。
[0027]优选这样设置，(至少一个)质量体、(至少一个)弹簧装置、(至少一个)阻尼装置和/或(至少一个)弹簧-阻尼装置构造为单独的且优选可更换的构件，这些构件尤其可更换或者可交换地固定在阴模保持装置上。这些构件优选构造成可调节的，以便可与由此实现的效果相匹配，且尤其也可准确地调节。阴模保持装置能够具有固定机构或者保持机构，这种机构如此构造，即可直接更换质量体、弹簧装置、阻尼装置和/或弹簧-阻尼装置。直接更换或者交换这样理解，即这些构件可更换而不须为此将阴模保持装置由C形支架上拆除。通过更换这些构件可实现与接合过程的个性化匹配。
[0028]在阴模上，在质量体上和/或在阴模保持装置上可布置有至少一个时间分辨测量传感器，该测量传感器可用于过程监控，如下文进一步阐述的那样。优选为测力传感器(例如压电式测力元件)和/或加速度传感器(加速度接收器)。[0029]根据本发明的接合装置能够连结在操纵装置上，其中尤其为多轴生产机器人，以便可借助于操纵装置或者说生产机器人将该接合装置在空间中移动。由于根据本发明的接合装置可设计得较轻和易于操作，使得较快的运动和较高的加速度或减速度成为可能。此夕卜，操纵装置或者说生产机器人可装备尺寸相对较小的驱动设备(在结构尺寸和功率或者能量消耗方面)。所需的位置或者说空间需求也相对较小。
[0030]根据本发明的用于不预打孔地接合至少两个构件的方法这样设置，即在使用根据本发明的接合装置的情况下，至少一个接合元件以脉冲式的接合脉冲钉入待接合的构件中。为此，待接合的构件定位在C形支架的支架臂之间，即在工作空间中，或者反之亦可。在接合过程期间，其中，接合元件以脉冲式的接合脉冲或者以较高的击打速度钉入待接合的构件中，作用到阴模上的剩余接合脉冲传递到质量体或者其附加质量上。此外参照前文和接下来的阐述。
[0031]如果使用多个接合元件以用于接合构件，C形支架和/或待接合的构件可在每个接合过程之后，即在接合元件进入接合位置之后，彼此相对运动，这例如能够借助于操纵装置完成。根据本发明的方法尤其用于制造车身复合构件或车辆车身。
[0032]优选设置借助于根据本发明的接合装置实施的接合过程的自动化过程监控，这尤其可实时进行。为此可自动评估例如由测量传感器(如上文所述)生成的测量信号以保证无故障的接合连接(例如正确连接)。自动评估可借助于电脑进行，其中，记录的力-时间-变化曲线或者振动曲线可全部或部分地(或者其他记录或者说采集的特征化过程参数)与针对无故障的接合连接的规定指数相比较。借助于过程监控可尤其验证制出的接合连接的机械性能的特性，尤其它的承载能力。由此也使得用于检验(且如有可能记录)机械连接性能不变的过程监控成为可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]发明其他技术特征和优点由接下来参考附图的示例性的说明中得出。在此，在附图中所使用的方向说明仅是示例性的且可能和实际情况有所偏差。在示意性且未按比例的附图中所示的和/或接下来阐述的技术特征可以与具体的技术特征组合方案无关地成为本发明的技术特征。此外，所示和/或所阐述的实施可能性的技术特征可在本发明范围内进行组合。
[0034]图1以立体图展示了根据本发明的接合装置，
[0035]图2以侧视图展示了在根据图1的接合装置上的阴模保持装置，
[0036]图3以侧视图展示了在根据图1的接合装置上的阴模保持装置的另一实施可能性。
[0037]图4以侧视图展示了带有底盘架的根据本发明的接合装置的另一实施可能性。
[0038]图5a_5f以多个图表展示了在根据图2和3的阴模保持架上的反作用力的可能的力-时间-变化曲线。
【具体实施方式】
[0039]图1展示了根据本发明的接合装置100，该接合装置100具有带有两个相对的支架臂112和114的C形支架110。以120表示一种用于将接合装置100连结到未示出的生产机器人上的法兰部段。这种法兰部段能够同样可位于支架臂112和/或114的其中一个上。在上支架臂114上布置设置工具或者说沉降装置130。在相对的下支架臂112上布置与设置工具相对应的阴模140。接合轴线以L标明。
