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Die Erfindung betrifft eine Stanzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind aus der Druckschrift
EP 1 413 424 A1 bekannt. Diese zeigt eine Press- oder Stanzanlage mit einem Press- oder Stanzautomaten, der eine Maschinensteuerung aufweist und ein Gestell mit einer Aufspannplatte sowie ein relativ zur Aufspannplatte zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin- und herbewegbaren Stößel umfasst, der mittels einer Exzenterwelle antreibbar ist und dem eine Hubverstelleinrichtung zur Verstellung des Stößelhubs zugeordnet ist, und wobei die Vorschubeinrichtung zur Zuführung von Bandmaterial in den Bereich zwischen Stößel und Aufspannplatte zumindest ein elektromotorisch antreibbares Vorschubelement aufweist, dem eine von der Drehbewegung der Exzenterwelle abhängige Vorschubsteuerung zugeordnet ist.
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Gattungsgemäße Stanzeinrichtungen sind aus den Druckschriften
US 2 685 928 A und
GB 1 192 769 A bekannt.
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Eine Stanzeinrichtung mit mobiler Druckvorrichtung und Werkzeugvorrichtung zeigt hingegen die Druckschrift
DE 29 47 849 A1 , worin eine an einem Griffbereich handhabbare, mobile und elektrisch angetriebene Stanzmaschine offenbart ist. Die Stanzkraft wird dabei von einem hydraulisch angetriebenen Zylinder auf die Werkzeugvorrichtung aufgebracht. Zur Erzeugung des Hydraulikdrucks umfasst die Druckvorrichtung der Stanzmaschine eine von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 011 772 A1 zeigt hingegen eine Stanzeinrichtung, bei der die Stanzkraft von einem Elektromotor erzeugt wird. Der Elektromotor ist zur Übertragung der Stanzkraft mechanisch direkt mit der Werkzeugvorrichtung gekoppelt.
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In der Druckschrift
DE 197 31 222 A1 ist eine weitere Stanzeinrichtung mit elektromotorischer Druckvorrichtung beschrieben. Bei dieser Stanzeinrichtung werden während des Stanzvorgangs die Stromaufnahme und die Drehzahl des Elektromotors und/oder mittels eines Kraftsensors die Krafteinwirkung auf das Werkstück gemessen.
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Bei der Herstellung von hoch genau positionierten Durchbrechungen in Werkstücken mit aufwendigen räumlichen Geometrien, beispielsweise Fahrzeugachsen, sind die erforderlichen Stanzeinrichtungen in der Regel Sonderanfertigungen, die somit untereinander nicht austauschbar sind. Dies führt zu einem Zielkonflikt hinsichtlich des hohen Aufwands bei der Beschaffung und der Vorhaltung von Ersatzteilen einerseits und zu einem Zielkonflikt bei der zu erreichenden Genauigkeit bei der Positionierung jeder Durchbrechung andererseits.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Herstellung jeder Durchbrechung mit einer hohen, wiederholbaren Positioniergenauigkeit ermöglicht wird und zugleich der Aufwand für die Bereitstellung einer derartigen Stanzeinrichtung reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Hierdurch ist es möglich, eine hoch genaue Positionierung der Werkzeugvorrichtung und damit der Durchbrechung zu realisieren. Durch den zusätzlich zur Druckvorrichtung vorgesehenen Druckapparat ist im Gegensatz zum Stand der Technik eine Trennung von Positionierung des Werkzeugs, einschließlich des Haltens der exakten Position während des Stanzvorgangs, und Aufbringen der Stanzkraft möglich. Im Stand der Technik erfolgt die Fixierung von Werkzeugvorrichtung und Werkstück aneinander mittels der Druckvorrichtung. Die von der Druckvorrichtung beim Stanzvorgang aufgebrachte hohe Stanzkraft kann zu einem Deformieren des Werkstücks oder einem Deplatzieren der Werkzeugvorrichtung führen, was die Genauigkeit der Position der Durchbrechung mindert.
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Durch die Trennung der Funktionen ‚Positionierung des Werkzeugs‘ und ‚Aufbringen der Stanzkraft‘ ist es möglich, dass der Druckapparat und die Druckvorrichtung voneinander unabhängig ausgeführt sind. Durch die Verwendung separater Antriebe, Ansteuerungen und Mechaniken können einzelne Elemente der Stanzeinrichtung hinsichtlich ihrer Abmaße kleiner und/oder leichter ausgeführt werden. Dies kann einerseits die Positionierung erleichtern und andererseits ist es möglich, in einer Stanzeinrichtung mehrere Druckvorrichtungen und/oder Werkzeugvorrichtungen vorzusehen, bei denen insbesondere eine Druckvorrichtung an mehreren Werkzeugvorrichtungen eingesetzt wird. Hierdurch wird die Einsatzflexibilität der Stanzeinrichtung erhöht. Der Aufwand für Beschaffung und Ersatzteilhaltung mindert sich mit zunehmender Austauschbarkeit der einzelnen Elemente der Stanzeinrichtung.
