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Patent Searching and Data


Title:
DIE AND JOINING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/036931
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a die (14) for a joining device, at least one monitoring body for monitoring the operability of the die (14) being applied to the die (14).

Inventors:
PFEIFFER, Wolfgang (Kirschgarten 9, Markdorf, 88677, DE)
BOSCHER, Georg (Kornweg 14, Riedhausen, 88377, DE)
UEBELE, Klemens (Laerchenweg 15, Illmensee, 88636, DE)
Application Number:
EP2017/070962
Publication Date:
March 01, 2018
Filing Date:
August 18, 2017
Export Citation:
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Assignee:
TOX PRESSOTECHNIK GMBH & CO. KG (Riedstrasse 4, Weingarten, 88250, DE)
International Classes:
B21D39/03; B21D55/00
Domestic Patent References:
WO2004074695A22004-09-02
Foreign References:
US20070084045A12007-04-19
JP2000061559A2000-02-29
DE102015006419A12015-12-03
DE102004038922A12006-02-23
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
DOBLER, Markus et al. (Grosstobeler Strasse 39, Berg/Ravensburg, 88276, DE)
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Claims:
Ansprüche :

1. Matrize (14) für eine Vorrichtung zum Fügen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Matrize (14) zumindest ein

Überwachungsorgan (31) zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Matrize (14) angebracht ist.

2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) mit einem Matrizenabschnitt der Matrize (14) gekoppelt ist, welcher beim Fügen einer Bewegung

unterliegt, die durch den Fügevorgang bedingt ist.

3. Matrize nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) mit einem Matrizenabschnitt der Matrize (14) gekoppelt ist, welcher bewegbar an der Matrize (14) vorhanden ist.

4. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) mit einem Matrizenabschnitt (17-20) gekoppelt ist, welcher stationär an der Matrize (14) vorhanden ist.

5. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) derart

ausgelegt ist, bei einer Beanspruchung des mit dem

Überwachungsorgan (31) gekoppelten Matrizenabschnitts, die außerhalb eines regelmäßigen Beanspruchungszustands liegt, sich plastisch zu verformen.

6. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) derart

ausgelegt ist, dass ein Bruch des Überwachungsorgans (31) erfolgt, wenn der mit dem Überwachungsorgan (31) gekoppelte Matrizenabschnitt in einen Beanspruchungszustand gelangt, der außerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt.

7. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) ausgebildet ist, dass eine plastische Formveränderung des

Überwachungsorgans (31) von einer übergeordneten Einheit erfassbar ist.

8. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) derart ausgelegt ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen.

9. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) zumindest einen Teil eines Schaltkreises umfasst.

10. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) ausgestaltet ist, einen elektrischen Schaltkreis zu unterbrechen. 11. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) ausgestaltet ist, einen elektrischen Schaltkreis zu schließen.

12. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) ausgelegt ist, einen elektrischen Schaltvorgang auszulösen.

13. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) außen um

Außenbereiche der Matrize (14) herumgeführt vorhanden ist.

14. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsorgan (31) ein

Leiterelement insbesondere ein elektrisch isoliertes

Leiterelement (32) umfasst.

15. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (14) feste Matrizenabschnitte (17-20) aufweist und beweglich aufgenommene Matrizenabschnitte (21-24) umfasst, auf welche Federmittel (26-29) wirken.

16. Matrize nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (26-29) einen Teil einer Außenkontur der Matrize (14) bilden, wobei das

Überwachungsorgan (31) eine elastische Verformung der

Federmittel (26-29) nach außen erfasst.

17. Vorrichtung zum Fügen, insbesondere zum Setzen eines Fügeelements und/oder zum Durchsetzfügen mit einer Matrize (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
"Matrize und Vorrichtung zum Fügen"

Stand der Technik

Vorrichtungen zum Fügen bzw. Umformen wie zum Durchsetzfügen von Werkstücken ohne ein Zusatzelement oder zum Anbringen eines Elements an einem Werkstück sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die betreffenden Vorrichtungen umfassen in der Regel eine Stempeleinheit mit einem

antreibbaren Stempel und eine Matrize, wobei das Werkstück für die Bearbeitung zwischen der Stempeleinheit und der Matrize positionierbar ist.

Mit den genannten Vorrichtungen lassen sich Funktionselemente oder Niete, Vollstanzniete, Halbhohlstanzniete und Clinchniete an dem Werkstück anbringen. Abhängig von der Fügeaufgabe bzw. dem zu bearbeitenden

Werkstück bzw. dem Zusatzelement sind unterschiedliche

Anforderungen von der Vorrichtung und insbesondere von der Matrize zu erfüllen. Bei Matrizen mit beim Fügen sich bewegenden Matrizenabschnitten sind die Matrizen konstruktiv aufwändiger und die Problemfelder komplexer.

Bislang stehen nicht für sämtliche Problemstellungen der genannten Anwendungen moderne bzw. praxistaugliche Lösungen zur Verfügung.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. eine Matrize der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine praxistaugliche Verbesserung gegenüber bekannten Anordnungen darstellt, insbesondere im Hinblick auf moderne Umgebungen mit hohen Anforderungen an eine kontinuierliche Prozessführung bei Anwendungen mit hohen Taktraten bzw.

vollautomatisierten Arbeitsprozessen.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Varianten der Erfindung .

Die Erfindung geht aus von einer Matrize für eine Vorrichtung zum Fügen, wie zum Beispiel zum Stanznieten, Clinchen oder Clinchnieten, wobei an der Matrize zumindest ein

Überwachungsorgan zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Matrize angebracht ist. Damit ist es möglich, unmittelbar die Komponente, nämlich die Matrize, an welcher für den

Gesamtvorgang kritische Zustände und Vorgänge in erster Linie zu erwarten sind, zu überwachen. Das Überwachungsorgan ist dafür exakt abgestimmt ausgebildet, was speziell die Funktion bzw. den Aufbau der Matrize angeht.

