Beschreibung

Hydraulikaggregat sowie Verfahren zur Bereitstellung einer unter Druck stehen¬ den Hydraulikflüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikaggregat sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit.

Hydraulikaggregate werden in den verschiedensten technischen Bereichen eingesetzt. Insbesondere wird das Hydraulikaggregat auch bei einem Bearbeitungswerkzeug ein- gesetzt, welches eine axiale Bewegung mit hoher Kraft bei einem Bearbeitungsvorgang ausführen muss. Ein solches Bearbeitungswerkzeug ist beispielsweise eine Presse o- der Stanze, bei der mit Hilfe eines axial verschieblichen Stempels ein Loch ausgestanzt oder ein Stanzelement eingestanzt wird.

Das Hydraulikaggregat dient insbesondere auch im Bereich der Niettechnologie zum Anschluss an ein Setzgerät zum Setzen eines Niets, insbesondere eines Blindniets. Bei einem Blindniet wird dieser in eine Bohrung von zwei zu verbindenden Bauteilen mit seiner Niethülse voraus von einer Seite eingeführt, bis sein Setzkopf auf dem oberen Bauteil zum Aufliegen kommt. In der Niethülse ist ein Nietdorn angeordnet, welcher in Axialrichtung mit Hilfe des Setzgeräts gezogen wird. Dabei verformt sich die Niethülse und bildet einen Schließkopf aus, so dass die zu verbindenden Bauteile zwischen Schließkopf und Setzkopf geklemmt sind. Bei überschreiten einer bestimmten Zugkraft reißt der Dorn ab und der Setzvorgang des Blindniets ist abgeschlossen. Beim Setz¬ vorgang erfolgt ein kontinuierlicher Druckaufbau. Zunächst werden hierbei bei geringen Drücken vergleichsweise lange Axialhübe zurückgelegt. Zum Ende des Setzvorgangs bis zum Abreißen des Nietdorns müssen hohe Verformungskräfte und damit hohe Drü¬ cke bereitgestellt werden bei vergleichsweise geringen Axialhüben. Um möglichst kurze Taktraten zu erzielen, muss daher das Hydraulikaggregat in der Lage sein, sowohl sehr schnell weite Axialwege auszuführen, also auch sehr hohe Kräfte aufzubringen.

Im Zuge einer Prozessautomatisierung, insbesondere beispielsweise in der Auto¬ mobilindustrie, gehen die Bestrebungen zu einem vollautomatisierten und überwachten Blindniet-Setzvorgang mit Hilfe eines Industrieroboters. Hierbei besteht jedoch das

Problem, dass Hydraulikleitungen vom ortsfesten Hydraulikaggregat zum Roboter und an dessen Roboterarmen entlang zu einem an der Roboterhand befestigten Niet- Setzgerät geführt werden müssen. Die Führung der Hydraulikleitungen gestaltet sich hierbei schwierig. Insbesondere in beengten Arbeitsraum-Situationen, beispielsweise in Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeugs, besteht zusätzlich das Problem, dass dem Roboter nur sehr wenig Raum zur Verfügung steht und die Gefahr des Scheuems der Hydraulikleitungen an scharfkantigen Bauteilen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hydraulikaggregat anzuge- ben, das sich insbesondere in Kombination mit einem Industrieroboter einsetzen lässt. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bereitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit anzugeben.

Die auf das Hydraulikaggregat bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist ein Hydraulikaggregat zur Be¬ reitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit an einem Ausgang des Aggregats vorgesehen, welches einen Elektromotor sowie zumindest eine über den Elektromotor betriebene und insbesondere als Kolbenpumpe ausgebildete Pumpe zur Druckerzeugung aufweist. Für die von der Pumpe angesaugte Hydraulikflüssigkeit ist hierbei ein Speicherraum mit einem variierbaren Ausgleichsvolumen vorgesehen, in dem die Hydraulikflüssigkeit gasfrei bevorratet ist.

Die Erfindung geht hierbei von der überlegung aus, dass aufgrund der Problematik der Führung der Hydraulikleitungen am Roboter entlang eine unmittelbare Anordnung des Hydraulikaggregats am Roboter, insbesondere an der Roboterhand, so dass keine Hydraulikleitungen über eine bewegliche Roboterachse geführt wird, von Vorteil ist. Dies wirft allerdings das Problem auf, dass bei einem herkömmlichen Hydraulikaggre¬ gat aufgrund der Beschleunigung Luft oder Gas in die Hydraulikflüssigkeit gelangen würde, so dass eine sichere und definierte hydraulische Betätigung eines Bearbei- tungswerkzeugs, beispielsweise eines Blindniet-Setzkopfes, nicht möglich wäre.

