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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugeinheit nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum axialen Verschieben eines Werkzeugkopfes
mit einer solchen Werkzeugeinheit.
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Aus
der
EP 0 893 178 A2 ist
ein Stanz-Präge-Werkzeug
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu entnehmen.
Bei dem Stanz-Präge-Werkzeug
ist ein Hydraulikzylinder vorgesehen, in dem ein Stempel zur Ausübung der
Zustellbewegung und auch der Stanzbewegung axial geführt ist.
Der Antrieb erfolgt hierbei hydraulisch gesteuert, wobei hierzu
der Hydraulikzylinder über
verschiedene Hydraulikanschlüsse
mit mehreren Druckaggregaten verbunden ist, die zur Erzeugung eines
geeigneten Drucks im Hydraulikzylinder aufwändig angesteuert werden.
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Ein
weiteres Werkzeug zur Herstellung einer Stanznietverbindung ist
aus der
DE 197 52
367 A1 zu entnehmen. Auch hier wird der Stanzstempel in
einem Hydraulikzylinder geführt
und mit Hilfe eines Hydraulikdrucks angetrieben und der Hydraulikzylinder steht
mit einer externen Druck- und Steuereinheit in Verbindung.
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Allgemein
werden bei der automatisierten Bearbeitung von Werkstücken beispielsweise
beim Lochstanzen von Blechen oder beim Zusammenfügen zweier oder mehrerer Bleche
mit Hilfe von Füge- oder
Verbindungselementen wie Schrauben, Nieten, Einpressbolzen und Einpressmuttern,
Werkzeugeinheiten eingesetzt. Eine derartige Werkzeugeinheit ist beispielsweise
eine Setzeinheit zum Setzen von Fügeelementen. Der Werkzeugkopf
ist hierbei beispielsweise ein Setzkopf einer solchen Setzeinheit. Ist
die Werkzeugeinheit eine Locheinheit zur Erzeugung von Stanzlöchern, so
ist der Werkzeugkopf insbesondere ein Stanzkopf mit einem Stanzbolzen.
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Zur
Bearbeitung des Werkstücks
ist es erforderlich, den Werkzeugkopf zunächst zum Werkstück zuzustellen
und anschließend
die eigentliche Arbeitsbewegung, also den Setz- und Stanzvorgang,
auszuführen.
Da bei der Arbeitsbewegung erhebliche Kräfte auftreten und zum anderen
eine möglichst
genaue Positionierung erforderlich ist, müssen die Werkzeugeinheiten äußerst stabil
aufgebaut sein und erfordern in der Regel einen vergleichsweise
hohen Platzbedarf.
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Insbesondere
im Bereich der Automobiltechnik beim Zusammenfügen von einzelnen Blechteilen für die Karosserie
ist aufgrund der beengten Arbeitsräume eine möglichst kompakte Bauweise derartiger Werkzeugeinheiten
für die
automatisierte Produktion erforderlich. Gleichzeitig bestehen gerade
in der Automobilindustrie höchste
Qualitätsanforderungen
im Hinblick auf die Genauigkeit, der Wiederholbarkeit. Weiterhin
soll aus Kostengesichtspunkten eine möglichst hohe Taktrate erzielbar
sein, d.h. die Zeit zwischen zwei Setz- oder Stanzoperationen soll
möglichst
gering sein.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine diesen Anforderungen
genügende
Werkzeugeinheit mit kompaktem Aufbau sowie ein diesbezügliches
Arbeitsverfahren anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch eine Werkzeugeinheit mit einem Werkzeugkopf gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1. Die Werkzeugeinheit ist hierbei zur Ausübung sowohl einer
axialen Zustellbewegung als auch einer weitergehenden axialen Arbeitsbewegung
des Werkzeugkopfes ausgebildet, beispielsweise zur Durchführung einer
Lochoperation oder einer Setzoperation. Die Werkzeugeinheit weist
einen Kraftzylinder mit einer darin axial geführten Hohlkolbenstange auf,
an deren vorderem Ende der Werkzeugkopf vorgesehen ist. Die Hohlkolbenstange
selbst weist zwei ineinander geführte
und als Zustellstange und Arbeitsstange bezeichnete Kolbenstangen
auf. Unter Hohlkolbenstange wird hier bei eine äußere Rohrstange mit darin konzentrisch
und möglichst
spielfrei angeordneter Innenstange, die auch als ein Innenrohr ausgebildet sein
kann, verstanden. Bevorzugt bildet hierbei die Außenrohrstange
die Zustellstange und die Innenstange die Arbeitsstange. Zur Ausübung der
Zustellbewegung sind die beiden Stangen miteinander gekoppelt, so
dass sie gemeinsam zwangsgeführt
werden. Es wird lediglich auf die Arbeitsstangen eine externe Zustellkraft
ausgeübt.