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Idealerweise ist es durch das erfindungsgemäße Trennungsprinzip möglich, eine Stanzeinrichtung zu schaffen, deren einzelne Elemente nach der Art eines universellen Baukastens für jede Aufgabe neu zusammengestellt werden können. Bei einem Schadensfall kann dann das schadhafte Element material- und zeitsparend ausgetauscht werden.
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Die Druckvorrichtung und/oder der Druckapparat sind vorzugsweise elektrisch angetrieben. Hierdurch ist eine präzise Regelung der Stanzkraft und/oder Haltekraft beziehungsweise der Stellwege möglich. Gemäß einer Ausführungsform kann der Druckapparat der Werkzeugvorrichtung auch pneumatisch und/oder hydraulisch betrieben sein.
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Als vorteilhaft erwiesen hat es sich, dass die Werkzeugvorrichtung und die Druckvorrichtung als voneinander getrennt relativ zu dem Werkstück positionierbare Elemente ausgeführt sind. Hierdurch ist es möglich, dass bei einem Werkstück, an dem mehrere Werkzeugvorrichtungen gleichzeitig fixiert werden, weniger Druckvorrichtungen als Werkzeugvorrichtungen, beispielsweise nur eine einzige Druckvorrichtung, vorgesehen sind. Dabei werden die Druckvorrichtungen vor allem zeitlich von den Werkzeugvorrichtungen getrennt relativ zu dem Werkstück positioniert. Hierdurch werden die Einsatzflexibilität der Stanzeinrichtung erhöht und der Aufwand für die Bereitstellung der Stanzeinrichtung, insbesondere der Aufwand für die Beschaffung der Stanzeinrichtung und die Vorhaltung von Ersatzteilen für die Stanzeinrichtung, reduziert. Gleichermaßen wird die Verfügbarkeit der Stanzeinrichtung erhöht.
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Idealerweise ist die Druckvorrichtung relativ zu der Werkzeugvorrichtung beweglich ausgeführt. In einer für die Serienfertigung bevorzugten Ausführungsform hat die Stanzeinrichtung einen Werktisch, auf dem das Werkstück positioniert und gehalten wird. Dann werden die Werkzeugvorrichtungen an dem Werkstück positioniert und fixiert. Danach wird die Druckvorrichtung an die einzelnen Werkzeugvorrichtungen herangeführt und betätigt. In Abhängigkeit der Anzahl der Werkzeugvorrichtungen und der gewünschten Taktzeit werden nur eine oder mehrere Druckvorrichtungen beziehungsweise Werkzeugvorrichtungen vorgesehen. Sind alle Durchbrechungen an dem Werkstück erzeugt und die Werkzeugvorrichtungen wieder von dem Werkstück gelöst worden, wird das Werkstück von dem Werktisch entnommen. Die Stanzeinrichtung kann nun ein weiteres Werkstück bearbeiten.
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Dadurch, dass jede Werkzeugvorrichtung selbstständig und insbesondere kinematisch unabhängig von einer Druckvorrichtung und/oder dem Werktisch an dem Werkstück gehalten ist, können erstens mehrere Werkzeugvorrichtungen sowohl einzeln und beliebig nacheinander als auch in Gruppen oder alle zugleich an dem Werkstück positioniert und fixiert beziehungsweise gelöst und von der Arbeitsposition wegbewegt werden. Zweitens ist auch das Heranführen einer Druckvorrichtung an eine Werkzeugvorrichtung, das Betätigen der Druckvorrichtung und das Wegführen der Druckvorrichtung von der Werkzeugvorrichtung unabhängig von der Bewegung und Betätigung der Werkzeugvorrichtung möglich.
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Drittens kann durch die Merkmale der Erfindung, insbesondere durch die Trennung von Positionierung des Werkzeugs und Aufbringen der Stanzkraft, eine Durchbrechung mit geringer Toleranz erzeugt werden. Durch das von der Stanzkraft insbesondere kinematisch unabhängige hoch genaue Positionieren und Halten der Werkzeugvorrichtung an der Arbeitsposition am Werkstück kann eine gegenüber dem Stand der Technik geringere Toleranz erzielt werden. Diese Genauigkeit ist auch bei einer beliebigen Anzahl an Wiederholungen durch die Erfindung möglich.