Durch die Anordnung des Speicherraums mit dem variierbaren Ausgleichsvolumen, in dem die Hydraulikflüssigkeit gasfrei angeordnet ist, wird das Eindringen von Luft in die

Hydraulikflüssigkeit und das Aufschäumen derselben vermieden. Die beim Arbeitsvor¬ gang des Bearbeitungswerkzeugs auftretende änderung eines Hydraulikvolumens des Bearbeitungswerkzeugs führt zu einer Veränderung des Ausgleichsvolumens des Spei¬ cherraums. Im Unterschied zu herkömmlichen Hydraulikaggregaten wird hier also zum Volumenausgleich im Ausgleichsvolumen keine Luft verwendet. Bei dem hier vorge¬ schlagenen Hydraulikaggregat führen daher schnelle Bewegungen und insbesondere abrupte Beschleunigungen, beispielsweise Richtungsänderungen, nicht zu einem Auf¬ schäumen der Hydraulikflüssigkeit.

Das hier vorgeschlagene Hydraulikaggregat wird daher insbesondere an Maschinen¬ teilen angeordnet, die beim Betrieb beschleunigt werden. Dies sind insbesondere die Roboterhand eines Industrieroboters, Kran- oder Greifereinrichtungen, Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftfahrzeuge sowie beispielsweise Schausteller-Fahrgeräte für Vergnügungsparks. Bei einem Industrieroboter können hierbei Beschleunigungen von beispielsweise dem 20-fachen der Erdbeschleunigung und mehr auftreten. Das mobile Hydraulikaggregat ist in der Lage, derart hohe Beschleunigungen auszuführen, ohne dass seine Funktionsfähigkeit beeinträchtigt ist.

Zweckdienlicherweise weist hierbei die Hydraulikflüssigkeit im Speicherraum einen U- berdruck gegenüber einem Umgebungsdruck auf. Hierdurch wird ein Aufschäumen si¬ cher vermieden. Vorzugsweise liegt dieser überdruck im Bereich von einigen 10 ⁵ Pa, insbesondere zwischen 3 und 50 x 10 ⁵ Pa.

Zur Ausbildung des variierbaren Ausgleichsvolumens ist gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung eine Ausgleichswand des Speicherraums nach Art eines Kolbens ver¬ schieblich und abgedichtet zu einer feststehenden Gehäusewand des Speicherraums angeordnet. Durch diese Ausbildung mit der mechanisch insbesondere steifen Aus¬ gleichswand ist ein sehr robuster Aufbau erreicht. Die bevorzugte Ausgestaltung als ein Kolben hat zudem den Vorteil eines einfachen Aufbaus. Die Druckerzeugungseinheit ist daher nach Art eines Kolbenspeicherraums ausgebildet. Alternativ zur mechanisch steifen Ausgestaltung ist die Ausgleichswand beispielsweise als elastische Membran ausgebildet.

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Zur Erzeugung des überdrucks im Speicherraum ist hierbei die Ausgleichswand zweck¬ dienlicherweise mit einer Gegenkraft oder einem Gegendruck beaufschlagbar. Vorteil¬ hafterweise ist hierzu an der dem Speicherraum abgewandten Außenseite ein Druck¬ raum vorgesehen, an den eine Druckleitung anschließbar ist. Die Erzeugung der Ge- genkraft erfolgt daher insbesondere auf pneumatische oder auch auf hydraulische Art. Prinzipiell ist auch eine mechanische Aufbringung des Gegendrucks beispielsweise mittels eines Federelements möglich. Der Vorteil einer pneumatischen oder hydrauli¬ schen Druckbeaufschlagung liegt demgegenüber in der einfachen Steuerbarkeit der Höhe des Gegendrucks. Die Druckeinheit zur Erzeugung des Gegendrucks ist im Falle einer pneumatischen Druckerzeugung daher nach Art eines Medienwandlers ausgebil¬ det, wandelt also Pneumatikdruck in Hydraulikdruck um. Bevorzugt ist hierbei die Druckeinheit derart ausgebildet, dass eine Druckverstärkung erreicht ist.

Um insbesondere einen sicheren Betrieb insbesondere beispielsweise bei einer Unter- brechung der Pneumatikleitung zur Erzeugung des Gegendrucks zu gewährleisten, ist in einer bevorzugten Ausführung zur Erzeugung des Gegendrucks zusätzlich eine Si¬ cherungsfeder vorgesehen. Unter Sicherungsfeder wird hierbei allgemein ein elasti¬ sches Element verstanden, welches eine feste elastische Rückstellkraft ausübt. Vor¬ zugsweise wird hierbei ein Federelement im eigentlichen Sinne, beispielsweise eine Druckfeder eingesetzt. Alternativ zu der zusätzlichen Anordnung des Federelements wird dieses an Stelle des Druckraums vorgesehen.

