DE102015222178B4

DE102015222178B4 - Perforationssystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102015222178B4
Application number: DE102015222178.4A
Authority: DE
Inventors: Scott Alan Boerman; Douglas Steven Sculthorpe
Original assignee: Eagle Ottawa North America LLC
Current assignee: Eagle Ottawa North America LLC
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: US10556358B2; DE102015222178A1; US20160129605A1

Abstract

Ein Perforationssystem (10) zum Perforieren eines flexiblen Werkstückes (30), mit:einem Stanzwerkzeug (12) mit einem Stanzkopf (20), der eine vertikale Achse Z definiert, wobei der Stanzkopf (20) eine erste Form hat;einem Prägeelement (40), das entlang der vertikalen Achse Z positioniert ist und einen Auswurfstutzen (96) hat, der durch eine zweite Form definiert ist; undeinem Antriebsmechanismus (50), der mit dem Stanzwerkzeug (12) gekoppelt ist und den Stanzkopf (20) entlang der vertikalen Achse Z nach unten fährt, um das flexible Werkstück (30) zu perforieren, wobei die erste Form mit der zweiten Form überlappt, so dass ein Stanz-Prägeelement-Kontakt zu Stande kommt, wenn das Stanzwerkzeug (12) an das Prägeelement (40) anschlägt, wobei der Stanz-Prägeelement-Kontakt zu einem glatten Schnitt entlang eines Umfangs (118) der zweiten Form führt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/078 111 , die am 11. November 2014 eingereicht wurde, und deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Perforationssystem und ein Verfahren zum Perforieren eines Werkstückes.
HINTERGRUND
Im Stand der Technik sind automatische Anlagen zum Perforieren von Materialschichten bekannt. Perforationsprozesse werden verwendet, um Materialschichten atmungsaktiv zu machen oder um dem Material ein spezielles ästhetisches Aussehen zu verleihen. Beispielsweise kann es in der Lederindustrie gewünscht sein, Einschnitte oder Perforation zu erzeugen, die ein gut definiertes geometrisches Muster auf der Oberfläche des Produkts (beispielsweise, ein Bezug eines Fahrzeugssitzes) zu erzeugen.
Konventionelle Perforationsanlagen umfassen typischerweise einen Transportriemen, der zwischen zwei Walzen läuft, die an gegenüberliegenden Seiten der Anlage angeordnet sind und auf denen die Materialschicht liegt, die zu perforieren ist. Der Transportriemen führt die Materialschicht durch ein Stanzwerkzeug und eine Schnittwerkzeuganordnung, die auf einem Werkzeuggestell montiert sind. Die Anlage steuert das Stanzwerkzeug und das Gestell derart, dass die Materialschicht wiederholt perforiert wird, wenn sie durch die Anlage mittels des Transportriemens geführt wird. Jedoch sind derartige Perforationsanlagen durch die festgelegte Größe und die Abstandsverhältnisse des Stanzwerkzeugs beschränkt, wodurch die Möglichkeit verhindert wird, die Perforationsmuster auf der Materialschicht kundenspezifisch anzupassen. Ferner führt ein Stanzen durch eine weiche Materialschicht hindurch häufig dazu, dass kein glatter Schnitt entsteht, woraus sich ein Überschuss an unerwünschtem Material ergibt, das an der Materialschicht haften bleibt.
Alternativ können Perforationsschnittwerkzeuge bzw. Prägeelemente verwendet werden, um Materialschichten zu perforieren. Typischerweise beinhalten Perforationsprägeelemente eine untere Prägeplatte mit einem Array an Stanzelementen, die über der Prägeplatte angeordnet sind und ein Perforationsmuster bilden. Während des Betriebs wird eine Materialschicht auf den Stanzelementen der unteren Prägeplatte angeordnet und die Schicht wird nach unten auf die Stanzelemente gedrückt, wobei Druck ausgeübt wird, um die Materialschicht zu perforieren. Eine Schneideauflage wird häufig zwischen der Materialschicht und der Walzenpresse angeordnet. Jedoch sind diese konventionellen Perforationsprägeelemente häufig nicht mit einem geeigneten Mechanismus versehen, um eine weiche Materialschicht zu fixieren, um dadurch eine Verschiebung des Materials während der Stanz- und Ausladeprozesse zu reduzieren. Wenn somit diese Perforationsprägeelemente verwendet werden, dehnen und/oder verformen sich die weichen Materialschichten, was zu ungleichmäßigen Perforationsmustern in dem Material führt. Ferner sind die Perforationsprägeelemente gegebenenfalls schwer und teuer herstellbar und besitzen festgelegte Perforationsmuster, wodurch die Möglichkeit beschränkt ist, rasch komplexe, variable und kundenspezifische Muster zu erzeugen.
Es besteht daher ein Bedarf für ein Perforationssystem, das die zuvor genannten Mängel und die Kosten zum Perforieren weicher Materialschichten reduziert.
