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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Werkzeuge zum Prägen und Stanzen müssen regelmäßig komplexen bzw. unterschiedlichen Anforderungen genügen. Für exakt definierte zu durchlaufende Arbeitsprozesse beim Prägen und Stanzen, wobei kurze Taktzeiten mit hoher Prozesssicherheit erwünscht sind, sind moderne Werkzeuge zum Prägen und Stanzen entsprechend auszulegen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Prägen und Stanzen von Werkstücken der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei unterschiedlichen Anforderungsprofilen variabel und prozesssicher einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Prägen einer Vertiefung in ein plattenartiges Werkstück und zum Durchstanzen der geprägten Vertiefung, umfassend eine Stempeleinheit und eine der Stempeleinheit gegenüberliegende Matrizeneinheit, zwischen denen das mit der Vorrichtung bearbeitbare Werkstück positionierbar ist, wobei eine Antriebseinheit derart mit der Stempeleinheit gekoppelt ist, dass ein Stempel der Stempeleinheit entlang einer Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar ist, und wobei der Stempel einen Prägestempel für das Prägen der Vertiefung und einen Stanzstempel zum Durchstanzen der Vertiefung umfasst. Die Fügeachse ist mit der Vorrichtung definiert, insbesondere in der Regel eine zentrale Längsachse des Stempels bzw. des Stanzstempels und des Prägestempels. Die Antriebseinheit für den Stempel ist insbesondere ein Elektroantrieb mit einem linear angetrieben bewegbaren Antriebsstößel. Die Vorrichtung weist eine vorzugsweise programmierbare übergeordnete Kontrolleinheit zur Betriebskontrolle der Vorrichtung auf. Die Kontrolleinheit umfasst eine Rechner- bzw. Computereinheit samt Software und kommuniziert mit unterschiedlichen Komponenten wie Sensor-, Mess-, Stell- und/oder AntriebsEinheiten der Stempel- und der Matrizeneinheit. Der Präge- und der Stanzstempel sind vorzugsweise außen zylindrisch. Alternativ ist auch ein anderer z. B. ein mehreckiger Querschnitt denkbar.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Stempeleinheit ein Koppelelement aufweist, dass in eine Koppelstellung bringbar ist, wobei in der Koppelstellung des Koppelelements bei einer Antriebsbewegung des Stempels in Richtung zur Matrizeneinheit hin, der Prägestempel und der Stanzstempel miteinander starr gekoppelt angetrieben bewegbar sind. Damit können die beiden Einzel-Stempel des Stempels, durch die Kontrolleinheit vorgegeben, von der Antriebseinheit angetrieben werden, wobei durch die Kopplung des Präge- und des Stanzstempels diese nicht voneinander unabhängig, sondern gemeinsam wirken, so als wäre nur ein Stempelelement vorhanden. Die Kopplung ist insbesondere allein für den Prägevorgang relevant, in welchem der Stanzstempel nicht benötigt wird.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung teils konkreter auch als Stanz-Prägezange bezeichnet.
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Das Koppelelement ist vorteilhaft derart auf den Stempel abgestimmt, dass die Kopplung in einer Relativstellung des Präge- und des Stanzstempels möglich ist, in welcher der Stanzstempel nicht vorne bzw. an einem freien matrizeneinheit-seitigen Ende des Prägestempels vorsteht, z. B. im Prägestempel versenkt ist. Damit bestimmt allein die Form des vorderen Endes des Prägestempels bzw. dessen Hüllfläche die Form der zu prägenden Vertiefung im Werkstück. Die Kopplung erfolgt vorzugsweise in einer Relativstellung des Präge- und des Stanzstempels, in welcher das vordere Ende des Stanzstempels um eine vergleichsweise geringe Strecke von einem vorderen Ende des Prägestempels nach innen versetzt ist innerhalb des Prägestempels oder die Stirnseiten des Stanzstempels und des Prägestempels stirnseitig bündig sind. In aller Regel ist es das Ziel, beim Prägen des Werkstücks darin eine Vertiefung mit einem ebenen Boden einzuprägen. Daher wird wie oben dargelegt in der Koppelstellung ein Überstand des Stanzstempels vorne am Prägestempel vermieden bzw. ausgeschlossen.