Um einen möglichst kompakten Aufbau des Hydraulikaggregats zu erzielen sind in ei¬ nem Gehäuse des Aggregats der Elektromotor sowie die Pumpe angeordnet und der vom Gehäuse umgebene Innenraum bildet den Speicherraum, ist also mit Hydraulik¬ flüssigkeit angefüllt. Der Elektromotor und die Pumpe sind daher in der Hydraulikflüs¬ sigkeit, insbesondere Hydrauliköl, angeordnet. Das Gehäuse ist insgesamt hermetisch nach außen abgedichtet. Durch diese Ausgestaltung ist ein separater Ausgleichsbe¬ hälter nicht erforderlich. Weiterhin sind keine Zuleitungen von Ausgleichsbehälter zu einer Ansaugseite der Pumpe erforderlich.

Im Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau ist weiterhin das Gehäuse vor¬ zugsweise von einem insbesondere stirnseitigen Funktionsblock verschlossen, in dem

mehrere Hydraulikkomponenten integriert sind. Derartige Hydraulikkomponenten sind beispielsweise Hydraulikleitungen und Ventile. Der Funktionsblock bildet daher einen Deckel des Gehäuses und damit des Aggregats. Durch die Integration der Hydraulik¬ komponenten in den Deckel ist kein separater Platzbedarf für diese Komponenten er- forderlich und das Aggregat insgesamt kann sehr kompakt aufgebaut werden.

Zweckdienlicherweise ist der Funktionsblock zur Steuerung und zur Führung der am Ausgang bereitgestellten Hydraulikflüssigkeit ausgebildet. Hierzu sind im Funktions¬ block eine Vielzahl von Leitungen und auch hydraulischen Steuerelementen, wie Ven- tilen, angeordnet. Der Funktionsblock dient daher beispielsweise zum Sperren oder Freigeben der von der Pumpe erzeugten und unter Druck stehenden Hydraulikflüssig¬ keit.

Vorzugsweise ist die Druckseite der Pumpe über eine Leitung mit dem Funktionsblock verbunden. Alle weiteren der Pumpe druckseitig nachgeschalteten Hydraulikkompo¬ nenten sind im Funktionsblock integriert. Durch die Anordnung sämtlicher hydraulischer Funktionselemente innerhalb des Funktionsblocks ist der Aufbau des restlichen Aggre¬ gats vergleichsweise einfach und robust gehalten.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest zwei Pumpen ei¬ nerseits zur Bereitstellung eines Niederdruck-Teilstroms sowie andererseits eines Hochdruck-Teilstroms der Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Es ist also ein zweistufiges Hydraulikaggregat vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass in Abhängigkeit des jeweili¬ gen Anwendungsfalls unterschiedliche Druckstufen mit geringem Energieaufwand be- reitgestellt werden. Somit werden unterschiedliche Druckanforderungen in einfacher Weise energiesparend bedient. Insbesondere bei einem Blindnietsetzvorgang braucht zu Beginn des Setzvorgangs kein hoher Druck bereitgestellt zu werden.

Zweckdienlicherweise werden die zumindest zwei unterschiedlichen Pumpen gemein- sam vom Elektromotor betätigt. Es werden daher mehrere Hydraulik-Teilströme unter¬ schiedlicher Drücke und / oder unterschiedlicher Fördermengen über ein- und densel¬ ben Elektromotor erzeugt, so dass mit nur einem Elektromotor und damit sehr Platz sparend die unterschiedlichsten Druckanforderungen erfüllt werden können. Insbeson-

dere bei zwei- oder mehrstufigen Bearbeitungsvorgängen, bei denen innerhalb eines Arbeitsvorgangs unterschiedliche Druckanforderungen gestellt werden, ist diese Aus¬ gestaltung von besonderem Vorteil. Beispielsweise müssen lange axiale Hübe bei nur geringem Druck sowie kurze Axialhübe bei hohem Druck ausgeführt werden, wie bei- spielsweise bei einem Blindniet-Setzvorgang.

