"Matrize und Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements oder zum Durchsetzfügen"

Stand der Technik

Vorrichtungen zum Fügen bzw. zum Setzen eines Fügeelements an einem Werkstück oder zum Durchsetzfügen von Werkstücken ohne ein Zusatzelement 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. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist 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. Ein Kraftaufbau beim Fügevorgang findet zwischen Stempel und

Matrize statt. 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. Das Überwachungsorgan ist vorzugsweise ein separates Bauteil zur Matrize oder das Überwachungsorgan ist alternativ ein an der Matrize integriert vorhandenes Bauteil.

Vorteilhafterweise ist das Überwachungsorgan separat bzw.

unabhängig von Matrizenabschnitten anbringbar bzw. vorhanden, welche einem Verschleiß unterworfen sind. Damit ist das

Überwachungsorgan selbst langlebig einsetzbar bzw. vor

negativen Beeinträchtigungen geschützt.

Insbesondere ist es mit der Erfindung auf einfache Weise möglich, nicht nur zwischen Matrizenzuständen "funktionsfähig" und "nicht funktionsfähig" zu unterscheiden, sondern auch Zustände vor dem Versagen bzw. vor einer Funktionsunfähigkeit der Matrize zu erkennen.

Die Bereitstellung der Information zum Zustand der Matrize kann auf unterschiedliche Art von dem Überwachungsorgan an die Umgebung erfolgen, zum Beispiel durch Weiterleitung an eine übergeordnete Einheit wie eine Kontroll- bzw. Regel- oder Steuereinheit und/oder durch die Bereitstellung eines Warnoder Zustandssignals an die Umgebung bzw. an das Gesamtsystem.

Das Überwachungsorgan ist zum Beispiel so gestaltet, dass erfassbare Zustände und/oder Funktionen 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. Beispielsweise können unterschiedliche

Informationsgehalte bereitgestellt werden, die zwischen

Zuständen unterscheiden wie z. B. "beschädigt", "verschlissen" "verklemmt" und dergleichen, womit jeweils eine Aussage über einen bestimmten Teil und/oder eine bestimmte Funktion der Matrize getroffen wird. Eine Information kann sich z. B. auf den Zustand und/oder die Funktion eines beweglichen

Matrizenabschnitts beziehen. Eine andere Information erlaubt beispielsweise eine Beurteilung des Zustands und/oder der Funktion eines positionsfesten Matrizenabschnitts. Eine wiederum andere Information lässt zum Beispiel Rückschlüsse über den Zustand und/oder die Funktion von Federmitteln der Matrize zu.

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

Setzen des Fügeelements bzw. zum Fügen, bei welcher

Matrize vorhanden ist, kontrolliert.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist an der Matrize zumindest ein Überwachungsorgan zur Überwachung des mit der Matrize bestimmungsgemäß durchführbaren Fügeprozesses

angebracht. Damit lassen sich, unabhängig vom Zustand der Matrize bzw. bei nicht beschädigter oder mit Verschleiß behafteter Matrize, Zustände erkennen, welche auf einen nicht bestimmungsgemäßen Gebrauch der Matrize zurückzuführen sind. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, ausgehend von einer neuwertigen bzw. idealen Matrize, wenn das Werkstück bzw.

verschiedene Werkstücklagen schräg bzw. abweichend

positioniert sind, bezogen auf eine korrekte Ausrichtung bzw. korrekte Position an der Matrize. Dies kann zum Beispiel zu einer ungleichen Bewegung der beweglichen Matrizenabschnitte untereinander und/oder zu einem ungleichen Aufbiegung der Elemente der Federmittel führen, was von dem Überwachungsorgan erkennbar ist und dem entsprechenden Fehler zuordenbar ist, zum Beispiel mit einem Vergleich von Ist- und Sollverhalten.

Außerdem können mit der Überwachung des Fügeprozesses

vorteilhaft Rückschlüsse gezogen werden über die Art bzw.