Das Überwachungsorgan arbeitet vorzugsweise unabhängig von der Stempeleinheit. Die Funktion der Matrize bedingt das Einwirken einer Fügekraft beim Fügevorgang auf das Werkstück bzw. auf den Niet. Die Fügekraft wird durch einen bewegbaren Stempel der

Stempeleinheit der betreffenden Vorrichtung bereitgestellt. Der Stempel ist entlang einer Fügeachse der Matrize bzw. der Fügevorrichtung relativ zur Matrize bewegbar, wobei das

Werkstück an der Matrize positioniert ist bzw. sich an der Matrize abstützt. Vorzugsweise ist das Überwachungsorgan derart ausgebildet, kontinuierlich den Zustand bzw. die Funktion der Matrize zu erfassen und entsprechende Informationen bereitzustellen bzw. weiterzugeben. Insbesondere ist es mit der Erfindung auf einfache Weise möglich, zwischen Matrizenzuständen

"funktionsfähig" und "nicht funktionsfähig" zu unterscheiden. Die Bereitstellung kann auf unterschiedliche Art geschehen, zum Beispiel durch Weiterleitung an eine übergeordnete Einheit wie eine Kontroll- bzw. Regel- oder Steuereinheit und/oder durch die Bereitstellung eines Warn- oder Zustandssignals an die Umgebung bzw. an das Gesamtsystem.

Das Überwachungsorgan ist insbesondere so gestaltet, dass erfassbare Zustände mittels einer binären Information

bereitgestellt werden, zum Beispiel in der Art "in Ordnung" oder "nicht in Ordnung".

Es ist aber auch eine Informations-Bereitstellung durch das Überwachungsorgan möglich, welche jeweils genau einen

Informationsinhalt bereitstellt, der aus einer Vielzahl von untereinander verschiedenen Informationsgehalten ausgewählt ist .

Die Überwachung der Matrize, wie auch die Bereitstellung bzw. Weitergabe der Information an die übergeordnete Einheit oder die Umgebung, kann kontinuierlich sein oder in Intervallen erfolgen .

Die Kontrolleinheit ist z. B. eine rechnergestützte

Kontrolleinheit, welche vorzugsweise die Vorrichtung zum Setzen des Fügeelements bzw. zum Fügen, bei welcher die Matrize vorhanden ist, kontrolliert.

Weiter ist es vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan mit einem Matrizenabschnitt der Matrize gekoppelt ist, welcher beim Fügen einer Bewegung unterliegt, die durch den

Fügevorgang bedingt ist. Das Überwachungsorgan überwacht insbesondere die Bewegung des bewegbaren Matrizenabschnitts. Über die Kopplung des Überwachungsorgans mit dem bewegbaren Matrizenabschnitt lässt sich der Zustand eines bewegbaren Matrizenabschnitts direkt erfassen und eine dazugehörige Information sicher und mit hoher Aussagekraft bereitstellen. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil ein bewegbarer

Matrizenabschnitt in der Regel den kritischen Teil einer Matrize bildet. Denn ein bewegbarer Matrizenabschnitt ist dynamisch und mechanisch vergleichsweise hoch beansprucht. Fehlerfrei funktionierende bewegbare Matrizenabschnitte sind Voraussetzung für die Funktion der Matrize. Deshalb gehen Probleme beim Fügen häufig auf nicht korrekt funktionierende bzw. beschädigte oder gänzlich fehlende bewegbare

Matrizenabschnitte zurück, womit die Problemerkennung mit der erfindungsgemäßen Matrize vorteilhaft erfolgt.

Unter einer Kopplung des Überwachungsorgans mit dem

Matrizenabschnitt der Matrize sind unterschiedliche

Zusammenhänge zu verstehen, die abhängig vom Einzelfall jeweils auf die betreffende Matrize abgestimmt sind. Eine Kopplung kann beispielsweise eine direkte bzw. unmittelbare z. B. körperliche Verbindung oder eine indirekte Verbindung zwischen dem Überwachungsorgan und dem Matrizenabschnitt bedeuten. Die Kopplung kann außerdem dauerhaft oder nicht dauerhaft sein. Auch denkbar ist, dass die Art der Kopplung sich im Verlauf des Fügevorgangs ändert, zum Beispiel in einer ersten Betriebsphase der Matrize eine indirekte Kopplung zwischen dem Überwachungsorgan und dem bewegbaren

Matrizenabschnitt und später eine direkte Kopplung z. B. mit einem Anlagekontakt zwischen dem Überwachungsorgan und dem Matrizenabschnitt eingerichtet ist. Eine Kopplung ist zum Beispiel ein Anlagekontakt zwischen dem Überwachungsorgan und dem bewegbaren Matrizenabschnitt, wobei das Überwachungsorgan so abgestimmt ist, dass der

Anlagekontakt dann erfolgt, wenn der bewegbare

Matrizenabschnitt einen vorgebbaren Bewegungsweg durchläuft, der besonders aussagekräftig ist im Hinblick auf eine

Funktionsstörung bzw. einen möglichen Beschädigungszustand der Matrize. Der durch die Kopplung überwachte Bewegungsweg des Matrizenabschnitts ist vorzugsweise ein letzter Teilabschnitt des Weges, den der bewegbare Matrizenabschnitt bei einem

Fügevorgang bis zum Erreichen einer Endposition bzw.

Stillstandposition des bewegbaren Matrizenabschnitts einnimmt. Häufig sind Beschädigungen der Matrize daran erkennbar, dass der Bewegungsweg des bewegbaren Matrizenabschnitts von einem zurückgelegten Standardweg abweicht. Die dazugehörige

Abweichung wird von der erfindungsgemäßen Matrize mit dem Überwachungsorgan erkannt.

Es ist auch von Vorteil, dass das Überwachungsorgan mit einem Matrizenabschnitt der Matrize gekoppelt ist, welcher bewegbar an der Matrize vorhanden ist.

