DE102011075254A1

DE102011075254A1 - Schnittwerkzeug für Stanzmaschinen mit mechanischer Stanzteilentfernung

Info

Publication number: DE102011075254A1
Application number: DE102011075254A
Authority: DE
Inventors: Christian Donhauser; Matthias Menzl
Original assignee: HOCHSCHULE KEMPTEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES
Current assignee: HOCHSCHULE KEMPTEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schnittwerkzeug (1) für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen (31, 32) aus einem Flachmaterial (30) mit einem Stempel (10) mit einer senkrecht zur Achse des Stempels (10) gelegenen Schnittfläche (11) der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteiles (31, 32) und einer Schneidmatrize (20) mit einer der Größe und der Form des Stempels (10) entsprechenden Ausnehmung (21). Zwischen dem Außenumfang des Stempels (10) und dem Innenumfang der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) ist eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes (26) gegeben. Erfindungsgemäß ist auf der dem Stempel (10) gegenüberliegenden Seite ein zylindrischer Einsatz (40) mit einer axialen Öffnung (41) angeordnet, wobei die Öffnung (41) koaxial unter der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) angeordnet ist und eine gleiche Querschnittsform wie diese aufweist, wobei der Innendurchmesser der axialen Öffnung (41) des Einsatzes (40) geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Stempels (10) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnittwerkzeug für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen aus einem Flachmaterial mit einem Stempel mit einer senkrecht zur Achse gelegenen Schnittfläche der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteiles und einer Schneidmatrize einer der Größe und der Form des Stempels entsprechenden Ausnehmung, wobei zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Innenumfang der Ausnehmung der Schneidmatrize eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspalters gegeben ist.
Ein derartiges Schnittwerkzeug ist allgemein bekannt und findet bei Stanzmaschinen Verwendung, um beispielsweise Bleche mit seitlichen Lochungen oder anderen Aussparungen zu versehen oder Werkstücke vorgegebener Größe und Form herzustellen. Ist das durch den Stanzvorgang hergestellte Teil Abfall, so wird dies als Butzen bezeichnet. Sowohl Butzen als auch Werkstücke werden in der nachfolgenden Beschreibung als Stanzteil bezeichnet.
Beim Stanzen von Blechen besteht ein Problem darin, das ausgestanzte Stanzteil nach dem jeweiligen Stanzvorgang sicher nach unten durch die Ausnehmung der Schneidmatrize (die sog. Schneidbuchse) abzuführen. Die ausgestanzten Stanzteile bleiben aufgrund ihres geringen Gewichtes jedoch leicht an der Schnittfläche des Stempels hängen oder kleben, was beispielsweise dadurch verursacht sein kann, dass die zu verarbeiteten Bleche gefettet oder geölt sind oder die ausgestanzten Stanzteile durch den Schnittdruck flächig an dem Stempel haften bleiben. Bei der Zurückbewegung des Stempels kann das Stanzteil durch die zuvor ausgestanzte Öffnung des Bleches hindurchgezogen werden. Dabei kann es zu einer Verkantung des Stanzteils in der Öffnung des Bleches oder der Schnittbuchse kommen. Dieses Phänomen ist bekannt als „Slug-Pulling“. Das „Slug-Pulling“ kann den Arbeitsablauf der Stanzmaschine erheblich stören oder sogar zu einer Beschädigung des Schnittwerkzeugs und, im schlimmsten Fall, der Stanzmaschine führen.
Bei Stanzteilen mit einem größeren Querschnitt wird dem Problem dadurch begegnet, dass im Stempel in der Stirnfläche bzw. der Stanzfläche ein federndes Element angebracht ist, durch das das ausgestanzte Teil vom Stempel fortgestoßen wird. Derartige Maßnahmen sind aus Platzgründen nicht möglich, wenn die Stanzteile Querschnitte von wenigen Millimetern aufweisen. Grundsätzlich ist das Vorsehen von federnden Elementen im Stempel mit einigem Aufwand verbunden, der das Werkzeug verteuert.