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Die Matrizeneinheit verfügt über einen Matrizen-Niederhalter, der vorzugsweise positionsfest an der Vorrichtung vorhanden ist, zum Beispiel an einem Bügel einer erfindungsgemäßen Stanz-Prägezange. Zum Bearbeiten des Werkstücks wird in der Regel das Werkstück auf eine der Stempeleinheit zugewandte Oberseite des Matrizen-Niederhalters aufgelegt. Dabei befindet sich die Stanz-Prägezange in einer Grundstellung bzw. in einer geöffneten Stellung, so dass die Matrizeneinheit gut zugänglich ist bzw. räumlich nicht eingeengt ist. Der Stempel ist in der Grundstellung von der Matrizeneinheit wegbewegt, womit ein Zwischenraum zwischen der Stempeleinheit und er Matrizeneinheit vergrößert bereitgestellt wird, was das Positionieren des Werkstücks auf der Matrizeneinheit bzw. dem Matrizen-Niederhalter erleichtert. Dies ist vorteilhaft unabhängig davon, ob die Vorrichtung fest aufgestellt ist und das Werkstück vor der Bearbeitung an den Matrizen-Niederhalter herangeführt wird oder die Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Stanz-Prägezange zum Beispiel an einem im Raum vorgebbar angetrieben beweglichen Roboterarm aufgenommen ist, also die erfindungsgemäße Vorrichtung robotergestützt zum Werkstück so hin bewegt wird, dass das Werkstück sich an dem Matrizen-Niederhalter abstützt.
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Des Weiteren umfasst die Matrizeneinheit vorzugsweise eine Abführleitung zur Abfuhr eines aus dem Werkstück ausgestanzten Werkstückteils wie einen Stanzbutzen. Die an der Matrizeneinheit vorhandene Abführleitung, die von einer Stelle bzw. Öffnung gegenüber des Stempels im Bereich der Fügeachse bis an eine abführseitige Öffnung der Vorrichtung führt, erstreckt sich insbesondere durch ein gegenüber einer Stirnseite des Stempels vorhandenes Matrizeninnenteil wie einen bewegbaren Matrizenboden und durch an den Matrizenboden benachbart angrenzende Abschnitte der Matrize, beispielsweise eines Matrizengrundkörpers und/oder des Matrizen-Niederhalters.
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Das Koppelelement ist in zumindest zwei vorgebbare unterschiedliche Stellungen bringbar, insbesondere in eine Warte- bzw. Ausrückstellung und in eine Koppel- bzw. Einrückstellung. Die vorzugsweise angetriebene Verstellung des Koppelelements erfolgt z. B. mit einer von der Kontrolleinheit kontrollierten Stelleinheit.
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Aus Platzgründen ist es vorteilhaft, dass das Koppelelement in einem Bereich der Stempeleinheit vorhanden ist, welcher von der Matrizeneinheit entfernt liegt. Besonders geeignet ist eine Anordnung des Koppelelements in einem der Matrizeneinheit abgewandten Endbereich des Stempels bzw. des Präge- und des Stanzstempels. Damit ist das Koppelelement zumindest über die wesentliche Länge des Stempels vom freien vorderen Ende des Stempels beabstandet, insbesondere von einem Bereich der Vorrichtung weg versetzt, in welchem das Werkstück positioniert wird.
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Vorteilhafterweise umfasst die Stempeleinheit ein entlang der Fügeachse hin- und herbewegbar gelagertes Führungsorgan, das von der Antriebseinheit angetrieben bewegbar ist. Das Führungsorgan ist bevorzugt ein Bauteil, das in Richtung der Fügeachse eine vergleichsweise geringe Erstreckung aufweist, zum Beispiel ein flaches bzw. plattenartiges Bauteil. Das z. B. im Wesentlichen plattenförmige Führungsorgan wie eine flache Stößelplatte ist vorzugsweise allein an einer Schmalseite gelagert bzw. linear geführt beweglich in Fügerichtung bzw. in Bewegungsrichtung des Stempels schmalseitig gelagert. Damit ist eine kompakte Bauform der Stanz-Prägezange möglich.
