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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Übertragung von Ausziehkräften eines Stanzstempels auf eine Stempelhalteplatte für ein Stanzwerkzeug.
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Neben der konstruktiven Notwendigkeit, die oftmals sehr hohen Stanzkräfte in einem Stanzwerkzeug auf den Stanzstempel zu übertragen, wofür praktisch ausschließlich formschlüssige Lösungen vorgesehen sind, ist es auch notwendig, die teilweise beträchtlichen Auszugskräfte beim Rückholen des Stanzstempels sicher zu übertragen, ohne das Stanzwerkzeug oder den Stanzstempel zu beschädigen. Die Ausziehkräfte können beträchtlich sein und je nach Art der gestanzten Öffnungen bis zu 30% der eigentlichen Stanzkraft betragen. Aus diesem Grund wird der Stanzstempel meist derart im Stanzwerkzeug verankert, dass auch in der Rückholrichtung ein Formschluss gegeben ist. Einige gebräuchliche Lösungen mit einem derartigen Formschluss zur Übertragung der Rückholkräfte werden im Rahmen der Beispielsbeschreibung näher erörtert.
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Problematisch sind derartige Lösungen bei Vollhartmetallstempeln, bei denen im Durchmesser erweiterte Köpfe aufwendig an den Schacht des Stempels angelötet werden müssen, um einen Formschluss in der Rückholrichtung überhaupt ermöglichen zu können. Der Grund für diese aufwendigen Herstellungsverfahren liegt in der Herstellung dieser Stanzstempel auf pulvermetallurgischer Basis, so dass derartige Vollhartmetallstempel in der Regel mit einem einfachen zylindrischen Schaft ausgebildet sind. Unabhängig davon ist es in der Regel notwendig, die Stempelhalteplatte in ihrer Form exakt einer Formgebung des rückwärtigen Teils des Stanzstempels anzupassen, um den Formschluss in der Rückholrichtung zur Übertragung der Rückholkräfte von dem Stanzstempel auf die Stempelhalteplatte zu ermöglichen. Ein weiteres Problem der bestehenden Rückholvorrichtungen besteht darin, dass bei Folgeverbund-Stanzwerkzeugen mit mehreren Stanzstempeln idealerweise alle Stempel auf in etwa die gleiche Länge geschliffen sein sollten, damit die Stanzstempel gleichmäßig tief in das Material eintauchen können und nicht einzelne Stanzstempel tiefer eintauchen als unbedingt erforderlich, um dadurch den Stempelverschleiß möglichst gering zu halten. Wenn jedoch der Austausch eines einzelnen Stanzstempels erforderlich ist, besteht in der Regel keine Möglichkeit, die Länge des Stanzstempels individuell einzustellen, so dass er, wenn das gleichmäßige Eintauchen gewünscht ist, auf die Länge der übrigen Stempel geschliffen werden muss, was einen beträchtlichen Aufwand darstellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Übertragung der Ausziehkräfte von dem Stanzstempel auf die Stempelhalteplatte zu schaffen, die insgesamt einen geringeren Aufwand bedeutet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eine konische Spannhülse aufweist, deren Klemmkonus in einer konischen Aufnahme in der Stempelhalteplatte sitzt und in Richtung der Schneidkante des Stanzstempels weist, wobei die Spannhülse einen zylindrischen Schaft des Stanzstempels zur Übertragung der Ausziehkräfte kraftschlüssig umschließt und mit einer Klemmkraft in Richtung der konischen Aufnahme vorbelastet ist.
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Es hat sich gezeigt, dass durch die Anordnung einer konischen Spannhülse, die zweckmäßigerweise eine handelsübliche Spannzange für ein Spannfutter einer Werkzeugmaschine sein kann, die im Betrieb von Stanzwerkzeugen auftretenden Ausziehkräfte sicher übertragen werden können. Bedingt durch die anders als bei Werkzeugmaschinen in die Richtung des Werkstückes weisende konische Spannfläche, tritt die selbsthemmende Wirkung in der Ausziehrichtung in Erscheinung, d. h. die Ausziehkräfte ziehen den Konus in Richtung der konischen Aufnahme der Stempelhalteplatte und verstärken damit die Klemmkraft auf den Schaft des Stanzstempels.