Die DE 26 51 994 A1 offenbart eine Schneidmatrize mit einem auf der dem Stempel gegenüberliegenden Seite angeordneten Block aus einem weniger harten, jedoch elastischeren Material als die Schneidmatrize und mit einer axialen Öffnung, welche koaxial unter der Matrizenöffnung angeordnet ist und eine gleiche Querschnittsform wie diese aufweist. Die Abmessungen entsprechen den Abmessungen des Stempels. Hierdurch tritt das beim Absenken des Stempels ausgestanzte Stanzteil in die Öffnung des Blockes ein und verformt diesen leicht elastisch, so dass das Stanzteil in der Blocköffnung eingeklemmt bleibt. Die nachfolgenden Abfallteile stoßen sich gegenseitig und fortlaufend durch die ganze Blocköffnung und fallen dann in ein Auffanggefäß. Der Block wird durch einen Gießvorgang erstellt, wobei der Stempel während des Gießens in die Schneidmatrize eingeführt ist. Hierdurch, aber auch durch das Material ist ein hoher Verschleiß zu erwarten. Ein Austausch des Blocks scheint zwar möglich, ist durch das Gießverfahren aber zeitlich aufwendig, wodurch es zu langen Stillstandszeiten der Stanzmaschine kommt. Gleichzeitig ist ein Einklemmen der Stanzteile in dem Block nicht zuverlässig sichergestellt, da diese eine – wenn auch nur kleine – Verformung der Stanzteile erfordert.
Aus der DE 32 22 440 C1 ist es bekannt, in der Ausnehmung der Schneidmatrize wenigstens eine sich in Stanzrichtung erstreckende nutförmige Erweiterung geringer Tiefe vorzusehen, wobei die in Stanzrichtung gehende Länge der Erweiterung mindestens der Eintauchtiefe des Stempels in die Ausnehmung der Schneidmatrize entspricht. Hierdurch soll die Wirkung verursacht werden, dass sich an den auszustanzenden Stanzteilen im Bereich der Nut ein kleiner Vorsprung ausbildet, der sich gegen Ende des Stanzvorganges mit der Wandung der Schneidmatrize verklemmt und beim Rückgang des Stempels das ausgestanzte Stanzteil sicher in der Ausnehmung der Schneidmatrize festhält.
In Umkehrung dieses Prinzips ist es aus der US 5,136,907 A bekannt, in der Ausnehmung der Schneidmatrize eine in die Ausnehmung hineinragende Rippe vorzusehen. Hierdurch soll eine Klemmkraft auf das durch den Stempel in die Ausnehmung hinein gedrückte Stanzteil ausgeübt werden, welche das Stanzteil beim Zurückfahren des Stempels aus der Ausnehmung festhält.
Bei beiden bekannten Varianten ist vorgesehen, die nutförmige Erweiterung bzw. den Vorsprung in der Ausnehmung mit einer Steigung gegenüber der Achse der Ausnehmung verlaufen zu lassen, um die beschriebene Wirkung zu optimieren. In der Praxis ist es jedoch schwierig, derartige Schnittwerkzeuge herzustellen.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schnittwerkzeug für eine Stanzmaschine anzugeben, welche das Problem des „Slug-Pullings“ auf andere Art zuverlässig und kostengünstig löst.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Schnittwerkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Schnittwerkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft gemäß einer ersten Variante ein Schnittwerkzeug für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen aus einem Flachmaterial. Ein Flachmaterial ist z.B. ein endloses oder ein diskretes Stück Blech. Das Blech kann aus allen Arten von Metallen bestehen, wie z.B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Stahlwerkstoffe, usw. Ebenso kann dieses aus konventionellen oder hochfesten bzw. höherfesten oder gehärteten Edelstahlen oder Sonderlegierungen bestehen. Unter einem Flachmaterial werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch (mehrfach) beschichtete Werkstoffe oder, z.B. durch Wärmebehandlung, vorbehandelte Werkstoffe verstanden. Als Flachstücke können mittels des vorgeschlagenen Werkzeugs ferner sog. Tailored Blanks oder hybride Werkstoffe verarbeitet werden.
Das Schnittwerkzeug umfasst einen Stempel mit einer senkrecht zur Achse des Stempels gelegenen Schnittfläche der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteiles und eine Schneidmatrize mit einer der Größe und der Form des Stempels entsprechenden Ausnehmung. Unter einem Stanzteil werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl Stanzbutzen, d.h. Abfallstücke, als auch durch den Stanzvorgang herzustellende Werkstücke verstanden.
Zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Innenumfang der Ausnehmung der Schneidmatrize ist eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes gegeben. Der Schneidspalt beträgt beispielsweise zwei bis zehn Prozent, insbesondere sieben Prozent, der Dicke des Flachmaterials. Grundsätzlich kann der Schneidspalt von den genannten, bevorzugten Werten auch nach oben oder unten abweichen.