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Es
ist eine Mitnahmeeinrichtung vorgesehen ist, die während der
Zustellbewegung die Zustellstange mitnimmt und am Ende der Zustellbewegung
werden die beiden Stangen automatisch voneinander entkoppelt und
es wird lediglich die Arbeitsstange weiter verfahren. Die Entkopplung
erfolgt vorzugsweise kraftgesteuert, so dass als Indiz für das Ende der
Zustellbewegung das Überschreiten
einer vorgegebenen Zustellkraft herangezogen wird. Alternativ hierzu
besteht auch die Möglichkeit,
eine Wegsteuerung vorzusehen, d.h. nach Durchlaufen einer vorbestimmten
Weglänge
für die
Zustellbewegung werden die beiden Stangen zwangsweise wieder voneinander
entkoppelt.
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Diese
Kopplung erfolgt hydraulisch gesteuert, wobei hierzu die beiden
Stangen jeweils mit einem im Kraftzylinder axial verschieblichen
Kolben verbunden sind. Die Kolben sind hierbei bevorzugt Teile der
jeweiligen Stangen. Zwischen den beiden Kolben ist ein im Betrieb
mit einer Hydraulikflüssigkeit angefüllter Druckraum
gebildet. Um die Kopplung zwischen den beiden Stangen freizugeben,
ist in einem der Kolben ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, welches
bei Überschreiten
eines insbesondere einstellbaren Zustelldrucks im Druckraum öffnet, so
dass der erste Kolben gegen den zweiten Kolben verfährt. Durch
diese Maßnahme
ist daher die Zustellstange von der externen, auf die Arbeitsstange wirkenden
Kraft entkoppelt und die Arbeitsstange verfährt relativ zur Zustellstange,
um die Arbeitsbewegung auszuführen.
Nach Öffnen
des Druckbegrenzungsventils wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum
durch die extern einwirkende Kraft herausgepresst.
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Durch
die Integration des Druckbegrenzungsventils in den Kolben selbst
ist eine sehr kompakte Bauform erreicht und es sind keine externen Steuereinheiten
erforderlich, um ein Umschalten von der Zustellbewegung auf die
Arbeitsbewegung zu steuern. Der hydraulische Kraftzylinder ist vielmehr eine
in sich abgeschlossene vollständig
funktionsfähige
Baueinheit, die keine weiteren externen Funktionseinheiten benötigt. Es
ist lediglich eine externe Kraftquelle erforderlich, die auf die
Arbeitsstange die in Axialrichtung wirkende Kraft ausübt. Die
kompakte Bauform wird insbesondere auch durch die teleskopartig
ausgebildete Hohlkolbenstange erreicht, die selbst wiederum im Kraftzylinder
geführt
ist. Ein weiterer besonderer Vorteil dieser teleskopartigen Führung im
Kraftzylinder ist darin zu sehen, dass eine genaue und stabile Führung der
die Arbeitsbewegung ausrichtenden Arbeitsstange erzielt ist. Die
Führung ist
hierbei derart, dass sie insbesondere auch bei der Arbeitsbewegung
auftretende radial wirkende Kräfte aufnimmt.
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Für die nach
der Zustellbewegung nachfolgende Arbeitsbewegung ist es wiederum
prinzipiell eine Weg- oder Kraftsteuerung möglich. Bei einer Kraftsteuerung
wird nach Überschreiten
einer definierten Setzkraft der Setzvorgang beendet, um eine qualitativ
hochwertige Verbindung des Befestigungs- oder Verbindungselements
mit dem Blech zu erzielen. Bei einer Wegsteuerung ist zweckdienlicherweise
ein mechanischer Anschlag vorgesehen, welcher die Länge des
Arbeitswegs nach der Zustellbewegung begrenzt. Dieser mechanische
Anschlag ist hierbei vorzugsweise der zweite Kolben, gegen den der
erste Kolben verfährt.