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Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass sich die Position zwischen dem Schaft des Stanzstempels und der konischen Spannhülse stufenlos variieren lässt, so dass bei entsprechender konstruktiver Ausbildung des Stanzwerkzeuges eine Anpassung der Lage der Schneidkante des Stanzstempels an weitere Stanzstempel beispielsweise in einem Folgeverbundwerkzeug ohne weiteres ermöglicht ist.
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Die Klemmkraft auf die konische Spannhülse kann durch eine Vorspannfeder oder eine Klemmschraube aufgebracht werden, wobei letztere vorzugsweise als Hohlschraube ausgebildet ist, die den Schaft des Stanzstempels mit Spiel umgreift und mit einem Außengewinde in ein Innengewinde einer mit der Stempelhalteplatte fest verbundenen Hülse eingreift. Wie bereits erwähnt, kann als Spannhülse eine handelsübliche Spannzange zum Einsatz kommen, die einen dem Stempelschaftdurchmesser entsprechenden Durchmesser besitzt, wobei lediglich in der Stempelhalteplatte eine entsprechende konische Aufnahme vorzusehen ist. Der Vorteil der Vorrichtung besteht dabei auch darin, dass die Stempelhalteplatte nur einmalig auf die zum Einsatz kommenden Spannzangen angepasst werden muss, d. h. es ist keine individuelle Anpassung der Stempelhalteplatte an die Formgebung des Stanzstempels notwendig, da eventuelle Durchmesser Unterschiede durch genormte Spannzangen abgedeckt werden können.
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Alternativ zu einer fest mit der Kopfplatte verbundenen Stempelhalteplatte kann die Stempelhalteplatte auch über ein Gewinde an der Kopfplatte festgelegt sein. Entsprechend ist in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Stempelhalteplatte mit einem Gewinde versehen ist, das in ein ortfestes Gewinde eingreift und die Spannhülse gegen einen rückwärtigen festen Anschlag mit der Klemmkraft andrückt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass durch Lösen der Gewindeverbindung der Stempelhalteplatte der Stempel nach unten ausgebaut werden kann. Der feste Anschlag kann auch in einem Gewinde sitzen und entfernbar sein, so dass auch die in Stanzrichtung formschlüssig auf den Stanzstempel wirkenden Elemente nach dem Ausbau des Klemmanschlages für die Spannhülse von unten zugänglich sind.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Stanzwerkzeug mit einer Kopfplatte, einem Stanzstempel und einer mit der Kopfplatte verbundenen Stempelhalteplatte, wobei die Stanzkräfte formschlüssig durch Anlage des rückwärtigen Endes des Stanzstempels an der Kopfplatte oder einem starr mit dieser verbundenen Teil übertragbar sind. Erfindungsgemäß wird ein derartiges Stanzwerkzeug mit einer Vorrichtung zur Übertragung der Ausziehkräfte der zuvor beschriebenen Art kombiniert, so dass sich insgesamt ein Stanzwerkzeug ergibt, bei welchem die höheren Stanzkräfte durch Formschluss übertragen werden, während die geringeren Ausziehkräfte vom Stanzstempel kraftschlüssig über die Spannhülse auf die Stempelhalteplatte übertragen werden.
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Vorzugsweise ist zur Übertragung der Stanzkräfte ein Gewindeeingriff vorgesehen. Dieser kann konstruktiv beispielsweise dadurch gelöst sein, dass das rückwärtige Ende des Stanzstempels mit einem Außengewinde versehen ist oder das rückwärtige Ende mit einer Schraube mit einem Außengewinde verbunden ist oder an dieser anliegt, wobei das jeweilige Außengewinde in ein Innengewinde einer Hülse eingreift, die mit der Halteplatte verbunden ist. Diese Lösung hat auch den Vorteil, dass sie sich besonders einfach mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Übertragung von Ausziehkräften kombinieren lässt, indem vorzugsweise das Innengewinde der Hülse auch das Innengewinde für die Klemmschraube zum Aufbringen der Klemmkraft auf die Spannhülse bildet.