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Als besonders günstig hat sich erwiesen, dass jede Werkzeugvorrichtung und/oder jede Druckvorrichtung ein Verbindungselement zur Anordnung der Werkzeugvorrichtung beziehungsweise der Druckvorrichtung an einer Handhabungseinrichtung, beispielsweise einem Roboter, aufweist. Selbstverständlich können an einer Handhabungseinrichtung mehrere Werkzeugvorrichtungen und/oder Druckvorrichtungen angeordnet sein. Vorzugsweise nimmt eine Handhabungseinrichtung zeitgleich nur eine Werkzeugvorrichtung und/oder eine Druckvorrichtung auf.
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Durch die Verwendung eines frei programmierbaren Roboters als Handhabungseinrichtung ist es möglich, die Stanzpositionen und insbesondere die Bewegung von Werkzeugvorrichtung und/oder Druckvorrichtung relativ zueinander und zum Werkstück frei festzulegen. Auch hierdurch sind einzelne Stanzpositionen leichter erreichbar.
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Das Verbindungselement ist in idealer Weise als eine Schnellkupplung ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, bei einem Werkstück, an dem unterschiedliche Werkzeugvorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Erzeugung von Durchbrechungen unterschiedlicher Geometrie, mittels einer Handhabungseinrichtung nacheinander unterschiedliche Werkzeugvorrichtungen an die jeweilige Arbeitsposition am Werkstück zu führen.
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Sind in einem Werkstück mehrere geometrisch identische Durchbrechungen herzustellen, braucht bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Stanzeinrichtung nur eine Werkzeugvorrichtung vorgehalten werden. Diese eine Werkzeugvorrichtung wird von einer Handhabungseinrichtung nacheinander zu den einzelnen Arbeitspositionen an dem Werkstück bewegt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Verbindungselement im Massenschwerpunkt der Werkzeugvorrichtung und/oder der Druckvorrichtung angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Werkzeugvorrichtung und/oder Druckvorrichtung mit geringem Kraftaufwand zu bewegen und zu positionieren. Auch kann die Handhabungseinrichtung kleiner dimensioniert werden. Dies alles erleichtert es, die hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Werkzeugvorrichtung zu erzielen und/oder die Geschwindigkeit beim Bewegen der Werkzeugvorrichtung und/oder der Druckvorrichtung zu erhöhen. Dies ist insbesondere bei der Bewegung der Druckvorrichtung vorteilhaft, da diese eine große Masse hat, welche von der Handhabungseinrichtung, insbesondere dem Arm eines Roboters, bewegt werden muss.
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Weiterhin ist es möglich, dass eine Werkzeugvorrichtung und/oder eine Druckvorrichtung an einem insbesondere ortsfesten Gestell und/oder Werktisch der Stanzeinrichtung montiert ist. Diese Werkzeugvorrichtung und/oder Druckvorrichtung ist als Funktionselement relativ zu dem Gestell und/oder Werktisch nicht beweglich.
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Vorgesehen ist es, dass die Werkzeugvorrichtung und/oder die Druckvorrichtung an der Handhabungseinrichtung, dem Gestell oder an dem Werktisch schwimmend gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Fixierung der Werkzeugvorrichtung beziehungsweise das Aufbringen der Stanzkraft durch die Druckvorrichtung verkantungsfrei an dem Werkstück möglich ist. So wird vermieden, dass ungewollte Kräfte und Momente in das Werkstück eingeleitet werden und dieses elastisch und/oder plastisch verformen oder gar beschädigen.
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Die Werkzeugvorrichtung und/oder die Druckvorrichtung sind durch die Verwendung eines Lagers zwischen dem Verbindungselement und der Werkzeugvorrichtung beziehungsweise der Druckvorrichtung zumindest entlang einer zur Stanzrichtung parallel orientierten Achse schwimmend gelagert. Das Lager ermöglicht innerhalb festgelegter Grenzen eine translatorische Bewegung der Werkzeugvorrichtung beziehungsweise der Druckvorrichtung relativ zu dem Verbindungselement. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager eine Linearführung.
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In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Lager eine schaltbare Verriegelungseinrichtung. Mittels der Verriegelungseinrichtung kann die schwimmende Lagerung zeitweilig unterbrochen werden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise bei der Bewegung der Werkzeugvorrichtung und/oder der Druckvorrichtung mit der Handhabungseinrichtung, die schwimmende Lagerung zu deaktivieren und für die Positionierung die schwimmende Lagerung zu aktivieren.