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Das Führungsorgan ist bevorzugt in einem bei bekannten Vorrichtungen zum Prägen und Stanzen ohnehin vorhandenen Bereich zwischen der Matrizen- und der Stempeleinheit unterbringbar, vorzugsweise mit Außenseiten des Führungsorgans, die innerhalb einer Breite eines Zwischenbereichs zwischen gegenüberliegenden Bügelschenkeln einer in der Grundform bügelförmigen erfindungsgemäßen Stanz-Prägezange liegen. Die gegenüberliegenden Bügelschenkel sind einerseits der Stempeleinheit und andererseits der Matrizeneinheit zugeordnet.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass das Koppelelement zwischen einem Abschnitt des Führungsorgans und einem Abschnitt des Prägestempels als Abstandhalter positionierbar ist. In der Koppelstellung erfüllt das Koppelelement die Funktion als Abstandhalter. Damit ist das Koppelelement zuverlässig bzw. mit kurzen Stellwegen zum Beispiel im Millimeterbereich und in geringen Verstellzeiten in die Abstandhalter- bzw. Koppelstellung und wieder zurück verstellbar. Die Verstellung des Koppelelements erfolgt vorzugsweise linear mit einer Schiebe- oder Gleitführung zum Beispiel mit einer pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Stelleinrichtung. Das Koppelelement ist insbesondere als starres Bauteil beispielsweise aus einem Metallmaterial hergestellt. Das Koppelelement ist insbesondere quer zur Fügeachse reversibel bewegbar bzw. angetrieben verstellbar.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass der Stanzstempel und das Führungsorgan miteinander verbunden sind. Beide Teile können einteilig ausgebildet sein. Alternativ können der Stanzstempel und das Führungsorgan aus zwei zusammengesetzten beziehungsweise fest miteinander verbundenen Bauelementen gebildet sein. Im Betrieb bildet der Stanzstempel und das Führungsorgan z. B. ein gemeinsam von der Antriebseinheit angetrieben bewegbares Bauteil der Vorrichtung.
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Es ist überdies vorteilhaft, dass das Koppelelement an dem Führungsorgan aufgenommen ist. Da der Stempel zu dessen Antrieb vorzugsweise mit dem Führungsorgan bewegbar ist, ist das Koppelelement unabhängig davon, in welcher Stellung der Stempel steht, jederzeit am Stempel mitgenommen vorhanden, womit die Einrichtung und die Aufhebung der Koppelstellung einfach und ohne Zeitversatz möglich wird. Vorzugsweise ist das Koppelelement bewegbar am Führungsorgan aufgenommen.
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Auch von Vorteil ist es, wenn der Stanzstempel innerhalb des Prägestempels aufgenommen ist. Vorzugsweise ist der Prägestempel ein Hohlstempel, in dessen Hohlraum der Stanzstempel beweglich aufgenommen ist. Der Prägestempel weist vorzugsweise einen zentrisch zur Prägestempel-Längsachse ausgebildeten Kanal auf, in welchem der Stanzstempel Platz findet.
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Der Hohlraum und der Stanzstempel sind insbesondere so aufeinander abgestimmt, dass der Stanzstempel in dem Hohlraum mit einem sehr geringen Spiel vorzugsweise gleitend entlang der Wandung des Hohlraums geführt ist. Die Kontur bzw. Form der Wandung des Kanals ist demgemäß an die Außenform des Stanzstempels angepasst, vorzugsweise hohlzylindrisch für einen zylindrischen Stanzstempel.
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Die axiale Länge des Stanzstempels und des Prägestempel sind vergleichbar, vorzugsweise ist der Stanzstempel etwas länger als der Prägestempel. Der Prägestempel ist entlang der Fügeachse bewegbar und im Niederhalter geführt. Vorzugsweise sind der Präge- und der Stanzstempel konzentrisch zur Fügeachse angeordnet bzw. fällt die Längsachse des Präge- und des Stanzstempels mit der Fügeachse zusammen.