Qualität der am Werkstück vorgenommenen Verformung wie einem Fügepunkt. Beispielsweise sind beim Clinchen oder Clinchnieten Rückschlüsse über einen erreichten Hinterschnitt von

Werkstücklagen am jeweiligen Fügepunkt möglich.

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, wobei das Überwachungsorgan

insbesondere die Bewegung des bewegbaren Matrizenabschnitts überwacht. 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.

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.

Der bewegbare Matrizenabschnitt kann ein mit dem Werkstück zusammenwirkendes bewegliches Segment der Matrize und/oder ein Teil von Federmitteln, die auf ein bewegliches Segment der Matrize einwirkt, zum Beispiel eine Bügelfeder, ein

Elastomerring oder eine andere mechanische Feder.

Es ist darüber hinaus vorteilhaft, dass das Überwachungsorgan mit einer Sekundärstruktur gekoppelt ist, wobei die

Sekundärstruktur mit einem Matrizenabschnitt der Matrize zusammenwirkt, der bewegbar an der Matrize vorhanden ist.

Die Sekundärstruktur ist z. B. durch Federmitteln zur

Bereitstellung einer Kraft oder eines Moments am bewegbaren Matrizenabschnitt gebildet. Die Sekundärstruktur umfasst beispielsweise selbst bewegbar an der Matrize vorhandene Abschnitte. Vorzugsweise ist die Sekundärstruktur an der Matrize vergleichsweise gut zugänglich bzw. bildet zum

Beispiel einen Bereich einer Außenseite der Matrize oder ist an einer Außenseite von Matrizenabschnitten angebracht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung umfasst das Überwachungsorgan eine Sensoranordnung. Mit einer

Sensoranordnung zum Beispiel mit handelsüblichen Sensoren lässt sich die Matrize wirtschaftlich vorteilhaft überwachen. Insbesondere werden unterschiedliche interessierende Parameter zur Funktionsüberwachung zuverlässig erfassbar und einer übergeordneten Einheit zuführbar, zum Beispiel

leitungsgebunden.

Nach einer weiteren Modifikation der Erfindung umfasst das Überwachungsorgan einen Dehnmessstreifen. Mit einem

Dehnmessstreifen lässt sich platzsparend ein mechanisch beanspruchtes Element der Matrize kontinuierlich und präzise überwachen. Die flache Gestalt und die geringe Stärke bzw. Dicke des Dehnmessstreifens ermöglicht es, den

Dehnmessstreifen ohne Probleme an der Matrize unterzubringen. An dem Dehnmessstreifen sind außerdem insbesondere Kontakte zur Kontaktierung mit Gegenkontakten einer Leitungsanordnung vorhanden .

Mit wenigstens einem Dehnmessstreifen, wobei vorzugsweise mehrere Dehnmessstreifen vorgesehen sind, lassen sich

insbesondere Spannungen in der Sekundärstruktur bzw.

Beschädigungen in dem mit dem Dehnmessstreifen gekoppelten Matrizenabschnitt erfassen und Abweichungen von einem

Standardverhalten erkennen. Vorzugsweise ist der

Dehnmessstreifen mit Federmitteln gekoppelt, welche auf die beweglichen Matrizenabschnitte wirken bzw. insbesondere daran in Anlage sind. Wenn eine Beschädigung bzw. eine Fehlfunktion an der Matrize bzw. an einem beweglichen Matrizenabschnitt und/oder den Federmitteln selbst auftritt, wirkt sich dies auf das von dem Dehnmesstreifen erfassten Spannungsverhalten der Federmittel aus. Insbesondere führt ein beschädigter beweglicher

Matrizenabschnitt dazu, dass der Teil der Federmittel, welcher dem beschädigten beweglichen Matrizenabschnitt zugeordnet ist, sich abweichend vom unbeschädigten Standardfall verhält. Dies führt zu einem nicht standardgemäßen Spannungszustand der Federmittel bzw. zu einer ungleichen Spannungsverteilung in den Federmitteln, die außerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegen. Die ungleiche Spannungsverteilung in den Federmitteln wird von den vorzugsweise mehreren Dehnmessstreifen, die vorzugsweise an den Federmitteln angebracht sind, erkannt bzw. erfasst, wobei ein entsprechendes Erfassungssignal von den Dehnmessstreifen an eine übergeordnete Einheit übertragbar ist .

