DE10142484A1

DE10142484A1 - Stanzvorrichtung

Info

Publication number: DE10142484A1
Application number: DE2001142484
Authority: DE
Original assignee: BW Hydraulik GmbH
Current assignee: BW Hydraulik GmbH
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-20
Also published as: WO2003020500A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung mit einem ersten und mit einem zweiten Werkzeug (23, 24), von denen das eine die Patrize und das andere die Matrize ausbildet, mit einer von einem um eine Antriebswelle (5) drehangetriebenen sollwertgebergesteuerten ersten pneumatischen oder hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung (12) zum Antrieb des ersten Werkzeuges (23) in Richtung auf das zweite Werkzeug (24). Um auch feine Bauteile aus dünnem Material bei hoher Schnittgeschwindigkeit ausstanzen zu können, schlägt die Erfindung eine zweite, von einem um dieselbe Antriebswelle (5) drehangetriebene sollwertgebergesteuerte und gegenläufig zur ersten arbeitende Kolben-Zylinder-Anordnung (13) vor, die mittels Bewegungsübertragungsmittel das zweite Werkzeug (24) in Richtung auf das erste Werkzeug (23) antreibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stanzvorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 37 20 266 C2 beschreibt eine Stanzvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Werkzeug, von dem das eine Patrize und das andere die Matrize ausbildet, mit einer von einem um eine Antriebswelle drehangetriebenen Sollwertgeber gesteuerten ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung zum Antrieb des ersten Werkzeuges in Richtung auf das zweite Werkzeug. Der Sollwertgeber wird bei dieser Vorrichtung von einem Nocken gebildet, dessen exzentrische Umfangs-Steuerfläche von einem Taster abgetastet wird. Der Nocken ist Teil eines Steuerorganes, welches sich geringfügig gegenüber dem Taster verlagern kann, wobei Hydraulikventile geöffnet und geschlossen werden, so dass die Kolben-Zylinder-Anordnung dem vom Sollwertgeber vorgegebenen Wert folgen kann. Der Weg, den dort der Kolben zurücklegt, entspricht bis auf einen geringen Schleppabstand der Wegvorgabe der Exzenterfläche.

Im Stand der Technik sind ferner Stanzmaschinen bekannt, die ebenfalls von einem Exzenter angetrieben werden. Dort ist der Exzenter aber auch gleichzeitig das Antriebsmittel. Der Exzenter sitzt dabei als Kurbel auf einer Kurbelscheibe und treibt über ein Pleuel das Oberwerkzeug einer Stanzvorrichtung an. Mit einer derartigen Stanzvorrichtung werden dünnwandige, feine Stanzteile, beispielsweise in Form von Kontaktfahnen, für Halbleiterbauelemente ausgestanzt. Bei diesem Stanzvorgang darf die Patrize nur wenige Zehntelmillimeter in die Matrize eintauchen. Andererseits ist es aber erforderlich, dass die Patrize mit einer genügend hohen Schnittgeschwindigkeit in das Material eintritt. Da das Material sehr dünn ist und die Eintauchstelle nahe dem unteren Totpunkt der Exzenterbewegung liegt, erfordert diese Vorgabe eine hohe Taktzahl.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannte Stanzvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass mit ihr feine Bauteile aus dünnem Material ausstanzbar sind, wobei die Patrize mit einer genügend hohen Schnittgeschwindigkeit in das Werkstück eintritt und sofort nach dem Austritt aus dem Werkstück wieder zurückfährt.