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Auch vorteilhaft ist, dass Federmittel vorgesehen sind, mit denen eine gefederte Relativbewegung zwischen dem Stanzstempel und dem Prägestempel einrichtbar ist. Die Federmittel sind vorzugsweise Druckfedern. Die Federmittel wirken für eine platzsparende Anordnung z. B. in einem Zwischenraum zwischen Abschnitten der Antriebseinheit beziehungsweise dem Führungsorgan und Abschnitten des Prägestempels. Beispielsweise sind mehrere Druckfedern wie Schrauben-Druckfedern umfänglich um einen oberen Endabschnitt des Stanzstempels, der antriebsseitig einseitig über den Prägestempel übersteht, und einer nicht prägenden bzw. einer antriebsseitigen Stirnseite des Prägestempels eingespannt vorhanden. Zur Antriebseinheit hin stützen sich die Federmittel zum Beispiel an dem Führungsorgan ab. Im unbelasteten Fall bzw. in der Grundstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Federmittel so abgestimmt, dass mit den Federmitteln der Präge- und der Stanzstempel selbsttätig so zueinander in eine Relativstellung gedrängt werden, dass der Stanzstempel nicht an der matrizeneinheit-seitigen Stirnseite des Prägestempels übersteht, sondern der Stanzstempel an der Prägestempel-Stirnseite im Prägestempel versenkt ist. Vorzugsweise In dieser Relativstellung erfolgt der Prägevorgang des Werkstücks. Denn beim Prägen soll der Stanzstempel nicht auf das Werkstück einwirken.
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Nicht ausgeschlossen wäre bei entsprechender Abstimmung der Länge des Stanzstempels und/oder der Federmittel alternativ ein geringer Überstand des Stanzstempels vorne am Prägestempel in einer Prägestellung der Vorrichtung, um eine stufig abgesetzte Prägekontur durch eine zentrale Erhöhung am Stempel, die der Stanzstempel liefert, bereitzustellen.
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In der Regel ist der Stanzstempel mit seiner matrizeneinheit-seitigen Stirnseite zumindest nahezu bündig mit der matrizeneinheit-seitigen Stirnseite des Prägestempels, so dass eine Vertiefung mit einem ebenen Boden in das Werkstück einprägbar ist.
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Es ist des Weiteren vorteilhaft, dass Federmittel vorgesehen sind, mit denen eine gefederte Relativbewegung zwischen dem Prägestempel und einem Niederhalter der Stempeleinheit einrichtbar ist. Die vorzugsweise als Druckfedermittel gestalteten Federmittel wie Schrauben-Druckfedern sind zum Beispiel in einem Zwischenraum zwischen Abschnitten des Niederhalters und Abschnitten des Prägestempels vorhanden. Beispielsweise sind mehrere Druckfedern umfänglich und radial beabstandet zum Prägestempel vorgesehen. Die Federmittel stützen sich einerseits z. B. an einem antriebsseitigen bzw. endseitigen Flansch des Prägestempels ab und andererseits an einer der Matrizeneinheit abgewandten Seite des Niederhalters ab. Wenn für den Prägevorgang der Stempel mit dem Niederhalter auf das Werkstück zubewegt wird, trifft der Stempel mit dem Niederhalter auf das Werkstück auf, das sich am Matrizen-Niederhalter fest abstützt. Beim weiteren angetriebenen Bewegen des Stempels federt der Niederhalter durch das Zusammendrücken der Federmittel zwischen Prägestempel und Niederhalter ein, wobei der Prägestempel relativ zum Niederhalter stirnseitig vorfährt und unter Zunahme des Überstandes die Vertiefung in das Werkstück einprägt.
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Gemäß einer möglichen vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Matrizeneinheit einen entlang der Fügeachse bewegbaren Matrizenboden auf, der in Fügerichtung gegenüber dem Stempel als matrizeneinheit-seitiger Gegenabschnitt vorhanden ist. Vorzugsweise wirkt der Matrizenboden bei einem Einwirken des Stanzstempels auf das Werkstück bzw. den Boden der Vertiefung als ein Festabschnitt bzw. als mechanisch feststehende Auflage. Der Matrizenboden ist beim Stanzen bezüglich einer Oberseite der Matrizeneinheit bzw. des Matrizen-Niederhalters vertieft vorhanden. Beim vorhergehenden Prägen hingegen kann der Matrizenboden in Fügerichtung insbesondere vergleichsweise geringe fügerelevanten Kräfte aufnehmen und weicht mit einem bestimmten vorzugsweise mit einem vorgebbaren Widerstand aus, wenn der Boden der Vertiefung nach unten tiefgezogen wird.
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Der Matrizenboden ist vorzugsweise derart gestaltet, dass der Matrizenboden wahlweise in beide möglichen Richtungen entlang der Fügeachse bewegbar ist. Des Weiteren ist der Matrizenboden bevorzugt so auf die weiteren Teile der Matrizeneinheit insbesondere den Matrizen-Niederhalter bzw. einen Matrizen-Grundkörper abgestimmt, dass der Matrizenboden jederzeit und an jeder Position gemäß eines möglichen Bewegungsweges entlang der Fügeachse positionsfest gehalten werden kann bzw. reversibel jederzeit wieder bewegbar gemacht werden. Dies wird von der Kontrolleinheit über z. B. einen Matrizenantrieb gesteuert.
