1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung, die in einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorrichtung hergestellt wird. Derartige Fügeverbindungen sind bspw. Stanznietverbindungen oder Clinch-Verbindungen, deren entsprechende Fügevorrich- tungen bekannt sind. Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren für ein Verbinden einer Mehrzahl von Blechen mithilfe der Fügevorrichtung, die beispielgebend oben genannt worden sind.

2. Hintergrund der Erfindung

Das Herstellen von Fügeverbindungen bspw. durch Einbringen eines Stanzniets in eine Mehrzahl von Blechen oder durch Eindrücken eines Stempels ohne ein Fügeelement in eine Mehrzahl von Blechen ist allgemein bekannt. Zur Realisierung derartiger Fügeverbindungen werden Antriebselemente eingesetzt, die mithilfe von hydraulischen Systemen, elektromechanischen Systemen, pneumatischen Systemen oder ähnlichen angetrieben und somit bewegt werden. Zur Steuerung und Überwachung derartiger Fügevorgänge sind unterschiedliche Verfahren anwendbar.

DE 10 2012 025 047 AI beschreibt bspw. ein Verfahren zum Überwachen eines mechanischen Fügeprozesses, insbesondere eines Stanzniet- oder Clinch-Prozesses. Zu diesem Zweck sind innerhalb eines Rahmens einer Fügevorrichtung ein Stempel und ein Niederhalter verschiebbar angeordnet. Der Niederhalter ist an den Stempel gekoppelt und in Fügerichtung des Stempels vorgespannt. Des Weiteren umfasst der Rahmen eine Matrize, in deren Richtung, der Fügerichtung, der Stempel bewegt wird. Um den Fügevorgang zu überwachen, werden die vom Stempel ausgeübte Stempelkraft, der Relativweg des Stempels mit Bezug auf den Niederhalter erfasst, um eine Fügekurve in Form der Stempelkraft als Funktion des Relativwegs aufzeichnen und darstellen zu können. Es sind somit zur Überwachung des Fügevorgangs zwei Wegsensoren für Stempel und Niederhalter und ein Kraftsensor als Mindestausstattung erforderlich. Diese müssen konstruktiv in den kompakten Setzkopf integriert werden und zudem über ein Datenerfassungssystem ausgelesen und deren Daten in einer auswertbaren Form präsentiert, werden. Gerade die Integration der drei Mindestsensoren ist konstruktiv anspruchsvoll und nicht immer mit den Platzangeboten im Setzkopf sowie dem Anforderungsprofil an das Setzgerät vereinbar. Der Stand der Technik offenbart zudem in WO 2014/025608 AI eine Fügevorrichtung, bei der die Auswertung ohne die Verwendung der Erfassung der Stempelkraft realisiert wird. Diese Regelung des Setzgeräts basiert darauf, dass die Relativposition des Stempels und des Niederhalters in Bezug zueinander erfasst wird. In Abhängigkeit von dieser Relativposition zueinander kann beurteilt werden, ob eine Stanznietverbindung zufriedenstellend hergestellt worden ist. Zu diesem Zweck, umfasst der Niederhalter einen Wegsensor, der die Position des Stempels relativ zum Niederhalter erfasst und zur Auswertung weiterleitet.

US 7,409,760 B2 beschreibt ein elektromotorisch betriebenes Setzgerät, bei dem ein Elektromotor über ein Getriebe einen Stempel zum Herstellen einer Fügeverbindung bewegt. Um eine Echtzeitregelung des Fügevorgangs zu realisieren, wird zumindest ein erster Sensor eingesetzt, der eine elektrische Betriebsgröße des elektrischen Antriebs des Setzgeräts erfasst. Eine derartige Betriebsgröße ist bspw. das Drelimoment des Elektromotors oder sein Motorstrom oder auch seine Geschwindigkeit. Ergänzend dazu wird mithilfe zumindest eines zweiten Sensors eine charakteristische Größe für den Setzvorgang ermittelt. Zu diesen charakteristischen Größen zählen die bereits oben genannten Parameter zur Charakterisierung einer Fügeverbindung, wie bspw. die Setzkraft, eine Position des Stempels, die Nietgröße oder auch die Dicke des Werkstücks. Die mithilfe der Sensoren erfassten Größen werden im Rahmen einer Regelung in Echtzeit ausgewertet und gezielt verändert, um eine optimale Verbindung zu erzielen. Diese hier beschriebene Konstruktion und Verfahrensweise erfordert einen hohen Datenerfassungs- und Datenverarbeitungsaufwand. Denn die Fügeparameter, wie bspw. die Kraft des Stempels, sowie eine Steuergröße des Stempels, wie bspw. der Motorstrom, müssen in Echtzeit abgeglichen werden, um tatsächlich den Fügeprozess auf eine optimale Fügeverbindung einregeln zu können. Selbst wenn diese Echtzeitregelung durch einen hohen Qualitätsanspruch an die Fügeverbindung gerechtfertigt zu sein scheint, ist sie häufig nicht mit wirtschaftlichen Grenzen eines bereitzustellenden Setzgeräts vereinbar.

Gemäß EP 1 946 864 AI wird aus einem ermittelten Kraft-Weg- Verlauf eines Setzgeräts bestimmt, ob bspw. bei einem Stanznietvorgang die gewünschte Nietkopfendlage oder bei einem Clinch-Vorgang die gewünschte Restbodendicke erzielt worden ist. Grundlage dieser Steuer- und Auswerteverfahren bildet die Interpretation des Kraft -Weg-Verlaufs, der mithilfe eines Kraftsensors für die Kraft des Stempels und eines Wegsensors für den vom Stempel zurückgelegten Weg erfasst wird. Anhand dieses Kraft-Weg- Verlaufs ist erkennbar, wann bspw. der Stempel den Stanzniet gegen eine obere Blechlage drückt, so dass der Setzvorgang beginnen kann. Die hier offenbarte Steuerung und Auswertung basiert jedoch darauf, dass die Länge des gesetzten Niets bekannt ist. Nicht jeder Setzkopf lässt jedoch eine Bestimmung der Länge des verwendeten Fügeelements zu, so dass der Einsatz des hier beschriebenen Steuer- und Auswertverfahrens beschränkt ist. W

Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung sowie ein Steuerverfahren für ein Setzgerät bereitzustellen, das in seiner Struktur ausreichend einfach gestaltet ist und gleichzeitig aber eine zufriedenstellende Herstellung und Auswertung von Fügeverbindungen gestattet.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Steuerverfahren für ein Verbinden einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Modifikationen vorliegender Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den anhängenden Zeichnungen hervor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung, die in einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorrichtung hergestellt wird, die ein Antriebselement in

Kombination mit einem damit bewegbaren Stempel und mit einem damit bewegbaren Niederhalter aufweist, umfasst die folgenden Schritte: Bewegen des Antriebselements in einer Fügerichtung, wobei das Antriebselement die Bewegung auf den Stempel sowie über mindestens eine erste und eine zweite Feder auf den Niederhalter überträgt, Erfassen einer durch das Antriebselement aufgebrachten Kraft mit einem ersten Sensor und eines durch das Antriebselement zurückgelegten Wegs mit einem zweiten

Sensor während einer Bewegung des Antriebselements in und entgegen der Fügerichtung in Form eines Kraft-Weg-Verlaufs und nach Abschluss eines Fügevorgangs Vergleichen eines linearen Entlastungsbereichs im erfassten Kraft- Weg-Verlauf mit einer Referenzkurve der Fügevorrichtung, die als ein Referenz-Kraft-Weg-Verlauf beim Bewegen des Stempels und des Niederhalters über das Antriebselement zu und weg von einem Gegenlager ohne zwischengeordnete Bleche und ohne ein Fügeelement bestimmbar ist, wobei der Vergleich eine Bewertung einer Kopfendlage eines Fügelements oder einer Restbodendicke in der Mehrzahl von Blechen gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung baut auf dem Vergleich einer aktuell erfassten Fügekurve auf, d. h. eines Kraft- Weg- erlaufs der Fügevorrichtung.