Erfindungsgemäß ist auf der dem Stempel gegenüberliegenden Seite ein zylindrischer Einsatz mit einer axialen Öffnung angeordnet, wobei die Öffnung koaxial unter der Ausnehmung der Schneidmatrize angeordnet ist und eine gleiche Querschnittsform wie diese aufweist. Ferner ist der Innendurchmesser der axialen Öffnung des Einsatzes geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Stempels.
Dadurch, dass der Einsatz eine zylindrische Form aufweist, kann dieser als vorgefertigtes Bauteil auf einfache Weise von unten in die Schneidmatrize eingeführt werden. Hierdurch ist ein einfacher Wechsel des Einsatzes zum Klemmen der Stanzteile gegeben. Bedingt durch die einfache Wechselmöglichkeit kann der Innendurchmesser der axialen Öffnung des Einsatzes kleiner als der Außendurchmesser des Stempels gemacht werden. Hierdurch ist auch unter ungünstigen Umständen sichergestellt, dass das Stanzteil in der Öffnung des Einsatzes geklemmt wird. Insbesondere die in der DE 26 51 994 A1 beschriebenen Probleme können hierdurch behoben werden.
Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Innenumfang des Einsatzes zwischen 40% und 70%, insbesondere etwa 50%, der Dicke des Schneidspalts beträgt. Es versteht sich, dass der Abstand über den gesamten Umfang des Stempels in etwa konstant ist, um ein zuverlässiges Schnittwerkzeug zu erhalten. Eine im beschriebenen Maße vorgenommene Dimensionierung sorgt für eine zuverlässige Klemmung eines ausgestanzten Stanzteiles. Dabei tritt beim Absenken des Stempels das ausgestanzte Stanzteil in die Öffnung des Einsatzes ein und verformt diesen leicht elastisch, so dass das Stanzteil in der Blocköffnung eingeklemmt bleibt. Die nachfolgenden Stanzteile stoßen sich dann gegenseitig und fortlaufend durch die gesamte Öffnung und fallen in ein Auffanggefäß.
Vorzugsweise weist der Einsatz eine Höhe auf, welche in etwa dem drei- bis fünffachen der Dicke des Flachmaterials entspricht. Dies hat zur Folge, dass entsprechend der Höhe des Einsatzes eine entsprechende Anzahl an Stanzteilen durch den Einsatz gehalten wird, bevor diese in das Auffanggefäß fallen.
Die Tiefe der Ausnehmung der Schneidmatrize bis zu der dem Stempel zugewandten Oberkante des Einsatzes beträgt vorzugsweise 60% bis 80% der Dicke des Flachmaterials. Hierdurch wird sichergestellt, dass das ausgestanzte Stanzteil bereits bei dem Stanzprozess in dem Einsatz geklemmt werden kann. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn der Stempel derart gelagert oder aktuiert ist, dass dieser während eines Stanzvorganges nicht in die axiale Öffnung des Einsatzes eindringt. Hierdurch können der Außenumfang des Stempels und der Innenumfang des Einsatzes in der eingangs beschriebenen Weise unabhängig voneinander dimensioniert werden, sodass eine optimale Klemmwirkung für die ausgestanzten Stanzeile erzielt wird. Vorzugsweise hat die Schnittfläche des Stempels am unteren Endpunkt des Stempels einen Abstand von 20% bis 50% der Dicke des Flachmaterials von der Oberkante des Einsatzes. Am Umkehrpunkt des Stempels ist damit bereits sichergestellt, dass das ausgestanzte Stanzteil ausreichend sicher in den Einsatz eingedrungen ist, um während der Rückzugsbewegung des Stempels ein Klemmen des Stanzteils sicherzustellen.
Wenn der Einsatz aus einem Material besteht, das weicher als das des Flachmaterials ist, ergibt sich eine geringe Reibung beim Einpressen des Stanzteils in den Einsatz. Je nach Material des Einsatzes kann sich dieses mehr oder weniger elastisch verformen. Ist das Material des Einsatzes nicht wesentlich weicher als das des Flachmaterials, so kann während des Eindringvorganges auch eine Verformung des Stanzteiles erfolgen.