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Alternativ zur Übertragung der Stanzkräfte mittels eines Gewindeeingriffes kann selbstverständlich auch eine Lösung vorgesehen sein, bei der die Stanzkräfte nach wie vor durch simple Anlage von Teilen formschlüssig aneinander übertragen werden, wobei beispielsweise zwischen dem rückwärtigen Ende des Stanzstempels und der Kopfplatte der Stanzelemente vorgesehen sein können, die die Stanzkräfte übertragen.
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen zunächst auf formschlüssig wirkende Vorrichtungen zum Übertragen der Ausziehkräfte nach dem Stand der Technik eingegangen während nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert wird. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Stanzwerkzeuges mit einem Säulengestell nach dem Stand der Technik;
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2 ein Stanzstempelwerkzeug mit zwei Arten der Stanzstempelbefestigung nach dem Stand der Technik;
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3 eine Stanzstempelbefestigung nach dem Stand der Technik mit verschraubten Stempel;
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4 eine Stanzstempelbefestigung nach dem Stand der Technik mit einem Schnellwechselsystem;
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5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stanzwerkzeuges;
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6 eine Spannzange zum Einsatz in dem Stanzwerkzeug nach 5.
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In 1 ist ein Stanzwerkzeug 10 nach dem Stand der Technik gezeigt. Das gezeigte Stanzwerkzeug ist mit einem Säulengestell 12 ausgebildet und weist im unteren Bereich unterhalb eines Werkstückes 14 eine Schnittplatte 16 auf. Der obere Bereich des Stanzwerkzeugs 10 besitzt eine Kopfplatte 18, die über eine Druckplatte 20 zur Übertragung von Stanzkräften auf ein rückwärtiges Ende eine Stanzstempels 22 wirkt. Das Zusammenwirken zwischen Stanzstempel 22, Druckplatte 20 und einer Stempelhalteplatte 24 wird im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert.
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Darüber hinaus besitzt das in 1 gezeigte Stanzwerkzeug noch eine gefederte Abstreifer- und/oder Führungsplatte 26. Gut zu erkennen ist auch eine Aussparung 27 in der Schnittplatte 16 unterhalb des Arbeitsbereiches des Stanzstempels 22, durch welche die Schnittreste 28 nach unten in einen Sammelbehälter fallen können.
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In 2 sind zwei Arten einer Stanzstempelbefestigung veranschaulicht, wie sie bei einem Stanzwerkzeug gemäß 1 zum Einsatz kommen können. Auf der linken Seite der Darstellung ist ein Stanzstempel 22 mit einem kegelförmigen Kopf 30 gezeigt, der in einer entsprechenden konischen Ausnehmung 31 in der Stempelhalteplatte 24 angeordnet ist. Auf der rechten Seite der Darstellung besitzt der Stanzstempel 32 einen zylindrischen Kopf 34 mit einem gegenüber dem Schaft des Stanzstempels 32 erweiterten Durchmesser. Der zylindrische Kopf 34 ruht in einer zylindrischen Ausnehmung 36 in der Stempelhalteplatte 24. Bei beiden Befestigungsmöglichkeiten werden die Stanzkräfte unmittelbar formschlüssig von der Druckplatte 20 auf den jeweiligen Stanzstempelkopf 30, 34 übertragen. In der Auszugsrichtung werden die Auszugskräfte vom Kopf jeweils formschlüssig auf die jeweilige Ausnehmung 32, 36 in der Stempelhalteplatte 24 und über eine geeignete Befestigung weiter an die Druckplatte 20 und die Kopfplatte 18 übertragen.
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Bei der Verwendung von Vollhartmetallstempeln 22 mit einer im Ausgangszustand zylindrischen Grundform ist es notwendig, die jeweiligen Köpfe 30, 34 separat mit dem Schaft zu verlöten. Hierdurch entsteht ein beträchtlicher Aufwand. Eine Längenverstellung der jeweiligen Stanzstempel 16 in den Aufnahmen 22, 26 ist nicht möglich.