Dieser Kraft-Weg-Verlauf wird basierend auf der Bewegung des Antriebselements ermittelt, da die durch das Antriebselement aufgebrachte Kraft sowie der durch das Antriebselement zurückgelegte Weg mithilfe entsprechender Sensoren erfasst wird. Anhand dieses für den jeweiligen Fügevorgang spezifischen Kraft- Weg-Verlaufs kann man Rückschlüsse im Hinblick auf die Dicke der miteinander zu verbindenden Bleche, das Aufsetzen des Niederhalters auf die Mehrzahl von Blechen, das Aufsetzen des Niets auf die Mehrzahl von Blechen und daher im Vergleich zu einer Referenzkurve der Fügevorrichtung charakteristische Daten, wie Dicke der Mehrzahl von Blechen und Länge des verwendeten Niets, ableiten. Zu diesem Zweck ist der Referenz-Kraft- Weg- Verlauf der Fügevorrichtung vorzugsweise in einem Speicher eines Controllers zur Steuerung der Fügevorrichtung hinterlegt. Werden während eines aktuellen Fügevorgangs basierend auf den erfassten Kraft-Weg-Daten der charakterisierende Kraft-Weg- Verlauf dieses Fügevorgangs erfasst, dann kann im Nachhinein durch Vergleichen des aktuellen Kraft- Weg-Verlaufs mit dem Referenz-Kraft-Weg-Verlauf die Qualität der Fügeverbindung und somit des

Fügevorgangs bewertet werden. Dieser Vergleich schließt ebenfalls ein, dass basierend auf dem aktuellen Kraft- Weg-Verlauf und dem Referenz-Kraft-Weg- Verlauf auswertende Berechnungen durchführbar sind, die eine Bewertung der Fügeverbindung ermöglichen. Zur Ermittlung des Referenz-Kraft -Weg-Verlaufs wird im Vorfeld der herzustellenden Fügeverbindung die Herstellung einer Fügeverbindung simuliert. Das bedeutet, dass der Stempel und der Niederhalter mithilfe des Antriebselements gegen ein Gegenlagerbewegt wird, ohne dass sich zwischen Stempel und Matrize eine Mehrzahl von Blechen und ein Fügeelement, wie bspw. ein Stanzniet oder ein passender Stempel zum Clinchen, befinden. Als Gegenlager wird allgemein der strukturelle Teil der Vorrichtung bezeichnet, der die Bleche oder Bauteile abstützt und über die Bleche/Bauteile dem Stempel und/oder dem Niederhalter eine ausreichende Gegenkraft zur Herstellung der Verbindung entgegen bringt. Für das Herstellen einer Stanznietverbindung und einer Clinchverbindung ist das Gegenlager vorzugsweise eine Matrize. Zur Ermittlung des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs ist das Gegenlager vorzugsweise ein Amboss. Während dieses Vorgangs werden die durch das Antriebselement aufgebrachte Kr t sowie der durch das Antriebselement zurückgelegte Weg erfasst, um darauf aufbauend einen Referenz-Kraft-Weg-Verlauf erstellen zu können. Dieser Referenz-Kraft -Weg-Verlauf liefert charakteristische Daten der elastisch verformbaren Komponenten, wie vorzugsweise Niederhalterfedern und C-Rahmen, der Fügevorrichtung, die aufgrund der späteren Verwendung einer Mehrzahl von Blechen zwischen Stempel und Gegenlager sowie eines Stanzniets einer bestimmten Länge verändert werden. Über den Vergleich des Referenz- Kraft-Weg-Verlaufs und des aktuellen Kraft- Weg- Verlaufs lassen sich dann entsprechend diese charakteristischen Daten, wie bspw. die Dicke der Mehrzahl von Blechen und die Länge des Stanzniets, aus einem entsprechenden Vergleich ableiten und zur Auswertung der Qualität des Fügevorgangs heranziehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der lineare Entlastungsbereich im Vergleich zu einem Referenz-Entlastungsbereich des Referenz-Kraft -Weg-Verlaufs bei Übereinstimmung eine vorgegebene Kopfendlage eines Stanzniets, insbesondere eine bündige Kopfendlage eines Halbhohl- oder Vollstanzniets oder eine definierte Kopfendlage eines Halbhohl- oder Vollstanzniets mit Kopfauflage, bei einem Einbringen eines Stanzniets in die Mehrzahl von Blechen oder eine vorbestimmte Restbodendicke bei einem Clinch-Vorgang identifizieren. Entsprechend identifiziert eine Anordnung des linearen Entlastungsbereichs versetzt zu kleineren Weg- Werten im Vergleich zum Referenz-Entlastungsbereich einen größeren als den vorgegebenen Kopfüberstand bezogen auf die Mehrzahl von Blechen oder eine größere als die vorbestimmte Restbodendicke beim Clinch-Vorgang, während bei einer Anordnung des linearen. Entlastungsbereichs versetzt zu größeren Weg- Werten im Vergleich zum Referenz-Entlastungsbereich ein zu tief in die Mehrzahl von Blechen eingeprägtes Fügeelement oder eine kleinere als die vordefinierte Restbodendicke beim Clinch- Vorgang identifiziert.

Betrachtet man eine Fügevorrichtung mit einem C-Bügel, dann wird während des Fügevorgangs und im Spezieilen gegen Ende des Fügevorgangs der C-Bügel aufgebogen, bis der Stanzniet vollständig gesetzt ist oder eine Clinch-Verbindung hergestellt worden ist. Nachdem der Fügevorgang durch Herstellen einer Verbindung beendet worden ist, wird das Antriebselement in seine Ausgangsposition zurück bewegt. Dabei zeigt der Kraft-Weg-Verlauf im aktuellen Kraft -Weg-Verlauf sowie im Referenz-Kraft -Weg- Verlauf einen linearen Entlastungsbereich. Dieser lineare Entlastungsbereich charakterisiert die elastische Rückkehrbewegung des C-Rahmens in seine Ausgangsform. Bei einer optimal hergestellten Stanzniel Verbindung bzw. bei einem optimalen Clinch-Vorgang endet dieser vorzugsweise bei einem angesteuerten vorbestimmten Kraftsollwert, für den die Herstellung einer optimalen Verbindung erwartet wird. Bei Vorliegen einer optimalen Verbindung müsste der lineare Entlastungsbereich innerhalb eines bevorzugten Toleranzbereichs auf dem Referenz-Entiastungsbereich verlaufen. Sollte jedoch eine bevorzugte Korrektur, im Speziellen eine parallel zur Weg-Achse vorzunehmende Verschiebung des Referenz-Entlastungsbereichs (siehe unten), zeigen, dass der vorgegebene Kraftsollwert nicht optimal auf die herzustellende Verbindung abgestimmt war, dann verläuft der lineare Entlastungsbereich des aktuellen Kraft- Weg-Verlaufs seitlich versetzt zum linearen Referenz-Entlastungsbereich. Bei einem Versatz zu kleineren Weg- Werten bedeutet dies einen nicht ausreichend tief gesetzten Stanzniet oder eine zu große Restbodendicke beim Clinch-Vorgang. Bei einem Versatz zu größeren Weg- Werten signalisiert dies einen zu tief gesetzten Stanzniet oder eine zu geringe Rest bodendicke beim Clinch- Vorgang.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung identifiziert ein linearer Entlastungsbereich im Kraft- Weg- Verlauf extrapoliert bis zu einem Schnittpunkt SP mit der Weg- Achse bei einer Kraft gleich Null oder einer Geraden zu einem definierten Kraft-Wert eine bündige oder vorgegebene Kopfendlage eines Stanzniets bei einem Eindringen eines Stanzniets in die Mehrzahl von Blechen oder eine vorbestimmte Restbodendicke bei einem Clinch- Vorgang, wenn der Schnittpunkt SP mit einem Referenz-Schnittpunkt R des linearen Referenz-Entlastungsbereichs extrapoliert zur Weg- Achse oder zu der Geraden zu einem definierten Kraft-Wert übereinstimmt. In gleicher Weise repräsentiert eine Abweichung des Schnittpunkts SP vom Referenz-Schnittpunkt R zu kleineren Weg- Werten einen größeren als den vorgegebenen Kopfüberstand bezogen auf die Mehrzahl von Blechen oder eine größere als die vorbestimmte Restbodendicke bei einem Clinch- Vorgang, während bei einer Abweichung des Schnittpunkts SP vom Referenz-Schnittpunkt R versetzt zu größeren Weg-Werten ein zu tief in die Mehrzahl von Blechen eingeprägtes Fügeelement oder eine kleinere als die vordefinierte Restbodendicke beim Clinch- Vorgang angezeigt wird.