Der bewegbare Matrizenabschnitt kann im Beschädigungsfall zum Beispiel auf seinem letzten Abschnitt des Bewegungsweges die richtige bzw. standardgemäße Endposition nicht erreichen bzw. nicht in der Endposition zum Stillstand kommen, sondern vorher oder später stillstehen, oder eine nicht standardgemäße bzw. korrekte Bewegung ausführen, z. B. schneller oder langsamer oder nicht gleichförmig sondern ruckartig, verglichen mit dem funktionsrichtigen Standardfall.

Grundsätzlich kann eine vorteilhafte Variante der Erfindung sich dadurch auszeichnen, dass die Matrizenabschnitte der Matrize, welche zumindest zu Beginn des Fügeprozesses am Werkstück in Anlage kommen, keine positionsfeste

Matrizenabschnitte umfassen, sondern allein bewegliche

Matrizenabschnitte betrifft, die zum Beispiel von zwei oder mehr als zwei beweglichen Matrizenabschnitten gebildet sind.

Zum Beispiel kann sich ein bewegbarer Matrizenabschnitt oder können sich mehrere bewegbare Matrizenabschnitte in einem Beschädigungsfall der Matrize über eine Endposition hinaus weiterbewegen, die im schadensfreien Fall eine korrekte

Endposition des Bewegungsweges des Matrizenabschnitts ist.

Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das

Überwachungsorgan mit einem Matrizenabschnitt gekoppelt, welcher stationär an der Matrize vorhanden ist. Damit kann vorteilhaft ein stationärer bzw. nicht beweglich an der

Matrize vorhandener Matrizenabschnitt überwacht bzw. ein Beschädigungsfall wie z. B. ein Bruch des stationären

Matrizenabschnitts vom Überwachungsorgan erfasst und angezeigt werden .

Mit der vorgeschlagenen Matrize kann demgemäß vorteilhaft auch erkannt werden, wenn ein festes Element der Matrize bzw. wenn ein fester Matrizenabschnitt beschädigt ist bzw. zum Beispiel nach außen wegbricht.

Bei Matrizen mit beweglichen und stationären

Matrizenabschnitten können mit dem Überwachungsorgan sämtliche interessierenden stationären und beweglichen

Matrizenabschnitte überwacht werden.

Eine erfindungsgemäße Matrize umfasst Matrizen, die aus mindestens zwei festen und mindestens zwei beweglichen

Matrizenabschnitten bestehen. Die erfindungsgemäße Matrize umfasst auch Matrizen, die nur aus mindestens zwei beweglichen Matrizenabschnitten bestehen. Diese Matrizen weisen außer den beweglichen Matrizenabschnitten keine zusätzlichen festen Matrizenabschnitte auf, welche am Werkstück wirksam sind bzw. am Werkstück in Anlage kommen.

Die Matrize weist vorzugsweise zwei oder mehr insbesondere genau vier feste Lamellen mit jeweils einer Auflagefläche für das Werkstück und zwei oder mehr insbesondere genau vier bewegbare Lamellen auf. Die definierte Bewegung der

beweglichen Matrizenabschnitte ist für die Funktion der

Matrize grundlegend und daher als Indikatoreigenschaft zur Erkennung einer Fehlfunktion der Matrize vorteilhaft.

Vorzugsweise ist das Überwachungsorgan während des

Fügevorgangs in Kopplung mit sämtlichen der mehreren

bewegbaren Matrizenabschnitten, insbesondere ist die Kopplung mit jedem Matrizenabschnitt gleichartig. Damit lassen sich vorteilhaft sämtliche bewegbaren Matrizenabschnitte mit dem Überwachungsorgan bzw. mit genau einem Überwachungsorgan überwachen .

Die bewegbaren Matrizenabschnitte sind bevorzugt von

Federmitteln bzw. mit einer Federkraft beaufschlagt, welche auf die bewegbaren Matrizenabschnitte wirken. Damit lassen sich die Matrizenabschnitt nach einem Fügevorgang in eine Ausgangsstellung zurückstellen, was mit vorgebbaren

Rückstellkräften erfolgt, die durch die Wahl der Federmittel bestimmt sind. Als Federmittel kommen unterschiedliche Mittel in Frage, zum Beispiel Federmittel aus einem Elastomer-Material wie ein Elastomerring z. B. ein O-Ring, der vorgespannt um Abschnitte der Matrize herumgelegt ist oder durch Elastomerelemente, welche vorgespannt gegen die Matrizenabschnitte drücken. Auch alle Arten von mechanischen Federn zum Beispiel aus einem Federstahl oder einem Kunststoff sind als Federmittel

geeignet, wie beispielsweise Schraubenfedern oder Bügelfedern mit wenigstens einem bevorzugt mehreren elastisch verbiegbaren Federarmen. Die Federmittel drücken vorzugsweise permanent gegen die bewegbaren Matrizenabschnitte.

Für die Ausbildung eines optimalen Verbindungspunktes ist es grundlegend, dass die Federmittel fehlerfrei arbeiten bzw. insbesondere keine Beschädigung aufweisen. Die Fügevorrichtung mit der erfindungsgemäßen Matrize arbeitet insbesondere dann funktionsrichtig, wenn sämtliche an der Matrize vorhandenen Elemente der Federmittel wie z. B. mehrere Federarme, die jeweils auf einen zugeordneten beweglichen Matrizenabschnitt wirken, in einer vorgegebenen Weise arbeiten. Vorzugsweise wird mit jedem federkraftbereitstellenden Element der

Federmittel jeweils eine identische Federkraft bzw. ein identischer Federkraftverlauf beim Fügevorgang bereitgestellt. Nach erfolgtem Fügeprozess stellt das federkraftbereitstellende Element die beweglichen Teile der Matrize bzw. die beweglichen Matrizenabschnitte zurück in Ausgangsstellung.