[0040]接合装置100用于借助于接合元件300机械式地接合两个(或多个)重叠的构件210和220。为此，待接合的构件210和220布置在支架臂112和114之间的工作区间中，且借助于设置工具130的套嘴(MundstUck) 131抵着阴模140固定在接合位置上，这一点以接合位置两面的可接近性为前提。在使用粘合剂时该套嘴131被挤压。必要时也可设置单独的压紧装置，以用于将构件210和220固定在接合位置上。紧接着在设置工具130中，接合元件300沿着接合方向D加速穿过套嘴131，例如借助于实施一个单独的接合冲程的接合柱塞或者接合活塞，且以较高的速度和由此而来的较高接合脉冲进入待接合构件210和220中，其中，在几微秒内，也可能在少于一微秒内完成形状配合的接合连接。通过接合装置100的工作方法以同样的方式在在构件210和220之间的另外的接合位置上产生其他接合连接。设置工具130可以磁性或电磁性，电(例如借助于电场)或气动的方式工作。
[0041]在接合过程期间和尤其在沉降过程期间由阴模140承受的剩余接合脉冲可在没有其他措施的情况下直接传导入阴模侧的支架臂112中，这导致以S标明的在支架臂112和114之间的支架110发生弯曲或延展和/或上扬。此外，这种变型也可能由在设置工具130和阴模140之间的对准错误(相对于共同的接合轴线L的角度错位和横向错位)所导致，这可能再一次对制成的接合连接产生不利影响。
[0042]为了避免这种影响，这样设置，即阴模140相对于阴模侧的支架臂112沿接合元件300的接合方向D能弯曲地支承，且由此相对于阴模侧的支架臂112有条件地解耦，从而使得在接合元件300钉入时由阴模140承受的剩余接合脉冲仅部分地和/或仅在时间延后的情况下传递到阴模侧的支架臂112上。此外这样设置，阴模140与布置在阴模侧的支架臂112的另一远离阴模140的侧边上的质量块相连，其中，该质量块相对于阴模侧的支架臂112沿接合元件300的接合方向D同样可弯曲地支承或者说悬挂，从而该质量块可承受在接合时作用到阴模140上的剩余接合脉冲或者说撞击。
[0043]图2展示了阴模140在阴模侧的支架臂112上的不根据本发明的布置方案。阴模140借助于阴模保持装置150间接地固定在阴模侧的支架臂112上。阴模保持架器150具有轴向延伸的杆状基体151 (轴向延伸部对应接合轴线L，见图1)，在该基体151上构造有用于阴模140的阴模容纳件152。可备选地一件式构造出基体151和阴模140。基体151延伸通过构造在阴模侧的支架臂112上的孔。
[0044]借助于偏心轴套装置可调整和校准阴模140相对于接合轴线L的定向。该偏心轴套装置包括偏心轴套157，该偏心轴套157借助于径向突出的轴环贴靠在阴模侧的支架臂112的上侧或内侧，延伸穿过在阴模侧的支架臂112中的孔，且在阴模侧的支架臂112的下侧或外侧借助于紧固螺母153固定。基体151可沿轴向方向L相对于构造成套形的偏心轴套157运动。
[0045]在阴模容纳件152 (该阴模容纳件152臂侧构造有径向突出的肩部)和支架臂112之间布置有第一和第二橡胶弹簧154a和154b。橡胶弹簧154a和154b分别具有布置在金属板之间的橡胶弹性体。在橡胶弹簧154a和154b之间存在测力传感器155，借助于该测力传感器155在接合过程期间可采集逆着沉降方向D作用的反作用力。以156表明测力传感器155的连接线。阴模保持装置150可具有未示出的废料导出装置(StanzbutzenabfUhrung)。
[0046]将第一和第二橡胶弹簧154a和154b布置在阴模140的侧边上。阴模140通过橡胶弹簧154a和154b解耦地支撑在阴模侧的支架臂112上。此外，阴模容纳件150具有第三橡胶弹簧154c，该橡胶弹簧154c相对于支架臂112布置在远离阴模140的侧边上。第三橡胶弹簧154c通过偏心轴套157与螺母153轴向间隔开。通过中央的锁紧螺母和盲孔螺母158可改变和调整橡胶弹簧154a，154b和154c的预紧和由此得到的它们的弹性-和阻尼特性。结构上的细节未示出。