DE 103 00 831 B4 offenbart eine Stanzeinrichtung für ungebrannte flächenhafte Keramiksubstrate. Die Stanzeinrichtung umfasst einen Stempel mit einem Wirkabschnitt, der einen zylindrischen Abschnitt, welcher in einer Abstreiferöffnung geführt wird, sowie einem Stanzabschnitt, welcher im Vergleich zum zylindrischen Abschnitt mit einem reduzierten Durchmessen ausgebildet ist. Die Führung des zylindrischen Abschnitts innerhalb der Abstreiferöffnung erlaubt es, dass der Stanzabschnitt für sehr geringe Stanzlochdurchmesser ausgebildet sein kann. Beim Stanzvorgang durchsticht der Stanzabschnitt das Keramiksubstrat sowie eine darunter positionierte Stanzbuchse vollständig und drückt einen Stanzbutzen durch ein Stanzloch der Stanzbuchse hindurch in einen Abfallkanal. Dabei ragt der Stanzabschnitt vollständig durch das Stanzloch hindurch. Für den unwahrscheinlichen Fall, dass diese Vorrichtung zum Perforieren eines flexiblen Werkstückes, d.h. entgegen seiner eigentlichen Verwendung zum Stanzen fester Keramiksubstrate eingesetzt wird, würde eine gestanzte Perforierung vermutlich am Umfang ausfransen, weil der Stanzabschnitt Fäden aus dem flexiblen Werkstück nach unten durch das Stanzloch hindurch mitziehen würde. Ein gewünschter glatter Schnitt ließe sich damit nicht am flexiblen Werkstück erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Perforationssystem derart auszubilden, dass damit an flexiblen Werkstücken glatte, fransenlose Perforierungen geschnitten werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Perforationssystem gemäß dem Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 16. Verbesserte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
ÜBERBLICK
In mindestens einer Ausführungsform wird ein Perforationssystem zum Perforieren eines flexiblen Werkstücks bereitgestellt. Das Perforationssystem kann ein Stanzwerkzeug, ein Schnittwerkzeug bzw. Prägeelement und einen Antriebsmechanismus aufweisen. Das Stanzwerkzeug kann einen Stanzkopf aufweisen, der eine vertikale Achse definiert. Der Stanzkopf kann eine erste Form besitzen. Das Prägeelement kann entlang der vertikalen Achse positioniert sein und kann einen Auswurfstutzen mit einer zweiten Form besitzen. Der Antriebsmechanismus kann mit dem Stanzwerkzeug gekoppelt sein und kann den Stanzkopf nach unten entlang der vertikalen Achse verfahren, um das flexible Werkstück zu perforieren. Die erste Form kann mit der zweiten Form überlappen, so dass ein Stanz-Prägeelement-Kontakt zu Stande kommt, der zu einem glatten Schnitt entlang oder um den Umfang herum der zweiten Form des Auswurfanstutzens führt.
In mindestens einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Perforieren eines flexiblen Werkstückes bereitgestellt. Das Verfahren kann die Positionierung des flexiblen Werkstücks benachbart zu einem Prägeelement umfassen, das einen Auswurfstutzen aufweist, der durch eine erste Form definiert ist. Das flexible Werkstück kann an einer ersten Position mit einem Stanzwerkzeug perforiert werden, das einen Stanzkopf aufweist. Der Stanzkopf kann eine zweite Form haben, die mit der ersten Form überlappt. Das flexible Werkstück kann entlang eines Umfangs der ersten Form oder der zweiten Form geschnitten werden, wenn das Stanzwerkzeug an dem Prägeelement anschlägt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Perforationssystems in einer ersten Position gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht entlang der Schnittlinie 2-2 des Perforationssystems aus 1 in der ersten Position.
3 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Perforationssystems der 2 in einer zweiten Position, wobei ein Stanzwerkzeug mit einem zu perforierenden Werkstück in Kontakt ist.
4 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Perforationssystems der 2 in einer dritten Position, wobei eine Ausgangsform des Werkstücks durch einen Auswurfstutzen eines Prägeelements durch das Stanzwerkzeug ausgeworfen wird, um eine Perforation in dem Werkstück zu erzeugen.
4A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der 4.
5A ist eine Draufsicht eines Werkstücks, das auf einem Rahmen befestigt ist, um das Werkstück vorzubereiten, so dass es von dem Perforationssystem aus 1 perforiert wird.
5B ist eine Seitenquerschnittsansicht entlang der Linie 5B-5B aus 5A des Werkstücks, das auf dem Rahmen unter Verwendung eines lösbaren Haftmittels und dem Stabilisierungssubstrat befestigt ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Servo-Antriebsmechanismus, der ausgebildet ist, das Perforationssystem anzutreiben.
7 ist eine Draufsicht eines kundenspezifischen Perforationsmusters auf dem Werkstück.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nach Erfordernis hierin offenbart; es ist jedoch zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in diversen und alternativen Formen eingerichtet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert dargestellt sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sind spezielle strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern dienen lediglich als anschauliche Grundlage, um den Fachmann zu vermitteln, wie die vorliegende Erfindung in diverser Weise eingesetzt werden kann.
Diese Offenbarung betrifft ein Perforationssystem, das Schichten aus flexiblem Material perforiert, wozu gehören, ohne einschränkend zu sein, Leder, Stoff, Schaum und dergleichen. Das Perforationssystem kann in einer von einem Computer numerisch gesteuerten (CNC) durch Servo-Motor angetriebenen Druckstangen-Drehkreuz-Stanzpresse enthalten sein, die kundenspezifische bzw. anwendungsspezifische Perforationsmuster in dem flexiblen Material im Vergleich zu konventionellen Pressen erzeugt, die für Anwendungen mit starren Schichten verwendet werden. Stanz- und Prägekomponenten des Perforationssystems ermöglichen, dass das flexible Material mit einem glatten Schnitt perforiert wird, wodurch lose Fäden und ein unerwünschtes ästhetisches Aussehen vermieden werden. Des Weiteren kann das Perforationssystem eine Montagetechnik bereitstellen, wobei ein stabilisierendes Substrat bzw. Stabilisierungssubstrat verwendet wird, das an dem flexiblen Material mittels eines lösbaren Haftmittels befestigt wird. Somit können eine Dehnung und eine Verformung der flexiblen Materialschichten während des Perforierens im Wesentlichen verhindert werden.
1 zeigt ein Perforationssystem 10. Das Perforationssystem 10 kann ein Stanzwerkzeug 12 aufweisen, das in einem Gehäuse 14 linear bewegbar ist. Das Gehäuse 14 kann eine zylindrische Rohrform aufweisen und kann eine hohle Gehäuseaussparung 16 bilden.