Die obige Beschreibung des Vergleichs des linearen Entlastungsbereichs mit dem linearen Referenz- Entlastungsbereieh ist in gleicher Weise auch auf die Interpretation des Vergleichs der Schnittpunkte aus dem extrapolieren linearen Entlastungsbereich und dem extrapoliert Referenz-Entlastungsbereich anwendbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des vorliegenden Verfahrens, in dem der Referenz- Kraft- Weg-Verlauf in einem über eine Stufe getrennten ersten linearen Anstiegsbereich und einen zweiten linearen Anstiegsbereich eine Verformung der ersten Feder des Niederhalters und eine Verformung der zweiten Feder des Niederhalters darstellt, ist der weitere Schritt vorgesehen: Bilden einer

Differenz des Weg-Werts WRS, O der Stufe im Referenz-Kraft-Weg-Verlauf und des Weg-Werts WES. O der Stufe im erfassten Kraft-Weg-Verlauf, die eine Dicke der Melirzahl der zu verbindenden Bleche darstellt.

Wie sich aus obiger Definition ergibt, ist aus dem Vergleich des aktuellen Kraft-Weg-Verlaufs mit dem

Referenz-Kraft- Weg-Verlauf die Dicke der Mehrzahl von miteinander zu verbindenden Blechen ableitbar. Dies liegt vorzugsweise an der konstruktiven Ausgestaltung der Fügevorrichtung, deren Niederhalter durch zwei Federn unterschiedlicher Federkonstante in Fügerichtung vorspannbar ist. Wird aufgrund der bevorzugten Bewegung des Antriebselements der Niederhalter gegen eine Mehrzahl von Blechen gedrückt, werden zunächst die erste Feder des Niederhalters und nachfolgend die zweite Feder des Niederhalters komprimiert. Dies hat charakteristische lineare Abschnitte im Kraft-Weg-Verlauf zur Folge, deren jeweilige Steigung abhängig ist von der Federkonstante der jeweiligen Feder des Niederhalters. Zeigt der Übergangsbereich zwischen der Kompression der ersten Feder des Niederhalters und der Kompression der zweiten Feder des Niederhalters aufgrund der sie verbindenden Stufe einen Versatz im aktuellen Kraft-Weg-Verlauf im. Vergleich zum Referenz-Kraft-Weg-Verlauf, dann entspricht dieser Versatz der Dicke der Melirzahl von miteinander zu verbindenden Bleche, die zwischen Stempel und Gegenlager angeordnet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt: Bilden einer Differenz zwischen einem Anfangs-Weg- Wert So eines nicht-linearen Anstiegsbereichs angrenzend an einen zweiten linearen Anstiegsbereich und einem Start-Weg-Wert S02 des angrenzenden zweiten linearen Anstiegsbereichs, die eine Länge des Fügeelements darstellt. Bezugnehmend auf den Referenz-Kraft- Weg- Verlauf ist erkennbar, dass nach Durchlaufen des ersten linearen Anstiegsbereichs für die erste Feder des Niederhalters und des zweiten linearen Anstiegsbereichs für die zweite Feder des Niederhalters der Referenz-Kraft-Weg-V erlauf in einen dritten linearen Anstiegsbereich mit steilerem Verlauf im Vergleich zum ersten und zweiten Anstiegsbereich übergeht. Dieser dritte lineare Anstiegsbereich repräsentiert eine elastische Verformung, im Speziellen ein elastisches Aufbiegen, des C-Rahmens der Fügevorrichtung. Im Vergleich zum Referenz-Kraft- Weg- Verlauf geht im aktuellen Kraft-Weg-Verlauf der zweite lineare Anstiegsbereich in einen nicht-linearen Anstiegsbereich über. Dieser nicht-lineare Anstiegsbereich repräsentiert das Eindrücken des Stanzniets oder Fügeelements oder allgemein eines Stempels beim Clinch- Vorgang in die Mehrzahl von Blechen. Daher repräsentiert der Abstand zwischen dem Beginn des zweiten linearen Anstiegsbereichs im Kraft- Weg-Verlauf und dem Beginn des nicht-linearen Anstiegsbereichs eine der Länge des verwendeten Fügeelements proportionale Größe. Zur Kalibrierung dieser ermittelten Länge auf die tatsächliche Länge des Fügeelements ist bevorzugt eine setzkopftypische Konstante zu berücksichtigen. Diese Konstante beschreibt einen freien Weg des Stempels innerhalb des Niederhalters noch vor einem Aufsetzen auf den Blechen, nachdem der Niederhalter seine zum Halten der Bleche generierbare hohe Niederhaltekraft auf die Bleche aufgebracht hat. Dieser freie Weg ist abgestimmt auf die Längen des Stempels für einen Clinch-Vorgang und auf die Länge des Stempels mit in Fügerichtung vorgelagertem Stanzniet für einen Setzvorgang eines Vollstanzniet oder eines Halbhohl stanzni et s . Daher ergibt sich bevorzugt die Länge des Fügeelements aus der Differenz der Konstante und dem Abstand zwischen dem Beginn des zweiten linearen Aiistiegsbereichs im Kraft-Weg-Verlauf und dem Beginn des nicht-linearen Anstiegsbereichs. In Abhängigkeit von dem verwendeten Setzkopf bzw. der verwendeten Fügevorrichtung kann diese Konstante variieren.

Weiterhin bevorzugt umfasst vorliegendes Verfahren die weiteren Schritte: Vergleichen der ermittelten

Länge des Fügeelements mit hinterlegten Nietlängen und Signalisieren eines Nietdrehers oder eines nicht-vorgegebenen Niets oder Fügeelements, wenn die ermittelte Länge des Fügeelements die hinterlegte minimale Nietlänge unterschreitet oder die maximale Nietlänge überschreitet. Im Speicherbereich des die Fügevorrichtung steuernden Mikrocontrollers sind verschiedene Nietlängen hinterlegt, die die möglichen zu verwendenden Fügeelemente repräsentieren. Da es gerade bei Stanznieten mit kurzer Schaftlänge im Vergleich zum Durchmesser des Nietkopfs möglieh ist, dass diese im Fügekanal verkippen, dann signalisiert der oben diskutierte Abstand zur Bestimmung der Nietlänge, ob sich ein richtig ausgerichteter Stanzniet oder ein verkippter Stanzniet im Fügekanal befindet. Denn die hier vorzugsweise indirekt bestimmte Länge des Fügeelements muss einer der entsprechend hinterlegten Längen der

Fügeelemente entsprechen. Zudem kommt es gerade bei der Verwendung unterschiedlicher Längen von Fügeelementen aus einem Magazin oder in einem Arbeitsablauf vor, dass ein nicht für die Fügeaufgabe vorgegebenes oder ein nicht geeignetes Fügeelement in den Setzkopf geladen wird. In diesem Fall identifiziert das Verfahren zur Qualitätsbestimmung oder -Überwachung das nicht geeignete Fügeele- ment und gibt ein entsprechendes Signal aus. Dieses Signal, sei es elektronisch, optisch und/oder akustisch, wird vorzugsweise im unten beschriebenen Steuerverfahren für die Fügevorri chtung verwen- det, um eine Entscheidung über die Fortsetzung oder den Abbruch des Fügevorgangs zu treffen. In diesem Fall ist das Signal bevorzugt ein internes Signal im steuernden MikroController.

Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Steuerverfahren zum Verbinden einer Melirzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorri chtung, die ein Antriebselement in Kombination mit einem damit bewegbaren Stempel und mit einem damit bewegbaren Niederhalter umfasst. Dieses erfindungsgemäße Steuerverfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorgeben einer maximalen Fügekraft über einen Kraftsollwert Fsoii, Erfassen einer durch das Antriebselement aufgebrachten Kraft mit einem ersten Sensor und eines durch das Antriebselement zurückgelegten Wegs mit einem zweiten Sensor während einer Bewegung des Antriebselements in und entgegen einer Fügerichtung in Form eines Kraft-Weg-Verlaufs, Bewegen des Antriebselements in Fügerichtung, wobei das Antriebselement die Bewegung auf den Stempel sowie über mindestens eine erste und eine zweite Feder auf den Niederhalter überträgt, bis der Kraftsollwert Fs ₀ n erreicht ist, und danach Bewegen des Antriebselements in eine Ausgangsposition, Verschieben des Kraftsollwerts Fs ₀ n um mindestens einen Korrekturwert K nach einem Vergleichen eines linearen Entlastungsbereichs im erfassten Kraft-Weg- Verlauf mit einer Referenzkurve der Fügevorrichtung, die als ein Referenz-Kraft-Weg-Verlauf beim Bewegen des Stempels und des Niederhalters über das Antriebselements zu und weg von einem Gegenlager ohne zwischengeordnete Bleche und ohne ein Fügeelement bestimmbar ist, um in einem nachfolgenden Fügevorgang eine vorgegebene Kopfendlage bei einem Fügevorgang eines Stanzniets oder eine vorbestimmte Restbodendicke in einem Clinch- Vorgang zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist in Analogie zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung aufgebaut. Daher sind die bereits oben diskutierten Interpretationen der unterschiedlichen Verfahrensschritte in gleicher Weise übertragbar auf das hier beschriebene erfindungsgemäß Steuerverfahren.

Erfmdungsgemäß bevorzugt weist das Steuerverfahren zudem die folgenden Schritte auf: Beibehalten des Kraftsollwerts FS ₀ H, wenn der lineare Entlastungsbereich mit dem Referenz-Entlastungsbereich übereinstimmt, Erhöhen des Kraftsollwerts Fsoii um den mindestens einen Korrekturwert K, wenn der lineare Entlastungsbereich im Vergleich zum Referenz-Entlastungsbereich zu kleineren Weg-Werten versetzt ist, und Verringern des Kraftsollwerts Fs ₀ ii um den mindestens einen Korrekturwert K. wenn der lineare Entlastungsbereich im Vergleich zum Referenz-Entlastungsbereich zu größeren Weg-Werten versetzt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das vorliegende Steuerverfahren die weiteren Schritte: Beibehalten des Kraftsollwerts Fsoii, wenn ein linearer Entlastungsbereich im Kraft- Weg-Verlauf extrapoliert bis zu einem Schnittpunkt SP mit der Weg-Achse oder einer Geraden an einem definierten Kraft-Wert die bündige bzw. die vorgegebene Kopfendlage oder die vordefmierte Restboden- dicke repräsentiert, wenn der Schnittpunkt SP mit einem Referenz-Schnittpunkt R des linearen. Referenz- Entlastungsbereichs extrapoliert bis zur Weg-Achse oder der Geraden an einem definierten Kraft- Wert übereinstimmt, Erhöhen des Kraftsollwerts Fsoii um den mindestens einen Korrekturwert, wenn eine Abweichung des Schnittpunkts SP von dem Referenz-Schnittpunkt R zu kleineren Weg- Werten einen größeren als den vorgegebenen Kopfüberstand oder eine größere als die vorbestimmte Restbodendicke beim Clinch-Vorgang anzeigt, und Verringern des Kraftsollwerts Fs ₀ n um den mindestens einen Kennwert, wenn eine Abweichung des Schnittpunkts SP von dem Referenz-Schnittpunkt R zu größeren Weg- Werten einen zu tief geprägten Kopf des Stanzniets in der Mehrzahl von Blechen oder eine kleinere als die vorbestimmte Restbodendicke beim Clinch-Vorgang anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Steuerverfahrens, in dem der Referenz-Kraft- Weg-Verlauf in einem über eine Stufe getrennten ersten linearen Anstiegsbereich und einen zweiten linearen Anstiegsbereich eine Verformung der ersten Feder des Niederhalters und eine Verformung der zweiten Feder des Niederhalters darstellt, sind die folgenden weiteren Schritte vorgesehen: Bilden einer Differenz des Weg- Werts WRS. O der Stufe im Referenz-Kraft-Weg-Verlauf und des Weg-Werts WES. O der Stufe im erfassten Kraft-Weg-Verlauf, die eine Dicke der Mehrzahl von zu verbindenden Blechen darstellt, und Verschieben des Kraftsollwerts Fsoii zu einem korrigierten Kraftsol lwert Fsoii, k in Abhängigkeit von der ermittelten Dicke der Mehrzahl von zu verbindenden Bleche. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Steuerverfahrens sind die folgenden weiteren Schritte vorgesehen: Bilden einer Differenz zwischen einem Anfangs-Weg-Wert So eines nicht-linearen Anstiegsbereichs angrenzend an einen zweiten linearen Anstiegsbereich und einem Start-Weg- Wert S02 des angrenzenden zweiten linearen Anstiegsbereichs, der eine Länge des Fügeelements darstellt, Vergleichen der ermittelten Länge des Fügeelements mit hinterlegten Nietlängen und Abbrechen des Fügevorgangs, wenn die ermittelte Länge des Fügeelements die hinterlegte minimale Nietlänge unterschreitet oder die maximale Nietlänge überschreitet. Wie es oben bereits in Bezug auf das Verfahren zur Qualitätsüberwachung beschrieben worden ist, welches bevorzugt die Grundlage des Steuerverfahrens bildet, wird mit obigem Vergleich erkannt, ob ein Nietdreher vorliegt oder sich ein nicht vorgegebener Niet für die bevorstehende Fügeaufgabe im Setzkanal befindet oder ob sich der passende Niet im

Setzkanal befindet. Sofern sich nicht der passende Niet im Setzkanal befindet, wird der Fügevorgang abgebrochen. Da bevorzugt obiger Vergleich und somit auch die entsprechende Entscheidung zur Fortsetzung oder dem Abbruch des Fügevorgangs durch den MikroController getroffen wird, bevor das Fügelement in die Bleche gesetzt wird - also noch vor oder gleich zu Beginn des nicht-linearen Abschnitt des Rraft-Weg-Verlaufs - kann der Fügevorgang abgebrochen werden. In diesem Fall entfernt sich bevorzugt die Fügevorrichtung von den Blechen, um den nicht vorgegebenen Niet oder den verkippten Niet aus dem Fügekanal zu entfernen. Sobald dies erfolgt ist, wird ein neuer Fügevorgang mit Hilfe des bevorzugten Steuerverfahrens gestartet. 4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen

Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 A eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Fügevorrichtung aus dem

Stand der Technik, die in DE 100 21 781 B4 beschrieben ist und auf deren Aufbau und Funktionsweise hiermit Bezug genommen wird,