Beschädigungen, Abnutzung und/ oder Verschmutzungen an der Matrize bzw. den Federamen können die Funktion der Federarme negativ beeinflussen, was zu einer nicht funktionsrichtigen Matrize führt, was wiederum einen nicht korrekt ausgebildeten bzw. schadhaften Verbindungspunkt bedingt, der insbesondere nicht die optimale Prozessführung bereitstellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es mit dem

Überwachungsorgan, das mit dem beweglichen Matrizenabschnitt wie einer beweglichen Lamelle und/oder einem Federelement gekoppelt ist, im Betrieb der Fügevorrichtung vorteilhaft möglich, die Überwachung der Funktion der Matrize zu

realisieren .

Es ist überdies vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan derart ausgelegt ist, bei einer Beanspruchung des mit dem

Überwachungsorgan gekoppelten Matrizenabschnitts, die

außerhalb eines regelmäßigen Beanspruchungszustands liegt, sich plastisch zu verformen. Damit wird eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit der Erkennung einer Funktionsstörung realisiert. Insbesondere wird mit einer plastischen Verformung eine Nicht-Erkennung einer Funktionsstörung beispielsweise aufgrund einer zu geringen Empfindlichkeit des

Erkennungsmechanismus ausgeschlossen. Eine plastische

Verformung stellt vorteilhaft eine nicht reversible, sicher sensorisch erfassbare und sprungartige Zustandsveränderung des Überwachungsorgans dar, womit die Erkennung einer Matrizen- Funktionsstörung, die Auslösung eines Überwachungsvorgangs und die Weitergabe einer entsprechenden Information bezüglich der Funktionsstörung der Matrize optimiert ist.

Als regelmäßiger Beanspruchungszustand des mit dem

Überwachungsorgan gekoppelten Matrizenabschhitts sind solche Zustände zu verstehen, welche innerhalb einer Bandbreite von Zuständen des Matrizenabschnitts beim Fügen liegen, welche in der Praxis bei einer funktionsrichtig arbeitenden Matrize auftreten können. Die dazugehörigen Grenzwerte der Bandbreite im Hinblick auf einen tolerierbaren Beanspruchungszustand basieren auf Erfahrungswerten und/oder vorausgegangenen

Versuchsreichen, bei denen bestimmt wird, welche Bandbreite an Beanspruchungszuständen des Matrizenabschnitts tolerierbar sind, weil das Ergebnis des Fügevorgangs als zumindest in einem ausreichend Maß als erfüllt angesehen wird. Die Matrize ist vorzugsweise so abgestimmt, dass die Zustandsveränderung des Überwachungsorgans aufgrund der plastischen Verformung als Basis für ein entsprechendes Signa dient, welches an eine übergeordnete Einheit wie die

Kontrolleinheit weiterleitbar ist, wobei das Signal eine Funktionsstörung anzeigt und vorzugsweise weitere

Informationen zur Art der Funktionsstörung der Matrize enthält. Die Weiterverarbeitung des Signals bzw. der darin enthaltenen Information erfolgt zum Beispiel mit der

Kontrolleinheit bzw. einem darin hinterlegten

Verarbeitungsprogramm, insbesondere sofort zum Zeitpunkt der Erkennung. Die Signalverarbeitung kann zum Beispiel zur

Ausgabe eines Warnsignals oder eines Protokolls und/oder zur Betätigung eines Schaltvorgangs führen, zum Beispiel zur Abschaltung der Umgebung bzw. des Werkzeugs, an welchem die Matrize vorhanden ist.

Damit lassen sich technische und wirtschaftliche Nachteile bzw. Fehler und Schäden an der Matrize des Füge-Werkzeugs und am Fügepunkt des Werkstücks vermeiden oder durch sofortiges Erkennen zumindest minimieren.

Vorteilhafterweise werden sei: st solche Schäden oder Fehler sicher und ohne unerwünschten Zeitversatz erkannt, die bei bekannten Matrizen nicht oder nicht offensichtlich erkennbar sind.

Auch ist es vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan derart ausgelegt ist, dass ein Bruch des Überwachungsorgans erfolgt, wenn der mit dem Überwachungsorgan gekoppelte

Matrizenabschnitt in einen Beanspruchungszustand gelangt, der außerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt.

Mit einem Bruch des Überwachungsorgans ist ein höchstes Maß einer sicheren Erfassung einer Funktionsstörung der Matrize möglich. Außerdem können mit dem Bruch des Überwachungsorgans weitere Aktionen extrem schnell und zuverlässig ausgelöst werden, was die Funktionsüberwachung noch effektiver macht. Insbesondere ist es ohne weiteres möglich, dass als Folge des Bruchs des Überwachungsorgans ein Weiterbetrieb der Matrize bzw. der Fügevorrichtung zwangsweise unterbunden ist. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass trotz eines

Funktionsfehlers oder eines Schadens der Matrize die Matrize trotzdem weiterarbeitet bzw. dass weitere Fügevorgänge mit der beschädigten Matrize erfolgen, womit Folgeschäden aufgrund einer nicht stattgefundenen oder einer nicht angemessenen Reaktion auf die Fehlfunktion der Matrize eingedämmt werden. Denn es ist einfach möglich, mit dem Bruch des

Überwachungsorgans eine mechanische Blockierung der

Vorrichtung auszulösen, eine Energieversorgung der Vorrichtung zu unterbrechen und/oder die Versorgung mit Steuerungs- oder Regelungsbefehlen zu unterbinden, womit ein Nicht- Weiterbetrieb der Vorrichtung sicher stattfindet.