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Auch von Vorteil ist es, dass der Matrizenboden mit einem Matrizenantrieb entlang der Fügeachse bewegbar ist. Der Matrizenantrieb kann beispielsweise hydraulisch, pneumatische oder elektrisch erfolgen. Der Matrizenantrieb ist vorzugsweise ein Linearantrieb, der zum Beispiel im Bereich der Fügeachse an einer Außenseite eines Bügelschenkels der Matrizeneinheit vorhanden ist.
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Eine weitere Alternative vorteilhafte Modifikation der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontrolle des Matrizenantriebs durch die Kontrolleinheit erfolgt. Die Kontrolleinheit kontrolliert insbesondere den Bewegungszustand, was die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit bzw. die festlegbare Position des Matrizenbodens entlang der Fügeachse angeht. Hierfür sind bevorzugt entsprechende Sensoreinrichtungen beteiligt.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Kontrolleinheit derart programmiert ist, eine Präge-Endposition des Prägestempels vorzugeben, wobei beim Prägen der Vertiefung der in Richtung zur Matrizeneinheit hin angetrieben bewegte Prägestempel bis zur Präge-Endposition bewegbar ist. Dann wird die Endposition festgehalten. Der Antrieb und/oder eine weitere Einrichtung wirken in der Präge-Endposition arretierend, so dass der Matrizenboden unbeweglich ist und einen festen Anschlag bildet.
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Nach einer anderen Modifikation der Erfindung, ist die Kontrolleinheit derart programmiert, dass der Prägestempel nach Erreichen der Präge-Endposition eine angetriebene Rückbewegung in Richtung von der Matrizeneinheit weg ausführt. Insbesondere erfolgt vorzugsweise eine kurze Bewegung um eine vergleichsweise geringe Strecke. Damit wird eine Drucksituation auf die Federmittel zwischen dem Niederhalter und dem Prägestempel aufgelöst. Die Koppelstellung ist dann vorteilhaft aufhebbar.
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Schließlich ist es von Vorteil, dass die Kontrolleinheit derart programmiert ist, dass nach der Rückbewegen des Prägestempels in Richtung von der Matrizeneinheit weg, der Stanzstempel die geprägte Vertiefung durchstanzt, wobei das Koppelelement sich nicht in der Koppelstellung befindet, so dass bei einem Stanzvorgang der Stanzstempel angetrieben relativ zum Prägestempel in Richtung zur Matrizeneinheit hin bewegbar ist.
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Vorteilhafterweise ist mit Hilfe des Matrizenantriebs der Matrizenboden fixiert, auf einer Position, welche mit der Tiefe der fertiggestellten Vertiefung korrespondiert. Beim anschließenden Stanzvorgang bildet der Matrizenboden eine mechanische Abstützung für die darauf in Kontakt befindlichen Unterseite des Bodens der erstellten Vertiefung. Der Stanzstempel durchstanzt den Boden der Vertiefung in einem Bereich, in dem der Matrizenboden eine Öffnung mit einem Abführkanal aufweist, in welchen der Stanzstempel beim Stanzen eintaucht und den herausgestanzten Stanzbutzen hineindrückt und einem weiteren Abtransport zuführt.
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Figurenbeschreibung:
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Anhand eines stark schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf ein stark schematisiertes erfindungsgemäßes Werkzeug in einer Grundstellung schräg von oben,
- 2 einen Schnitt entlang einer Fügeachse durch das Werkzeug gemäß 1 mit einem eingelegten Werkstück vor der Bearbeitung,
- 3 die Schnittansicht gemäß 2 am Ende eines Prägevorgangs zum Prägen des Werkstücks und
- 4 die Anordnung gemäß 2 und 3 beim Durchstanzen des Werkstückes.