Gelöst wird die Aufgabe zunächst und im Wesentlichen vom Gegenstand des Anspruches 1, in welchem abgestellt ist auf eine zweite, von einem um dieselbe Antriebswelle drehangetriebenen Sollwertgeber gesteuerten und gegenläufig zur ersten arbeitenden Kolben-Zylinder-Anordnung, die mittels Bewegungsübertragungsmittel das zweite Werkzeug in Richtung auf das erste Werkzeug antreibt. Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Gegenstände betreffen sowohl vorteilhafte Weiterbildungen zum Gegenstand des Anspruches 1 als auch gleichzeitig davon und von der oben genannten Aufgabenstellung unabhängige, eigenständige technische Lösungsvorschläge. Es wird dort vorgeschlagen, dass die von einer zur maschinenbettfesten Antriebswelle drehangetriebenen Sollwertgeber exzentrische Steuerkurven ausbilden, die von als Steuerorgane ausgebildeten Tastern abgetastet werden, welche Steuerorgane sich zusammen mit den beweglichen Teilen der Kolben-Zylinder-Anordnungen bewegen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Antriebswelle einem Zentralträger zugeordnet ist, an welchem sich die festen Teile der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen gegenseitig abstützen.

Die beweglichen Teile sind bevorzugt die Zylinder der pneumatisch oder hydraulisch gespeisten Kolben-Zylinder-Anordnungen. Ferner ist vorgesehen, dass jede Kolben-Zylinder-Anordnung ein Zylinder/Kolben-Paar ausbildet, wobei das jeweilige Steuerorgan zwischen den Zylindern eines Zylinder/Kolben-Paares angeordnet ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass eine der beiden Kolben-Zylinder- Anordnungen unmittelbar das ihm zugeordnete Werkzeug und die andere der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen das ihm zugeordnete Werkzeug über zwei mit zwei Traversen miteinander verbundene Zug-/Schubstangen antreibt. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Träger des einen Werkzeuges auf den Zug-/Schubstangen des anderen Werkzeuges geführt ist. Durch die Gestalt der beiden Steuerkurven der Sollwertgeber lässt sich das Weg-Zeit-Gesetz der beiden Werkzeuge optimieren. Das Weg-Zeit-Gesetz lässt sich so einstellen, dass die beiden Werkzeuge unmittelbar vor ihren Umkehrpunkten, also im Bereich des Eintauchens in das Werkstück eine sehr hohe Relativgeschwindigkeit aufweisen. Durch eine entsprechende Gestalt der Steuerkurven lässt sich das Weg-Zeit-Gesetz so einstellen, dass die beiden Werkzeuge beim Eintreten des Stanzwerkzeuges in das Werkstück eine hohe Relativgeschwindigkeit zueinander haben. Wenige Zehntel Millimeter nach dem Austauchen des Stanzwerkzeugs aus dem Werkstück erreicht jedes der beiden angetriebenen Werkzeuge seine Totpunktlage. Dies bedeutet, dass die Werkzeuge und die sie antreibenden Kolben-Zylinder-Anordnungen während der Zeit des Werkstoffeingriffes stark verzögert werden müssen. Die dabei auftretenden Trägheitskräfte können zufolge der Masse der Kolben-Zylinder-Anordnungen sehr groß sein. Zufolge der gegenläufigen Bewegungen werden die Kräfte aber kompensiert. Hierzu ist vorgesehen, dass die Bewegung der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen nach demselben Weg-Zeit-Gesetz erfolgt, jedoch spiegelsymmetrisch. Die beiden gegeneinander beweglichen Massen der beiden Werkzeuge lassen sich auswuchten, so dass die gesamte Stanzvorrichtung nahezu vibrationsfrei arbeitet. Bezüglich der Kolben/Zylinder-Einheiten inklusive der zugehörigen Steuerorgane und Sollwertgeber wird auf die einleitend erwähnte DE 37 20 266 C2 verwiesen. Der gesamte Offenbarungsgehalt dieser DE 37 20 266 C2 wird zum Inhalt dieser Patentanmeldung gemacht. Es ist somit ersichtlich, dass die Sollwertvorgabe nahezu kräftefrei erfolgt. Die Kolben-Zylinder-Anordnung folgt bis auf einen geringen Schleppabstand dem von den beiden Sollwertgebern vorgegebenen Weg-Zeit-Gesetz. Die Kolben-Zylinder- Anordnungen bilden somit im Wesentlichen eine reine Kraftverstärkung des vorgegebenen Weges.