Zweckdienlicherweise sind hierbei die Pumpen gemeinsam über eine Exzenterwelle des Elektromotors betätigt und daher in etwa ringförmig um die Exzenterwelle angeord¬ net. Die Pumpen werden daher unmittelbar ohne Zwischenschaltung eines Getriebes vom Elektromotor betätigt. Bei der Bereitstellung von zwei Hydraulik-Teilströmen sind hierbei zweckdienlicherweise mehrere Pumpen für die Erzeugung des Niederdruck- sowie mehrere Pumpen zur Erzeugung des Hochdruck-Teilstroms vorgesehen, wobei bevorzugt abwechselnd eine Pumpe für den Hochdruck-Teilstrom und eine für den Niederdruck-Teilstrom einander benachbart sind.

Vorzugsweise ist weiterhin eine Ventilanordnung zur Steuerung der zumindest zwei Teilströme vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass jeweils nur ein Teilstrom am Ausgang des Hydraulikaggregats bereitgestellt ist. Hierdurch sind keine externen Steu¬ erventile außerhalb des Aggregats zum Umschalten von dem einen Teilstrom auf den anderen Teilstrom notwendig, so dass insgesamt ein kompakter Aufbau erreicht wird. Die Ventilanordnung ist hierbei insbesondere derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit der aktuellen Druckanforderung eine automatische Umschaltung zwischen den Teil¬ strömen erfolgt.

Diese Ventilanordnung ist hierbei insbesondere im Funktionsblock integriert. Bevorzugt weist die Ventilanordnung ein Druckschaltventil auf, das bei überschreiten eines vor¬ gebbaren Drucks der am Ausgangs bereitgestellten Hydraulikflüssigkeit den Nieder¬ druck-Teilstrom automatisch abschaltet.

Um notwendige Energie zur Erzeugung des Drucks möglichst gering zu halten ist die Ventilanordnung weiterhin bevorzugt derart ausgebildet, dass jeweils einer der Teil¬ ströme drucklos schaltbar ist. Es ist daher insbesondere vorgesehen, dass im Betrieb jeweils einer der Teilströme drucklos ist. Der Elektromotor braucht daher nur in einem

Teilstrom Druck aufzubauen und kann daher leistungsschwächer und kompakt ausge¬ bildet sein.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist der Elektromotor steuerbar und insbe- sondere regelbar. Der Elektromotor wird hierbei nur im Bedarfsfall, wenn also eine Druckanforderung vorliegt, gestartet. Der Druck wird daher energiesparend ohne einen Druckspeicher nur im Bedarfsfall erzeugt.

Bevorzugt wird der Elektromotor hierbei auf eine konstante Drehzahl geregelt. Hier- durch wird ein konstanter Strom an Hydraulikflüssigkeit bereitgestellt. Insbesondere ergänzend hierzu wird der Elektromotor auf ein konstantes Drehmoment geregelt, so dass ein bestimmter Druck, beispielsweise ein begrenzter Maximaldruck erzeugt und gehalten wird. Die Drehmomentregelung ist insbesondere bei einem O-Weg-Hub von Vorteil, wenn also beispielsweise beim Setzvorgang eines Blindniets eine Setz- oder Umformkraft ohne oder nahezu ohne Bewegung des Blindniets aufrechterhalten wer¬ den muss.

Der Vorteil der Steuerung des Drucks über den Elektromotors ist insbesondere darin zu sehen, dass keine unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit bevorratet werden muss. Zwischen der Pumpe zur Erzeugung des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit und dem Ausgang ist daher kein Druck-Speichervolumen vorgesehen. Die Erzeugung des Drucks erfolgt daher durch das Anfahren und die Steuerung des Elektromotors instan- tan, also ohne Puffer oder dergleichen. über die Regelung des Elektromotors ist sehr schnell am Ausgang der Druck bereitgestellt.

Zweckdienlicherweise ist der Elektromotor insbesondere als ein Servomotor ausgebil¬ det.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bereit- Stellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit gemäß Patentanspruch 20. Die im Hinblick auf das Hydraulikaggregat angeführten Vorteile und bevorzugten Aus¬ gestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren anzuwenden.

Das hier beschriebene Hydraulikaggregat zeichnet sich zum einen durch seine Mobilität aus, das heißt, das Hydraulikaggregat kann ohne Beeinträchtigung seiner Funktionsfä¬ higkeit sehr schnell bewegt und beschleunigt werden und ist daher insbesondere auch lageunabhängig funktionsfähig. Durch diese Eigenschaft eignet sich das Hydraulikag- gregat insbesondere zur Anordnung an einem Industrieroboter und ist dort insbeson¬ dere ein Teil einer austauschbaren Roboterhand. Durch die Anordnung unmittelbar an der Roboterhand sind die Hydraulikleitungen zu dem Bearbeitungswerkzeug, beispiels¬ weise ein Setzwerkzeug, auf das notwendige Mindestmaß reduziert, so dass eine Be¬ schädigung derselben aufgrund der Bewegungen der Roboterarme nicht zu befürchten ist. Durch die kompakte Ausgestaltung sind darüber hinaus auch beengte Arbeitsräume zugänglich.