Fig. 1 B eine Ausschnittsvergrößerung aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 A,

Fig. 2 ein bevorzugter Kraft-Weg-V erlauf (blau) und ein bevorzugter Referenz-Kraft-Weg-Verlauf (rot) im Vergleich,

Fig. 3 die Verläufe gemäß Fig. 3, wobei diese zur Auswertung anhand der Stufe übereinander gelegt worden sind,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Interpretation der Kopfendlage und Restbodendicke und zur

Korrektur des Kraftsollwerts,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines im Fügekanal gedrehten Stanzniets und

Fig. 6 eine schematische Darstellung (a) der Kopfendlage eines Halbhohlstanzniets und (b) der

Restbodendicke einer Clinch-Verbindung sowie (c) des Kopfuberstands eines Vollstanzniets mit Kopfautlage.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Steuerverfahren für ein Verbinden einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorri chtung sowie das Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer derartigen Fügeverbindung wurde für Fügevorrichtungen entwickelt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Eine derartige Fügevorrichtung ist in ihrer Konstruktion und Funktionsweise beispielsweise in DE 100 21 781 B4 beschrieben, deren Inhalt in diesem Zusammenhang durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Figuren 1 A und 1 B zeigen die in Bezug genommene Fügevorrichtung als eine bevorzugte Ausführungsform einer Fügevorrichtung zur Anwendung vorliegender Erfindung. Die bevorzugte Grandstruktur der Fügevorrichtung F umfasst ein Antriebselement 1 , das hier über ein Kniehebelgelenk angetrieben wird. Alternativ dazu sind gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen ein hydraulischer Kolben-Zylinder-Antrieb oder ein elektromotorischer Spindeltrieb sowie ein pneumatischer Kolben-Zylinder- Antrieb einsetzbar. Der verwendete Antrieb bewegt das Antriebselement 1 , das über eine lineare Bewegung einen Stempel 9 sowie einen Niederhalter 13 in Richtung einer Mehrzahl von Blechen 14 oder von diesen weg bewegt. Somit erzeugt, das Antriebselement 1 in bekannter Weise eine gesteuerte lineare Bewegung von Stempel 9 und Niederhalter 13 parallel zur Fügerichtung Rp. Der Niederhalter 1 3 ist bevorzugt über zumindest eine erste Feder 7 und eine zweite Feder 6 gegen die Mehrzahl von Blechen 14 mechanisch vorspannbar. Während des Fügevorgangs zum Verbinden der Mehrzahl von Blechen 14 stützt sieh die Mehrzahl von Blechen 14 an einem Gegenlager 15 ab. Im

Rahmen eines Clinch- Vorgangs wird dieses Gegenlager 15 bevorzugt durch eine entsprechend geformte Matrize gebildet, die den Tiefziehprozess unterstützt. Beim Stanznieten eines Halbhohl stanzniets oder eines Vollstanzniets besteht das Gegenlager bevorzugt ebenfalls aus einer Matrize, die eine Ausbildung eines Schließkopfes unterstützt. Beim Bestimmen des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs wird bevorzugt ein Amboss als Gegenlager eingesetzt.

Erfmdungsgemäß bevorzugt wird die Bewegung des Antriebselements 1 durch einen Wegsensor (nicht gezeigt) erfasst. Die erfassten Daten des Wegsensors werden an einen Mikrocontroller oder Indust- riecomputer zur Überwachung und Steuerung der Fügevorrichtung F übertragen und dort weiterverarbei- tet. Die durch das Antriebselement 1 auf die in Fügerichtung RF vorgelagerten Elemente Niederhalter 1 3, Federn 6, 7 und Stempel 9 übertragene Kraft wird mithilfe eines Kraftsensors (nicht gezeigt) erfasst. Derartige Kraftsensoren sind in Bauart und Anordnung in einer Fügevorrichtung bekannt. Die erfassten Daten des Kraftsensors werden an den Mikrocontroller oder Industriecomputer zur Überwachung und Steuerung der Fügevorrichtung F übertragen und dort weiterverarbeitet.

Erfmdungsgemäß bevorzugt weist die erste Feder 7 im Vergleich zur zweiten Feder 6 eine kleinere Federkonstante auf. Somit ist die erste Feder 7 die schwache Feder, während die zweite Feder 6 die starke Feder ist. Die erste Feder 7 dient der Positionierung des Mundstücks des Niederhalters 1 3 in einer

Ausgangslage. Entsprechend führt die Kraft der Feder 7 nach Beendigung eines Fügevorgangs und Lösen der Fügevorrichtung F von den Blechen 14 den Niederhalter 13 zurück in seine Ausgangsposition. Zur Realisierung dieser Funktion ist die Feder 7 vorzugsweise zwischen der Oberseite der Niederhalterhülse 13H und der inneren Oberseite des Antriebselements 1 mechanisch vorgespannt.

Die zweite Feder 6 dient dem Ausüben einer Niederhaltekraft auf die Bleche 14. Die Niederhaltekraft wird vorzugsweise durch Vorspannen der zweiten Feder 6 zwischen der inneren Oberseite des Antriebselements 1 und einem Anschlag 16 eingestellt. Zu diesem Zweck ist gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Anschlag 16 mit Hilfe einer axial versetzbaren Gewindehülse 17 in oder entgegen der

Fügerichtung FR verschiebbar, wodurch die zweite Feder 6 entlastet oder zusammengedrückt wird.

Das Antriebselement 1 wird nun in Fügerichtung bewegt und dabei werden der Weg W des Antriebsele- ments 1 und die durch das Antriebselement 1 auf den Niederhalter 13 und den Stempel 9 aufgebrachte Kraft F erfasst. Der erfasste Weg S und die erfasste Kraft F sind im Kraft-Weg-Diagramm darstellbar, wie es beispielsweise in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigt ist. Wenn sich das Antriebselement 1 in Fügerichtung Rp bewegt und die Bleche 14 noch nicht berührt hat, ist die Kraft F annähernd Null. Sobald das Mundstück des Niederhalters 13 auf die Bleche 14 aufsetzt, steigt die erfasste Kraft sprunghaft auf den Wert der voreingestellten Vorspannung der ersten Feder 7 an. Bewegt sich das Antriebselement 1 nach dem Aufsetzen auf den Blechen 14 weiter in Fügerichtung Ri . wird die erste Feder 7 weiter über einen in seiner Länge einstellbaren Weg Sp (siehe Fig. 1 B) komprimiert, bis ein Absatz 13s des Niederhalters 13 am Anschlag 16 anliegt. Im Kraft-Weg-Diagramm ist dies nach einer ersten Stufe anhand eines ersten linearen Anstiegs Li der Kraft-Weg-Kurve erkennbar. Die erste Stufe wurde in den Figuren 2 bis 4 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung zum Koordinatenursprung, also auf den Weg S=0, verschoben. Daher beginnt der Kraft-Weg-Verlauf auch nicht mit der Kraft Null sondern mit der in der Feder 7 gespeicherten Vorspannkraft. Diese bevorzugte Verschiebung ist in Figur 2 dargestellt, in der sich der Kraft- Weg-Verlauf im Bereich der negativen Weg- Achse (Abszisse) fortsetzt (siehe rote und blaue Kurve).

Durch Anliegen des Absatzes 13s am Anschlag 16 wird nun durch weiteres Bewegen des Antriebselements 1 in Fügerichtung Rp die zweite Feder 6 in Kombination mit der ersten Feder 7 komprimiert. Der Niederhalter 1 3 bringt entsprechend als Niederhaltekraft mindestens die in der zweiten Feder 6 voreingestellte Vorspannung auf die Bleche 14 auf. Im Kraft-Weg-Verlauf ist die Wirkung der zweiten Feder 6 durch eine zweite Stufe Si oder einen zweiten Sprung und einen sich daran anschließenden linear ansteigenden Bereich L2 erkennbar.