Andererseits kann der Einsatz auch aus einem Material gebildet werden, das härter als das des Flachmaterials ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Bearbeitung der stirnseitigen Kanten des Stanzteils erfolgen. Durch das härtere Material können diese insbesondere geschliffen bzw. poliert werden.
In einer alternativen zweiten Variante schafft die Erfindung ein Schnittwerkzeug für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen aus einem Flachmaterial mit einem Stempel mit einer senkrecht zur Achse des Stempels gelegenen Schnittfläche der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteils und einer Schneidmatrize mit einer der Größe und der Form des Stempels entsprechenden Ausnehmung. Dabei ist zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Innenumfang der Ausnehmung der Schneidmatrize eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes gegeben. Die Ausnehmung der Schneidmatrize weist eine mechanische Verengung auf, wobei erfindungsgemäß die mechanische Verengung dynamisch durch den Stempel oder einen externen Aktuator aktuierbar ist. Gemäß dieser alternativen Ausgestaltungsvariante wird das Slug-Pulling dadurch verhindert, dass durch eine mechanische Verengung ein Rückzug des ausgestanzten Stanzteiles durch den Stempel auf mechanische Weise verhindert wird.
Die mechanische Verengung ist insbesondere durch eine Feder, einen Motor, einen Hebel oder eine Hydraulik aktuierbar. Die mechanische Verengung kann z.B. durch eine dynamische Aktuierung durch den Stempel selbst erfolgen.
Die mechanische Verengung führt gemäß einer ersten Variante bei einer Rückzugsbewegung des Stempels aus der Schneidmatrize zu einem Abstreifen des von dem Stempel ausgestanzten Stanzteils. Alternativ bewirkt die mechanische Verengung am unteren Endpunkt des Stempels eine Klemmung des Stanzteils, die nach dem Zurückfahren des Stempels aufhebbar ist, wodurch das Stanzteil durch Schwerkraftwirkung in der, sich vorzugsweise konisch dem der Stanzöffnung entfernt erweiternde Ausnehmung nach unten fallen kann.
Beiden Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass der Stempel nach einem Stanzvorgang in die Schneidmatrize eingeführt wird, so dass dieser mit dem an ihm zunächst haftenden Stanzteil die mechanische Verengung passiert oder in etwa auf Höhe der mechanischen Verengung seinen Umkehrpunkt aufweist. Dies ist erforderlich, um die mechanische Verengung zum Abstreifen oder Klemmen des Stanzteils bringen zu können.
Die mechanische Verengung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung durch einseitig oder gegenüber liegend oder umlaufend angeordnete Halteelemente herbeiführbar. Welche der genannten Varianten dabei zum Einsatz kommt, kann in Abhängigkeit der Komplexität der Realisierung der mechanischen Verengung entschieden werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Halteelemente synchronisiert zur Bewegung des Stempels aktuiert sind. Zweckmäßigerweise ist die Bewegung der Halteelemente durch die Bewegung des Stempels durch Hebel und/oder Umlenkungen erzeugt. Bei dieser Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, die Aktuierung durch gesonderte Aktuatoren vorzunehmen. Insbesondere kann bei dieser Ausgestaltungsvariante eine Synchronisation zur Bewegung des Stempels auf einfache Weise sichergestellt sein.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Schneidmatrize eine senkrecht zur Achse des Stempels zweigeteilte Schneidbuchse, wobei die mechanische Verengung ausschließlich in der dem Stempel gegenüberliegenden Schneidbuchse vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend und näher anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schnittwerkzeugs gemäß einer ersten Ausführungsvariante im Querschnitt,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schnittwerkzeuges gemäß einer zweiten Ausführungsvariante im Querschnitt, und
3 eine abgewandelte Ausführungsform der zweiten Ausgestaltungsvariante in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schnittwerkzeug für Stanzmaschinen gemäß einer ersten Variante der Erfindung. Das Schnittwerkzeug 1 umfasst einen Stempel 10, dessen Bewegungsrichtung mit dem Pfeil 50 gekennzeichnet ist. Der Stempel 10 weist senkrecht zur Achse seiner Bewegungsrichtung 50 eine Schnittfläche 11 auf, welche von der Größe und Form auszustanzenden Stanzteilen entspricht.