Eine vorteilhafte Modifikation des Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, dass das Überwachungsorgan

ausgebildet ist, dass eine plastische Formveränderung des Überwachungsorgans von einer übergeordneten Einheit erfassbar ist. Insbesondere ist das Überwachungsorgan derart gestaltet, dass mit der plastischen Formänderung zuordenbare Signale entstehen. Die Signale sind an die übergeordnete Einheit mit bekannten Einrichtungen übertragbar. Die Signale sind

bevorzugt leitungsgebunden oder auf andere Weise übertragbar. Vorzugsweise gehen mit der plastischen Formveränderung des Überwachungsorgans Vorgänge einher, welche zu einem

elektrischen Signal führen, was über z. B. eine

Leitungsverbindung der übergeordneten Einheit schnell und zuverlässig bereitstellbar ist, wie einer Zentraleinheit, einer Energieversorgungseinheit oder einer Kontrolleinheit.

Es ist zudem vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan derart ausgelegt ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen. Ein elektrisches Signal kann besonders vorteilhaft erzeugt, charakterisiert, weitergeleitet und verarbeitet werden, insbesondere mit einer übergeordneten Kontrolleinheit mit einer Rechnereinheit. Vorteilhafterweise umfasst das Überwachungsorgan zumindest einen Teil eines Schaltkreises. Mit einem Schaltkreis ist ein Zugriff auf eine Schaltfunktion möglich, so dass bei Erkennung einer Funktionsstörung mit dem Überwachungsorgan der

Schaltkreis unmittelbar beeinflussbar ist, womit schnell und zuverlässig ausgehend von einer erfassten Funktionsstörung eine vorgebbare dazugehörige Folgeaktion auslösbar ist. Der Schaltkreis ist über das Überwachungsorgan beeinflussbar, so dass bei erkannter Funktionsstörung eine vorgebbare

Folgeaktion stattfindet wie zum Beispiel ein Warnsignal erzeugt und/oder auf eine Energieversorgung der Füge- Vorrichtung eingewirkt wird, diese insbesondere abgeschaltet wird.

Auch ist es vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan

ausgestaltet ist, einen elektrischen Schaltkreis zu

unterbrechen. Wenn das Überwachungsorgan einen Fehlfunktion der Matrize feststellt, kann mit dem Überwachungsorgan eine elektrische Schaltung zur Schaltkreisunterbrechung

bereitgestellt werden, womit bei modernen rechnergestützten Kontrolleinheiten eine vorteilhafte Beeinflussung des Betriebs der Vorrichtung mit der Matrize möglich ist. Insbesondere kann eine Antriebsenergie- bzw. eine Stromversorgung der

Vorrichtung bzw. der damit zusammenwirkenden Elementen wie zum Beispiel einer Antriebseinheit für den Antrieb des Stempels der Stempeleinheit unterbrochen werden. Ein Weiterbetrieb der Füge-Vorrichtung ist dann sicher unterbrochen.

Auch ist es vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan

ausgestaltet ist, einen elektrischen Schaltkreis zu schließen. Das Schließen des Schaltkreises erfolgt bei Feststellung einer Matrizen-Fehlfunktion. Dies ist für eine sichere

Funktionsüberwachung vorteilhaft, vorzugsweise wenn aktiv eine elektrisch schaltbare Aktion als Antwort auf die Feststellung der Fehlfunktion der Matrize ausgelöst werden soll. Dadurch ist bei modernen rechnergestützten Kontrolleinheiten eine alternative vorteilhafte Beeinflussung des Betriebs der Füge- Vorrichtung möglich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Überwachungsorgan ausgelegt ist, einen elektrischen

Schaltvorgang auszulösen. Damit kann unmittelbar mit Erkennung der Fehlfunktion der Matrize eine gewünschte bzw. angemessene Reaktion mit einem entsprechenden Schaltvorgang in Gang gesetzt werden. Dies ist insbesondere für eine automatisierte Betriebsführung bzw. bei hohen Taktraten vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist das Überwachungsorgan außen um Außenbereiche der Matrize herumgeführt vorhanden.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist dadurch

realisierbar, dass das Überwachungsorgan eine längliche schlanke Form aufweist. Die Form des Überwachungsorgans ist damit ohne Probleme und platzsparend an die Matrize

insbesondere an die Matrizen-Außenkontur anpassbar.

Gegebenenfalls kann das Überwachungsorgan in vorbereiteten vertieften Bereichen z. B. außen an der Matrize versenkt zur restlichen Außenkontur untergebracht werden, womit vorteilhaft keine Störkonturen durch das Überwachungsorgan gebildet werden, verglichen mit bekannten Matrizen ohne

Überwachungsorgan. Das längliche Überwachungsorgan ist

vorzugsweise umfänglich zur Längsachse der Matrize bzw. zur Fügeachse umschlingend außen an der Matrize vorhanden. Damit lassen sich mehrere bewegbare Matrizenabschnitte mit dem länglichen Überwachungsorgan überwachen.

Besonders bevorzugt ist es, dass das Überwachungsorgan ein Leiterelement insbesondere ein elektrisch isoliertes

Leiterelement umfasst. Das Leiterelement ist elektrisch leitfähig. Das Überwachungsorgan ist vorzugsweise ein

elektrisch isoliertes Drahtelement, was elektrisch leitfähig und einfach an der Matrize auch nachträglich einrichtbar bzw. austauschbar ist. Außerdem ist mittels der Materialwahl und des Durchmessers des Drahtelements dessen plastische Verformbarkeit bzw. eine maximale Beanspruchung bis zur plastischen Verformung oder bis zum Bruch des Drahtelements vorteilhaft vorgebbar.

Schließlich ist es vorteilhaft, dass die Matrize feste

Matrizenabschnitte aufweist und beweglich aufgenommene

Matrizenabschnitte umfasst, auf welche Federmittel wirken. Beispielsweise kann die Matrize an einem zur Stempeleinheit gerichteten oberen Teil mehrere feste Matrizenabschnitte und dazwischen vorhandene bewegliche Matrizenabschnitte aufweisen. Die Federmittel wirken vorzugsweise in eine Richtung, zur Längsachse der Matrize hin bzw. zur Fügeachse hin. Die

bewegbaren Matrizenabschnitte werden beim Fügevorgang aufgrund der Stempelwirkung auf das Werkstück bzw. das Zusatzelement radial nach außen bzw. von der Fügeachse weggedrängt. Gegen diese Ausweichbewegung wirkt die Federkraft der Federmittel, welche an den beweglichen Matrizenabschnitten anliegen bzw. andrückend wirken. Diese Zusammenhänge sind vorzugsweise bei Clinch- und Nietmatrizen relevant.