Das Perforationssystem 10 kann ferner ein Führungselement 18 aufweisen, das ausgebildet ist, einen Stanzkopf 20 aufzunehmen, der sich von einem Block 22 des Stanzwerkzeugs 12 erstreckt. Der Block 22 kann bewegbar in dem Gehäuse 14 aufgenommen werden und kann in einer oder mehreren Ausführungsformen eine zylindrische Konfiguration aufweisen. Der Stanzkopf 20 kann verwendet werden, um ein Werkstück 30 zu perforieren oder Löcher in dieses einzuschneiden. Beispielsweise kann der Stanzkopf 20 das Werkstück 30 perforieren oder Löcher darin schneiden, die sich von einer ersten Oberfläche 32 des Werkstücks 30 zu einer zweiten Oberfläche 34 des Werkstücks 30, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 32 angeordnet ist, erstrecken. Das Werkstück 30 kann eine Schicht aus flexiblem Material sein, die aus Leder, Stoff, Schaum und dergleichen aufgebaut ist. Ein Prägeelement bzw. ein Schnittwerkzeug 40 kann benachbart zu der zweiten Oberfläche 34 des Werkstücks 30 angeordnet sein, um beim Halten des Werkstücks 30 mitzuwirken und um das überschüssige Material des Werkstücks 30 nach Beendigung des Perforationsprozesses aufzunehmen.
Das Perforationssystem 10 kann einen Antriebsmechanismus 50 aufweisen. Der Antriebsmechanismus 50 kann mit dem Stanzwerkzeug 12 gekoppelt sein und ist ausgebildet, einen oder mehrere Stanzköpfe 20 entlang einer Achse Z linear zu bewegen, wie am besten in 2 gezeigt ist, um das flexible Werkstück 30 zu perforieren. Die Achse Z kann eine vertikale Achse sein. Das Perforationssystem 10 kann in einer von einem Computer numerisch gesteuerten durch Servo-Motor angetriebenen Druckstangen-Drehkreuz-Druckpresse 52 integriert sein. Der Antriebsmechanismus 50 kann einen Servo-Motor 54 enthalten oder mit diesem verbunden sein, der die Bewegung oder Verschiebung des Stanzwerkzeugs 12 steuern kann. Beispielsweise kann der Servo-Motor 54 die Verschiebung des Stanzwerkzeugs 12 entlang der Achse Z steuern und kann das Stanzwerkzeug 12 um eine steuerbare Strecke verschieben.
Gemäß 2 kann sich der Stanzkopf 20 von einer unteren Blockoberfläche 60 des Blocks 22 nach unten erstrecken und kann sich entlang der Achse Z erstrecken oder diese zumindest teilweise definieren. In mindestens einer Ausführungsform kann der Stanzkopf 20 zusammen mit dem Block 22 als Einheit ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Stanzkopf 20 eine zu dem Block 22 separate Komponente sein, die mit dem Block 22 über einen beliebigen geeigneten Verbindungsmechanismus (beispielsweise durch Schweißen, ein Klebemittel, ein Befestigungsmittel, Verpressung, usw.) verbunden sein kann. Wie am besten in den 1 und 6 gezeigt ist, kann der Block 22 mit einer Druckstange 62 verbunden sein, die funktionsmäßig mit einem Servo-Motor 54 verbunden ist oder mit diesem elektrisch in Verbindung steht, der den Stanzkopf 20 entlang der Achse Z durch das Werkstück 30 hindurch treibt, wie dies nachfolgend detailliert beschrieben ist.
Gemäß 2 kann der Block 22 des Stanzwerkzeugs 12 einen ersten Durchmesser D₁ aufweisen, der zwischen ungefähr 1 cm und ungefähr 15 cm liegt. Der erste Durchmesser D₁ kann im Wesentlichen gleich sein zu einem zweiten Durchmesser D₂ der hohlen Gehäuseaussparung 16, die durch das Gehäuse 14 gebildet ist. Somit kann sich der Block 22 entlang der Achse Z innerhalb der hohlen Gehäuseaussparung 16 verschieben, um das Werkstück 30 zu perforieren.
Der Stanzkopf 20 des Stanzwerkzeugs 12 kann ein längliches Element sein, das sich entlang der Achse Z erstrecken kann. Der Stanzkopf 20 kann eine erste Form aufweisen. Insbesondere kann der Stanzkopf 20 durch diverse unterschiedliche Formen im Querschnitt, der senkrecht zu der Achse Z genommen ist, gekennzeichnet sein. Beispielsweise kann die Form des Stanzkopfs 20 im Querschnitt dreieckig, kreisförmig, rechteckig, hexagonal usw. sein, ohne darauf eingeschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen kann das Stanzwerkzeug 12 einen oder mehrere Stanzköpfe 20 aufweisen, die sich von dem Block 22 erstrecken und in einem vorbestimmten Muster aus mehreren Löchern (beispielsweise Quadrat, Rechteck, Dreieck, Kreis, usw.) angeordnet sein, wodurch ein kachelartiges Stanzelement geschaffen wird, das verwendet werden kann, um ein anwendungsspezifisches Perforationsmuster zu erzeugen. Alternativ können ein oder mehrere Gehäuse 14 vorgesehen sein, die jeweils ein Stanzwerkzeug 12 und ein entsprechendes Führungselement 18 innerhalb der hohlen Gehäuseaussparung 16 aufweisen, und das mit der Druckstange 62 verbunden ist, um das anwendungsspezifische Perforationsmuster zu erhalten.