Während sich das Antriebselement 1 in Fügerichtung Rp bewegt, wird der oben genannte Weg Sp zurückgelegt., bis der Niederhalter 13 seine Niederhaltekraft auf die Bleche 14 aufbringt. Während der Niederhalter 13 um diesen voreinstellbaren Weg Sp oder auch Freiraum innerhalb der Fügevorrichtung F versetzt wird, bewegt sich der Stempel 9 koaxial innerhalb des Niederhalters 13 in Fügerichtung Rp. Der Weg Ss (siehe Fig. 1B), den der Stempel 9 innerhalb des Niederhalters 13 bis zum Aufsetzen auf den Blechen 14 zurücklegt, ist innerhalb der Fügevorrichtung F in seiner Länge gezielt einstellbar. Der Weg Ss wird vorzugsweise größer eingestellt als der zur Überbrückung des Freiraums durch den Niederhalter 13 zurückzulegende Weg Sp. Der Längenunterschied Up zwischen Ss und Sp, also SS-SF=UL>0, ist somit bevorzugt eine einstellbare und daher bekannte Größe der Fügevorrichtung F. Der Längenunterschied Up stellt sicher, dass zunächst der Niederhalter 13 auf den Blechen 14 aufsetzt und seine volle Niederhalte- kraft mit Hilfe der Federn 6, 7 auf die Bleche aufbringt, bevor der Stempel 9 selbst oder ein durch den Stempel 9 in Fügerichtung RF bewegter Stanzniet die Bleche 14 mit einer Kraft beaufschlagt. Erst wenn der Stempel 9 oder ein durch den Stempel 9 in Fügerichtung Rr bewegter Stanzniet die Bleche 14 mit einer Kraft beaufschlagt, beginnt der Fügevorgang, der im erfassten Kraft-Weg-Verlauf bzw. in der Kraft- Weg-Kurve durch einen nichtlinearen Abschnitt NL erkennbar ist.

Während die oben genannten Verfahren allgemein auf Fügevorrichtungen anwendbar sind, werden sie anhand des Eindringens eines Stanzniets in die Mehrzahl von Blechen beschrieben. Daher zeigt die Fügevorrichtung F der Figuren 1 A und 1 B beispielgebend auch eine Nietzufuhr 12, die einen Stanzniet 1 1 , insbesondere einen Halbhohl- oder einen Vollstanzniet unter den Stempel 9 zugeführt hat. In einem analog durchführbaren Clinch-Vorgang würde der Stempel 9 einen Tiefziehvorgang in einer entsprechend angepassten Matrize 1 5 durchführen, um die Melirzahl von Blechen 14 miteinander zu verbinden.

Ähnliche geeignete Fügevorrichtungen sind in EP 1 294 505 B l , US 4,365,401 , DE 100 31 073 AI und DE 10 2004 015 568 AI beschrieben, auf deren Konstruktion hierin Bezug genommen wird.

Figur 2 zeigt in einem Kral! -Weg-Diagramm zwei Verläufe. Die durchgezogene Linie (hier blau) beschreibt das Eindringen bzw. Setzen eines Stanzniets mit der oben beschriebenen Fügevorrichtung F.

Dazu sind die Federn 6, 7 mechanisch vorgespannt. Das Antriebselement 1 wird kraftgesteuert aus seiner Ausgangsposition bis zu einem vorbestimmten Kraftsollwert Fsoii in Fügerichtung RF bewegt und dann entgegen der Fügerichtung RF in die Ausgangsposition zurück bewegt. Während dieser gesteuerten

Bewegung des Antriebselements 1 , die auf der Vorgabe von korrigierbaren Kraftsollwerten Fsoii basiert und keine Regelung oder Echtzeitregelung nutzt, wird der durch das Antriebselement 1 zurückgelegte Weg S und die durch das Antriebselement 1 aufgebrachte Kraft F erfasst und verarbeitet. Der durchgezogene Kraft-Weg-Verlauf eines Fügevorgangs umfasst bevorzugt einen ersten linearen Anstiegsbereich Li, einen sich daran anschließenden zweiten linearen Anstiegsbereich L2, einen sich daran anschließenden nicht-linearen Anstiegsbereich NL sowie einen ersten linearen Entlastungsbereich Ei mit einer ersten negativen Steigung und einen zweiten linearen Entlastungsbereich E2 mit einer zweiten negativen Steigung. Die erste negative Steigung ist absolut größer als die zweite negative Steigung, so dass der erste Entlastungsbereich Ei steiler abfällt als der zweite Entlastungsbereich E ₂ .

Zudem verläuft der zweite Entlastungsbereich E2 bevorzugt antiparallel zum Anstiegsbereich L ₂ und geht dann ebenfalls antiparallel verlaufend in den Anstiegsbereich Li über. Die Anstiegsbereiche Li und L2 sind vorzugsweise über eine Stufe S voneinander getrennt. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Anstiegsbereiche Li, L2 ohne Stufe S direkt ineinander übergehen. In diesem Fall ist bevorzugt die Feder 6 des Niederhalters 13 nicht federvorgespannt. Sollten zusätzlich zu den Federn 6, 7 noch weitere Niederhalterfedern nacheinander in Eingriff gelangen, würde dies anhand weiterer linearer Anstiegsbereiche L im Kraft-Weg-Verlauf des Antriebselements 1 erkennbar sein. Der jeweilige Anstieg eines linearen Anstiegsbereichs L wird vorzugsweise bestimmt durch die Federkonstante der gerade in Kompression befindlichen Feder.

Bevor die schwache Feder 7 komprimiert wird, ist trotz Bewegung des Antriebselements 1 in Fügerich- tung RF die erfasste Kraft gleich Null oder im Rahmen der zu tolerierenden Schwankungen annähernd Null. Um den erfassten Kraft-Weg-Verlauf leichter interpretieren und in Kombination mit einem

Referenz-Kraft-Weg-Verlauf auswerten zu können, wird bevorzugt ein Anfangspunkt des ersten linearen Anstiegsbereichs Li auf den Weg-Nullpunkt im Kraft-Weg-Diagramm gesetzt, wie es Figur 2 zeigt. Das Gleiche ist bevorzugt auf den unten diskutierten Referenz-Kraft-Weg-Verlauf anwendbar. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise die erfassten Kraft -Weg-Daten im Industri ecomputer im Hinblick auf den Beginn des Anstiegsbereichs Li ausgewertet. Nachdem dieses über mathematische Kriterien erkannt worden ist, wird der erfasste Kraft- Weg-Verlauf und der Referenz-Kraft -Weg-Verlauf derart zu negativen Weg-Werten verschoben, bis der Anstieg des Anstiegsbereichs Li am Weg-Wert gleich Null beginnt. In gleicher Weise ist es alternativ möglich, den Beginn des zweiten linearen Anstiegsbereichs L2 zu negativen Weg-Werten zu verschieben, bis der Anstieg des Anstiegsbereichs L2 am Weg-Wert gleich Null beginnt. Auf diese Weise wird ein Einfluss eventueller Fehler bei der Messwertbestimmung oder allgemein in der Kraft- Weg-Phase Li reduziert. Der zweite lineare Anstiegsbereich Li geht in den nicht-linearen Anstiegsbereich NL über. An dem genannten Übergangspunkt zwischen dem Bereich Li und dem Bereich NL setzt der Stanzniet, insbesondere ein Vollstanzniet oder ein Halbhohlstanzni et mit oder ohne Kopf, oder ein Stempel im Clinch- Vorgang oder ein anderes Fügeelement bewegt durch den Stempel 9 auf der Mehrzahl von Blechen 14 auf. Bildet man daher die Differenz zwischen dem Anfangs-Weg-Wert So des nicht-linearen Anstiegsbe- reichs NL angrenzend an den zweiten linearen Anstiegsbereich L2 und dem Start-Weg- Wert S02 des angrenzenden zweiten linearen Anstiegsbereichs L2, dann ergibt sich daraus ein der Länge des verwendeten Fügeelements proportionaler Längenabschnitt. Um daraus die Länge des Fügeelements zu bestimmen, ist von der bereits oben diskutierten setzkopftypischen Konstante UL der aus dem Kraft-Weg- Verlauf bestimmte Längenabschnitt 1, also l=So-So2, abzuziehen.