[0047]阴模140相对于阴模侧的支架臂112沿着接合轴线L可沿接合元件300的接合方向D被柔性地支承。即，阴模保持装置150或者说其基体151可与阴模140 —起相对于阴模侧的支架臂112沿着接合轴线L彼此相对运动。由于在阴模保持装置150和阴模侧的支架臂112之间的轴向相对运动性的原因，这些构件不牢固地彼此相连。
[0048]在接合过程或者说沉降过程期间(即在放置接合元件300时)由阴模140承受的剩余接合脉冲会导致:阴模140与基体151 —起沿接合方向D (根据图示朝下或朝外)运动。在此，橡胶弹簧154a和154b张紧且产生(朝上或朝内作用的)回复力。这最终导致逆着接合方向D的基体151的回复运动(朝上或朝内)，其中可能产生过度振动。在此，第三橡胶弹簧154c张紧且产生(朝下或朝外作用的)回复力。由阴模承受的剩余接合脉冲可由此导致阴模保持装置150(包括阴模140在内)相对于阴模侧的支架臂112的振动，其中，该振动通过橡胶弹簧154a，154b和154c的阻尼作用消减。这导致:在接合元件300钉入时由阴模140承受的剩余接合脉冲仅部分地和/或仅在时间上有所滞后地传递到阴模侧的支架臂112上。由此可将支架110的扩开和/或上扬S减少到最小且/或偏移过相对于接合过程或者说沉降过程不危险的时间。
[0049]图3展示了阴模保持装置150的一种根据本发明的实施可能性。与图2中所示相同的构件和元件以相同的参考标号标明。在该实施可能性中在阴模140的一侧上布置有测力传感器155和第一橡胶弹簧154a。在远离阴模140的侧边上布置有第二橡胶弹簧154b、质量体159和第三橡胶弹簧154c。以157表示偏心轴套，如图2所示的实施可能性所阐述的那样。橡胶弹簧154、测力传感器155和质量体159构造成环形的且形状配合地保持在贯穿的杆状基体151上。所述固定通过中央的螺母158来实现。通过松开螺母158可更换质量体159和质量体侧的橡胶弹簧154b和154c，而无须为此将整个阴模保持装置150从阴模侧的支架臂112上拆除。质量体159可构建成一件式或多件式(例如单个质量板或者说重量板的形式)。此外，图2和图3所示的技术特征可在本发明范围内组合成其他根据本发明的实施可能性。
[0050]通过两个邻近的橡胶弹簧154b和154c支撑的质量体159可相对于基体151沿轴向方向L相对运动，其中，基体151可相对于阴模侧的支架臂112彼此相对运动。中间的橡胶弹簧154b必要时可被取消。质量体159提供了惯性附加质量，该附加质量或者其惯性可以说起到抵抗被阴模140承受的剩余接合脉冲的作用，其中，橡胶弹簧154b/c和质量体159互相协调且形成弹簧-质量-系统。阴模侧的橡胶弹簧154a在此相对于质量侧的橡胶弹簧154b和154c仅起着次要作用且必要时也可被取消。对本发明较根本的附加质量或者说质量体159和与橡胶弹簧154b和154c共同起作用而形成的弹簧-质量-系统或者说弹簧-阻尼-质量-系统位于由支架臂112和114撑开的接合装置100工作空间之外。质量体159能够例如具有几百克至几千克的质量。此外，针对图2所示的实施可能性的阐述也类似地适用。
[0051]在图3所示的实施可能性中，由阴模140承受的剩余接合脉冲同样不直接导入到阴模侧的支架臂112中，而是作为冲击波通过阴模保持装置151经过阴模侧的支架臂112首先转移到质量体159的附加质量上，且在那里时间上有所滞后地再次转移回去(牛顿摆)且被减弱或者说衰减地导入到阴模侧的支架臂112中，这相对于接合过程或者说沉降过程在一个不危险的较晚的时间点进行。换句话说，借助基体151与阴模140相连的质量体159通过由阴模140承受的剩余接合脉冲按以下方式沿接合方向D加速，即阴模140将承受的剩余接合脉冲输出到质量体159上(即剩余接合脉冲传递到附加质量上)且由此该阴模不再加速(牛顿摆的原理)。由此，支架110的扩开和/或上扬S可明显减少。这对在阴模保持装置150上测得的反作用力的时间变化曲线(见图5)有影响，由此有利地影响了接合过程和尤其沉降过程。