In einem nicht beschränkenden Beispiel hat der Stanzkopf 20 einen dritten Durchmesser D₃, der zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 2,5 mm oder größer ist, wie dies in 2 gezeigt ist, wenn die Form des Stanzkopfs 20 zylindrisch ist und dieser daher einen kreisförmigen Querschnitt hat. Somit können abhängig von der Form des Stanzkopfs 20 unterschiedliche Perforationsmuster auf dem Werkstück 30 erzeugt werden. Das Stanzwerkzeug 12 kann durch ein weiteres Stanzwerkzeug 12 ersetzt werden, um Perforationsmuster mit unterschiedlichen Formen bereitzustellen, und in einigen Ausführungsformen um kundenspezifische Perforationsmuster unter Anwendung von CNC bereitzustellen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Das Führungselement 18 kann eine Seitenwand 70 aufweisen, die sich ausgehend von einer unteren Wand 72 nach oben erstreckt, um eine Aussparung bzw. einen Hohlraum 74 zu erzeugen. Die Seitenwand 70 kann in einer oder mehreren Ausführungsformen zylindrisch sein. Eine Öffnung 76 kann mittig auf der unteren Wand 72 des Führungselements 18 angeordnet sein und kann sich durch das Führungselement 18 erstrecken. Die Öffnung 76 kann im Wesentlichen wie der Stanzkopf 20 dimensioniert sein und kann ausgebildet sein, diesen aufzunehmen. Somit kann das Führungselement 18 bei der Ausrichtung des Stanzkopfs 20 zu der Öffnung 76 mitwirken, wenn sich das Stanzwerkzeug 12 entlang der Achse Z verschiebt, um das Werkstück 30 zu perforieren. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Führungselement bewegbar in dem Gehäuse 14 angeordnet sein und kann sich entlang der Achse Z bewegen.
Gemäß 3 sind das Führungselement 18 und der Stanzkopf 20 so gezeigt, dass sie an der ersten Oberfläche 32 des Werkstücks 30 anliegen, bevor der Stanzkopf 20 weiter bewegt und durch das Werkstück 30 hindurch bewegt wird, um eine Perforation zu erzeugen. In der in 3 gezeigten Position ist das Führungselement 18 unter anderem mit der ersten Oberfläche 32 des Werkstücks 30 in Kontakt, um das Werkstück 30 zu stabilisieren, wenn sich der Stanzkopf 20 dem Werkstück 30 nähert und wenn der Stanzkopf 20 von dem Werkstück 30 abgezogen wird. Beispielsweise kann das Führungselement 18 dabei unterstützend wirken, das Werkstück 30 nach unten zu halten, um zu verhindern, dass der Stanzkopf 20 das Werkstück 30 anhebt, wenn der Stanzkopf 20 nach oben zurückgezogen wird. Das Führungselement 18 kann ferner unterstützend für den Stanzkopf 20 sein, um einer seitlichen Kraft zu widerstehen, während der Stanzkopf 20 durch das Werkstück 30 getrieben wird.
Gemäß 2 und 3 kann das Prägeelement 40 eine Prägeseitenwand 90 aufweisen. Die Prägeseitenwand 90 kann sich von einer oberen Wand 92 nach unten erstrecken, um einen Hohlraum 94 zu erzeugen. Die Prägeseitenwand 90 kann in einer oder mehreren Ausführungsformen zylindrisch sein. Das Prägeelement 40 kann mit der zweiten Oberfläche 34 des Werkstücks 30 in Kontakt treten und dieses halten, um eine nach unten gerichtete Verformung des Werkstücks 30 zu verhindern, etwa wenn der Stanzkopf weiter bewegt wird. Die obere Wand 92 kann für eine laterale Positionierung des Stanzkopfs 20 sorgen, wenn dieser das Werkstück 30 perforiert. In einigen Ausführungsformen kann das Prägeelement 40 in einem bewegbaren Basiselement bzw. Grundgestell der CNC-Servo-angetriebenen Stangen-Drehkreuz-Druckpresse 52 integriert sein.
Das Prägeelement 40 kann ferner einen Auswurfstutzen 96 aufweisen, der zentral auf der oberen Wand 92 des Prägeelements 40 angeordnet ist. Der Auswurfstutzen 96 kann sich durch die obere Wand 92 erstrecken und kann entlang der Achse Z angeordnet und zu der Öffnung 76 in dem Führungselement 18 ausgerichtet sein. Wie am besten in 4A gezeigt ist, kann der Auswurfstutzen 96 eine Ausgangsform 100 aufnehmen, die aus dem Werkstück 30 durch den Stanzkopf 20 ausgeschnitten wird. Wie am besten in 4 gezeigt ist, kann der Auswurfstutzen 96 einen vierten Durchmesser D₄ aufweisen, der zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 2,5 mm liegt oder größer ist. Der vierte Durchmesser D₄ ist kleiner als der dritte Durchmesser D₃ des Stanzkopf 20, so dass der Stanzkopf 20 eine Verschiebung entlang der Achse Z im Wesentlichen an einer oberen Oberfläche 98 des Prägeelements 40 beendet, um das Werkstück 30 sauber zu schneiden. Der Auswurfstutzen 96 kann eine zweite Form aufweisen. In einer oder mehreren Ausführungsformen unterscheidet sich die zweite Form von der ersten Form.
Gemäß 5A und 5B kann das Werkstück 30 in einer oder mehreren Ausführungsformen an einem Rahmen 110 befestigt werden. Der Rahmen 110 kann an einer Komponente des Perforationssystems 10, etwa am beweglichen Basiselement der Blockstangen-Drehkreuz-Stanzpresse 52 befestigt werden. Der Rahmen 110 kann in beliebiger geeigneter Weise befestigt werden, etwa mittels einer oder mehreren Klemmen. Der Rahmen 110 kann eine Öffnung 112 aufweisen.