Vorzugsweise sind sämtliche beweglichen Matrizenabschnitte von einer Federkraft bzw. von den Federmitteln beaufschlagt.

Vorzugsweise sind alle beweglichen Matrizenabschnitte

identisch aufgebaut und mit der gleichen Federkraft

beaufschlagt .

Auch ist es vorteilhaft, dass die Federmittel einen Teil einer Außenkontur der Matrize bilden, wobei das Überwachungsorgan eine elastische Verformung der Federmittel nach außen erfasst.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zum Fügen, insbesondere zum Setzen eines Fügeelements und/oder zum Durchsetzfügen mit einer Matrize nach einer der oben

beschriebenen Ausgestaltungen. Die erfindungsgemäße

Vorrichtung ist zum Beispiel ein Clinch- oder Nietwerkzeug mit einem C-, O-Bügel oder einem Säulengestell, an welchem eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende Matrize vorhanden sind. Die Vorrichtung ist für das Verarbeiten von

Vollstanznieten, Halbhohlstanznieten oder Clinchnieten

einsetzbar und/oder zum Clinchen bzw. Durchsetzfügen.

Figurenbeschreibung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand de den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung nähe erläutert. Im Einzelnen zeigt:

Figur 1 einen Ausschnitt einer stark schematisierten

bekannten Clinchvorrichtung mit einem zweilagigen Werkstück zu Beginn eines Clinchvorgangs, wobei Teile der Clinchvorrichtung weggelassen sind,

Figur 2 die Anordnung gemäß Figur 1 am Ende des

Clinchvorgangs,

Figur 3 das bearbeitete Werkstück gemäß Figur 2 nach dem

Clinchvorgang,

Figur 4 eine erfindungsgemäße Matrize in Seitenansicht,

Figur 5 die Matrize gemäß Figur 4 in ünteransicht gemäß

Pfeil U in Figur 4,

Figur 6 die Matrize gemäß Figur 4 in Draufsicht gemäß

Pfeil 0 in Figur 4,

Figur 7 die Matrize gemäß Figur 4 im Schnitt gemäß Linie A-A in Figur 5,

Figur 8 die Matrize gemäß Figur 4 perspektivisch schräg von oben, Figur 9 die Matrize gemäß Figur 4 perspektivisch schräg von oben ohne einen Matrizen-Einsatz und Figur 10 Federmittel der Matrize gemäß Figur 4 mit einem

Überwachungsorgan in Alleindarstellung.

Figur 1 zeigt stark schematisiert eine bekannte Vorrichtung 1 zum Clinchen bzw. Durchsetzfügen eines Werkstücks 4

unmittelbar vor einem Umformvorgang des Werkstücks 4. Die Clinchvorrichtung 1 weist eine Stempeleinheit 2 und eine gegenüberliegende Matrize 3 auf, zwischen denen das Werkstück

4 positioniert ist bzw. auf der Matrize 3 aufgelegt ist. Das Werkstück 4 umfasst eine obere stempelseitige Werkstücklage 5 und eine untere matrizenseitige Werkstückklage 6. Die

Werkstücklage 5 und die Werkstücklage 6 sind beispielsweise jeweils ein plastisch verformbares Blech. Mit der

Clinchvorrichtung 1 werden die beiden Werkstücklagen 5 und 6 in einem Verbindungspunkt 13 umgeformt, so dass nach dem

Umformen die beiden Werkstücklagen 5 und 6 fest miteinander verbunden sind. Dabei wird ein Hinterschnitt HS von

Materialbereichen der oberen Werkstücklage 5 zur unteren

Werkstücklage 6 ausgebildet.

Die Stempeleinheit 2 umfasst an ihrem vorderen freien Ende, das zur Matrize 3 gerichtet ist, einen Stempeldorn 7. Der Stempeldorn 7, welcher gemäß Figur 1 mit seiner Stirnseite auf einer Oberseite der noch nicht verformten Werkstücklage 5 ansteht, ist kraft-beaufschlagbar bzw. entlang einer Fügeachse

5 angetrieben bewegbar in Richtung PI zur Matrize 3 hin und nach einem Clinchvorgang wieder zurück in Richtung P2, wofür eine nicht ersichtliche Antriebseinheit vorgesehen ist, zum Beispiel eine elektrische oder hydropneumatische

Antriebseinheit. Die Matrize 3 umfasst ein inneres, positionsfestes, zylindrisches Innenteil 8, an dem oberseitig vier umfänglich zur Fügeachse S um 90 Winkelgrade versetzte bewegliche

Elemente abgestützt sind, von denen zwei gegenüberliegende Elemente 9 und 10 ersichtlich sind.

Die Elemente 9 und 10 sind zur Fügeachse S radial nach außen gemäß P3 und radial nach innen gemäß P4 bewegbar aufgenommen. Hierfür sind Federmittel vorhanden, welche vorgespannt außen gegen die beweglichen Elemente 9 und 10 drücken. Die

Federmittel sind durch elastisch verbiegbare Federarme 11 und 12 gebildet. Die Federarme 11 und 12 sind in der Ausgangslage (Fig. 1) zu ihrem freien Ende hin bzw. in Richtung P2 etwas nach innen zur Fügeachse S schräg ausgerichtet.

Figur 2 zeigt den Betriebszustand am Ende des Clinchvorgangs bei maximal in Richtung PI bewegtem Stempeldorn 7 und den in Richtung P3 ausgelenkten Elementen 9 und 10, wobei die

Federarme 11, 12 gegenüber der Ausgangslage gemäß Figur 1 nach außen in Richtung P3 elastisch verbogen sind bzw. sich nahezu parallel zur Fügeachse S erstrecken.