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise zur Herstellung gestanzter und teilweise umgeformter Teile aus dünnen bis sehr dünnen Blechen bzw. Metallfolien in einem Dickenbereich zwischen 0,2 bis 0,02 Millimetern. Diese Metallfolien sind insbesondere für den Einsatz in der Mikroelektronik und dem Leiterplatinenbau vorgesehen. Dort werden formgestanzte Metallrahmen, sogenannte Leadframes verwendet, auf die man die Chipplättchen aufbringt, um sie zu elektronischen Bauelementen zu verarbeiten. Diese feingestanzten Metallrahmen werden aus den besagten Metallfolien ausgestanzt. Zum Einsatz kommen insbesondere Kupferbänder. Diese können sogar eine Materialstärke von weniger 0,02 Millimetern aufweisen. Die Erfindung schlägt eine Hochgeschwindigkeits-Dünnblech-Stanze auf der Basis eines hydraulischen Antriebsprinzips vor. Erfindungsgemäß erfolgt der Antrieb von Ober- bzw. Unterstempel jeweils von einer Kolben-Zylinder-Anordnung. Die beiden separaten Kolben-Zylinder-Anordnungen werden auch separat gesteuert, nämlich jeweils von einem Steuerorgan, wie es die DE 37 20 266 C2 beschreibt. Anders als dort beschrieben, besitzt jede Kolben-Zylinder-Anordnung aber zwei, parallel arbeitende Hydraulikzylinder. Der Einsatz der erfindungsgemäßen technischen Elemente verhindert ein zu weites Eintauchen des Ober- Stempels durch das gerade gestanzte Blech. Die eigentliche Stanzung erfolgt kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes. Der Restweg, der im Wesentlichen der Eintauchtiefe entspricht, wird äußerst gering gehalten. So kann bei einer Winkelstellung des Exzenters von ca. 140° bis 150° vor UT gestanzt werden. Das Weg-Zeit-Gesetz im Bereich des Eintauchens ist sehr steilflankig. Es können Verzögerungen bis 300 Meter/Sekunde² bewältigt werden. Die erfindungsgemäße Exzentersteuerung ermöglicht die Realisierung eines spiegelsymmetrischen Weg-Zeit-Gesetzes, wobei die beiden Werkzeuge zunächst eine steilflankige Aufeinanderzubewegung vollführen und erst unmittelbar kurz vor dem unteren Totpunkt verzögert werden. Das voneinander Wegbewegen der Werkzeuge erfolgt genauso steilflankig, so dass das Weg-Zeit-Gesetz etwa die Form eines Dreieckes besitzt. Zufolge der Exzentersteuerung können die beiden Werkzeuge in ihrer Entferntlage auch für eine gewisse Zeit verharren, in welcher Zeit der Vorschub des Werkstückes erfolgt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in schematisierter Darstellung eine bei einer Stanzmaschine eingesetzte Steuervorrichtung und
Fig. 2 ein Weg-Zeit-Diagramm von Ober- und Unterwerkzeug.
Mit der Ziffer 1 ist als Ganzes eine Stanzmaschine bezeichnet. Dieselbe besitzt ein Untergestell 2, welches nach oben hin mittels einer Platte 3 abgedeckt ist. Mit parallelem Abstand unterhalb dieser Platte 3 erstreckt sich ein plattenförmiger Zentralträger 4, welcher mittels nicht näher bezeichneter Bauteile in einer vorgegebenen Höhenlage justierbar ist. Der Zentralträger 4 wirkt dann wie ein maschinenbettfestes Bauteil.
Der Zentralträger 4 nimmt mittig eine von einem nicht veranschaulichten Elektromotor angetriebene Antriebswelle 5 auf. Auf dieser sitzen Sollwertgeber 6, 7, welche exzentrische Steuerkurven S ausbilden, und zwar in Bezug zur Drehachse der Antriebswelle 5. In vertikaler Gegenüberlage angeordnete Tastfinger 8, 9 werden von den Steuerkurven S beaufschlagt. Die Steuerfinger 8, 9 ihrerseits sind Bestandteil je eines als Steuerorgan 10 bzw. 11 ausgebildeten Tasters. Das Steuerorgan 10 erstreckt sich oberhalb und das Steuerorgan 11 unterhalb der Zentralplatte 4. Jedes Steuerorgan 10, 11 ist je einer Kolben-Zylinder-Anordnung 12, 13 