Gemäß 5B kann ein Stabilisierungssubstrat 114 auf dem Rahmen 110 angeordnet sein und kann sich über die Öffnung 112 erstrecken. Das Stabilisierungssubstrat 114 kann in einer oder mehreren Ausführungsformen an dem Rahmen 110 vor dem Anbringen des Werkstücks 30 an dem Stabilisierungssubstrat angebracht werden, wodurch eine Basis für das Werkstück 30 geschaffen wird. Das Stabilisierungssubstrat 114 kann über die Öffnung 112 des Rahmens 110 hinweg angebracht werden, so dass das Stabilisierungssubstrat 114 einen Elastizitätsmodul von 2 GPa oder größer annimmt. Wenn daher die Kraft des Stanzkopfs 20 auf das Werkstück 30 einwirkt, kann das Stabilisierungssubstrat 114 eine Verformung des Werkstücks 30 entlang der Achse Z begrenzen oder verhindern. Des Weiteren kann das Stabilisierungssubstrat 114 dabei mitwirken, um zu verhindern, dass das Werkstück 30 ungewünschte Verformungen (beispielsweise große Fäden) erleidet.
In einem nicht beschränkenden Beispiel kann das Stabilisierungssubstrat 114 eine Materialschicht sein, etwa eine Polyesterschicht (zum Beispiel Mylar®), Papier, oder ein beliebiges anderes Polymer-Material, das so dimensioniert ist, dass es auf den Rahmen 110 passt. Das Stabilisierungssubstrat 114 kann sich über einen Teil der zweiten Oberfläche 34 des Werkstücks 30 oder über die gesamte zweite Oberfläche 34 des Werkstücks 30 erstrecken. Sobald das Stabilisierungssubstrat 114 mit dem Rahmen 110 verbunden ist, kann das Werkstück unter Verwendung eines lösbaren Haftmittels 116, etwa ein Haftmittel in Form einer Flüssigkeit, ein lösbares Klebeband, ein doppelseitiges Klebeband, oder dergleichen, daran befestigt werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das lösbare Haftmittel 116 im Wesentlichen gleich dem Werkstück 30 dimensioniert sein. Alternativ kann das lösbare Haftmittel 116 vollständig oder teilweise an einem Randbereich des Werkstücks 30 so angebracht werden, dass es in ausreichender Weise das Werkstück 30 an dem Stabilisierungssubstrat 114 hält.
Durch Anbringen des Werkstücks 30 an dem Rahmen 110 in der zuvor beschriebenen Weise kann das Werkstück 30 perforiert und glatt geschnitten werden. Beispielsweise kann der Stanzkopf 20 das Werkstück 30 und das Stabilisierungssubstrat 114 auf einem Umfang 118 oder einer Umfangskante des Auswurfstutzens 96 durch „sanftes schneiden“ perforieren oder schneiden. Das sanfte Schneiden ist abhängig von der relativen Größe des Durchmessers D₃ des Stanzkopfs 20 und des Durchmessers D₄ des Auswurfstutzens 96. Da der Durchmesser D₃ des Stanzkopfes 20 geringfügig größer als der Durchmesser D₄ des Auswurfstutzens 96 ist, begrenzt oder verhindert der Auswurfstutzen 96, dass der Stanzkopf 20 nach unten in den Auswurfstutzen 96 und die Aussparung 94 des Prägeelements 40 fährt. Stattdessen kann der Stanzkopf 20 an der oberen Wand 92 des Prägeelements 40 anschlagen und kann das Werkstück 30 und das Stabilisierungssubstrat 114 entlang des Umfangs 118 des Auswurfstutzens 96 schneiden. Die Bewegung nach unten des Stanzkopfs 20 kann durch die CNC-Stanzpresse gesteuert sein, um den Aufprall oder die Stoßkraft des Stanzkopfs 20, der die obere Wand 92 trifft, zu begrenzen und somit die Nutzungsdauer des Stanzkopfes 20 und des Prägeelements 40 zu verlängern. Andere Möglichkeiten zur Steuerung der Abwärtsbewegung des Stanzkopfes 20 können ebenfalls eingesetzt werden, etwa mit einem Stoppelement 120, das in dem Gehäuse 14 ausgebildet sein kann, oder durch Verwenden des Führungselements 18 als ein Stoppelement 120, wenn das Führungselement mit dem Werkstück 30 in Kontakt tritt, ohne damit von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. In einigen Ausführungsformen, in denen der Auswurfstutzen 96 einen nicht kreisförmigen Umfang besitzt, etwa eine geometrische Form oder unregelmäßige Form, kann sich der Stanzkopf über den Umfang 118 des Auswurfstutzens erstrecken (d.h., damit überlappen) und kann an der oberen Wand 92 des Prägeelements 40 anschlagen, um das Werkstück 30 entlang des nicht kreisförmigen Umfangs zu schneiden, wodurch eine Perforation gebildet wird, die dem nicht kreisförmigen Umfang des Auswurfstutzens 96 entspricht.
In einigen Ausführungsformen kann vor dem Betrieb das Perforationssystem 10 an einer programmierbaren auto-indizierbaren Stanzpresse, etwa der Drehkreuz-Stanzpresse 52 montiert werden. Das Perforationssystem 10 kann von der Drehkreuz-Stanzpresse 52 abnehmbar sein, um zu ermöglichen, dass diverse Formen und Größen an Stanzwerkzeugen 12 in der Drehkreuz-Stanzpresse 52 montiert werden können. Das Perforationssystem 10 kann mit anderen Arten von Pressen, etwa mechanischen und hydraulischen Pressen sowie CNC-Stanzpressen mit programmierbarer Druckstangengeschwindigkeit und Tiefe verwendet werden. Eine geeignete Stanzpresse ist eine CNC-Servo-motorgetriebene Druckstangen-Drehkreuz-Stanzpresse, die unter dem Markennamen Muratec® von Murata Maschinen, Ltd vertrieben wird, wie teilweise in 6 gezeigt ist.