In diesem Fall entspricht der Abstand zwischen den beiden Kolben,
also die Höhe
des Druckraums, dem Arbeitsweg.
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Um
nach erfolgter Setz- oder Lochoperation den Kraftzylinder wieder
in die Ausgangslage zurück zu
fahren, wird die Arbeitsstange wieder entgegen der Zustellrichtung
zurückgefahren.
Um den Druckraum für
die nachfolgende Operation wieder mit der Hydraulikflüssigkeit
zu befüllen
ist gemäß einer zweckdienlichen
Weiterbildung in einem der Kolben ein insbesondere als Rückschlagventil
ausgebildetes Einströmventil
angeordnet, das ein Einströmen
in den Druckraum erlaubt, jedoch ein Ausströmen aus dem Druckraum verhindert.
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Durch
die Integration auch des Rückschlagventils
in einen der Kolben wird zum einen die kompakte Bauform unterstützt. Zum
anderen erfolgt auch die Rückholbewegung
vollautomatisch ohne die Notwendigkeit von externen Steuerungsmitteln. Über die vorzugsweise
in einem Kolben gemeinsam angeordnete Ventile wird in besonders
einfacher Weise ohne aufwändige
Steuermaßnahmen
automatisch das gemeinsame Zustellen der beiden Stangen, das automatische
Freigeben der Kopplung zur Ausübung
der Arbeitsbewegung sowie anschließend nach erfolgter Setzoperation
wieder das automatische Befüllen
des Druckraums für
die nachfolgende Setzoperation erreicht.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ist die Arbeitsstange im Kraftzylinder
derart geführt, dass
bei der Arbeitsbewegung auftretende Radialkräfte ohne äußere Führungen aufgenommen werden.
Die Werkzeugeinheit ist daher frei von externen, außerhalb
des Kraftzylinders angeordneten Führungsstangen. Diese Ausgestaltung
ermöglicht
eine sehr kompakte Bauform und damit den Einsatz der Werkzeugeinheit
in beengten Einbauräumen.
Um eine sichere und zuverlässige
Aufnahme der bei der Arbeitsbewegung auftretenden Radialkräfte zu gewährleisten,
ist die Arbeitsstange – während der
Ausführung
der Arbeitsbewegung – bevorzugt über ihre gesamte
Länge geführt. Hierzu
ist sie in ihrem rückseitigen
Bereich durch die Kolben und ansonsten in der Zustellstange geführt.
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Zweckdienlicherweise
ist weiterhin ein Führungselement
vorgesehen, durch das die Hohlkolbenstange aus dem Kraftzylinder
austretend geführt ist.
Das Führungselement
verschließt
daher den Kraftzylinder an seinem vorderen stirnseitigen Ende. Um
hier eine gute Führung
zu erzielen, weist dieses Führungselement
eine sich in Axialrichtung erstreckende ausreichende Länge auf.
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Um
das Ende der Zustellbewegung sicher definieren zu können, ist
gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ein Zustellanschlag vorgesehen, der
die Zustellbewegung der Zustellstange begrenzt. Die Zustellstange
verfährt
daher zumindest mittelbar gegen diesen mechanischen Anschlag. Sowohl
bei einer Weg- als auch bei einer Kraftsteuerung wird dies als sicheres
Indiz für
das Ende der Zustellbewegung ausgewertet. Durch den mechanischen
Anschlag steigt nämlich
die von der Mitnahmeeinrichtung auszuübende Mitnahmekraft schlagartig
an, so dass auch bei einer kraftbedingten Steuerung eine sichere
Entkopplung an einer definierten Position erzielt ist. Die Verwendung
eines mechanischen Anschlags zur Bestimmung des Ende der Zustellbewegung
wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Länge des Zustellwegs genau vorherbestimmt
ist. Wird demgegenüber
beispielsweise der als Setzkopf ausgebildete Werkzeugkopf gegen
eine feststehende Matrize verfahren und müssen Werkstücke unterschiedlicher Blechstärken miteinander
verbunden werden, so bietet sich für die Begrenzung der Zustellbewegung
eine Kraftsteuerung an. In diesem Fall wird die auszuübende Zustellkraft
beispielsweise derart eingestellt, dass die zu verbindenden Werkstücke mit
einer vorbestimmten Anpresskraft gegeneinander gepresst werden,
bevor das Verbindungs- oder Fügeelement
durch die nachfolgende Setzoperation gesetzt wird.