Alternativ oder zusätzlich weist das Überwachungsorgan

vorteilhafterweise einen Kraftsensor wie z. B. ein

Piezoelement auf. Es ist überdies von Vorteil, wenn das Überwachungsorgan einen Sensor wie einen Dehnmessstreifen umfasst, der zur

kontinuierlichen Bereitstellung von Messsignalen zur

Überwachung der Funktionsfähigkeit der Matrize und/oder des mit der Matrize durchführbaren Fügeprozesses dient. Damit ist über den gesamten Fügeprozess eine sichere Matrizen- und

Prozess-Überwachung möglich. Eine Fehlfunktion der Matrize oder im Fügeprozess wird sofort erkannt. Größere technische bzw. wirtschaftliche Schäden lassen sich damit ausschließen. Ein weitere Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn das

Überwachungsorgan derart ausgelegt ist, bei einer

Beanspruchung des mit dem Überwachungsorgan gekoppelten

Matrizenabschnitts, die außerhalb eines regelmäßigen

Beanspruchungszustands liegt, ein dazugehöriges Messsignal bereitzustellen. Damit wird zumindest bei kritischen Zuständen der Matrize, was in der Regel einen kritischen Zustand des Fügeprozesses bedeutet, ein Messsignal erzeugt. Damit wird eine Funktionsstörung oder ein Versagen der Matrize erkannt. Vorzugsweise werden mit dem Messsignal weiter Aktionen oder Maßnahmen gegebenenfalls automatisch ausgelöst, womit eine hohe Prozesssicherheit möglich ist.

Es ist auch von Vorteil, dass das Überwachungsorgan

ausgebildet ist, ein Messsignal an eine übergeordnete Einheit bereitzustellen. Die übergeordnete Einheit ist vorzugsweise eine Kontrolleinheit, z. B. zur Prozessführung. Das Messsignal wird insbesondere als elektrisches Signal bereitgestellt. Mit der übergeordneten Einheit lassen sich vorgebbare

Folgemaßnahmen schnell und effektiv auslösen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Variante umfasst das

Überwachungsorgan mehrere Sensoren. Vorzugsweise sind mehrere Einzelsensoren der gleichen Art bzw. mehrere identische

Sensoren vorhanden. Dies ist insbesondere bei symmetrisch aufgebauten Matrizen vorteilhaft. Denn dann können

Symmetrieabweichungen im Bewegungsablauf erkannt werden.

Beispielsweise bewegen sich mehrere symmetrisch angeordnete Teile der beweglichen Matrizenabschnitte im Standardfall identisch während des Fügevorgangs. Eine Beschädigung oder eine Fehlfunktion eines Teils der mehreren Teile der

beweglichen Matrizenabschnitte wird vorteilhaft von dem Sensor als Abweichung vom Standardfall bzw. vom Standardverhalten erfassbar, welcher dem betreffenden Teil zugeordnet ist, an diesem zum Beispiel angebracht ist. Der betroffene Teil verhält sich anders als im Standardfall bzw. anders als die anderen bzw. nicht beschädigten Teile der beweglichen

Matrizenabschnitte .

Entsprechendes gilt für feste Matrizenabschnitte, wobei im Fall der Beschädigung eines festen Matrizenabschnitts dies erkannt wird.

Beispielsweise sind an der Matrize mehrere Dehnmessstreifen, insbesondere für jeden bewegbaren Matrizenabschnitt jeweils ein zugehöriger Sensor vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann für vorzugsweise jedes Federelement von aus mehreren Federelementen bestehenden Federmitteln ein jeweils zugehöriger Sensor vorgesehen sein.

Als Sensor kommt z. B. ein Dehnmessstreifen und/oder ein Piezoelement in Frage.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Überwachungsorgan genau zwei Sensoren.