Die Drehkreuz-Stanzpresse 52 kann ein oberes Drehkreuz aufweisen, das mehrere Stanzelemente, etwa das zuvor beschriebene Stanzwerkzeug 12, an Positionen hält, die um ihren Umfang herum mit Abstand angeordnet sind, und ein unteres Drehkreuz, das eine Reihe von Prägeelementen bzw. Schnittwerkzeugen, etwa das Prägeelement 40, an Positionen hält, die entlang dem Umfang mit Abstand angeordnet sind. Die Presse oder die Drehkreuze können um eine Achse drehbar sein, etwa die Achse Z, um einen gewünschten Satz aus Stanzelement und Prägeelement vertikal zueinander auszurichten. Durch geeignetes Drehen der oberen und unteren Drehkreuze kann ein Bediener eine Anzahl unterschiedlicher Sätze aus Stanzelement Prägeelement bei Ausführung einer Reihe unterschiedlicher Perforationsvorgänge der Reihe nach zueinander ausrichten. Ferner kann in den Drehkreuzen jeder individuelle Satz aus Stanzelement und Prägeelement automatisch nach Bedarf gedreht werden, um unterschiedliche Orientierungen von nicht-runden Löchern in dem Werkstück zu erhalten, so dass eine gewünschte ästhetische Wirkung erreicht wird.
Sobald das Perforationssystem 10 in der Drehkreuz-Stanzpresse 52 montiert ist, können das Werkstück 30 und der Rahmen 110 an einem bewegbaren Basiselement der Drehkreuz-Stanzpresse 52 montiert werden, wie dies zuvor beschrieben ist. Das Basiselement kann in einer Ebene senkrecht zu der Achse Z bewegbar sein. Das bewegbare Basiselement kann mit einer programmierbaren elektronischen Steuerung in Verbindung stehen, um das Werkstück 30 relativ zu dem Perforationssystem 10 zu positionieren. Die programmierbare elektronische Steuerung kann ferner den Servo-Motor 54 steuern. Somit kann das Werkstück 30 zwischen dem oberen Drehkreuz und dem unteren Drehkreuz durch Verfahren des Basiselements in der Ebene senkrecht zu der Achse Z positioniert werden.
Während des Betriebs kann das Stanzwerkzeug 12 des Perforationssystems 10 seinen Arbeitszyklus zum Perforieren des Werkstücks 30 in einer ersten Position 130 beginnen, wie in 2 gezeigt ist. In der ersten Position 130 können sowohl das Stanzwerkzeug 12 als auch das Führungselement 18 von dem Werkstück 30 und dem Prägeelement 40 entkoppelt sein. Wie zuvor beschrieben ist, kann das Stanzwerkzeug 12 mit der Druckstange 62 gekoppelt sein. An einem gegenüberliegenden Ende kann die Druckstange 62 mit einer Kurbelwelle 132 gekoppelt sein. Die Kurbelwelle 132 kann von dem elektrischen Servo-Motor 54 angetrieben sein. Der elektrische Servo-Motor 54 kann durch Steuerelemente des Stanzprogramms oder durch eine programmierbare elektronische Steuerung bzw. speicherprogrammierbare Steuerung gesteuert werden, um eine vorbestimmte Bewegung der Druckstange zu bewirken (d.h., die Kurbelwelle 132 zu drehen oder in Schwingung zu versetzen, um das Stanzen auszuführen). Ein Linear-Geber kann beispielsweise funktionsmäßig mit der Druckstange 62 verbunden sein und kann Positionsrückkopplungssignale erzeugen, die verwendbar sind, um die Position und Bewegung der Druckstange 62 zu überwachen.
Wenn der Servo-Motor 54 angesteuert wird, kann die Drehung der Kurbelwelle 132 bewirken, dass die Druckstange 62 eine abwärts gerichtete Kraft auf das Perforationssystem 10 ausübt. Die abwärtsgerichtete Kraft kann bewirken, dass sich das Perforationssystem 10 entlang der Achse Z von der in 2 gezeigten ersten Position 130 zu einer zweiten Position 134 bewegt, die in 3 gezeigt ist. In der zweiten Position können der Stanzkopf 20 und die untere Wand 72 des Führungselements 18 mit dem Werkstück 30 zur Vorbereitung des Perforationsprozesses in Kontakt treten.
Eine weiter anhaltende abwärts gerichtete Kraft aufgrund der Drehung der Kurbelwelle 132 kann das Perforationssystem 10 veranlassen, sich weiter entlang der Achse Z von der zweiten Position 134 zu einer dritten Position 136 zu bewegen, wie in den 4 und 4A gezeigt ist. Genauer gesagt, die abwärts gerichtete Kraft, die durch die Drehung der Kurbelwelle 132 hervorgerufen wird, kann weiter andauern, bis die nach unten gerichtete axiale Verschiebung der Druckstange 62 und somit des Stanzwerkzeugs 12 das Werkstück 30 schneidet. In der dritten Position 136 kann die Druckstange 62 ihre untere maximale Position erreichen und der Stanzkopf 20 kann sich durch das Werkstück 30 im Wesentlichen bis zu der oberen Wand 92 des Prägeelements 40 erstrecken, um eine Perforation 140 in dem Werkstück 30 zu erzeugen. Die Ausgangsform 100, die von dem Stanzkopf 20 erzeugt wurde, kann durch den Auswurfstutzen 96 des Prägeelements 40 ausgeworfen werden. Jedoch kann sich der Stanzkopf 20 lediglich bis im Wesentlichen zu der oberen Wand 92 des Prägeelements 40 als Folge davon erstrecken, dass der Durchmesser D₃ des Stanzkopfes 20 geringfügig größer als der Durchmesser D₄ des Auswurfstutzens 96 ist, wodurch ein glatter Schnitt in dem Werkstück 30 bereitgestellt wird.