Wenn der Stempeldorn 7 in Richtung P2 zurückfährt, werden die Elemente 9 und 10 durch die Federkraft der Federarme 11, 12 wieder in Richtung P4 in die Ausgangslage gemäß Figur 1 zurückgestellt .

Die beweglichen Elemente 9 und 10 sind zwischen nicht

dargestellten festen Segmenten vorhanden und lassen den

Hinterschnitt HS bzw. das Hinterfließen des verformten

Materials des Werkstücks 4 im Verbindungspunkt 13 zu.

Für die Ausbildung des Verbindungspunktes 13 ist es

grundlegend, dass die Federarme 11, 12 fehlerfrei arbeiten bzw. insbesondere keine Beschädigung aufweisen. Die Vorrichtung 1 arbeitet insbesondere dann funktionsrichtig, wenn sämtliche an der Matrize vorhandenen bzw. die mehreren Federarme 11, 12 in einer vorgegebenen Weise verstellbar sind, vorzugsweise jeweils eine identische Federkraft bzw. einen identischen Federkraftverlauf beim Clinchvorgang

bereitstellen .

Beschädigungen, Abnutzung und/ oder Verschmutzungen an der Matrize bzw. den Federamen 11, 12 können die Funktion der Federarme 11, 12 negativ beeinflussen, was zu einer nicht funktionsrichtigen Matrize 3 führt, was wiederum einen nicht korrekt ausgebildeten bzw. schadhaften Verbindungspunkt 13 bedingt, der insbesondere nicht die geforderte

Verbindungsstabilität der Verbindung der Werkstücklagen 5 und 6 bereitstellt.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, wobei im Fügeprozess bzw. im Betrieb der Fügevorrichtung die Überwachung der

Funktion der Matrize mit einem Überwachungsorgan realisiert ist .

Die Figuren 4 bis 10 betreffen eine erfindungsgemäße Matrize 14 für ein dazugehöriges Clinchwerkzeug zum Clinchen bzw.

Durchsetzfügen eines in Figur 4 gestrichelt angedeuteten noch nicht umgeformten Werkstücks W. Mit der Matrize 14 wird ein zu einer Fügeachse S symmetrischer Clinchpunkt am Werkstück W erstellt . Mit der Matrize 14 wird eine Punkterhebung auf der

matrizenseitigen Unterseite des Werkstücks W herstellbar und eine flexible Anwendung für das Clinchen bzw. Durchsetzfügen unterschiedlicher Dicken des Werkstücks W mit einem

Werkzeugsatz möglich. Die Matrize 14 ermöglicht eine

vergleichsweise platzsparende schlanke Ausbildung der dazugehörigen Clinchvorrichtung, die sich durch eine hohe Zugänglichkeit und durch kleinste Störkonturen an der Matrize 14 auszeichnet. Die Matrize 14 weist einen Matrizen-Grundkörper 15 und einen in den oberen Teil des Matrizen-Grundkörpers 15 eingesetzten Matrizen-Einsatz 16 auf, welcher ein Oberteil 16a und vier daran beweglich aufgenommene Lamellen 21, 22, 23 und 24 umfasst. Zwischen dem Matrizen-Grundkörper 15 und dem

Matrizen-Einsatz 16 sind Federmittel vorhanden, welche beispielhaft als Bügelfeder bzw. als Kreuzfeder 25 ausgebildet sind. Die Kreuzfeder 25 aus z. B. einem Federstahl weist ein kreuzförmiges Unterteil 30 auf, an dem vier streifenförmige Federarme 26, 27, 28 und 29 winklig nach oben abstehen. Die Federmittel können anstelle der Kreuzfeder 25 auch anders gestaltet sein, zum Beispiel einen Elastomerring, eine

Schraubenfeder oder andere technische Federn umfassen. Der Matrizen-Einsatz 16 wird mit einem durch entsprechende Öffnung durchsteckbaren Spannstift 34 in seiner korrekten Position am Matrizen-Grundkörper 15 fixiert. Mit dem fixierten Matrizen- Einsatz 16 ist auch die Kreuzfeder 25 an der Matrize 14 festgelegt .

Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Matrize 14 ist ein Überwachungsorgan 31 in einem umfänglich an der Matrize 14 verlaufenden vertieften Ringbereich 33 eingesetzt vorhanden.

Das Überwachungsorgan 31 ist beispielhaft als elektrisch leitfähiges und außen elektrisch isoliertes Drahtelement bzw. als elektrisch isolierter Matrizendraht 32 ausgebildet, der mit seinen beiden Endabschnitten 32a, 32b aus dem Ringbereich herausgeführt ist auf die Außenseite der Matrize 14.

Der Matrizen-Grundkörper 15 umfasst einen massiven

zylindrischen Sockel 35 mit einer oben daran anschließenden dünnwandigen bzw. hülsenartigen Fassung 36. In der stempelseitig offenen Fassung 36 sind von oben vier zueinander in Umfangsrichtung um 90 Winkelgrade versetzte Schlitze 37 eingebracht, die sich über die wesentliche Länge der Fassung 36 erstrecken. Die Fassung 36 umgibt einen Aufnahmeraum zur Unterbringung des Matrizen-Einsatzes 16 und der Kreuzfeder 25. Der Zusammenbau bzw. die Demontage der Matrize 14 aus den Teilen 15, 16, 25, 32 und 34 ist in wenigen einfachen

Schritten möglich. Die Bereiche der Oberseite der Matrize 14 sind insbesondere anhand der Figuren 6 und 8 ersichtlich. Zwischen den im