Das hier beschriebene Hydraulikaggregat zeichnet sich zum anderen durch seinen sehr kompakten Aufbau bei gleichzeitiger Erzeugung von sehr hohen Drücken aus. Zweck- dienlicherweise weist das Hydraulikaggregat ein in etwa zylinderförmiges Gehäuse auf, welches eine Länge von lediglich etwa 30-40 cm bei einem Durchmesser von etwa 12 cm aufweist. Gleichzeitig ist das Hydraulikaggregat zur Bereitstellung insbesondere der zwei Druck-Teilströme vorgesehen, wobei der Niederdruck-Teilstrom beispielsweise für etwa 200 x 10 ⁵ Pa und der Hochdruck-Teilstrom vorzugsweise für 500 x 10 ⁵ Pa vorge- sehen ist. Bereits mit einem gesamten Bauraum von 3.000 bis 10.000 ccm ist daher ein mobiles Hydraulikaggregat geschaffen, welches zwei Hydraulik-Teilströme mit 100 bis 300 bar und 300 bis 700 bar Druck ermöglicht. Das gesamte Volumen der Hydraulik¬ flüssigkeit innerhalb des Hydraulikaggregats beträgt hierbei vorzugsweise lediglich etwa 500 ml. Das Hydraulikaggregat zeichnet sich daher durch eine hohe Leistungsdichte bei geringem Energieeinsatz aus. Da keinerlei Druckbegrenzungsventile vorgesehen sind und das Hydraulikaggregat im Abschaltbetrieb betrieben wird, also nur dann wenn tatsächlich eine Druckanforderung besteht, treten nur geringe Energieverluste auf und der notwendige Energieeinsatz ist gering. Dies erlaubt die Verwendung eines ver¬ gleichsweise leistungsschwachen und kompakten Elektromotors.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Hydraulikaggregat,

Fig. 2 eine Ansicht auf die als Funktionsblock ausgebildete vordere Stirnseite des Hydraulikaggregats,

Fig. 3 eine Ansicht auf die rückseitige Stirnseite des Hydraulikaggregats und Fig. 4 einen Hydraulikplan des Hydraulikaggregats.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Hydraulikaggregat 2 weist insgesamt ein im We- sentlichen zylindrisches Gehäuse 4 auf, dessen Innenraum einen Speicherraum 5 für die Hydraulikflüssigkeit bildet und hermetisch abgedichtet ist. Das Gehäuse 4 ist an seiner linken Stirnseite durch einen nach Art eines Gehäusedeckels ausgebildeten Steuer- oder Funktionsblock 6 verschlossen. An seiner dem Funktionsblock 6 gegenü¬ berliegenden rechten Stirnseite weist das Hydraulikaggregat 2 einen Ausgleichsblock 8 auf, welcher das Gehäuse 4 an der hinteren Stirnseite verschließt. Zwischen diesen beiden Blöcken 6,8 ist ein Druckerzeugungsblock 10 angeordnet. Die einzelnen Ge¬ häuse-Bauteile des Hydraulikaggregats 2 sind - wie aus der Figur ersichtlich - durch Schraubverbindungen miteinander befestigt. An den Trennebenen oder Trennstellen zweier Bauteile, die jeweils als metallische Bauteile ausgebildet sind, sind jeweils Dicht- elemente 12 vorgesehen, so dass eine hermetische Abdichtung des gesamten Innen¬ raums 5 gegenüber der Umgebung erzielt ist.

Der Druckerzeugungsblock 10 ist im Wesentlichen gebildet durch einen als Wechsel¬ strom-Servomotor ausgebildeten Unteröl-Elektromotor 14 sowie mehreren, als Kolben- pumpen ausgebildete Pumpen 16. Der Elektromotor 14 weist einen Stator 14A mit Statorwicklung sowie einen Rotor 14B mit Permanentmagnet auf. Am Rotor 14B ist endseitig eine Exzenterwelle 18 vorgesehen, deren Achse zu der Rotorachse 20 radial versetzt angeordnet ist. über die Exzenterwelle 18 werden die ringförmig um die Ex¬ zenterwelle 18 angeordneten Pumpen 16 abwechselnd betätigt. Der Kolben der jeweili- gen Kolbenpumpe 16 wird zum Ansaugen und Ausstoßen des Hydrauliköls über die Exzenterwelle 18 betätigt. Zwischen der im Betrieb rotierenden Exzenterwelle 18 und den feststehenden Pumpen 16 ist ein Lager 22 angeordnet.