Sobald die Druckstange 62 ihre untere maximale Position erreicht, kehrt sich die Drehung der Kurbelwelle 132 um, wodurch die Druckstange 62 und das Stanzwerkzeug 12 veranlasst werden, sich entlang der Achse Z nach oben zu der ersten Position 130 zu bewegen.
Das Perforationssystem 10 kann den Rahmen 110 und das Werkstück 30 in Bezug auf das Stanzwerkzeug 12 und das entsprechende Führungselement 18 verschieben, um das Werkstück 30 an unterschiedlichen Positionen zu perforieren. Beispielsweise werden das bewegbare Basiselement und somit der Rahmen 110 in einer Ebene senkrecht zu der Achse Z verschoben, um ein kundenspezifisches Perforationsmuster 142 auf dem Werkstück 30 zu erzeugen, jedes Mal wenn das Perforationssystem 10 zu der ersten Position 120 zurückkehrt (d.h., das Stanzwerkzeug 12 und das Führungselement 18 sind von dem Werkstück 30 und den Prägeelement 40 entkoppelt). In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Ebene die Ebene des Werkstücks 30 sein oder kann eine Ebene sein, die erste Oberfläche 32 oder die zweite Oberfläche 34 mit einschließt oder im Wesentlichen parallel dazu angeordnet ist.
Ein Beispiel eines Perforationsmusters 142 ist in 7 gezeigt. Wenn beispielsweise das gewünschte Perforationsmuster ein oder mehrere Rechtecke ist, kann das bewegbare Basiselement damit beginnen, sich in einer ersten Richtung, die durch den Pfeil Y angegeben ist, in der Ebene zu verschieben, jedes Mal nachdem der Stanzkopf 20 des Stanzwerkzeugs 12 eine Perforation in dem Werkstück 30 erzeugt hat. Das Stanzwerkzeug und das Prägeelement können dann um 90 Grad gedreht werden und das bewegbare Basiselement kann verschoben werden, wie dies durch den Pfeil X angezeigt ist, bis der Stanzkopf 20 des Stanzwerkzeugs 12 die gewünschten Perforationen in dem Werkstück 30 erzeugt hat. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis das rechteckige Perforationsmuster in dem Werkstück 30 gebildet ist. Alternativ kann das Stanzwerkzeug 12 mehrere Stanzköpfe 20 aufweisen, die sich von dem Block 22 erstrecken, der ein recheckiges Kachel-Stanzelement bilden kann. Somit kann das in 7 gezeigte kundenspezifische Perforationsmuster 142 in einem einzelnen Stanzschritt oder mit weniger Stanzelementen im Vergleich dazu erreicht werden, dass das Stanzwerkzeug 12 einen einzigen Stanzkopf 20 aufweist.
In anderen Ausführungsformen kann das Basiselement, an der der Rahmen 110 montiert ist, stationär sein und das Stanzwerkzeug 12 und das entsprechende Prägeelement 40 können sich in Bezug auf den Rahmen 110 und das Werkstück 30 bewegen. Wenn beispielsweise das gewünschte Perforationsmuster ein oder mehrere Rechtecke ist, wie in 7 gezeigt, kann sich das Perforationssystem 10 in eine erste Richtung, die durch den Pfeil Y angezeigt ist, verschieben, die in der Ebene liegt, nachdem der Stanzkopf 20 des Stanzwerkzeugs 12 eine Perforation in dem Werkstück 30 erzeugt hat. Das Perforationssystem 10 kann dann um 90 Grad gedreht werden und in der zweiten Richtung, die durch den Pfeil X angegeben ist, verschoben werden, bis der Stanzkopf 20 des Stanzwerkzeugs 12 die gewünschten Perforationen in dem Werkstück 30 erzeugt hat. In einigen Ausführungsformen kann das Perforationssystem 10 mit einer programmierbaren Steuerung der CNC-Anlage in Verbindung stehen und ausgebildet sein, das Stanzwerkzeug 12 zu drehen, um andere kundenspezifische Perforationsmuster 142 in dem Werkstück 30 zu erzeugen.
Das zuvor beschriebene Perforationssystem 10 kann eine Reihe von neu konfigurierbaren Perforationsmustern in einem Werkstück erzeugen. Dies kann zweckdienlich sein, wenn Produkte variierende Perforationsgestaltungen, etwa unterschiedliche Logo-Gestaltungen und/oder unterschiedliche Perforationsmuster, die um oder benachbart zu dem Kunden-Logo angeordnet sind, aufweisen. Unter diesen Umständen können unterschiedliche kundenspezifische Perforationsmuster durch die CNC-Anlage für das kundenspezifische Logo und für Perforationsmuster bereitgestellt werden, die um oder benachbart zu dem Kunden-Logo angeordnet sind.
Obwohl anschauliche Ausführungsformen zuvor beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die Ausdrücke, die in der Beschreibung verwendet sind, lediglich zum Zwecke der Beschreibung und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet, und es ist zu beachten, dass diverse Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner können Merkmale diverser implementierter Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Ein Perforationssystem (10) zum Perforieren eines flexiblen Werkstückes (30), mit: einem Stanzwerkzeug (12) mit einem Stanzkopf (20), der eine vertikale Achse Z definiert, wobei der Stanzkopf (20) eine erste Form hat; einem Prägeelement (40), das entlang der vertikalen Achse Z positioniert ist und einen Auswurfstutzen (96) hat, der durch eine zweite Form definiert ist; und einem Antriebsmechanismus (50), der mit dem Stanzwerkzeug (12) gekoppelt ist und den Stanzkopf (20) entlang der vertikalen Achse Z nach unten fährt, um das flexible Werkstück (30) zu perforieren, wobei die erste Form mit der zweiten Form überlappt, so dass ein Stanz-Prägeelement-Kontakt zu Stande kommt, wenn das Stanzwerkzeug (12) an das Prägeelement (40) anschlägt, wobei der Stanz-Prägeelement-Kontakt zu einem glatten Schnitt entlang eines Umfangs (118) der zweiten Form führt.