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1 zeigt perspektivisch schräg von unten eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prägen einer Vertiefung in ein plattenartiges Werkstück und zum Durchstanzen der geprägten Vertiefung, wobei die Vorrichtung als Stanz-PrägeWerkzeug bzw. als Stanz-Prägenzange 1 ausgebildet ist. Die 1 und 2 betreffen eine Grundstellung der Stanz-Prägenzange 1, die eine Stempeleinheit 2 und eine Matrizeneinheit 3 umfasst, zwischen denen ein Werkstück W positionierbar ist. Das Werkstück W ist zum Beispiel ein ebenes Blech bzw. eine Platine, in welche eine Vertiefung eingeprägt und in der Vertiefung ein Loch durch einen Stanzvorgang eingebracht wird. Beim Einprägen sind Bereiche des Werkstücks W um die Vertiefung herum geklemmt fixiert, so dass mit der Stanz-Prägenzange 1 nicht geklemmtes Material des Werkstücks W in einen tieferen Bereich der Matrizeneinheit 3 durch Wirken einer mit der Stempeleinheit 2 bereitgestellten Druckkraft eines Prägestempels 7 eines Stempels 6 hineingeformt bzw. tiefgezogen wird. Die Stempeleinheit 2 und die Matrizeneinheit 3 sind an gegenüberliegenden Bügelschenkeln 5a und 5b vorhanden, die Teil eines im Schnitt beispielhaft U-förmigen Bügels 5 sind. Die Stanz-Prägenzange 1 kann stationär oder zum Beispiel an einem Roboterarm (nicht gezeigt) räumlich bewegbar aufgenommen sein.
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Der Bügel 5 kann alternativ auch einen geschlossenen Ring bilden bzw. O-förmig sein.
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Eine Antriebseinheit 4 der Stanz-Prägenzange 1 umfassend z. B. einen Elektro- oder Hydropneumatik-Antrieb ist mit der Stempeleinheit 2 gekoppelt für einen stempeleinheit-seitigen Antrieb der Stanz-Prägenzange 1. Die Antriebseinheit 4 weist einen Antriebsstößel 23 auf, der von einer nicht ersichtlichen Kontrolleinheit des Stanz-Prägestempels 1 kontrolliert linear in Fügerichtung bzw. in Richtung Pl und zurück in Richtung P2 angetrieben verfährt bzw. in vorgegebenen Positionen stoppt. Mittels der Antriebseinheit 4 erfolgt ein kontrollierter bzw. gesteuerter Antrieb des Stempels 6 der Stempeleinheit 2. Der Stempel 6 ist entlang einer zentrisch zum Stempel 6 liegenden Fügeachse S in Richtung P1 bzw. in Richtung zur Matrizeneinheit 3 hin bzw. in Richtung P2 zurück bzw. entgegen P1 angetrieben bewegbar.
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Eine rechnergestützte Kontrolleinheit der Stanz-Prägenzange 1 zum Betrieb der Stanz-Prägezange 1 ist nicht näher dargestellt und kann zum Beispiel entfernt zum Bügel 5 vorhanden sein und leitungsgebunden mit der Stempeleinheit 2 und der Matrizeneinheit 3 kommunizieren.
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Der Stempel 6 umfasst den innen hohlen Prägestempel 7 und einen Stanzstempel 8. Dabei ist im als Hohlstempel ausgebildeten Prägestempel 7 der Stempel 8 zentrisch bewegbar aufgenommen. Die zentrale Längsachse des Stanzstempels 8 fällt mit der Fügeachse S zusammen. Außerdem umfasst die Stempeleinheit 2 einen Niederhalter 9 mit einem in Richtung zur Matrizeneinheit 3 vorstehenden Ringbund 9a zum stempeleinheit-seitigen Andrücken gegen das Werkstück W, das sich matrizeneinheit-seitig an einem Matrizen-Niederhalter 17 abstützt.
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Der Niederhalter 9 umgibt umfänglich und außen radial zur Fügeachse S einen vorderen Längsabschnitt des Stempels 6 bzw. des Prägestempels 7. In einem zur Fügeachse S axialen Zwischenraum zwischen einem oberen umfänglich vorhandenen und radial nach außen vorstehenden Flansch 10 des Prägestempels 7 und einer Oberseite des Niederhalters 9 sind erste Federmittel 11 beispielsweise vorgespannte Druckfedern wie z. B. Federpakete oder Schraubenfedern vorhanden.