zugeordnet, und zwar derart, dass die Steuerorgange 10, 11 sich zusammen mit den beweglichen Teilen dieser Kolben-Zylinder-Anordnungen 12 bzw. 13 bewegen. Bezüglich der beweglichen Teile handelt es sich um die Zylinder 14, 15 bzw. 16, 17, welche in ihrem Innenraum je einen fest mit dem Zentralträger verbundenen Kolben 18, 19, 20, 21 aufnehmen. Auf diese Weise bildet jede Kolben-Zylinder-Anordnung 12, 13 ein Zylinder-/Kolben-Paar aus, wobei das jeweilige Steuerorgan 10, 11 fest zwischen den Zylindern 14, 15, 16, 17 eines Zylinder-/Kolben-Paares angeordnet ist. Im Übrigen sind die Zylinder-/Kolben-Paare zur mittleren Horizontalebene des Zentralträgers 4 symmetrisch angeordnet.
Die Zylinder 14, 15 sind an der Unterseite eines die Platte 3 durchgreifenden Werkzeug-Trägers 22 festgelegt. Auf der gegenüberliegenden Seite nimmt der Werkzeug-Träger 22 ein veranschaulichtes Unterwerkzeug 23 auf. Dieses ist in Gegenüberlage zu einem ebenfalls gezeichneten Oberwerkzeug 24 angeordnet. Eines dieser Werkzeuge stellt die Matrize und das andere die Patrize dar. Getragen ist das Oberwerkzeug 24 von einer oberen, horizontal ausgerichteten Traverse 25. Von deren Enden gehen abwärts gerichtet zwei Zug-/Schubstangen 26, 27 aus. Letztere sind vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig gestaltet. Die Zug-/Schubstangen 26, 27 durchgreifen Gleitbüchsen 28 des Trägers 22, wodurch dieser eine Führung auf den Zug-/Schubstangen 26, 17 erhält. Zur Führung der Zug-/Schubstangen 26, 27 dienen den Zentralträger 4 beidseitig überragende Führungshülsen 29. Jenseits derselben ist das untere Ende der Zug-/Schubstangen 26, 27 durch eine untere, horizontal verlaufende Traverse 30 verbunden. Diese ist gleichzeitig Träger der Zylinder 16, 17. Auf diese Weise wird ein gegenläufiges, hydraulisches Antriebssystem realisiert, welches Stanzgeschwindigkeiten im Größenbereich von mindestens 800 Hüben/Minuten erlaubt. Neben einem Massenausgleich wird mit diesem System ein Stanzverlauf erzielt, bei welcher die Stanzgeschwindigkeit über den Bereich der Stanzung optimal hoch und möglichst gleichförmig ist.
Mit der Ziffer 31 ist ein zu stanzendes Band veranschaulicht. Dieses wird über ein Vorschubsystem 32 in der dargestellten Einlaufhöhe zwischen den Werkzeugen 23 und 24 hindurch bewegt. Das Vorschubsystem 32 erstreckt sich gemäß der Zeichnung auf der linken Seite des Trägers 22, also am einlaufseitigen Ende der Stanzmaschine. An der Auslaufseite, also der gegenüberliegenden Seite des Werkzeug-Trägers 22 befinden sich Führungsrollen 33, 34, zwischen welchen das fertig gestanzte Band 31 die Stanzmaschine verlässt. Bezüglich des Bandes 31 kann es sich um ein dünnes Kupferband handeln, dessen Dicke bei 0,2 Millimetern liegt.
Die Eintauchtiefe der Werkzeuge (23, 24) nach dem Abriss des Folienmaterials lässt sich auf wenige 100stel-Millimeter beschränken. Hervorzuheben ist ferner die große Laufruhe der Stanzmaschine, die Betriebssicherheit wie auch Einricht- und Bedienerfreundlichkeit. Ferner zeichnet sich die Stanzmaschine durch eine hohe Wirtschaftlichkeit und eine günstige Wartung aus.
Wie das Weg-Zeit-Diagramm in Fig. 2 veranschaulicht, arbeiten beide Werkzeuge 23, 24 nach einem spiegelsymmetrischen Weg-Zeit-Gesetz. Sie bewegen sich im Wesentlichen mit gleichbleibender Geschwindigkeit aufeinander zu bzw. voneinander weg, wobei die Verzögerung bzw. Beschleunigung nur im Bereich unmittelbar im Bereich des Umkehrpunktes UT bzw. OT stattfindet. Ferner veranschaulicht dieses Diagramm, dass die beiden Werkzeuge in einer Entferntstellung zueinander zeitweise stillstehen. Während dieser Stillstandzeit erfolgt der Vorschub des Werkstückes bzw. des Bandes 31.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In der Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