Das Perforationssystem nach Anspruch 1, wobei der Antriebsmechanismus (50) mit einem Servo-Motor (54) verbunden und ausgebildet ist, die Abwärtsbewegung des Stanzwerkzeugs (12) entsprechend einer steuerbaren Strecke zu steuern.
Das Perforationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Antriebsmechanismus (50) in einer durch Computer numerisch gesteuerten Servo-angetriebenen Druckstangen-Drehkreuz-Stanzpresse (52) integriert ist.
Das Perforationssystem nach Anspruch 3, wobei die durch Computer numerisch gesteuerte Servo-angetriebene Druckstangen-Drehkreuz-Stanzpresse (52) so auf das Stanzwerkzeug (12) einwirkt, dass ein kundenspezifisches Perforationsmuster (142) auf dem flexiblen Werkstück (30) erzeugt wird.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die erste Form kreisförmig ist mit einem ersten Durchmesser und die zweite Form kreisförmig ist mit einem zweiten Durchmesser, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ist.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche , das ferner umfasst: einen Rahmen (110), der eine Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) aufnimmt; und ein lösbares Haftmittel (116), das zwischen der Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) und dem flexiblen Werkstück (30) angeordnet ist, um das flexible Werkstück (30) an der Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) zu befestigen; wobei die Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) eine Verformung von Perforationen des flexiblen Werkstücks (30) begrenzt, wenn das Stanzwerkzeug (12) das flexible Werkstück (30) perforiert.
Das Perforationssystem nach Anspruch 6, wobei der Rahmen (110) eine Öffnung (112) aufweist, über der die Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) angeordnet ist.
Das Perforationssystem nach Anspruch 7, wobei die Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) einen Elastizitätsmodul von 2 GPa oder größer hat, wenn sie über der Öffnung (112) angebracht ist.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei das lösbare Haftmittel (116) ein abnehmbares Klebeband und/oder ein doppelseitiges Klebeband und/oder ein Haftmittel in Form einer Flüssigkeit umfasst.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, wobei die Schicht aus Stabilisierungssubstrat (114) eine Polyesterschicht und/oder Papier und/oder ein Polymer-Material umfasst, das mit einer zweiten Oberfläche (34) des flexiblen Werkstücks (30) in Kontakt ist.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche , das ferner ein Gehäuse (14) aufweist, das eine Gehäuseaussparung (16) hat, die das Stanzwerkzeug (12) aufnimmt.
Das Perforationssystem nach Anspruch 11, das ferner ein Führungselement (18) umfasst, das bewegbar in der Gehäuseaussparung (16) angeordnet ist, wobei das Führungselement (18) mit einer ersten Oberfläche (32) des flexiblen Werkstücks (30) in Kontakt ist, wenn der Stanzkopf (20) das flexible Werkstück (30) perforiert.
Das Perforationssystem nach Anspruch 12, wobei das Prägeelement (40) mit einer zweiten Oberfläche (34) des flexiblen Werkstücks (30) in Kontakt tritt, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche (32) ist, wenn der Stanzkopf (20) das flexible Werkstück perforiert.
Das Perforationssystem nach Anspruch 13, wobei der Stanzkopf (20) sich durch das Führungselement (18) erstreckt und sich nicht in das Prägeelement (40) erstreckt, wenn der Stanzkopf (20) das flexible Werkstück (30) perforiert.
Das Perforationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche , in welchem das flexible Werkstück (30) eine Schicht aus Leder und/oder eine Schicht aus Schaum und/oder eine Schicht aus Stoff umfasst.
Ein Verfahren zum Perforieren eines flexiblen Werkstücks (30), wobei das Verfahren umfasst: Positionieren des flexiblen Werkstücks (30) benachbart zu einem Prägeelement (40); undPerforieren des flexiblen Werkstücks (30) in einer ersten Position mit einem Stanzwerkzeug (12), das einen Stanzkopf (20) hat, wobei der Stanzkopf (20) eine erste Form hat, wobei das Prägeelement (40) einen durch eine zweite Form definierten Auswurfstutzen (96) hat, wobei die erste Form mit der zweiten Form überlappt, und wobei das flexible Werkstück (30) entlang eines Umfangs (118) der ersten Form oder der zweiten Form geschnitten wird, wenn das Stanzwerkzeug (12) an dem Prägeelement (40) anschlägt.
Das Verfahren nach Anspruch 16, das umfasst: Verschieben des flexiblen Werkstücks (30) und/oder des Stanzwerkzeugs (12) in einer Ebene, die durch das flexible Werkstück (30) definiert ist; und Perforieren des flexiblen Werkstücks (30) in einer zweiten Position, die von der ersten Position entfernt ist, unter Verwendung des Stanzwerkzeugs (12), um ein kundenspezifisches Perforationsmuster (142) auf dem Werkstück (30) zu erzeugen.
Das Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 mit: Verschieben des Stanzwerkzeugs (12) entlang einer durch den Stanzkopf (20) definierten vertikalen Achse Z nach unten, um das flexible Werkstück (30) zu perforieren.
Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei das flexible Werkstück (30) auf einem Stabilisierungssubstrat (114) unter Anwendung eines lösbaren Haftmittels (116) positioniert wird, um eine Verformung von Perforationen (140) des flexiblen Werkstücks (30) zu begrenzen, wenn das Stanzwerkzeug (12) das flexible Werkstück (30) perforiert.