Da die verwendete Fügevorrichtung kraftgesteuert arbeitet, wird das Antriebselement 1 in Fügerichtung RF bewegt, bis der vorgegebene Kraftsollwert Fs ₀ ii erreicht ist. Das Erreichen des Kraftsollwerts Fsoii bedeutet, dass der Fügevorgang, also das Verbinden der Mehrzahl von Blechen, beendet ist. Nach Erreichen dieses vorgegebenen und bevorzugt im steuernden Mikrocontroller oder Industriecomputer in dessen Speicherbereich hinterlegten Kraftsollwerts Fsoii wird das Antriebselement 1 entgegen der Fügerichtung Rr in seine Ausgangsposition zurück bewegt. Daher ergibt sich im Kraft -Weg-Verlauf der erste Entlastungsbereich Ei . Dieser verdeutlicht, dass ein bevorzugt mit der Fügevorrichtung eingesetzter C-Rahmen bei dieser Entlastung in seine Ausgangsform zurückkehrt, da er während des Fügevorgangs elastisch aufgebogen worden ist. Sobald der C-Rahmen nahezu vollständig seine Ausgangsform wieder erreicht hat, geht der erste Entlastungsbereich Ei in den zweiten Entlastungsbereich E2 über. Lediglich die durch den Niederhalter aufgebrachten Kräfte bewirken noch ein geringfügiges Aufbiegen des C- Rahmens. Diese Niederhalterkräfte und das damit verbundene Aufbiegen des C-Rahmens werden als vernachlässigbar gering angesehen, so dass sie vorzugsweise bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben. Innerhalb dieses Entlastungsbereichs E ₂ entspannt sich die Feder 6 des Niederhalters 13. Über die Stufe S geht der Entlastungsbereich E2 in den Entlastungsbereich E3 über, in dem sich in gleicher Weise die Feder 7 des Niederhalters 13 entspannt, bis das Antriebselement 1 seine Ausgangsposition erreicht hat.

Um den erfassten Kraft-Weg-Verlauf auswerten und im Rahmen des Steuerverfahrens den Fügevorgang optimieren zu können, wird ein Referenz-Kraft-Weg-Verlauf ennittelt. Dieser ist in Figur 2 als rote Linie dargestellt. Dazu wird das Antriebselement 1 in Fügerichtung Ri und somit der Stempel gegen das Gegenlager versetzt, ohne dass eine Mehrzahl von Blechen und ohne dass ein Fügeelement zwischen Stempel und Gegenlager angeordnet ist. Basierend auf dieser Konfiguration setzt sich der Referenz- Kraft- Weg- erlauf nur aus den Beiträgen der elastisch verformbaren Komponenten der Fügevorri chtung F zusammen, die direkt ineinander übergehen. Dies sind die Kompressionen der Niederhalterfedern 6, 7 in den linearen Anstiegsbereichen Li, R und L2. sowie ein Aufbiegen des C-Rahmens im linearen

Anstiegsbereich L3, R. Nach Erreichen des vorgegebenen Kraftsollwerts Fsoii wird das Antriebselement 1 in seine Ausgangsposition zurück bewegt. Diese entlastende Rückbewegung erfolgt in den linearen Bereichen L3, R, L 2, R, LI. R des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs. Aufgrund des Fehlens einer plastischen Verformung beim Erfassen der Referenzkurve erfolgt die Bewegung des Antriebselements 1 in und entgegen der Fügerichtung Ri auf demselben Referenz-Kraft-Weg- V erlauf.

Als für jede Fügevorrichtung charakteristische Größe wird bevorzugt der oben beschriebene Referenz- Kraft-Weg-Verlauf erfasst. Um ihn bei der späteren Auswertung von tatsächlichen Verbindungsprozessen nutzen zu können, wird bevorzugt zunächst der Referenz-Kraft- Weg-Verlauf zu negativen Weg- Werten derart verschoben, dass der erste lineare Anstiegsbereich Li. R auch beim Weg- Wert 0 seinen Anstieg beginnt. Alternativ dazu ist es ebenfalls bevorzugt, dass der zweite lineare Anstiegsbereich L ₂ , R beim Weg-Wert 0 seinen Anstieg beginnt (siehe vorn). Nutzt man diese Position als Referenzpunkt für alle auszuwertenden Kraft-Weg-Verläufe, d. h. jeder Anfangspunkt des ersten linearen Anstiegsbereichs Li oder des zweiten linearen Anstiegsbereichs L ₂ wird auf den Weg-Wert 0 gelegt, dann sind die Kraft - Weg- Verläufe mithilfe des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs auswertbar und dadurch die Verbindungsprozesse optimierbar. Wie oben bereits beschlieben worden ist, ergibt sich die Dicke der miteinander zu verbindenden Bleche

14 aus dem Abstand der Stufe Si im. Kraft- Weg- Verlauf und SR, \ im Referenz-Kxaft-Weg-Verlauf, speziell aus der Differenz der Werte WRS, O und WES, O. Um nun festzustellen, ob mit dem vorbestimmten Kraftsollwert Fsoii eine optimale Fügeverbindung angesteuert worden ist, werden bevorzugt der Kraft- Weg-Verlauf und der Referenz-Kraft- Weg- Verlauf relativ zu einander parallel zur Weg- Achse derart verschoben, dass sich die Stufen Si und SR. I in Uberdeckung befinden. Diese Relatiwerschiebung kann rechnerisch und/oder graphisch im steuernden MikroController oder Industriecomputer erfolgen.

Sobald die Stufen Si , SR. I in Uberdeckung gebracht worden sind, sind die linearen Entlastungsbereiche Ei des Kraft- Weg-Verlaufs und ER des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs miteinander vergleichbar und auswertbar. Nachdem der Sollwert der Fügekraft Fsoii angesteuert worden ist, wird das Antriebselement 1 durch Bewegung entgegen der Fügerichtung RF entlastet. In dieser ersten Entlastungsphase kehrt der elastisch aufgebogene C-Bügel nahezu vollständig, d.h. mit vernachl ässigbar geringen elastischen Verformungen durch die Niederhalterfedem, in seine Ausgangsform zurück, so dass der lineare Entlas- tungsbereich Ei parallel zum linearen Entlastungsbereich ER verläuft. Ist dieser parallele Verlauf nicht erfassbar, bestätigt dies bevorzugt einen Fehler der Fügevorrichtung oder ihrer Sensorik.