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In 3 ist eine weitere Variante einer formschlüssigen Festlegung eines Stanzstempels 122 an einem Stanzwerkzeug 110 gezeigt. In diesem Fall ist der Stanzstempel 122 mit einem zylindrischen Schaft ausgebildet, der in einer entsprechenden Ausnehmung 123 der Stempelplatte 124 sitzt. Die Stanzkräfte werden wiederum unmittelbar formschlüssig von der Kopfplatte 118 über eine Druckplatte 120 auf den rückwärtigen Teil des Schafts des Stempels 122 übertragen. Die Auszugskräfte werden bei dieser Ausführungsform nach dem Stand der Technik von einer Schraube 132 aufgenommen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Kopf 134 besitzt. Entsprechend der Ausnehmung 26 bei der Ausführungsform gemäß 2 ist hier eine Ausnehmung 136 unmittelbar in der Kopfplatte 118 vorgesehen, die die Auszugskräfte bei der Rückholbewegung des Stanzstempels 122 aufnimmt.
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Schließlich ist in 4 noch eine weitere Ausführungsform einer Stanzstempelbefestigung 210 mit einem Schnellwechselsystem beschrieben. Dort sitzt ein Stanzstempel 222 in einer Aufnahmebuchse 223 in der Stempelhalteplatte 224. Die Stanzkräfte werden wiederum unmittelbar von einer Druckplatte 220 auf eine rückwärtige Fläche des Stanzstempels 222 übertragen. Die Auszugskräfte werden mittels einer Kugelhalterung 236 auf die Aufnahmebuchse 223 und über diese an die Druckplatte 220 abgeleitet. Unter der Einwirkung der Auszugskraft kann sich der Stanzstempel 222 nicht aus seiner Halterung lösen.
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Allen in 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass eine spezielle Ausbildung des rückwärtigen Endes des jeweiligen Stanzstempels erforderlich ist, um über einen Formschluss die Kräfte beim Zurückziehen des Stanzstempels sicher ableiten zu können. Keines der bekannten Befestigungssysteme bietet zudem die Möglichkeit, die Lage der Schneidkante des Stempels gezielt einzustellen, ohne die Länge des Stempels selbst beispielsweise durch Abschleifen zu verändern.
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In 5 ist ein erfindungsgemäßes Stanzwerkzeug 310 gezeigt, das im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Stanzwerkzeug mit Säulenaufbau entspricht. Abweichend hiervon ist jedoch die Befestigung des Stanzstempels 322 gelöst, der mit Hilfe einer geschlitzten Spannhülse 302 (siehe auch 6) in einer konischen Ausnehmung 304 in der Stempelhalteplatte 324 verklemmt ist. Hierzu ist eine Hohlschraube 306 mit einem Außengewinde 308 vorgesehen, die einen zylindrischen Schaft 307 des Stanzstempels 322 mit Spiel umgreift. Das Außengewinde 308 der Hohlschraube 306 greift in ein Innengewinde 311 in einer Hülse 313 ein, die zwischen der Stempelhalteplatte 324 und der Kopfplatte 18 angeordnet ist. Die Stempelhalteplatte 324, die Hülse 313 und die Kopfplatte 18 sind fest miteinander verbunden.
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Zur Übertragung ist eine Verschlussschraube 325 vorgesehen, die ebenfalls in das Innengewinde 311 der Hülse 313 eingreift und als fester Anschlag zur Aufnahme der Stanzkraft für den zylindrisch ausgebildeten Stanzstempel 322 dient. Dies bedeutet, dass die Stanzkräfte formschlüssig von der Kopfplatte 18 über die Hülse 313, das Gewinde 308, 311 und die Verschlussschraube 325 auf den Stanzstempel 322 übertragen werden.