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Um
auch die Zuführstange
in die ursprüngliche
Ausgangslage zurückzuführen, ist
weiterhin vorzugsweise ein Rückholmitnehmer
vorgesehen, welcher die Zustellstange bei der Rückholbewegung zwangsweise mit
der Arbeitsstange koppelt. Dieser Rückholmitnehmer ist insbesondere
ein mechanischer Mitnehmer und bevorzugt gebildet durch zwei gegeneinander
verfahrbar Anschläge
an den beiden Stangen.
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Zweckdienlicherweise
ist dieser Rückholmitnehmer
derart ausgebildet, dass er erst nach Durchlaufen eines Hubwegs
greift. D.h. ausgehend von der vorderen Arbeitsposition wird zunächst der
Hubweg zurückgelegt,
bevor die Zustellstange mitgenommen wird. Die maximale Länge dieses
Hubwegs entspricht hierbei der Höhe
des Druckraums im Ausgangszustand.
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Die
externe, auf die Arbeitsstange einwirkende Kraft wird bevorzugt
hydraulisch erzeugt. Hierzu ist oberhalb des ersten, oberen Kolbens,
welcher mit der Arbeitsstange verbunden ist, ein weiterer Druckraum
mit einem Anschluss für
eine Hydraulikleitung vorgesehen. Über den Anschluss wird der
erforderliche Hydraulik druck und die erforderliche Hydraulikflüssigkeit
beispielsweise mit Hilfe eines ortsnah angeordneten Hydraulikaggregats
bereitgestellt. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, als externe Kraftquelle
auch einen pneumatischen Antrieb oder einen elektrischen Stellantrieb
vorzusehen. Im Sinne eines kompakten Aufbaus mit möglichst
wenigen aktiven Komponenten wird bevorzugt der hydraulische Antrieb
eingesetzt.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ist der Werkzeugkopf mit einem Setzkopf
und einem in diesem verschieblich angeordneten Druckelement ausgebildet.
Mit einem derartigen Werkzeugkopf werden insbesondere Füge- oder
Befestigungselemente in Werkstücke
eingesetzt. Vorzugweise ist hierbei der Setzkopf an der Zustellstange
und das Druckelement an der inneren Arbeitsstange angeordnet. Durch
diese Ausgestaltung ist daher auch der Setzkopf platzsparend Bestandteil
der Hohlkolbenstange, wird daher mit dieser verfahren.
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Bevorzugt
ist innerhalb des Setzkopfes bei zurückgezogenem Druckelement ein
Aufnahmeraum für
ein Fügeelement
gebildet. Das Fügeelement
wird insbesondere in der rückgezogenen
Position des Hohlkolbenstange dem Setzkopf vor der Zustellbewegung
zugeführt
und anschließend
gemeinsam mit der Hohlkolbenstange zum Werkstück zugestellt und in das Werkstück eingefügt Im Kraftzylinder
mit dem vorderseitig angeordneten Werkzeugkopf sind daher in äußerst kompakter
Bauweise die drei Funktionen Bevorraten – Zustellen – Setzen
integriert. Damit eignet sich der Kraftzylinder besonders für den Einsatz in
beengten Arbeitsräumen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin
gelöst
durch ein Verfahren zum axialen Verschieben eines Werkzeugkopfs
mit einer derartigen Werkzeugeinheit gemäß Anspruch 12.
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Die
im Hinblick auf die Werkzeugeinheit angeführten Vorteile und bevorzugten
Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf
das Verfahren zu übertragen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die 1 bis 3 der
Zeichnung zeigen in einer schematischen Querschnittsdarstellung
eine Werkzeugeinheit in drei unterschiedlichen Betriebspositionen.
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Gemäß 1 ist
die Werkzeugeinheit in der Grund- oder Ausgangsstellung, in 2 in
der zugestellten Position und in 3 in einer
Position nach Beendigung des Arbeitsvorgangs (Setzvorgang) dargestellt.
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Die
Werkzeugeinheit 2 umfasst einen hydraulischen Kraftzylinder 4,
der sich in Axialrichtung 6 erstreckt und einen inneren
Hohlraum dicht umschließt.