Das Schnittwerkzeug 1 umfasst weiterhin eine Schneidmatrize 20, welche eine gestufte Ausnehmung 21 aufweist. Zwischen dem Außenumfang des Stempels 10 und dem Innenumfang der Ausnehmung 21 der Schneidmatrize 20 ist eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes 26 gegeben. Die Ausnehmung 21 der Schneidmatrize 20 weist einen der Form des Stempels 10 entsprechenden, zylindrischen ersten Abschnitt 27 auf. Dieser erste Abschnitt 27 wird auch als Schnittbuchse bezeichnet. Daran schließt sich ein vom zu bearbeitenden Flachmaterial entfernt angeordneter zweiter Abschnitt 28 an, der eine größere Breite bzw. einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 27 aufweist. Auch der zweite Abschnitt 28 ist, der Form des Stempels 10 entsprechend, zylindrisch ausgebildet.
Auf der dem Stempel 10 zugewandten Seite der Schneidmatrize 20 ist ein Flachmaterial 30 angeordnet. Das Flachmaterial 30 kann ein Blech oder Metall, ein beschichteter Werkstoff, ein vorbehandelter Werkstoff, ein sog. Tailored Blank oder ein hybrider Werkstoff sein. Metalle können insbesondere aus den eingangs genannten Materialien bestehen.
In dem zweiten Abschnitt 28 ist ein zylindrischer Einsatz 40 mit einer axialen Öffnung 41 eingebracht. Der zylindrische Einsatz 40 kann von der dem Stempel gegenüberliegenden Seite her in den zweiten Abschnitt 28 der Ausnehmung 21 bis zu der Stufe der Ausnehmung 21 eingeschoben werden. Der Innendurchmesser D₂ des Einsatzes 40 ist dabei geringfügig kleiner als der Außendurchmesser D₁ des Stempels 10. Insbesondere sind die Durchmesser D₁, D₂ derart bemessen, dass der Abstand zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Innenumfang des Stempels – über den gesamten Umfang des Stempels – zwischen 40% und 70%, insbesondere etwa 50%, der Dicke des Schneidspalts 26 beträgt. Die Dicke des Schneidspalts wiederum bemisst sich nach der Dicke T des Flachmaterials 30. Üblicherweise wird der Schneidspalt 26 zwischen 2% und 10%, insbesondere 7%, der Dicke T des Flachmaterials 30 gewählt. Die Dicke des Schneidspalts 26 ergibt sich aus der Differenz des Innendurchmessers D₃ des ersten Abschnitts 28 der Ausnehmung 21 und dem Außendurchmesser D₁ des Stempels 10. Sämtliche in 1 dargestellten Durchmesser D1, D2, D3 erstrecken auf dem Zeichnungsblatt in waagerechter Richtung, d.h. in einer Ebene, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung 50 des Stempels 10 ist.
Die Höhe H₁ des Einsatzes 40 und damit die Höhe des zweiten Abschnitts 28 ist derart bemessen, dass drei bis fünf Stanzteile 31, 32, 33, 34 in dem Einsatz eingeklemmt sein können. Die Höhe H₂ des ersten Abschnitts 27 (gleichbedeutend mit der Tiefe der Ausnehmung der Schneidmatrize) bis zu der dem Stempel 10 zugewandten Oberkante des Einsatzes 40 (d.h. der Stufe zwischen den Abschnitten 27 und 28) beträgt in etwa 60% bis 80% der Dicke T des Flachmaterials 30.
In 1 ist das Schnittwerkzeug 1 unmittelbar nach einem Stanzvorgang gezeigt, sodass der Stempel 10 teilweise in den ersten Abschnitt 27 der Ausnehmung 21 eingetaucht ist. Dabei wurde durch die Schnittfläche 11 des Stempels 10 ein Stanzteil 31 aus dem Flachmaterial 30 herausgestanzt. Durch den Stanzvorgang werden die bereits in dem Einsatz eingeklemmten Stanzteile 32, 33, 34, 35 nach unten gestoßen, so dass das Stanzteil 35 am unteren Ende des Einsatzes 40 aus diesem herausgedrückt wird und in einen nicht gezeigten Auffangbehälter fällt.
Vorzugsweise beträgt der Abstand H₃ der Schnittfläche des Stempels an seinem unteren Endpunkt 20% bis 50% der Dicke T des Flachmaterials 30 zu der Oberkante des Einsatzes 40. Dies hat zur Folge, dass das Stanzteil 31 zu mehr als 50% seiner Dicke T in den Einsatz 40 eingepresst ist, wenn sich der Stempel 10 an seinem unteren Endpunkt befindet. Hieraus ergibt sich auch, dass der Stempel 10 nicht in den Einsatz 40 eindringt.