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Die Druckvorrichtung umfasst einen Energiewandler, welcher den erforderlichen Stanzdruck erzeugt, und eine Übertragungseinrichtung, welche den Stanzdruck auf die Werkzeugvorrichtung überträgt. Die Übertragungseinrichtung besteht aus einem Bügel welcher die Werkzeugvorrichtung umgreift und an dessen Enden einander zugewandte axial ausgerichtete Übertragungsflächen angeordnet sind. Die Übertragungsflächen liegen beim Stanzvorgang an der Werkzeugvorrichtung an und übertragen den Stanzdruck auf die Werkzeugvorrichtung. Durch die Ausgestaltung der Druckvorrichtung mit einem Bügel ist es möglich, dass der Kraftfluss über einen kurzen und einfachen Weg geführt werden kann. Dies ermöglicht es, die Druckvorrichtung mit gegenüber dem Stand der Technik geringen Abmaßen und geringer Masse bei zugleich hohen übertragbaren Stanzkräften auszuführen. Eine leichte und/oder kleine Druckvorrichtung kann einfach, schnell und exakt von einer Handhabungseinrichtung bewegt und positioniert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Druckvorrichtung ist eine der Übertragungsflächen fest mit einem Ende des Bügels verbunden und die andere der Übertragungsflächen ist Bestandteil eines von dem Energiewandler angetriebenen Druckstifts. Hierbei wird der Druckstift beim Stanzvorgang relativ zu dem Bügel bewegt. Die fest mit einem Ende des Bügels verbundene Übertragungsfläche dient als Widerlager.
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Bei einer anderen Ausführungsform hat die Druckvorrichtung an jedem der beiden Enden des Bügels einen Druckstift und jedem Druckstift ist ein eigener Energiewandler zugeordnet.
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Aufgrund der schwimmenden Lagerung der Druckvorrichtung bewegen sich beim Stanzvorgang der Energiewandler und der Bügel mit beiden Übertragungsflächen relativ zu dem Werkstück.
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Der Energiewandler ist vorzugsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Servomotor. Durch die Nutzung eines Elektromotors ist es möglich, bei dem Stanzvorgang den Weg des Druckstifts sowie die Spannung und die Stromstärke des Elektromotors zu erfassen. Die Prozessüberwachung und Selbsterkennung von Störgrößen erlaubt Rückschlüsse auf die Qualität der erzeugten Durchbrechung und auf die Abnutzung des Stempels und/oder der Matrize und/oder des Niederhalters der Werkzeugvorrichtung. Beispielsweise steigt bei zunehmender Abnutzung des Stempels der Strom. Auch kann ein gebrochener Stempel durch den geringen Stromfluss beim Rückhub erkannt werden. Darüber hinaus ist es möglich, zu erkennen, dass keine Durchbrechung erzeugt wurde, wenn kein Strom geflossen ist. Gegenüber der herkömmlich verwendeten Hydraulik zur Erzeugung der Stanzkraft wird mittels des Elektromotors eine Energieeinsparung erzielt. Darüber hinaus kann auf die Verwendung von umweltschädlichem Hydrauliköl verzichtet werden.
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Als Energiewandler kann aber alternativ auch ein Hydraulikstempel eingesetzt werden. Dies bietet sich insbesondere bei einer nachträglichen Umrüstung einer Stanzeinrichtung an.
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Vorzugsweise umfasst die Druckvorrichtung zumindest einen Druckstift und der Stempel zumindest ein Schneidstück und ein Druckstück. Das Druckstück und der Druckstift sind zum Anlegen aneinander vorgesehen. Dazu weisen das Druckstück und bei bestimmten Ausführungsformen auch die Matrize beziehungsweise ein Druckapparat der Werkzeugvorrichtung eine Übertragungsfläche auf, welche zum Anlegen des Bügels daran vorgesehen ist. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass die Übertragungsflächen, insbesondere von Druckstück und/oder Druckstift, ballig ausgeführt sind. Durch die ballige Ausführung der Übertragungsflächen ist es möglich, die vorzugsweise von einem Roboter geführte Druckvorrichtung ohne Auswirkung auf das Stanzergebnis mit einer hohen Toleranz an der Werkzeugvorrichtung zu positionieren, da aufgrund der Balligkeit die Kraftübertragung stets flächennormal und somit frei von Dreh- und/oder Torsionsmomenten erfolgt. Im Gegensatz zu der erforderlichen hohen Genauigkeit bei dem Positionieren der Werkzeugvorrichtung kann bei der Erfindung die Druckvorrichtung mit einer Toleranz positioniert werden, welche der Fläche der Durchbrechung entspricht.
bei einer Übertragungsfläche mit einem Durchmesser von 4 Zentimetern mit einer Toleranz von bis zu 2 Zentimetern positioniert werden. Die Balligkeit der Übertragungsfläche hat vorzugsweise einen Radius zwischen 10 Zentimetern und 2 Metern.
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Erfindungsgemäß ist die Werkzeugvorrichtung vorgesehen für die Erzeugung von Durchbrechungen in einem schachtartig ausgestalteten Abschnitt des Werkstücks. Bei dieser Ausführungsform bestehen der Druckapparat und/oder die Matrize aus einer zweiteiligen oder dreiteiligen Keileinrichtung. Diese Keileinrichtung ermöglicht eine Fixierung der Werkzeugvorrichtung in dem schachtartig ausgebildeten Abschnitt des Werkstücks. Da die an dem Werkstück anliegenden Flächen der Keileinrichtung zugleich als Matrize und/oder Matrizenhalter dienen, wird der Raum für den Stempel und den Niederhalter nicht eingeschränkt.