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Des Weiteren umfasst die Stempeleinheit 2 ein als Stößelplatte 13 ausgebildetes Führungselement 12, auf welches der Antriebsstößel 23 wirkt. Die mit dem vorderen Ende des Antriebsstößels 23 verbundene Stößelplatte 13 ist am Bügel 5 geführt bzw. gelagert und mit der Antriebseinheit 4 linear in Richtung P1 und P2 hin- und herbewegbar.
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Zwischen der Stößelplatte 13 und dem Flansch 10 des Prägestempels 7 sind zweite Federmittel 14 insbesondere in der gleichen Art wie die ersten Federmittel 11 eingespannt bzw. als Druckfedern vorhanden.
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Bei einer Bewegung des Antriebsstößels 23 bzw. der Stößelplatte 13 in Richtung P1, wenn ein freies Ende des Niederhalters 9 bzw. des Stempels 6 auf einen Widerstand trifft, werden die ersten und zweiten Federmittel 11, 14 zusammengedrückt. Damit wird eine Druckkraft vom Prägestempel 7 und vom Niederhalter 9 über den Ringbund 9a in Richtung P1 auf die Matrizeneinheit 3 wirksam. Aufgrund des Zusammendrückens der zweiten Federmittel 14 bewegt sich der Stanzstempel 8 relativ zum Prägestempel in Richtung P1.
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Mit der erfindungsgemäßen Stanz-Prägezange 1 ist ein serielles Bearbeiten des Werkstücks W vorteilhaft möglich, wobei nach Abschluss des Prägens einer Vertiefung V in das Werkstück W, was mit dem Prägestempel und dem darin eingefahrenen Stanzstempel 8 erledigt wird, ein Loch in die Vertiefung gestanzt wird oder es werden mehrere Löcher gestanzt, was mit dem Stanzstempel 8 erfolgt, ohne dass der Prägestempel 7 weiter in Richtung P1 verfährt. Hierfür sind Koppelmittel mit einem Koppelelement vorhanden, das als ein Verriegelungszylinder 15 ausgebildet ist, welcher an der Stößelplatte 13 bewegbar bzw. in eine Ausrückstellung ausrückbar gemäß der 1, 2 und 4 und in eine Einrück- bzw. Koppelstellung (s. 3) einrückbar aufgenommen ist.
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Die Matrizeneinheit 3 umfasst den fest mit dem Bügel 5 verbundenen Matrizen-Niederhalter 17 mit einer Ausnehmung 17a, in der ein entlang der Fügeachse S beweglicher Matrizenboden 18 untergebracht ist. Der Matrizenboden 18 liegt gegenüber dem Stempel 6, wobei eine Querschnittsfläche des Matrizenbodens 18 vorzugsweise einer Querschnittsfläche des Prägestempels 7 entspricht.
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Der Matrizenboden 18 grenzt zur Fügeachse S radial außen an Wandungen der Ausnehmung 17a an und ist beweglich entlang der Fügeachse S innerhalb der Ausnehmung 17a geführt bzw. eingesetzt. In der Grundstellung der Stanz-Prägezange 1 gemäß 1 und 2 ist eine eben Oberseite des Matrizenbodens 18 zumindest nahezu bündig mit einer ebenen Oberseite des Matrizen-Niederhalters 17. Damit liegt eine ebene Unterseite des Werkstücks W auf den Oberseiten des Matrizen-Niederhalters 17 und des Matrizenbodens 18. Dabei ist der Matrizenboden 18 in Richtung P1 frei beweglich bzw. in die Ausnehmung 17a hinein zurückweichbar, ohne dass von dem Matrizenboden 18 prozessrelevante Kräfte auf die Unterseite des Werkstücks W wirken. Diese Zusammenhänge geltem beim Prägen der Vertiefung V in das Werkstück W, wenn sich der Prägestempel 7 in Richtung P1 angetrieben bzw. kraftunterstützt bewegt und mit seiner Stirnseite 7a stempeleinheit-seitig auf das Werkstück W presst und dieses tiefzieht.
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Dabei ist der Stanzstempel 8 relativ zum Prägestempel 7 unbewegt bzw. sind der Stanzstempel 8 und der Prägestempel 7 miteinander gekoppelt durch den Verriegelungszylinder 15 (s. 3).