Damit kann mit einem vergleichbar geringen Aufwand eine sichere Funktionsüberwachung erzielt werden. Vorzugsweise sind genau zwei Sensoren bzw. Dehnmessstreifen oder genau drei oder genau vier Sensoren bzw. Dehnmessstreifen vorhanden,

insbesondere wenn die Matrize zwei oder drei oder vier

bewegbare Matrizenabschnitte mit jeweils einem zugehörigen und darauf wirkenden Federabschnitt der Federmittel aufweist.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Überwachungsorgan genau drei oder genau vier Sensoren umfasst. Damit können auch komplexere Matrizen mit mehreren festen und/oder mehreren beweglichen Matrizenabschnitten aussagekräftig überwacht werden.

Die Matrize weist vorteilhaft einen beweglichen

Matrizenabschnitt auf, welcher mit Federmitteln für ein rückstellbare Bewegung zusammenwirkt. Damit ist eine

wiederholgenaue Bewegung und Lagerung des beweglichen

Matrizenabschnitts wie eines Matrizensegments vorgebbar

Gemäß einer anderen vorteilhaften Abwandlung der Erfindung weist die Matrize Federmittel mit einem elastisch verbiegbaren Federarm auf. Ein Federarm ist kompakt unterbringbar bzw.

durch die Vorgabe der Abmessungen und des Materials in

unterschiedlichen Wirkstufen bereitstellbar.

Es ist außerdem vorteilhaft, dass die Federmittel mehrere elastisch bewegliche Federarme aufweisen, wobei einem Federarm ein beweglicher Matrizenabschnitt zugeordnet ist. Vorzugsweise sind mehrere bewegliche Matrizenabschnitte an der Matrize vorhanden, wobei jeder Matrizenabschnitt mit jeweils genau einem identischen Abschnitt der Federmittel z. B. einem

Federarm einer mehrarmigen Bügelfeder beaufschlagt ist.

Vorteilhafterweise weist die Matrize vier bewegliche

Matrizenabschnitte auf, welche jeweils über einen Federarm der Federmittel elastisch bewegbar sind. Damit lässt sich eine Matrize für einen symmetrischen Fügepunkt bereitstellen, insbesondere mit vier radial zu einer Achse der Matrize nach außen ausweichbaren Matrizenabschnitten und mit vier

entsprechend radial ausweichenden Federarmen. Die Federarme sind vorzugsweise an einer aus vier umgebogenen und verbundene streifenförmigen Federarmen gebildet zum Beispiel als

Kreuzfeder mit an einer Stelle verbundenen vier Federarmen. Die Matrize ist vorzugsweise symmetrisch aufgebaut.

Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements an einem Werkstück oder zum

Durchsetzfügen des Werkstücks, umfassend eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende Matrizeneinheit, zwischen denen das mit der Vorrichtung bearbeitbare Werkstück einklemmbar ist, wobei die Matrizeneinheit eine Matrize nach einer der oben beschriebenen Ausbildungen umfasst. Die erfindungsgemäße

Vorrichtung ist zum Beispiel ein Clinch- oder Nietwerkzeug mit einem C- oder O-Bügel, oder einem Säulengestell, an welchem eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende Matrize

vorhanden sind. Die Vorrichtung ist vorzugsweise für das

Verarbeiten von Nieten wie z. B. Clinchnieten einsetzbar und/oder zum Clinchen bzw. Durchsetzfügen.

Figurenbeschreibung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung näher 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 im Längsschnitt, Figur 6 die Matrize gemäß Figur 4 von oben,

Figur 7 einen Einsatz der Matrize gemäß Figur 4

perspektivisch schräg von unten und

Figur 8 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 S 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.

Auch eine nicht korrekte Ausrichtung oder Positionierung des Werkstücks an der Matrize und/oder ein beim überwachten

Fügevorgang nicht optimal ausgebildeter Fügepunkt sind

nachteilig und können mit der vorliegenden Erfindung

zuverlässig und praxistauglich erkannt werden.