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Bei einer Weiterbildung der Werkzeugvorrichtung ist die Keileinrichtung gegenüber der übrigen Werkzeugvorrichtung, insbesondere gegenüber dem Stempel und/oder dem Niederhalter schwimmend gelagert.
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Die Keileinrichtung ist so ausgestaltet, dass zumindest zwei Teile der Keileinrichtung gegeneinander, relativ zueinander und translatorisch entlang einer Bewegungsachse verschieblich ausgeführt sind, wobei jede derer Berührungsflächen mit der Bewegungsachse einen Winkel einschließen. Üblicherweise ist der Winkel des Keils kleiner oder gleich 15°. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen 7° und 2°, insbesondere kleiner oder gleich 6° gewählt.
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Vorzugsweise umfasst die Keileinrichtung drei Teile - zwei außen angeordnete, auf das Werkstück wirkende und gegebenenfalls als Matrize und/oder Matrizenhalter genutzte Backen und einen zwischen den Backen angeordneten Schieber. Der Schieber hat einen keilförmigen Querschnitt, wobei die Berührungsflächen von Backen und Schieber in sich schneidenden Ebenen liegen.
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Bei einem Werkstück ohne schachtartig ausgestalteten Abschnitt, beispielsweise bei einem Werkstück mit einem laschenartigen Abschnitt, in den die Durchbrechung eingebracht werden soll, ist eine Keileinrichtung nicht erforderlich. Die Fixierung der Werkzeugvorrichtung an dem Werkstück erfolgt im Regelfall erfindungsgemäß durch das Andrücken von Niederhalter und Matrize an das Werkstück.
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Vorteilhaft ist es, dass die Werkzeugvorrichtung für die Erzeugung von zwei konzentrischen Durchbrechungen in den beiden Flügeln eines schachtartig ausgebildeten Werkstücks zwei achsparallel und gegenläufig orientiert angeordnete Stempel und/oder Niederhalter aufweist. Die axial beabstandeten, vorzugsweise deckungsgleichen Durchbrechungen werden zeitgleich oder nacheinander mittels der beiden Stempel einer Werkzeugvorrichtung erzeugt. Dabei ist die Keileinrichtung zwischen den zwei Stempeln beziehungsweise Niederhaltern angeordnet. Die einzelnen Teile wie zum Beispiel Stempel, Niederhalter, Matrize und/oder Keileinrichtung sind nach dem Prinzip eines Baukastens austauschbar gestaltet, sodass zur Erzeugung einer Durchbrechung mit anderen Geometrien lediglich der Stempel und die Matrize, möglicherweise auch der Niederhalter, jedoch nicht die gesamte Werkzeugvorrichtung oder gar die vollständige Stanzeinrichtung geändert und/oder ausgetauscht werden muss.
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Es können mit mehreren der Elemente der Stanzeinrichtung Baugruppen gebildet werden. Beispielsweise ist es möglich, für jedes unterschiedliche Werkstück, beispielsweise Fahrzeugachsen, einen individuellen Werktisch mit daran befestigten Werkzeugvorrichtungen und/oder Druckvorrichtungen als Baugruppe bereitzuhalten. Bei einem Produktwechsel in der Fertigung braucht dann nur diese Baugruppe, also der Werktisch ausgetauscht werden. Ein Werktisch wird im Stand der Technik auch Aufspannplatte genannt.
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Die einzelnen Merkmale der Erfindung tragen für sich und/oder gemeinsam dazu bei, dass die Vorrichtung und/oder das Verfahren gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht wird. Insbesondere die nun mögliche universelle Ausgestaltung der Elemente bei einer im Vergleich zum Stand der Technik hohen Anzahl an Gleichteilen ermöglicht eine modulare Stanzeinrichtung. Dabei sind die einzelnen Elemente wie bei einem Baukasten austauschbar.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem nach der Positionierung von Werkstück und Werkzeugvorrichtung zueinander und vor der Betätigung der Druckvorrichtung Werkstück und Werkzeugvorrichtung insbesondere mittels eines von der Druckvorrichtung unabhängigen Druckapparats aneinander fixiert werden. Das Fixieren ist ein lösbares Halten der Werkzeugvorrichtung an dem Werkstück. Dieses unabhängige Halten, losgelöst von dem Aufbringen der Stanzkraft und ohne die für die Erzeugung der Stanzkraft erforderlichen Elemente, ermöglicht die Beibehaltung der mit hoher Genauigkeit eingenommenen Arbeitsposition auch während des Stanzvorgangs. Dies ermöglicht die Herstellung einer Durchbrechung mit einer hohen, wiederholbaren Positioniergenauigkeit.