Die in 1 dargestellten Höhen H₁, H₂, die Dicke T und der Abstand H₃ erstrecken sich auf dem Zeichnungsblatt von oben nach unten und verlaufen damit parallel zur Bewegungsrichtung 50 des Stempels 10.
Aufgrund der geometrischen Dimensionierung der Axialöffnung 41 des Einsatzes 40 wird das Stanzteil 31 in dem Einsatz 40 sicher eingeklemmt. Beim Einpressen des Stanzteils verformt sich der Einsatz leicht elastisch, sodass das Stanzteil 31 wie beschrieben in der Axialöffnung eingeklemmt bleibt. Die darunter liegenden, zuvor ausgestanzten Stanzteile 32, 33, 34 stoßen sich dann gegenseitig und fortlaufend durch die Axialöffnung 41 und fallen dann in ein nicht dargestelltes Auffanggefäß.
Der Einsatz 40 kann wahlweise aus einem Material bestehen, das weicher als das des Flachmaterials 30 ist. Hierdurch ergibt sich eine geringe Reibung beim Einpressen der Stanzteile in den Einsatz. Als Materialien kommen bspw. Kunststoffe, wie z.B. Epoxydharz, in Betracht. Beim Einpressen der Stanzteile 31, 32, 33, 34, 35 in den Einsatz 40 verformt sich der Einsatz 40 dann elastisch.
Wahlweise kann das Material des Einsatzes 40 auch härter als das des Flachmaterials 30 sein. In diesem Fall sorgt das harte Material des Einsatzes 40 für eine Kantenbearbeitung des Stanzteiles. Damit das Stanzteil 31, 32, 33, 34, 35 durch die Axialöffnung 41 des Einsatzes 40 hindurchgepresst wird, ist in diesem Fall unter Umständen eine geringfügige Verformung des Stanzteils erforderlich.
Da der Innendurchmesser der Bohrung 41 des Einsatzes 40 geringfügig kleiner als der Durchmesser D₁ des Stempels 10 ist, ergibt sich im Laufe der Zeit ein Verschleiß des Einsatzes 40. In diesem Fall kann der Einsatz 40 auf einfache Weise aus dem zweiten Abschnitt 28 der Ausnehmung 21 herausgezogen und durch einen neuen Einsatz 40 ersetzt werden. Durch die beschriebenen Abmaße ist ein sicheres Klemmen der aus dem Flachmaterial 30 herausgestanzten Stanzteile 31, 32, 33, 34, 35 sichergestellt.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer zweiten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Schnittwerkzeugs 1. Um das Zurückziehen des aus dem Flachmaterial 30 ausgestanzten Stanzteils 31 durch die ausgestanzte Öffnung des Flachmaterials 30 zu verhindern, ist eine mechanische Verengung 60 in der Ausnehmung 21 der Schneidmatrize 20 vorgesehen. Diese mechanische Verengung ist dynamisch durch den Stempel 10 oder einen externen Aktuator aktuierbar.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel führt die mechanische Verengung 60 durch einen federbetätigten Keil 61 zu einem Abstreifen des von dem Stempel 10 ausgestanzten Stanzteils 31. Lediglich beispielhaft sind zwei Keile 61 auf gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung 21 angeordnet. Beim Herunterfahren des Stempels 10 werden die Keile 61 durch das zuletzt ausgestanzte Stanzteil 31 unter Überwindung der Federkraft von mit den Keilen 61 verbundenen Federn 62 radial nach außen gedrückt. Die Federn stützen sich an ortsfesten Teilen 63 ab. Sobald die Schnittfläche 11 die Keilspitzen passiert hat, schieben sich diese aufgrund der Federkraft der Federn zwischen die Schnittfläche 11 des Stempels 10 und das ausgestanzte Stanzteil 31. Ermöglicht wird dies durch eine in der Figur nicht näher ersichtliche, durch das Stanzen bedingte Abrundung (sog. Einzugsradien) im Bereich der Schnittfläche, in welche die Keile 61 eingreifen können. Beim Zurückziehen des Stempels 10 wird das Stanzteil durch die Keile 61 zurückgehalten, die sich aufgrund der Federkraft der Federn 62 wieder in Richtung des Zentrums der Ausnehmung 21 schieben, zurückgehalten. Bei einem wiederholten Stanzprozess werden die nachfolgenden Stanzteile gegenseitig und fortlaufend nach unten in die Ausnehmung 21 gestoßen und fallen dann in ein nicht dargestelltes Auffanggefäß.