An jede der Pumpen 16 schließt sich druckseitig eine Druckleitung 24 an, die zum Funktionsblock 6 führt. Die Druckleitung 24 ist hierbei durch einen in die Gehäusewand eingearbeiteten Kanal gebildet. Die Saugseite der Pumpen 16 ist jeweils mit dem In¬ nenraum 5 verbunden, in dem sich das Hydrauliköl befindet.

Um die Exzenterwelle 18 herum sind im Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Pumpen 16 ringförmig angeordnet, wobei abwechselnd benachbarte Pumpen 16 für die Erzeu¬ gung zweier unterschiedlicher Drücke vorgesehen sind, nämlich eines Niederdrucks in Höhe von etwa 200 x 10 ^'5 Pa sowie eines Hochdrucks in Höhe von etwa 500 x 10 ^~5 Pa.

Der als massiver Metalldeckel ausgebildete Funktionsblock 6 weist eine Dicke d auf, die beispielsweise etwa 10% der Gesamtlänge I des Hydraulikaggregats 2 beträgt. In dem Funktionsblock 6 sind eine Vielzahl von Kanälen zur Ausbildung von Hydrauliklei¬ tungen 28 sowie Bohrungen 30 für die Anordnung von Hydraulikventilen eingebracht, so dass der Funktionsblock einen Ventilblock bildet.

Die Anordnung der einzelnen Hydraulikleitungen 28 sowie der Bohrungen 30 bzw. der Ventile ergibt sich insbesondere auch aus der Stirnansicht gemäß Fig. 2, aus der die Hydraulikleitungen 28 sowie die Bohrungen 30 durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Wie hieraus zu erkennen ist, sind eine Vielzahl von Bohrungen 30 und damit Hyd¬ raulikventile vorgesehen. Von denen sind in der Fig. 1 ein Wegesitzventil 32A sowie ein Druckschaltventil 32B zu erkennen. An der Oberseite ist weiterhin ein Ein- oder Nach¬ füllventil 32C vorgesehen, über das der Speicherraum 5 befüllt werden kann. Stirnseitig ist weiterhin ein Entlüftungsventil 32D angeordnet. Eine weitere öffnung 34, welche lediglich beim Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit offen ist, dient zum Druckausgleich beim Befüllen.

Sämtlich hydraulischen Steuerelemente sind daher im Funktionsblock 6 integriert. über den Funktionsblock 6 wird das an einem Ausgang 36A, B (vgl. Fig. 4) bereitgestellte Hydrauliköl gesteuert, das heißt, über den Funktionsblock 6 wird der Hydraulikdruck am Ausgang 36A, B gesteuert. Es sind nachfolgend keine hydraulischen Steuerelemente mehr erforderlich. Vielmehr lässt sich direkt am Ausgang 36 eine Hydraulikleitung an¬ schließen und mit einem entsprechenden Hydraulikeingang an einem Bearbeitungs-

Werkzeug, beispielsweise einem Blindniet-Setzwerkzeug 38 (vgl. Fig. 4), verbinden. Die Funktionsweise des Funktionsblocks 6 sowie die Bedeutung der einzelnen Ventile er¬ gibt sich insbesondere auch aus der Beschreibung des Hydraulikplans gemäß Fig. 4.

Der Ausgleichsblock 8 umfasst eine durch das Gehäuse 4 gebildete, ringförmige oder zylindrische Gehäusewand, die einen zum Innenraum offenen Zylinder 40 ausbildet. In diesem Zylinder 40 ist ein eine Ausgleichswand bildender Kolben 42 passgenau ange¬ ordnet. Der Kolben 42 ist zu der Innenwandung des Zylinders 40 durch Dichtelemente 12 abgedichtet und in Längsrichtung relativ zum Zylinder 40 verschieblich angeordnet. Der Kolben 42 ist als Hohlkolben ausgebildet, der sich ebenso wie der Zylinder 40 im Querschnitt gesehen stufenförmig erweitert. Der Hohlraum des Kolbens 42 bildet einen Druckraum 44, der über einen Pneumatikanschluss 46 (vgl. Fig. 3) mit einem vorgebba¬ ren Druck beaufschlagbar ist. Der Druckraum 54 ist rückseitig durch eine ortsfeste Stirnwand 48 des Gehäuses begrenzt. An der Stirnwand 48 stützt sich eine als Druck- feder ausgebildete Sicherungsfeder 50 ab, die eine Druckkraft auf den Kolben 42 aus¬ übt. Durch die dargestellte Ausgestaltung ist ein Druckverstärker und Medien wand ler geschaffen.