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Vorteilhaft ist es, dass eine beispielsweise einzige Druckvorrichtung nacheinander zu unterschiedlichen Werkzeugvorrichtungen einer Stanzeinrichtung bewegt und an diesen Werkzeugvorrichtungen betätigt wird. Die Stanzeinrichtung kann auch mehrere Druckvorrichtungen umfassen, insbesondere dann, wenn dies aufgrund der engen Taktzeit geboten ist. Dieses Verfahren ermöglicht die Reduzierung des Aufwands für die Bereitstellung einer derartigen Stanzeinrichtung.
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Bevor an einer der Werkzeugvorrichtungen eine Druckvorrichtung betätigt wird, wird die Werkzeugvorrichtung fixiert. Erst nach der Betätigung wird die Werkzeugvorrichtung gelöst. Vorzugsweise werden alle Werkzeugvorrichtungen einer Stanzeinrichtung zugleich an dem Werkstück fixiert, dann nacheinander die Druckvorrichtung an den einzelnen Werkzeugvorrichtungen betätigt und schließlich werden alle Werkzeugvorrichtungen zeitgleich von dem Werkstück gelöst.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung einer Stanzeinrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Stanzeinrichtung in einer Seitenansicht;
- 3 eine schematische Darstellung der in den 1 und 2 gezeigten Stanzeinrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung der in den 1 bis 3 gezeigten Stanzeinrichtung;
- 5 eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Werkzeugvorrichtung der in den 1 bis 4 gezeigten Stanzeinrichtung;
- 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Werkzeugvorrichtung der in den 1 bis 4 gezeigten Stanzeinrichtung;
- 7 eine schematische Darstellung des Ausgangszustands des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung;
- 8 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung, insbesondere das Positionieren der Werkzeugvorrichtung;
- 9 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung, insbesondere das Fixieren der Werkzeugvorrichtung;
- 10 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung;
- 11 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung, insbesondere das Positionieren der Druckvorrichtung;
- 12 eine schematische Darstellung des Stanzvorgangs des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung;
- 13 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung, insbesondere das Entfernen der Druckvorrichtung;
- 14 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung, insbesondere das Lösen der Werkzeugvorrichtung;
- 15 eine schematische Darstellung des Endzustands des Verfahrens zur Herstellung einer Durchbrechung.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Stanzeinrichtung 1. Die Stanzeinrichtung 1 umfasst eine Druckvorrichtung 2, mehrere Werkzeugvorrichtungen 3 und einen Werktisch 4. An dem Werktisch 4 ist ein Werkstück 5 zur Bearbeitung durch die Stanzeinrichtung 1 angeordnet. Die Druckvorrichtung 2 ist zur Aufbringung der Stanzkraft vorgesehen und hat ein Verbindungselement 6, mittels dessen die Druckvorrichtung 2 mit einer Handhabungseinrichtung 7 verbunden ist. Die Werkzeugvorrichtung 3 dient der Erzeugung wenigstens einer in den 12 bis 15 gezeigten Durchbrechung 8 in dem Werkstück 5. Das dargestellte Werkstück 5 ist eine Fahrzeugachse und die Stanzeinrichtung 1 ist bevorzugt dafür vorgesehen, in einem schachtartig ausgeführten Kinematikflansch der Fahrzeugachse zwei planparallele, koaxiale, einen axialen Abstand aufweisende Durchbrechungen 8 herzustellen.
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2 zeigt eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Stanzeinrichtung 1. Bei dieser Stanzeinrichtung 1 umfasst die Werkzeugvorrichtung 3 einen Druckapparat 9. Mittels des Druckapparats 9 kann eine Haltekraft erzeugt werden, welche ein lösbares Fixieren von Werkzeugvorrichtung 3 und Werkstück 5 aneinander und insbesondere unabhängig von der Druckvorrichtung 2 ermöglicht. Hierdurch sind das Aufbringen der Stanzkraft und die Positionierung beziehungsweise Fixierung des Werkzeugs an dem Werkstück 5 kinematisch und hinsichtlich des Arbeitsprozesses voneinander getrennt und unabhängig realisierbar. Die Werkzeugvorrichtung 3 umfasst weiterhin einen Stempel 10, einen Niederhalter 11 und eine Matrize 12. Die Druckvorrichtung 2 umfasst einen Energiewandler 13 und eine Übertragungseinrichtung 14. Die Übertragungseinrichtung 14 überträgt den Stanzdruck auf die Werkzeugvorrichtung 3. Die Übertragungseinrichtung 14 besteht aus einem Bügel 15, einem Druckstift 17 und Übertragungsflächen 16. Der Bügel 15 umgreift die Werkzeugvorrichtung 3. An den Enden des Bügels 15 sind die einander zugewandten, axial ausgerichteten Übertragungsflächen 16 angeordnet. Der Energiewandler 13 erzeugt den erforderlichen Stanzdruck. Dem in den 7 bis 14 näher erläuterten Druckstift 17 ist eine der Übertragungsflächen 16 zugeordnet.