[0052]在根据图2的实施可能性和在根据图3的实施可能性中都可设置螺旋弹簧、碟形弹簧等取代橡胶弹簧。可借助于单独的阻尼装置或者说阻尼元件完成减震。
[0053]图5展示了多个借助于测力传感器155记录的针对同样借助于接合装置100进行的接合过程的力-时间-变化曲线(力-时间-图)。测得的反作用力分别以千牛[kN](纵坐标)在时间上以毫秒[ms](横坐标)作图。所示的力-时间-变化曲线能够例如借助于布置在阴模140和阴模侧的支架臂112之间的且由此定位在阴模附近的测量传感器155所采集或者记录。阴模侧的橡胶弹簧154在此以机械的方式促使测量信号的平顺。测量传感器155优选为压电式测力元件。较高的例如为200kHz的测量频率使得产生的测量信号在时间上的准确分辨成为可能。
[0054]图5a展示了在不带弹簧装置、阻尼装置和附加质量的阴模保持装置150上测得的反作用力的力变化曲线F(t)。崎岖的力变化曲线F(t)具有多个部分类似的较高的波峰。图5b展示了针对只带有附加质量且不带弹簧-和阻尼装置的根据图3的阴模保持装置的力变化曲线。相对于图5a所示的力变化曲线，该力变化曲线具有较少波峰，然而具有更高的峰值。总的来说，力变化曲线显示出统一性，这尤其对于设备负荷来说是有利的。在阴模保持装置(不带弹簧和阻尼装置)的附加质量更高时，图5c展示了类似于图5b的力变化曲线。在安装附加的橡胶弹簧的情况下，图5d展示了类似于图5b的力变化曲线。在安装附加的橡胶弹簧的情况下，图5e展示了类似于图5c的力变化曲线。在根据图2的不具有附加质量的阴模保持装置的情况下，图5f展示了力变化曲线。
[0055]图5d，5f和5e所示的力变化曲线F(t)仅还具有两个突出的波峰或者说极大值。时间上第一且更高的波峰(冲击峰)代表接合元件300碰到上方构件210。第二波峰代表接合元件头部310击在上方构件210上直至沉降过程结束。通过橡胶弹簧154和可能的附加质量159而平滑化的力变化曲线或者信号曲线能够出色地用于自动化的实时生产过程监控，以便保证无故障的接合连接。
[0056]本发明使以下成为可能，即借助于相对较轻的支架110装备接合装置100。C形的支架110必须至少这样设计，即该支架110很大程度上不变形地承受在套嘴131沉降以便固定构件210和220时朝着阴模140起作用的静态力(可例如位于至9kN的范围内)。通过本发明可操控在接合过程或者说沉降过程中产生的动态力，而不须为此过度加强C形支架110和由此使用较重且占地方或者不易操作地C性支架110。此外，C形支架可至少部分地由轻质材料，例如铝或纤维强化塑料，尤其是碳纤维强化塑料(CFK)构成。也可使用有时具有非常好的减震性能的铸造合金。因此，C形支架也可至少部分地由铝和/或镁合金制成。
[0057]图4展示了带有框架结构的C形支架，该支架110特别适用于本发明。桁架支架110很轻且由于其仅须承受相对较小的动态力而足够坚固。在桁架支架110中分别由两个斜撑形成支架臂112和114。设置工具130借助于线性驱动器或者推进单元135固定在上支架臂114上。借助于驱动器135能够使设置工具130沿轴向方向L运动，以便将管状的套嘴131放置在位于支架臂112和114之间和待接合的构件上，且实现这些构件的固定以用于接下来的接合过程。
[0058]根据本发明的接合装置的一个优点是其较轻的重量，这有助于实现较轻的设备重量。此外使得较好且尤其较灵活的操纵成为可能(尤其在生产机器人上)。此外，由于不存在的或者仅较少的干扰结构也使得尤其在车辆车身处或车辆车身中的接合位置的较好可接近性成为可能。其他优点是在接合过程期间和尤其在沉降过程期间产生较小的噪声(击打噪声被衰减)(相比传统的脉冲接合装置而言)，不依赖于待接合的构件的材料和可实现的极短的生产时间，这促使较短的声场周期。这些因素有利于优选应用在大批量生产中。
[0059]附图标记一览
[0060]100接合装置
[0061]110 支架
[0062]112支架臂(阴模侧)
[0063]114支架臂
[0064]120 法兰
[0065]130设置工具
[0066]131 套嘴
[0067]135驱动器(推进器)
[0068]140阴模(托架)