Zum Betrieb des Hydraulikaggregats 2 wird der Innenraum 5 komplett mit einer Hyd- raulikflüssigkeit angefüllt, insbesondere Hydrauliköl, so dass der Elektromotor 14 und mit ihm die Pumpen 16 im Hydrauliköl gelagert sind. über das Entlüftungsventil 32D erfolgt eine vollständig Entlüftung, so dass der gesamte Innenraum 5 gas- und luftfrei ist. Um dies sicher aufrechtzuerhalten, wird über den Druckausgleichsblock 10 durch Anlegen eines entsprechenden Pneumatikdrucks im Druckraum 44 ein Gegendruck von etwa 5 - 15 x 10 ^"5 Pa erzeugt. Der gesamte Gehäuseinnenraum 5 steht daher unter einem überdruck. Weiterhin ist eine hier nicht näher beschriebene Füllstandsüberwa¬ chung vorgesehen, so dass eine automatische Kontrolle der Hydraulikölmenge vorge¬ nommen wird.

Zur Bereitstellung der Hydraulikflüssigkeit an den Ausgängen 36A ₁ B unter hohem Druck wird der Elektromotor 14 bedarfsweise gestartet. Das heißt, der Hydraulikdruck wird nur dann erzeugt, wenn tatsächlich Bedarf da ist, wenn also der Blindniet bereits in das Blindnietloch eingeführt ist und der Setzvorgang durch Ziehen am Nietdorn beginnt. Es

ist kein Druckbehälter vorgesehen. über den Elektromotor 14 wird die Exzenterwelle 18 in Drehbewegung versetzt, so dass abwechselnd und umlaufend die einzelnen Pum¬ pen 16 betätigt werden, die jeweils eine vordefinierte Menge an Hydraulikflüssigkeit in die Druckleitung 24 und damit zum Funktionsblock 6 fördern.

Da während des Betriebs die Hydraulikmengen im Innenraum 5 variiert, ist zur Vermei¬ dung der Entstehung von Gasbläschen in der Hydraulikflüssigkeit das Volumen des Innenraums 5 variierbar. Das Volumen des Innenraums 5 bildet daher ein Ausgleichs¬ volumen und der Innenraum 5 bildet einen Speicherraum. Zur Variation des Volumens verfährt der Kolben 42 innerhalb des Zylinders 40 entsprechend den jeweiligen aktu¬ ellen Anforderungen automatisch.

Der Betrieb des Setzwerkzeugs 38 über das Hydraulikaggregat 2 geht aus dem Hyd¬ raulikplan gemäß Fig. 4 hervor. In dieser Darstellung ist auf der rechten Bildhälfte der Ausgleichsblock 8, daran anschließend der Druckerzeugungsblock 10 sowie wiederum daran anschließend der Funktionsblock 6 dargestellt. über zwei Ausgänge 36A, B und Versorgungsleitungen 52A,B wird das Setzwerkzeug 38 mit dem druckbehafteten Hyd- rauliköl beaufschlagt.

Im Druckerzeugungsblock 10 sind die Pumpen 16 angeordnet, wobei hierbei drei der Pumpen 16 zur Ausbildung eines Hochdruck-Teilstroms 54 und drei weiteren Pum¬ pen 16 zur Ausbildung eines Niederdruck-Teilstroms 56 zusammengefasst sind. Aus dem Hydraulikplan sind mehrere Rückschlagventile 58 zu entnehmen, die den Durch- fluss des Hydrauliköls jeweils nur in Pfeilrichtung erlauben. Weiterhin sind das zur Fig. 1 bereits erwähnte Druckschaltventil 32B ₁ zwei steuerbare Wegesitzventile 33A, B sowie zwei Sicherheitsventile 60A, B angeordnet.

Zum Starten des Nietvorgangs wird der Elektromotor 14 angeschaltet, so dass sowohl im Hochdruck-Teilstrom 54 als auch im Niederdruck-Teilstrom 56 ein Hydraulikdruck bereit gestellt wird. Der Hochdruck-Teilstrom 54 ist über das Sicherheitsventile 6OA so¬ wie über das Wegesitzventile 33A geführt, die auf der rechten Bildhälfte dargestellt sind. Das Wegesitzventil 33A ist hierbei derart angesteuert, dass der Durchfluss für den Hochdruck-Teilstrom 54 geöffnet ist, solange an den Ausgängen 36A.B ein vorgebba-