Die Aktuierung der Keile 61 kann anstelle der passiven Federn 62 auch durch Aktuatoren erfolgen. Beispielsweise kann hierzu ein Motor, eine Hydraulik oder ein mit dem Stempel gekoppelter Hebel vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Das zweite Ausführungsbeispiel der zweiten Variante gemäß 3 basiert ebenfalls auf einer mechanischen Verengung, wobei am unteren Endpunkt des Stempels (vgl. 3) eine Klemmung des soeben ausgestanzten Stanzteiles 31 bewirkt wird, die nach dem Zurückfahren und Lösen der Schnittfläche 11 von dem Stanzteil 31 aufgehoben wird. Durch die Schwerkraftwirkung oder durch ein nachfolgendes Stanzteil werden die Stanzteile dann nacheinander in die nicht dargestellte Auffangschale gestoßen. Zur Klemmung des Stanzteils 31 sind auch in dieser Ausgestaltungsform zwei gegenüber liegend angeordnete Halteelemente 64 vorgesehen, welche motorisch, hydraulisch oder über Hebel aktuiert sind (Bezugszeichen 65). Prinzipiell ist es ausreichend, wenn lediglich ein einziges Halteelement vorgesehen ist, welches das Stanzteil 31 dann zum Lösen von der Schnittfläche 11 des Stempels 10 gegen die Wandung der Ausnehmung 21 presst.
In einer weiteren, nicht dargestellten Alternative kann auch eine Mehrzahl an Halteelementen 64 vorgesehen sein.
Die Halteelemente 64 werden durch eine Feder, einen Motor, einen Hebel oder eine Hydraulik 65 aktuiert. Bevorzugt ist hierbei eine Synchronisation durch eine direkte mechanische Kopplung oder entsprechende elektronische Steuerung zur Bewegung des Stempels gegeben. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Aktuator 65 eine Bewegung des Stempels 10 über einen entsprechenden Umlenkmechanismus auf die Halteelemente 64 überträgt.
Wie in den beiden Varianten gemäß den 2 und 3 gezeigt, kann die Schneidmatrize eine senkrecht zur Achse des Stempels 10 zweigeteilte Schneidbuchse 23a, 23b umfassen, wobei die mechanische Verengung ausschließlich in der dem Stempel gegenüberliegenden Schneidbuchse 23b vorgesehen ist. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein signifikanter Kostenvorteil bei der Fertigung bzw. Herstellung der Schneidmatrize. Auf diese Weise können beispielsweise teuere und zeitaufwändige Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Senkerodieren, vermieden werden. Eine Fertigung der Schneidmatrize kann dann vollständig über, z.B. Drahterodieren erfolgen. Dies hat unter anderem auch den Vorteil, dass höhere Genauigkeiten und eine höhere Qualität der Scheidmatrize erzielbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der obere Teil der Schneidbuchse 23a aus einem hochwertigen (und somit einem teuren) Werkstoff, z.B. PM-Stahl oder Hartmetall, hergestellt werden kann, während der darunter liegende Teil der Schneidbuchse 23b aus einem Werkstoff geringerer bzw. angepasster Güte bzw. Qualität hergestellt werden kann. Insgesamt sind die Kosten im Vergleich zu einer herkömmlichen Schneidmatrize nur unwesentlich höher.