Der Kraftzylinder 4 ist rotationssymmetrisch mit kreisrunder
Querschnittsfläche
ausgebildet. Am rückwärtigen Ende
ist ein Deckel 8 mit einem Anschluss 10 für eine hier
nicht näher
dargestellte Hydraulikleitung vorgesehen. An seinem vorderen Ende ist
der Kraftzylinder 4 durch ein nach Art eines Stopfens ausgebildetes
Führungselement 12 abgedichtet. Durch
das Führungselement 12 ist
eine Hohlkolbenstange 14 geführt. Die Hohlkolbenstange 14 umfasst eine
innere, als Arbeitsstange 16 bezeichnete Kolbenstange sowie
eine diese konzentrisch und weitgehend spielfrei umgebende äußere und
als Zustellstange 18 bezeichnete weitere Kolbenstange.
Die Zustellstange 18 ist hierbei als ein Rohr ausgebildet, in
dem die Arbeitsstange 16, die ebenfalls rohrförmig sein
kann, gleitend geführt
ist. Insgesamt ist die Hohlkolbenstange 14 im Führungselement 12 ebenfalls gleitend
geführt.
Um hier eine sichere und stabile Führung zu gewährleisten,
erstreckt sich das Führungselement
in Axialrichtung 6 über
eine ausreichende Länge
der Hohlkolbenstange 14, beispielsweise über etwa
20 bis 40 % der Länge
der Hohlkolbenstange 14.
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Die
Hohlkolbenstange 14 ist mit Hilfe von Gleitdichtungen 20 zum
Führungselement 12 abgedichtet.
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Die
Hohlkolbenstange 14 ragt in den vom Kraftzylinder 4 gebildeten
Hohlraum rückwärtig hinein.
Die Arbeitsstange 16 erstreckt sich hierbei weiter in den
Hohlraum hinein als die Zustellstange 18. Rückwärtig ist
an der Arbeitsstange 16 ein erster, oberer Kolben 22 über eine
Schraubverbindung befestigt. Das rückwärtige Ende der Zustellstange 18 ist mit
einem zweiten, unteren Kolben 24 verbunden. Die beiden
Kolben 22, 24 sind mit den Stangen 16, 18 jeweils
mechanisch fest verbunden und innerhalb des Kraftzylinders 4 gleitend
geführt.
Zu der zylindrischen Innenwandung des Kraftzylinders 4 sind
die Kolben 22, 24 mit Gleitdichtungen 20 abgedichtet,
so dass die Kolben 22, 24 jeweils Druckräume 26, 28, 30 begrenzen,
in denen sich im Betrieb eine Hydraulikflüssigkeit befindet. Die einzelnen
Druckräume 26–30 sind
hierbei ein oberer Druckraum 26, der zwischen der Oberseite
des oberen Kolbens 22 und dem Deckel 8 begrenzt
ist. Weiterhin ist ein mittlerer Druckraum 28 zwischen
der Unterseite des ersten Kolbens 22 und der Oberseite
des zweiten Kolbens 24 gebildet. Schließlich ist zwischen der Unterseite des
zweiten Kolbens 24 und der Oberseite des Führungselements 12 ein
unterer Druckraum 30 gebildet. Der mittlere und untere
Druckraum 28, 30 sind hierbei als Ringräume ausgebildet,
in denen zentral die Arbeitsstange 16 bzw. die Zustellstange 18 geführt ist.
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Innerhalb
des zweiten Kolbens 24 ist sowohl ein Druckbegrenzungsventü 34 als
auch ein Rückschlagventil 36 angeordnet.
Das Druckbegrenzungsventil 34 verbindet den mittleren Druckraum 28 mit dem
unteren Druckraum 30 bzw. mit einem hier nicht dargestellten
Strömungsweg
im Führungselement 12,
beispielsweise ein Kanal, welcher nach außen zu einem Speicher führt. Sobald
die Hydraulikflüssigkeit im
mittleren Druckraum 28 einen über das Druckbegrenzungsventil 34 einstellbaren
Druckwert übersteigt,
fließt
die Hydraulikflüssigkeit 32 über das Druckbegrenzungsventil 34 aus
dem mittleren Druckraum 28 aus.
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Auch
das Rückschlagventil 36 verbindet
die beiden Druckräume 28, 30 miteinander.
Das Rückschlagventil 36 erlaubt
lediglich das Einströmen
der Hydraulikflüssigkeit
in den mittleren Druckraum 28. Auch das Rückschlagventil 36 ist
vorzugsweise mit einem in das Führungselement 12 an
dessen Oberseite eingearbeiteten Strömungsweg verbunden (vgl. die
in 2 dargestellte Position des zweiten Kolbens 24).