rer Druck nicht überschritten wird. Bei geöffnetem Wegesitzventil 33A mündet der Hochdruck-Teilstrom 54 sofort in den Gehäuseinnenraum 5, so dass hochd rückseitig kein Druckaufbau erfolgen kann und der Teilstrom 54 drucklos geschalten ist. Der Nie¬ derdruck-Teilstrom 56 wird über das Rückschlagventil 58 und über die Versorgungslei- tung 52A dem Setzwerkzeug 38 zugeführt. Dieses weist ein axial verschiebliches Kol¬ benelement 62 auf, welches durch die Beaufschlagung mit dem Niederdruck-Teilstrom 54 zu Beginn des Setzvorgangs nach rechts verfährt. In dieser ersten Phase des Setz¬ vorgangs werden vergleichsweise lange Wege bei nur geringen Drücken zurückgelegt. In dieser Phase erfolgt ein Ausrichten des Blindniets im Blindnietloch und ein erstes Umformen.

Zu Beginn des eigentlichen Umformvorgangs des Blindniets beim Setzvorgang wird das Wegesitzventil 33A angesteuert und geschlossen, so dass sich im ms-Bereich der Hochdruck am Ausgang 36A zu der Versorgungsleitung 52A sukzessive aufbaut. Das Druckschaltventil 32B ist nunmehr derart ausgebildet, dass dieses automatisch bei ei¬ nem vorgegebenen Druck, beispielsweise bei einem Druck von 80 bar schaltet, so dass der Niederdruck-Teilstrom 54 zum Innenraum 5 freigeschaltet und damit drucklos ge¬ schaltet wird. Die Druckversorgung erfolgt nunmehr über den Hochdruck-Teilstrom 54. über das Rückschlagventil 58 im Hochdruckteilstrom 54 wird dieser am Ausgang 36 zur Versorgungsleitung 52A bereitgestellt.

Während des Setzvorgangs befindet sich das weitere Wegesitzventil 33B, welches ü- ber den zweiten Ausgang 36B mit der zweiten Versorgungsleitung 52B verbunden ist, in dem in der Fig. 4 gezeigten Zustand. Das heißt die Versorgungsleitung 52B ist über das Wegesitzventil 33B mit dem Innenraum 5 nach Art einer Rücklaufleitung verbun¬ den.

Nach Beendigung des Setzvorgangs, also nach Abreißen des Nietdorns, wird der Hochdruck-Teilstrom 54 durch Schalten des Wegesitzventils 33A wieder drucklos ge¬ schalten. Durch den hierdurch bedingten Druckabfall schaltet das Druckschaltventil 32B automatisch wieder den Niederdruck-Teilstrom 56 zu.

Für die nach dem Setzvorgang erforderliche Rückstellbewegung, wird das Wegesitz¬ ventil 33B geschalten, so dass - wie dargestellt - die von den Pumpen 16 bereitge-

stellten Teilsströme 54,56, insbesondere der Niederdruck-Teilstrom 54 nunmehr sowohl an der rechten Seite des Kolbenelements 62 genauso wie an der linken Seite anliegt. Aufgrund der gewählten größeren Querschnittsfläche auf der rechten Seite des Kol¬ benelements 62 wird dieses nach links wieder in die Ausgangsposition zurückgescho- ben.

Zu Zwecken der Absicherung ist der Hochdruck-Teilstrom 54 zudem über das Sicher¬ heitsventile 6OA mit dem Gehäuseinnenraum 5 verbunden. Dieses Sicherheitsventil 6OA schaltet beispielsweise bei überschreiten eines Drucks von 400 x 10 ^'5 Pa. Das links dargestellte Sicherheitsventil 6OB ist zur Absicherung des im Innenraum 5 herr¬ schenden Drucks vorgesehen. Dieses Sicherheitsventil 6OB schaltet beispielsweise bei überschreiten eines Drucks von 25 x 10 ⁵ Pa.

Bezugszeichenliste

Hydraulikaggregat 32D Entlüftungsventil

Gehäuse 34 öffnung

Innenraum 36, 36A, B Ausgang

Funktionsblock 38 Setzwerkzeug

Ausgleichsblock 40 Zylinder

Druckerzeugungsblock 42 Kolben

Dichtelement 44 Druckraum

Elektromotor 46 Pneumatikanschluss A Stator 48 Stirnwand B Rotor 50 Sicherungsfeder

Pumpe 52A Versorgungsleitung

Exzenterwelle 52B Versorgungsleitung

Rotorachse 54 Hochdruck-Teilstrom

Kugellager 56 Niederdruck-Teilstrom

Druckleitung 58 Rückschlagventil

Saugleitung 60A.B Sicherheitsventil

Hydraulikleitung 62 Kolbenelement

Bohrung A ₁ B Wegesitzventil d Dicke B Druckschaltventil I Gesamtlänge C Nachfüllventil