Bezugszeichenliste

1: Schnittwerkzeug
10: Stempel
11: Schnittfläche
20: Schneidmatrize
21: Ausnehmung
22: Schneidbuchse
23a: erster Teil der Schneidbuchse
23b: zweiter Teil der Schneidbuchse
26: Schneidspalt
27: erster Abschnitt der Ausnehmung
28: zweiter Abschnitt der Ausnehmung
30: Flachmaterial
31: Stanzteil
32: Stanzteil
33: Stanzteil
34: Stanzteil
35: Stanzteil
40: Einsatz
41: Axialöffnung
50: Bewegungsrichtung des Stempels
60: mechanische Verengung
61: Keil
62: Feder
63: Abstützung
64: Halteelement
65: Aktuator
H₁: Höhe
H₂: Höhe
H₃: Abstand
D₁: Außendurchmesser des Stempels
D₂: Innendurchmesser des Einsatzes
D₃: Innendurchmesser der Stanzbuchse
T: Dicke des Flachmaterials

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2651994 A1 [0005, 0015]
DE 3222440 C1 [0006]
US 5136907 A [0007]

Claims

Schnittwerkzeug (1) für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen (31, 32) aus einem Flachmaterial (30) mit einem Stempel (10) mit einer senkrecht zur Achse des Stempels (10) gelegenen Schnittfläche (11) der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteiles (31, 32) und einer Schneidmatrize (20) mit einer der Größe und der Form des Stempels (10) entsprechenden Ausnehmung (21), wobei zwischen dem Außenumfang des Stempels (10) und dem Innenumfang der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes (26) gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Stempel (10) gegenüberliegenden Seite ein zylindrischer Einsatz (40) mit einer axialen Öffnung (41) angeordnet ist, wobei die Öffnung (41) koaxial unter der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) angeordnet ist und eine gleiche Querschnittsform wie diese aufweist, wobei der Innendurchmesser der axialen Öffnung (41) des Einsatzes (40) geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Stempels (10) ist.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Außenumfang des Stempels (10) und dem Innenumfang des Einsatzes zwischen 40% und 70%, insbesondere etwa 50%, der Dicke des Schneidspalts beträgt.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (40) eine Höhe (H1) aufweist, welche in etwa dem drei- bis fünffachen der Dicke (T) des Flachmaterials entspricht.
Schnittwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (H2) der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) bis zu der dem Stempel (10) zugewandten Oberkante des Einsatzes 60% bis 80% der Dicke (T) des Flachmaterials beträgt.
Schnittwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (10) derart gelagert oder aktuiert ist, dass dieser während eines Stanzvorganges nicht in die axiale Öffnung (41) des Einsatzes (40) eindringt.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfläche (11) des Stempels (10) am unteren Endpunkt des Stempels (10) einen Abstand von 20% bis 50% der Dicke des Flachmaterials (30) von der Oberkante des Einsatzes (40) hat.
Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (40) aus einem Material besteht, das weicher als das des Flachmaterials (30) ist.
Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (40) aus einem Material besteht, das härter als das des Flachmaterials (30) ist.
Schnittwerkzeug (1) für Stanzmaschinen zum Ausstanzen von Stanzteilen (31, 32) aus einem Flachmaterial (30) mit einem Stempel (10) mit einer senkrecht zur Achse des Stempels (10) gelegenen Schnittfläche (11) der Größe und Form des auszustanzenden Stanzteiles (31, 32) und einer Schneidmatrize (20) mit einer der Größe und der Form des Stempels (10) entsprechenden Ausnehmung (21), wobei zwischen dem Außenumfang des Stempels (10) und dem Innenumfang der Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) eine geringe Differenz zur Ausbildung eines Schneidspaltes (26) gegeben ist, und wobei die Ausnehmung (21) der Schneidmatrize (20) eine mechanische Verengung (60) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verengung (60) dynamisch durch den Stempel (10) oder einen externen Aktuator aktuierbar ist.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verengung (60) durch eine Feder, einen Motor, einen Hebel oder eine Hydraulik aktuiert ist.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verengung (60) bei einer Rückzugsbewegung des Stempels (10) aus der Schneidmatrize (20) zu einem Abstreifen des von dem Stempel (10) ausgestanzten Stanzteils (31, 32, 33, 34) führt.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verengung (60) am unteren Endpunkt des Stempels (10) eine Klemmung des Stanzteils (31, 32, 33, 34) bewirkt, die nach dem Zurückfahren des Stempels (10) aufhebbar ist, wodurch das Stanzteil durch Schwerkraftwirkung in der, sich vorzugsweise konisch dem der Stanzöffnung entfernt erweiternde, Ausnehmung (21) nach unten fallen kann.
Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verengung (60) durch einseitig oder gegenüberliegend oder umlaufend angeordnete Haltelemente (64) herbeiführbar ist.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (64) synchronisiert zur Bewegung des Stempels (10) aktuiert sind.
Schnittwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Haltelemente (64) durch die Bewegung des Stempels (10) durch Hebel und/oder Umlenkungen erzeugt ist.
Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidmatrize (20) eine senkrecht zur Achse des Stempels (10) zweigeteilte Schneidbuchse (22) umfasst, wobei die mechanische Verengung ausschließlich in der dem Stempel (10) gegenüberliegenden Schneidbuchse (23b) vorgesehen ist.