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Am
vorderen, äußeren Ende
der Hohlkolbenstange 14 ist schließlich ein Werkzeugkopf 38 befestigt,
der einen Setzkopf 40 sowie ein Druckelement 42 umfasst.
Das Druckelement 42 ist im Ausführungsbeispiel mittels einer
Schraubverbindung am vorderen Ende der Arbeitsstange 16 befestigt.
Der Setzkopf 40, in dem das Druckelement 42 weitgehend
spielfrei axial verschieblich geführt ist, ist an der äußeren Zustellstange 18 befestigt.
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In
der in den 1 und 2 dargestellten Situation,
in der sich das Druckelement 42 in der rückgezogenen
Stellung befindet, ist im Setzkopf 40 ein Aufnahmeraum 43 für ein Fügelement 44,
im Ausführungsbeispiel
eine Einpressmutter, gebildet. Das Fügelement wir bevorzugt in der
in 1 dargestellten Grundstellung mit Hilfe einer
Zuführeinrichtung dem
Setzkopf 40 zugeführt.
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Das
Druckelement 42 weist einen etwas größeren Durchmesser als die Arbeitsstange 16 auf
und bildet hierdurch einen Anschlag 46. Gleichzeitig weist die
Zustellstange 18 an ihrem Vorderende eine topfförmige Aufnahme
auf, in die zum einen der Setzkopf 40 eingesetzt ist. Zum
anderen bildet die ringartige Basisfläche dieser topfförmigen Aufnahme
einen Gegenanschlag 48 für den Anschlag 46.
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Die
Funktion der Werkzeugeinheit 2 im Betrieb ist wie folgt:
In der in 1 dargestellten Grundstellung
ist der obere Kolben 22 in seiner rückbezogenen Position und liegt
am Deckel 8 an. In dieser Grundstellung ist daher der obere
Druckraum 26 auf die Trennfläche zwischen der oberen Kolbenfläche des
ersten Kolbens 22 und der unteren Fläche des Deckels 8 reduziert.
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In
der Grundstellung sind die beiden Kolben 22, 24 um
eine Höhe
h voneinander beabstandet. Diese Höhe h ist zugleich die Höhe des mittleren Druckraums 28 im
Normalzustand und entspricht einem Hub- oder Setzweg, den das Druckelement 42 bei
einem Setzvorgang zurücklegt.
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Für eine Arbeitsoperation
wird zunächst
der Setzkopf 40 an die Werkstückoberfläche zugestellt. Im Anschluss
an diese Zustellbewegung wird das in der Aufnah me 43 befindliche
Fügeelement 44 mit dem
Werkstück
verbunden. Üblicherweise
wird hierbei das Fügeelement
durch ein Loch im Werkstück hindurchgeführt und
gegen eine gegenüberliegende Matrize
gepresst und dabei verformt.
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Der
gesamte Arbeitsvorgang oder Arbeitstakt bestehend aus Zustellen,
Setzen und wieder Rückführen in
die Ausgangsposition wird ausschließlich hydraulisch gesteuert.
Und zwar erfolgt die hydraulische Steuerung hierbei ausschließlich durch Bereitstellen
des Hydraulikdrucks über
den Anschluss 10 in Verbindung mit dem Druckbegrenzungsventil 34 und
dem Rückschlagventil 36.
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Zur
Ausübung
der Zustellbewegung wird über
den Anschluss 10 in den oberen Druckraum 26 die
Hydraulikflüssigkeit
eingepresst. Über
den oberen Kolben 22 wird eine in Axialrichtung 6 wirkende Kraft
auf die Arbeitsstange 16 überfragen. Da zu diesem Zeitpunkt
noch kein oder nur ein geringer Widerstand im Laufe der Zustellbewegung
vorliegt, spricht das Druckbegrenzungsventil 34 noch nicht
an. Aufgrund der im mittleren Druckraum 28 befindlichen,
inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit
wird zusammen mit der angetriebenen Arbeitsstange 16 auch
die Zustellstange 18 über
den unteren Kolben 24 in Axialrichtung 6 verschoben.