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In der Ausziehrichtung d. h. nach der Durchführung eines Stanzvorganges, wenn der Stanzstempel 322 aus seiner Stanzstellung zurückgeholt wird, können die teilweise beträchtlichen Klemmkräfte im Bereich des Werkstückes durch die Spannhülse 302 kraftschlüssig vom Schaft 307 des Stanzstempels 322 aufgenommen werden. Die Spannhülse 302 wird hierzu mit Hilfe der Hohlmutter 306 gegen die konische Aufnahme 304 in der Stempelhalteplatte 324 vorgespannt, so dass der Kraftschluss zwischen den Innenflächen 332 (siehe 6) der konischen Hülse 302 und dem Stempelschaft 307 hergestellt wird. Verglichen mit dem Spannfutter einer Werkzeugmaschine ist die Spannhülse 302 in umgekehrter Weise montiert, d. h. der flache Konus der Spannhülse 302 weist in Richtung des zu bearbeitenden Werkstückes. Die Auszugskräfte bewirken daher, dass sich aufgrund der Selbsthemmung des Konus die Haltekräfte zusätzlich verstärken. Eine Verlagerung des Stanzstempels 322 in der Spannhülse 302 ist daher ausgeschlossen.
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Als Stanzstempel 302 kommt ein rein zylindrischer Vollhartmetallstempel zum Einsatz, wobei dessen Lage in der Stanzstempelbefestigung axial frei wählbar ist. Nach dem Einstellen braucht lediglich die Verschlussschraube 325 angezogen zu werden, so dass der formschlüssige Anschlag zur Übertragung der Stanzkräfte gegeben ist. Alternativ zu der Verschlussschraube 325 als formschlüssiger Anschlag ist auch das Anordnen von Distanzstücken zwischen der Kopfplatte 18 und dem Stanzstempel 322 möglich. Zum Aufbringen der Klemmkraft auf die Spannhülse 302 kann an Stelle der Hohlschraube 306 auch durch eine entsprechend dimensionierte Klemmfeder vorgesehen werden.
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Die Spannhülse 302 ist in 6 näher gezeigt. Wie zu erkennen ist, handelt es sich um eine handelsübliche Spannzange, hier nach dem System ER, wie sie üblicherweise in Fräsmaschinen zum Einsatz kommt. Die Spannhülse/Spannzange 302 ist mit mehreren Schlitzen 330 radialer Erstreckung versehen, die eine Durchmesseränderung ermöglichen. In der Mitte ist eine zentrische Durchgangsöffnung mit den Innenflächen 332 vorgesehen, in die der Stanzstempel 322 einsteckbar ist. Die Flanke mit dem flacheren Konus 334 wird in die konische Aufnahme 304 der Stempelhalteplatte 324 eingesetzt. Der für den Einsatz in Fräsmaschinen gedachte steile Konus 336, der eine Klemmkraft in der Gegenrichtung aufbauen kann, ist für die vorliegende Anwendung ohne Bedeutung. Entsprechend können auch Spannhülsen 302 ohne einen derartigen Konus zum Einsatz kommen, wobei eine umlaufende Nut 338 vorgesehen sein kann, um bei einem Verklemmen der Spannhülse 302 in der Aufnahme 304 einen Abzieher ansetzen zu können.
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Alternativ zu der in 5 gezeigten Lösung ist es auch möglich, die Stempelhalteplatte 324 nicht starr mit der Gewindehülse 313 zu verbinden, sondern beispielsweise mit einem Außengewinde in das Innengewinde 311 eingreifen zu lassen. Dadurch ist es möglich, die Spannhülse 302 gegen einen Anschlag, der entweder feststehend oder wie in 5 durch eine eingedrehte Mutter ausgebildet sein kann, vorzuspannen. Durch diese Ausführungsform wird die Demontage und Montage eines Stanzstempels vereinfacht, da der Ausbau problemlos durch Lösen der Gewindeverbindung der Stempelhalteplatte 324 vorgenommen werden kann. Auch die Verschlussschraube 325 ist nach dem Entfernen der Stempelhalteplatte 324 und der den rückwärtigen Klemmanschlag bildenden Klemmmutter 306 gut zugänglich und kann beispielsweise durch einen Stiftschlüssel, der in entsprechende Stiftöffnungen der Verschlussschraube 325 eingreift, verstellt werden.
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Der Vorteil des Einsatzes handelsüblicher Spannzangen liegt darin, dass diese in großen Stückzahlen in sehr hoher Präzision zu sehr günstigen Preisen erhältlich sind. Zudem stehen sie mit verschiedenen Innendurchmessern der konzentrischen Klemmflächen 332 zur Verfügung, so dass sie für verschiedene Größen von Stanzstempeln eingesetzt werden können.