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3 zeigt den Werktisch 4 der in den 1 und 2 dargestellten Stanzeinrichtung 1 mit einem daran angeordneten Werkstück 5. Die Stanzeinrichtung 1 umfasst fünf Werkzeugvorrichtungen 3, wovon vier an dem Werktisch 4 befestigt sind und die fünfte Werkzeugvorrichtung 3 an einem nicht weiter dargestellten Gestell der Stanzeinrichtung 1 befestigt ist oder von einer weiteren, nicht dargestellten Handhabungseinrichtung geführt wird.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in 2 gezeigten Seitenansicht der Stanzeinrichtung 1. In dem Ausschnitt ist der Bügel 15 der Druckvorrichtung 2 zu erkennen. Der Bügel 15 ist mit seinen beiden Enden die Werkzeugvorrichtung 3 einschließend an der Werkzeugvorrichtung 3 positioniert. Die Werkzeugvorrichtung 3 und die Druckvorrichtung 2 sind als voneinander getrennt, relativ zu dem Werkstück positionierbare Elemente ausgeführt. Die Übertragungsvorrichtung 14 der Druckvorrichtung 2 umfasst einen Druckstift 17 mit der Übertragungsfläche 16. Der Druckstift 17 wird von dem in den 1 und 2 gezeigten Energiewandler 13 bewegt. Die dargestellte Werkzeugvorrichtung 3 besteht aus einem Druckapparat 9 und zwei Stempeln 10, zwei Niederhaltern 11 und zwei Matrizen 12. Jeder Stempel 10 hat zumindest ein in den 7 bis 15 gezeigtes und hier von dem Niederhalter 11 verdecktes Schneidstück 18 und ein Druckstück 19. Die Druckstücke 19 sind zum Anlegen an den Übertragungsflächen 16 des Bügels 15 vorgesehen. Die Übertragungsflächen 16 sind ballig ausgeführt. Jeder der Stempel 10 und der dem jeweiligen Stempel 10 zugeordnete Niederhalter 11 sind beweglich an einem Werkzeugträger 20 angeordnet. Die Werkzeugträger 20 sind unabhängig voneinander relativ zu dem Druckapparat 9 schwimmend translatorisch beweglich. Der Druckapparat 9 der Werkzeugvorrichtung 3 besteht aus einer dreiteiligen Keileinrichtung. Zur Fixierung der Werkzeugvorrichtung 3 an dem Werkstück 5 sind zwei außen angeordnete, auf das Werkstück wirkende und als Matrize 12 genutzte Backen 22 vorgesehen. Zwischen den Backen 22 beziehungsweise Matrizen 12 ist ein Schieber 21 an der Keileinrichtung angeordnet. Der Schieber 21 hat einen keilförmigen Querschnitt, wobei die Berührungsflächen von Backen 22 und Schieber 21 in sich schneidenden Ebenen liegen. Der Schieber 21 ist relativ zu den Backen 22 der Keileinrichtung verschieblich ausgeführt, sodass eine translatorische Bewegung des Schiebers 21 den Abstand der Backen 22 zueinander verändert und so das Fixieren und Lösen der Werkzeugvorrichtung 3 an dem in dieser Figur nicht dargestellten Werkstück 5 ermöglicht. Die beiden Stempel 10 und die beiden Niederhalter 11 sind zur Erzeugung von zwei deckungsgleichen Durchbrechungen 8 in den beiden Flügeln eines schachtartig ausgebildeten Abschnitts des Werkstücks 5 achsparallel und gegenläufig orientiert angeordnet.
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5 zeigt eine erste Variante einer Werkzeugvorrichtung 3 für eine der in den 1 bis 4 gezeigten Stanzeinrichtung 1. Diese Variante hat eine Werkzeugvorrichtung 3 und nur einen Stempel 10 zur Erzeugung lediglich einer Durchbrechung 8. Der Druckapparat 9 umfasst einen Schieber 21, auf der dem Stempel 10 zugewandten Seite des Schiebers 21 eine als Matrize 12 ausgeführte Backe 22 und auf der dem Stempel 10 abgewandten Seite des Schiebers 21 eine einfache Backe 22. Die Backen 22 liegen an den Flügeln des schachtartigen Abschnitts des Werkstücks 5 an und fixieren so die Werkzeugvorrichtung 3 und das Werkstück 5 aneinander.