[0069]150阴模保持装置
[0070]151 基体
[0071]152阴模容纳件
[0072]153 螺母
[0073]154弹簧装置(橡胶弹簧)
[0074]155测量传感器(测力传感器)
[0075]156连接线
[0076]157偏心轴套
[0077]158 螺母
[0078]159质量体
[0079]210 上构件
[0080]220 下构件
[0081]300接合元件[0082]D接合方向
[0083]F(t)力变化曲线
[0084]L接合轴线
[0085 ]S扩开/上扬
【权利要求】
1.一种接合装置(100)，用于不预先打孔地借助接合元件(300)接合至少两个构件(210，220)，所述接合元件(300)以脉冲式的接合脉冲沿轴向接合方向(L)钉入待接合的构件(210，220)中，所述接合装置(100)具有C形支架(110)，所述支架(110)具有两个彼此相对的支架臂(112，114)，在所述支架臂(112，114)之间定位待接合的构件(210，220)，所述接合装置(100)还具有设置工具(130)和阴模(140)，二者彼此相对地布置在支架臂(112，114)上，其中，阴模(140)相对于阴模侧的支架臂(112)有限地脱耦，其特征在于，阴模(140)与布置在阴模侧支架臂(112)另一侧上的质量体(159)相连接，其中，所述质量体(159)相对于阴模侧的支架臂(112)沿接合元件(300)的接合方向(D)能柔性地被支承，从而所述质量体(159)能够承受在接合时作用到阴模(140)上的剩余接合脉冲。
2.根据权利要求1所述的接合装置(100)，其特征在于，阴模(140)和质量体(159)通过共同的阴模保持装置(150)固定在阴模侧的支架臂(112)上，其中，阴模保持装置(150)能相对于阴模侧的支架臂(112)运动。
3.根据权利要求2所述的接合装置(100)，其特征在于，在阴模保持装置(150)上布置至少一个与阴模(140)共同作用的弹簧装置(154a)和/或至少一个与质量体(159)共同作用的弹簧装置(154b，154c)。
4.根据权利要求3所述的接合装置(100)，其特征在于，在阴模保持装置(150)上附加于所述至少一个弹簧装置(154)还设置至少一个阻尼装置，所述阻尼装置能够减弱产生的振动。
5.根据权利要求2所述的接合装置(100)，其特征在于，在阴模保持装置(150)上布置至少一个与阴模(140)共同作用的弹簧-阻尼装置(154a)和/或至少一个与质量体(159)共同作用的弹簧-阻尼装置(154b，154c)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，质量体(159)构造为单独的构件。
7.根据权利要求6所述的接合装置(100)，其特征在于，阴模保持装置(150)具有用于质量体(159)的固定机构，所述固定机构如此构造，即能够使得所述质量体(159)被直接地更换。
8.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，C形支架(110)为轻质C支架。
9.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，在阴模(140)上，在质量体(159)上和/或在阴模保持装置(150)上布置至少一个时间分辨测量传感器(155)，所述测量传感器(155)能用于过程监控。
10.一种用于不预先打孔地接合至少两个构件(210，220)的方法，尤其用于制造车身复合构件或车辆车身，其中，借助于根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)将至少一个接合元件(300)以脉冲式的接合脉冲钉入到待接合的构件(210，220)中。
【文档编号】B21J15/32GK103920843SQ201410107825
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】J·阿梅迪克, P·维索普, G·克拉维特 申请人:大众汽车有限公司