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Schließlich erreicht
die Zustellstange 18 die vollständig zugestellte Position,
die im Ausführungsbeispiel
durch ein Anschlagen des unteren Kolbens 24 am Führungselement 12 definiert
ist (2). Die Oberseite des Führungselements 12 bildet
daher einen Zustellanschlag 50 für die Zustellbewegung. Sobald
der untere Kolben 24 angeschlagen ist, steigt der Druck
im mittleren Druckraum 28 stark an, so dass das Druckbegrenzungsventil 34 öffnet und
der obere Kolben 22 gegen den unteren Kolben 24 verfährt. Nunmehr
verfährt
ausschließlich
die Arbeitsstange 16 und es erfolgt der eigentliche Setzvorgang, bei
dem das Fügeelement 44 gesetzt
wird. Der Setzvorgang ist spätestens
abgeschlossen, wenn die beiden Kolben 22, 24 gegeneinander
zum Anliegen kommen, wie dies in 3 dargestellt
ist. Im Schritt von der 2 zur der 3 wird
das Druckelement 42 relativ zum Setzkopf 40 nach
vorne in die gewünschte
Endposition verschoben. Das Druckelement 42 wird daher
exakt um die Höhe
h relativ gegen den Setzkopf 40 verscho ben. Diese Setzhöhe ist daher über den
Abstand zwischen den beiden Kolben 22, 24 weggesteuert.
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Nach
erfolgtem Setzvorgang wird die Werkzeugeinheit 2 wieder
in die in 1 dargestellte Ausgangsposition
zurückgeführt. Hierzu
wird durch Anlegen eines Unterdrucks am Anschluss 10 der
obere Kolben 22 entgegen der Axialrichtung 6 nach
oben gezogen. Hierbei werden zunächst
wieder die beiden Kolben 22, 24 auseinandergezogen,
bis sie ihren ursprünglichen
Abstand h zueinander aufweisen und die in 2 dargestellte
Position erreicht wird, in der der Anschlag 46 am Gegenanschlag 48 anschlägt. Beim
Auseinanderziehen der beiden Kolben 22, 24 entsteht
ein Unterdruck im mittleren Druckraum 28, so dass über das
Rückschlagventil 36 die
Hydraulikflüssigkeit 32 in
den mittleren Druckraum 28 einströmt.
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Alternativ
zu der Beaufschlagung des oberen Druckraums 26 mit einem
Unterdruck besteht auch die Möglichkeit,
mit Hilfe eines Überdrucks über das Rückschlagventil 36 den
mittleren Druckraum 28 zu befüllen und mit Hilfe dieses Überdrucks
die Hohlkolbenstange 14 wieder in die Ausgangsposition
gemäß 1 zurückzuführen.
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Beim
weitergehenden Zurückziehen
des oberen Kolbens 22 wird von 2 zu 1 die
Zustellstange 18 zwangsweise mitgezogen.
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Die
hier beschriebene Werkzeugeinheit ist insbesondere als eine kompakte
Setzeinheit zum Setzen eines Fügeelements,
beispielsweise ein Niet, ein Einpressbolzen oder eine Einpressmutter
in ein vorgebohrtes Werkstück
vorgesehen. Die Werkstückeinheit 2 zeichnet
sich durch eine sehr kompakte und platzsparende Bauweise bei gleichzeitig
guter Führung
aus. Prinzipiell lässt
sich die Werkzeugeinheit 2 in beliebigen technischen Einsatzgebieten
einsetzen, bei denen eine zweistufige Axialbewegung mit unterschiedlichen
Kräften/unterschiedlichen
Wegen erforderlich ist.
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- 2
- Werkzeugeinheit
- 4
- Kraftzylinder
- 6
- Axialrichtung
- 8
- Deckel
- 10
- Anschluss
- 12
- Führungselement
- 14
- Hohlkolbenstange
- 16
- Arbeitsstange
- 18
- Zustellstange
- 20
- Gleitdichtung
- 22
- erster
Kolben
- 24
- zweiter
Kolben
- 26
- oberer
Druckraum
- 28
- mittlerer
Druckraum
- 30
- unterer
Druckraum
- 32
- Hydraulikflüssigkeit
- 34
- Druckbegrenzungsventil
- 36
- Rückschlagventil
- 38
- Werkzeugkopf
- 40
- Setzkopf
- 42
- Druckelement
- 43
- Aufnahmeraum
- 44
- Fügeelement
- 46
- Anschlag
- 48
- Gegenanschlag
- 50
- Zustellanschlag
- h
- Höhe