1. Steuervorrichtung mit einem ersten und mit einem zweiten Werkzeug (23, 24), von denen das eine die Patrize und das andere die Matrize ausbildet, mit einer von einem um eine Antriebswelle (5) drehangetriebenen sollwertgebergesteuerten ersten pneumatischen oder hydraulischen Kolben- Zylinder-Anordnung (12) zum Antrieb des ersten Werkzeuges (23) in Richtung auf das zweite Werkzeug (24), gekennzeichnet durch eine zweite, von einem um dieselbe Antriebswelle (5) drehangetriebenen sollwertgebergesteuerten und gegenläufig zur ersten arbeitenden Kolben-Zylinder- Anordnung (13), die mittels Bewegungsübertragungsmittel das zweite Werkzeug (24) in Richtung auf das erste Werkzeug (23) antreibt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer zur maschinenbettfesten Antriebswelle (5) drehangetrieben Sollwertgeber (6, 7) exzentrische Steuerkurven (S) ausbilden, die von als Steuerorgane (10, 11) ausgebildeten Tastern abgetastet werden, welche Steuerorgane (10,11) sich zusammen mit den beweglichen Teilen der Kolben-Zylinder-Anordnungen (12, 13) bewegen.

3. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) einem Zentralträger (4) zugeordnet ist, an welchem sich die festen Teile der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen (12, 13) gegeneinander abstützen.

4. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile die Zylinder (14, 15, 16, 17) sind.

5. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kolben- Zylinder-Anordnung (12, 13) ein Zylinder-/Kolben-Paar ausbildet, wobei das jeweilige Steuerorgan (10, 11) zwischen den Zylindern (14, 15 bzw. 16, 17) eines Zylinder-/Kolben-Paares angeordnet ist.

6. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine (12) der beiden Kolben-/Zylinder-Anordnungen (12, 13) unmittelbar das ihm zugeordnete Werkzeug (23) und die andere der beiden Kolben-/Zylinder- Anordnungen das ihm zugeordnete Werkzeug (24) über zwei mit zwei Traversen (25/30) miteinander verbundene Zug-/Schubstangen (26, 27) antreibt.

7. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (22) des einen Werkzeuges (23) auf den Zug-/Schubstangen (26, 27) des anderen Werkzeuges geführt ist.

8. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass beide Werkzeuge (23, 24) nach einem spiegelsymmetrischen Weg-Zeit-Gesetz arbeiten und sich im Wesentlichen mit gleichbleibender Geschwindigkeit aufeinander zu bzw. voneinander weg verlagern, wobei die Verzögerung bzw. Beschleunigung nur im Bereich unmittelbar im Bereich des Umkehrpunktes (UT, OT) stattfindet.

9. Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkzeuge (23, 24) in einer Entferntstellung zueinander zeitweise stillstehen, wobei während der Stillstandzeit das Werkstück (31) vorgeschoben wird.