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6 zeigt eine zweite Variante einer Werkzeugvorrichtung 3, welche sich von der in 5 gezeigten ersten Variante dahingehend unterscheidet, dass die Werkzeugvorrichtung 3 der zweiten Variante zwei Stempel 10 zur Erzeugung von zwei Durchbrechungen 8 umfasst.
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Die 7 bis 17 zeigen die einzelnen Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Durchbrechung 8 in einem Werkstück 5 mittels einer Stanzeinrichtung 1, wie sie in den 1 bis 4 dargestellt ist. Das dargestellte Werkstück 5 ist ein als Kinematikflansch vorgesehener schachtartiger Abschnitt einer Fahrzeugachse.
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7 zeigt den Ausgangszustand für das Verfahren. Dabei ist ein Werkstück 5 an der Stanzeinrichtung 1, insbesondere an dem nicht dargestellten Werktisch 4 angeordnet.
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8 zeigt, wie anschließend die Werkzeugvorrichtung 3 relativ zu dem Werkstück 5 positioniert wird. Dabei wird der Druckapparat 9 zwischen den Flügeln des schachtartigen Abschnitts positioniert, während die Werkzeugträger 20 mit den Stempeln 10, den Stempelhaltern 23 und den Niederhaltern 11 außerhalb des schachtartigen Abschnitts an dem Werkstück 5 positioniert werden.
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9 zeigt das folgende Fixieren von Werkzeugvorrichtung 3 und Werkstück 5 aneinander. Dazu wird der Schieber 21 des als Keileinrichtung ausgeführten Druckapparats 9 relativ zu den Backen 22 des Druckapparats 9 bewegt. Aufgrund der Keilform des Schiebers 21 werden die Backen 22 in dem Schacht gegen das Werkstück 5 gedrückt. Werkstück 5 und Werkzeugvorrichtung 3 werden so formschlüssig und/oder kraftschlüssig aneinander gehalten.
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10 zeigt als nächstes, dass der Niederhalter 11 und der Stempelhalter 23 an das Werkstück 5 herangefahren werden.
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11 zeigt nun, dass die von der Handhabungseinrichtung 7 geführte Druckvorrichtung 2 in eine Position bewegt wird, bei der der Bügel 15 der Druckvorrichtung 2 die Werkzeugvorrichtung 3 umgreift.
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12 zeigt dann den Stanzvorgang. Dabei wird die Druckvorrichtung 2 zum Aufbringen der Stanzkraft betätigt, wobei vom Energiewandler 13 angetrieben der Druckstift 17 auf das gegenüberliegende Ende des Bügels 15 zu bewegt wird. Durch dieses Schließen des Bügels 15 liegen beide Übertragungsflächen 16 des Bügels 15 an den Druckstücken 19 der Stempel 10 an und bewegen diese aufeinander beziehungsweise auf das Werkstück 5 beziehungsweise auf die als Matrizen 12 ausgeführten Backen 22 zu. Dabei gerät dann das Schneidstück 18 des Stempels 10 mit dem Werkstück 5 in Eingriff und erzeugt die Durchbrechung 8.
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13 zeigt die Stanzeinrichtung 1 unmittelbar nach dem Stanzvorgang. Nun wird wieder angetrieben vom Energiewandler 13 der Bügel 15 geöffnet, wobei der Druckstift 17 in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Ist der Bügel 15 ausreichend weit geöffnet, wird die Druckvorrichtung 2 von der Werkzeugvorrichtung 3 wegbewegt.
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14 zeigt schließlich, dass der Stempel 10 aus dem Werkstück 5, genauer aus der Durchbrechung 8 des Werkstücks 5 gezogen wird. Weiterhin wird der Schieber 21 zurückgefahren und so die Fixierung von Werkstück 5 und Werkzeugvorrichtung 3 gelöst. Ist dies beides erfolgt, wird die Werkzeugvorrichtung 3 insgesamt beziehungsweise der Niederhalter 11 und/oder der Druckapparat 9 von dem Werkstück 5 wegbewegt.
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15 zeigt den Endzustand des Verfahrens. Das nunmehr mit Durchbrechungen 8 ausgestattete Werkstück 5 wird der Stanzeinrichtung 1 entnommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzeinrichtung
- 2
- Druckvorrichtung
- 3
- Werkzeugvorrichtung
- 4
- Werktisch
- 5
- Werkstück
- 6
- Verbindungselement
- 7
- Handhabungseinrichtung
- 8
- Durchbrechung
- 9
- Druckapparat
- 10
- Stempel
- 11
- Niederhalter
- 12
- Matrize
- 13
- Energiewandler
- 14
- Übertragungseinrichtung
- 15
- Bügel
- 16
- Übertragungsfläche
- 17
- Druckstift
- 18
- Schneidstück
- 19
- Druckstück
- 20
- Werkzeugträger
- 21
- Schieber
- 22
- Backen
- 23
- Stempelhalter