Schnitt gemäß Figur 7 U-förmigen vier Lamellen 21-24 sind in Umfangsrichtung vier feste Abschnitte des Oberteils 16a vorhanden, welche zu Beginn eines Clinchvorgangs jeweils einen ebenen Auflagebereich 17, 18, 19 und 20 für das mit dem dazugehörigen Clinchwerkzeug bearbeitbare Werkstück W

bereitstellen. Auf gleicher Höhe bzw. in einer Ebene zu den Auflagebereichen 17-20 sind die jeweiligen ebenen Oberseiten der Lamellen 21-24 vorhanden. Das in der Regel unterseitig ebene Werkstück W stützt sich zu Beginn des Clinchvorgangs unterseitig oben auf den Auflagebereichen 17-20 und den

Oberseiten der Lamellen 21-24 ab, die in einer Ebene E liegen (s. Fig. 7). Eine nach oben offene Matrizenvertiefung 38 der Matrize 14 ist von den Auflagebereichen 17-20 und den Lamellen 21-24 umgeben und bildet eine zentrale Vertiefung mit einer

Tiefe, die einen unterseitigen Überstand eines mit der Matrize 14 herstellbaren Clinch-Verbindungspunktes am betreffenden Werkstück W vorgibt. Bei funktionsrichtig arbeitender Matrize 14, zur Herstellung eines symmetrischen Clinch- bzw. Verbindungspunktes, weichen beim Clinchvorgang durch von einem Stempel umgeformtes

Werkstück-Material die Lamellen 21-24 und damit die Federarme 26-29 bis zu einer vorgebbaren Ausweichstellung radial bzw. in Richtung P3 aus, beispielsweise so weit, dass alle vier Federarme 26-29 bzw. deren Längsachsen parallel zur Fügeachse S stehen bzw. beispielsweise fluchtend zur Wandung der Fassung 36. Die Federarme 26-29 tauchen dabei von radial innen nach außen in den materialfreien Bereich der Schlitze 37 ein, die demgemäß jeweils einen Ausweich-Bewegungsweg der Federarme 26- 29 bereitstellen.

Am Ende eines korrekt ablaufenden Clinchvorgangs bzw. in der maximal nach außen in Richtung P3 elastisch verbogenen

Stellung der Federarme 26-29 kommen bei funktionsrichtiger

Matrize 14 bzw. bei exakt richtig wirkender Kreuzfeder 25 die vier Federarme 26-29 jeweils bis an die dazugehörige Stelle des positionsfesten Matrizendrahts 32 heran bzw. berühren den Matrizendraht 32 mit der jeweiligen Außenseite der Federarme 26-29 gegebenenfalls leicht. Die Federarme 26-29 weichen demgemäß bei funktionsrichtiger Matrize 14 aus der

Ausgangsstellung um den radialen Weg a nach außen aus

(s. Fig. 10), bis eine Berührung mit dem Matrizendraht 32 erfolgt. Der Matrizendraht 32 wird daher nicht plastisch verformt, wenn die Matrize 14 korrekt funktioniert.

Bei einer nicht funktionsrichtig arbeitenden Matrize 14 tritt ein Erkennungsfall der Matrize 14 ein, zum Beispiel bei beschädigter Kreuzfeder 25 bzw. wenn ein Federarm oder mehrere Federarme 26-29 beschädigt oder abgenutzt sind oder eine

Lamelle 21-24 beschädigt ist. Dann ist es regelmäßig so, dass der beschädigte Federarm, z. B. aufgrund seiner durch die Beschädigung bedingte geringeren bereitstellbaren Federkraft, eine größere Ausweichbewegung in Richtung P3 vollzieht bzw. einen Weg größer als a, gegebenenfalls mit einem

Toleranzzuschlag zum Weg a, radial nach außen zurücklegt, was durch das umgeformte Werkstückmaterial bedingt ist. Dies wird mittels des Matrizendrahts 32 erkannt, insbesondere durch eine plastische Verformung oder aufgrund des Brechens bzw. des Reißens des Matrizendrahtes 32 oder durch andere Zusammenhänge, die auf das Zusammenwirken der Federarme 26-29 mit dem Matrizendraht 32 in einem nicht tolerierbaren Maß zurückgehen. So kann auch ein radiales Ausbrechen aller

Matrizenabschnitte erfasst werden, also der festen

Matrizenabschnitte und der beweglichen Matrizenabschnitte.

Der Matrizendraht 32 ist vorzugsweise Teil eines elektrischen Kreises oder eines Schalkreises, so dass im Erkennungsfall ein Schaltvorgang bzw. ein Schließen oder Öffnen des elektrischen Kreises erfolgt, womit der Erkennungsfall eintritt und sicher detektierbar ist. Damit wird eine Fehlfunktion der Matrize 14 sofort und unmittelbar insbesondere in der Prozess-Umgebung der Clinchvorrichtung erkannt. Zur Weitergabe eines Signals an z. B. eine übergeordnete Einheit wie eine Kontrolleinheit können die Endabschnitte 32a, 32b z. B. leitungsgebunden mit der übergeordneten Einheit kommunizieren. Damit wird

erfindungsgemäß eine Funktionsüberwachung bzw. eine Indikation einer Fehlfunktion bzw. Beschädigung der Matrize 14 sicher bereitgestellt .

Bezugs zeichenliste :

1 Vorrichtung

2 Stempeleinheit

3 Matrize

4 Werkstück

5, 6 Werkstücklage

7 Stempeldorn

8 Innenteil

9, 10 Element

11, 12 Federarm

13 Verbindungspunkt

14 Matrize

15 Matrizen-Grundkörper

16 Matrizen-Einsatz

16a Oberteil

17- 20 Auflagebereich

21- 24 Lamelle

25 Kreuzfeder

26- 29 Federarm

30 Unterteil

31 Überwachungsorgan

32 Matrizendraht

32a Endabschnitt

32b Endabschnitt

33 Ringbereich

34 Spannstift

35 Sockel

36 Fassung

37 Schlitz

38 Matrizenvertiefung