Außerdem können Beschädigungen, Abnutzung und/ oder

Verschmutzungen an der Matrize bzw. den Federamen 11, 12 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 8 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 ist insbesondere 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 über einen Biegeradius 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 unterseitig an dem Unterteil 30 der Kreuzfeder 25 vorhanden. Das Überwachungsorgan 31 ist

beispielhaft aus zwei kreuzweise angeordneten,

streifenförmigen Dehnmessstreifen 32 und 33 gebildet, die mit ihren jeweiligen Endabschnitten 32a, 33a aus zwei elektrisch leitfähigen Leitungsdrähten auf die Außenseite der Matrize 14 geführt oder an diese angekoppelt sind. Die auf der Unterseite des Unterteils 30 z. B. angeklebten Dehnmessstreifen 32, 33 erstrecken sich auf der Unterseite des Unterteils 30 über die wesentliche Länge der vier kreuzweise ausgerichteten

Abschnitte des Unterteils 30, wobei jeder der vier Abschnitte in jeweils einen der vier Federarme 26-29 übergeht. Damit erfassen die Dehnmessstreifen 32, 33 sämtliche

Spannungszustände der gesamten Kreuzfeder bzw. der vier

Federarme 26-29, insbesondere wenn die Federarme 26-29 sich verformen bzw. im Fügeprozess eine Bewegung ausführen, was standardmäßig eine elastische Ausweichbewegung nach außen in Richtung P3 und zurück in Richtung P4 bedeutet.

Eine von den Dehnmessstreifen 32, 33 erfassbare ungleiche Spannungsverteilung der vier Federarme 26-29 ergibt sich zum Beispiel bei einer Beschädigung einer oder mehrerer der

Lamellen 21-24 und/oder der Kreuzfeder 25 bzw. zumindest eines Federarms der Federarme 26-29. Die dazugehörigen Messsignale der beiden Dehnmessstreifen 32, 33 werden über an den Endabschnitten 32a, 33a angreifende nicht dargestellte

Leitungen an die Kontrolleinheit weitergeleitet und dort verarbeitet zum Beispiel zur Ausgabe eines Warnsignals

und/oder einer Fehlermeldung.

Der Matrizen-Grundkörper 15 umfasst einen massiven

zylindrischen Sockel 35 mit einer oben daran anschließenden dünnwandigen bzw. hülsenartigen Fassung 36. In der einem

Stempel des dazugehörigen Clinchwerkzeugs zugewandten offenen Seite der 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, 33 und 34 ist in wenigen einfachen Schritten möglich. Der Aufbau der Oberseite der Matrize 14 ist insbesondere anhand der Figuren 5 und 6 ersichtlich. Zwischen den im

Schnitt gemäß Figur 5 U-förmigen vier Lamellen 21-24 sind in Umfangsrichtung vier feste Abschnitte des Oberteils 16a vorhanden, welche bei einem Clinchvorgang 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 E 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 der Ebene E liegen (s. Fig. 5). 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 die Lamellen 21-24 und damit die Federarme 26-29 bis zu einer vorgebbaren Ausweichstellung radial bzw. in Richtung P3 aus. Dies wird beim Clinchvorgang durch eine Stempelwirkung des sich entlang der Fügeachse S angetrieben bewegbaren Stempels (nicht gezeigt) des dazugehörigen Clinchwerkzeugs erreicht, wobei umgeformtes Werkstück-Material die Lamellen 21-24 radial nach außen drängt, 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.

Mit den an der Kreuzfeder 25 angebrachten Dehnmessstreifen 32, 33 wird eine Beschädigung bzw. eine Fehlfunktion der Matrize 14 sofort und unmittelbar insbesondere in der Prozess-Umgebung der Clinchvorrichtung erkannt. 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 Dehnmessstreifen

32a Endabschnitt

33 Dehnmessstreifen

33a Endabschnitt

34 Spannstift

35 Sockel

36 Fassung

37 Schlitz

38 Matrizenvertiefung