Wenn der Stanzniet mit einer Kopfendlage KHS (siehe Figur 6a und c) im bevorzugten Intervall von 0< mm gesetzt worden ist, dann liegt der lineare Entlastungsbereich Ej auf dem linearen Entlas- tungsbereich ER des Referenz-Kraft- Weg-Verlaufs. Entsprechend ist der Kopf bevorzugt bündig zur obersten Blechlage der Mehrzahl von. Blechen angeordnet (siehe Fig. 6a) oder mit dem seiner Kopfhöhe entsprechenden Kopfüberstand bei Halbhohl- oder Vollstanznieten mit Kopfauflage (siehe Fig. 6c). Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform ist die Oberseite des Nietkopfs mit einer Tiefe von mm oder gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit einem maximalen Kopfüber- stand über der Bauteil- bzw. Blechoberfläche von 0, 1 mm angeordnet (siehe Fig. 6a). Auf diese Weise wird bevorzugt rechnerisch und oder graphisch eine optimale Einsteilung des vordefinierten Kraftsollwerts Fsoii der Fügekraft bestätigt. Das Gleiche gilt für eine Fügekraft, mit der die optimale Restbodendicke t _b (siehe Figur 6b) erzielt wird. Ist der angesteuerte Kraftsollwert Fsoii nicht ausreichend hoch, wird der Stanzniet, insbesondere Vollstanzniet oder Halbhohlstanzniet ohne Kopfauflage, mit einem Kopfüberstand HS gesetzt oder der Stanzniet mit Kopfauflage mit einer größeren als der vorgegebenen Kopfendlage Kvs oder eine Clinch- Verbindung mit zu großer Restbodendicke erzeugt. Entsprechend ist bei einer Entlastung des Antriebselements 1 der lineare Entlastungsbereich Ei zu kleineren Weg-Werten versetzt angeordnet im Ver- gleich zum Entlastungsbereich ER des Referenz-Kraft-Weg-Verlaufs. Ist der angesteuerte Kraftsollwert Fs ₀ ii zu hoch eingestellt, wird der Stanzniet, insbesondere Vollstanzniet oder Halbhohlstanzniet oline Kopfauflage, zu tief in die Mehrzahl von Blechen eingeprägt oder der Stanzniet mit Kopfauflage mit einer kleineren als der vorgegebenen Kopfendlage Kvs oder eine Clinch- Verbindung mit zu geringer Restbodendicke erzeugt. Entsprechend ist bei einer Entlastung des Antrieb- selements 1 der lineare Entlastungsbereich Ei zu größeren Weg- Werten versetzt angeordnet im Vergleich zum Entlastungsbereich ER des Referenz-Kraft- Weg-Verlaufs.

Uni den Kraftsollwert Fs ₀ ii zur Verbesserung der herzustellenden Fügeverbindung optimieren zu können, wird ein Korrekturwert vorgeschlagen. Dieser Korrekturwert ist bevorzugt im Industriecomputer im Rahmen eines Kennfeldes hinterlegt. Der Korrekturwert ist bevorzugt kennwertabhängig bezogen auf die jeweiligen Bedingungen des Fügevorgangs angepasst. Bei einem zu tief geprägten Stanzniet korrigiert der Korrekturwert K den Kraftsollwert Fs ₀ n zu kleineren Werten, während er bei einem mit Kopfüberstand oder zu großem Kopfüberstand gesetzten Stanzniet oder einer zu großen Restbodendicke die hinterlegte Setzkraft Fs ₀ n mithilfe des Korrekturfaktors K erhöht. Entsprechend ergeben sich die dann anzusteuernden Fügekräfte Fsoii. (siehe Figur 4).

Vorzugsweise wird ein Toleranzband um den Entlastungsbereich ER des Referenz-Kraft- Weg- Verlaufs definiert. Basierend darauf ist sowohl graphisch wie auch rechnerisch ermittelbar, mit welcher Kopfendlage oder Restbodendicke der Fügevorgang bei dem vorgegebenen Kraftsollwert F.s ₀ u abgeschlossen worden ist. Sollte der lineare Entlastungsbereich Ei des ermittelten Kraft-Weg-Verlaufs nicht innerhalb des bevorzugten Toleranzbands liegen, dann wird je nach Verbindungsergebnis der Kraftsollwert Fs _o ii um einen Korrekturfaktor K verschoben. Vorzugsweise ist der Korrekturfaktor K in Form eines Kennfelds hinterlegt. In Abhängigkeit davon, ob eine Abweichung des linearen Entlastungsbereichs Ei zu kleineren oder größeren Weg-Werten bezogen auf den linearen Entlastungsbereich ER vorliegt und wie groß diese Abweichung absolut ist, liefert das Kennfeld einen entsprechend abgestimmten Korrekturfaktor K. Das entsprechende Kennfeld ist bevorzugt im Speicherbereich des Industriecomputers hinterlegt und von dort abrufbar.

Gemäß einer weiteren Alternative des Steuerprogramms und des Programms zur Bestimmung der Qualität der Fügeverbindung wird ein Schnittpunkt SP zwischen dem linearen Entlastungsbereich Ei und einer Geraden bei einem gewählten Vergleichskraftwert Fv ermittelt. In Analogie wird ein Schnittpunkt SPR zwischen dem linearen Entlastungsbereich ER und dem Vergleichs-Kraftwert Fv gebildet. Es ist ebenfalls bevorzugt, diese Schnittpunkte auf der Weg- Achse, also bei einem Kraftwert von Null zu ermitteln und miteinander zu vergleichen. Stimmen die Schnittpunkte SP und SPR miteinander überein, dann ist der Kraftsollwert Fs ₀ n optimal eingestellt. In diesem Fall signalisiert die Übereinstimmung eine bündige Kopfendlage des Stanzniets oder das Erreichen der vordefinierten Restbodendicke in einem Clinch- Vorgang. Sollte der Schnittpunkt SP zu kleineren Weg- Werten verschoben sein, dann wird dadurch ein Kopfiiberstand des Stanzniets oder eine größere als die vorbestimmte Restbodendicke beim Clinch-Vorgang angezeigt. In diesem Fall wird der Kraftsollwert Fsoii um den mindestens einen Korrekturwert K erhöht. Sollte der gesetzte Stanzniet zu tief in die Blechlagen eingeprägt sein oder eine zu geringe Restbodendicke erzielt worden sein im Clinch-Vorgang, dann wird der Kraftsollwert Fsoii um den mindestens einen Kennwert K verringert.

Wie bereits oben erläutert worden ist, ermittelt man die Länge des Fügeelements aus der Differenz des Anfangs-Weg-Werts So des nicht-linearen Anstiegsbereichs NL angrenzend an den zweiten linearen Anstiegsbereich L2 und einem Start-Weg-Wert S02 des angrenzenden zweiten linearen Anstiegsbereichs L ₂ .

Erfindungsgemäß bevorzugt sind im Speicherbereich des steuernden Industriecomputers die verwendeten Nietlängen und Stanznietgeometrien hinterlegt. Anhand von Fi ur 1 ist erkennbar, dass der Stanzniet 1 1 dem Fügekana! unterhalb des Stempels 9 zugeführt wird. Der Fügekanal, der bevorzugt auch als Nieder- halter 13 dient, besitzt einen Innendurchmesser, der annähernd einem Kopfdurchmesser des Stanzniets 1 1 entspricht oder etwas größer ausgebildet ist. Besitzt nun der Stanzniet einen Kopfdurchmesser und eine Länge seines Nietschafts im Verhältnis von >2: 1 , vorzugsweise 8:3,3 oder 12:5 oder 8:4, dann können diese Stanzniete 1 1 im Fügekanal verkippen. In diesem Fall wäre der Nietschaft nicht mehr parallel zur Fügerichtung Ri ausgerichtet, sondern winklig oder nahezu senkrecht dazu, so dass der Stanzniet hochkant im Fügekanal angeordnet wäre. Wie sich aus obigem Verhältnis ergibt, ist ein Nietdreher nur bei relativ kurzen Stanznieten möglich. Denn, sobald der Nietschaft länger ist als die Hälfte des Nietkopfdurchmessers, lässt der Durchmesser des Fügekanals ein Verkippen nicht mehr zu. Derart kurze Niete haben ein Kopfdurchmesser-Schaftlängen- Verhältnis von 8:3.5 mm oder 8:4 mm. Wird daher nach der obigen Bestimmung der Nietlänge und dem Vergleich mit hinterlegten Nietlängen erkannt, dass die bestimmte Nietlänge größer ist als die hinterlegte maximale Nietlänge, dann signalisiert dies einen Nietdreher. Entsprechend wird der laufende Fügevorgang daraufhin abgebrochen.