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Der Verriegelungszylinder 15 wird hierzu vor dem Prägen der Vertiefung V von einer nicht dargestellten Stelleinheit, die von der Kontrolleinheit kontrolliert ist, in Richtung gemäß des Pfeils P3 aus der in 2 dargestellten Ausrückstellung, in welcher der Verriegelungszylinder 15 nicht wirksam ist, zur Fügeachse S hin in die Koppelstellung gemäß 3 verschoben. Dabei fährt ein Eingreifabschnitt 15a zwischen die Stößelplatte 13 und den Flansch 10 des Prägestempels 7 bis ein Absatz 15b mit winklig stehenden Seiten an einer entsprechend winkligen Kante des Flanschs 10 ansteht. Der Eingreifabschnitt 15a bildet einen in Richtung P1 wirkenden starren Abstandhalter zwischen der Stößelplatte 13 und dem daran befestigten Stanzstempel 8 und dem Prägestempel 7. In der Koppelstellung erfolgt durch ein angetriebenes Vorrücken des Antriebsstößels 23 in Richtung P1 der erste Bearbeitungsschritt des Werkstücks W durch das Prägen der Vertiefung V. Der Prägestempel 7 mit dem Niederhalter 9 treffen auf das Werkstück W wobei der Niederhalter 9 durch ein Zusammendrücken der ersten Federmittel 11 einfedert relativ zum Prägestempel 7 und das Werkstück W gegen den Matrizen-Niederhalter 17 drückt und damit klemmend fixiert. Mit dem weiteren Bewegen des Prägestempels 7 in Richtung P1 wird die Vertiefung V eingeprägt gemäß des zurückgelegten angetriebenen Bewegungsweges des Prägestempels 7 in eine von der Kontrolleinheit vorgegebene End- bzw. Stopp-Position des Prägestempels 7. Der Matrizenboden 18 weicht während des Prägevorgangs in Richtung P1 zurück, wobei dabei dem geprägten Material des Werkstücks W bzw. der Prägestempelbewegung ein definierter vorzugsweise ein vorgegebener Widerstand entgegengesetzt wird. Der Matrizenboden 18 stellt insbesondere keinen unterseitig auf das Werkstück W wirkenden mechanischen Anschlag an der Matrizeneinheit 3 bereit.
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Der Matrizenboden 18 weist eine ebene Oberseite 19 mit einer Öffnung 20 auf, die in Verlängerung des Stanzstempels 8 vorhanden ist. Der Querschnitt der Öffnung 20 ist geringfügig größer als die Querschnittsfläche der Stanzstempel-Stirnseite bzw. des Stanzstempels 8. Die Öffnung 20 führt weiter in die hohle Leitung 22 der Butzenabführung 21 zum Beispiel in einen Butzenabführkanal, durch welchen der Stanzbutzen nach außen gemäß P5 (s. 4) abgeführt werden kann.
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Der Prägevorgang gemäß 3 und der nachfolgende Stanzvorgang nach 4 sind derart abgestimmt, dass erst nach Abschluss des Prägevorgangs der Stanzvorgang erfolgt.
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Um das Stanzen der Vertiefung V zu ermöglichen, müssen der Stanzstempel 8 und der Prägestempel 7 entkoppelt sein bzw. entlang der Fügeachse S relativ zueinander beweglich sein, damit sich der Stanzstempel 8 zumindest mit einem vorderen Endabschnitt über das vordere Ende bzw. die Stirnseite des Prägestempels 7 hinausbewegen kann. Hierfür darf der Verriegelungszylinder 15 nicht die Koppelstellung einnehmen bzw. muss in die Ausrückstellung gelangen. Am Ende des Prägevorgangs wirken auf den Verriegelungszylinder 15 Druckkräfte aufgrund der zusammengedrückten ersten Federmittel 11. Da beim Prägen durch das Anstehen des Ringbunds 9a am Werkstück W, das sich am Matrizen-Niederhalter 17 abstützt, sich ein axialer Abstand des Niederhalter 9 zum Flansch 10 verringert, werden die ersten Federmittel 11 zusammengedrückt und damit die Flansch 10 mit einer zusätzlichen Kraft gegen den Eingreifabschnitt 15a gedrückt. Dies macht eine Verstellung des Verriegelungszylinders 15 in Richtung P4 unmöglich oder erschwert diese zumindest. Daher müssen die ersten Federmittel 11 entspannt werden, womit der Verriegelungszylinder 15 in Richtung P4 ausrückbar ist. Zur Entspannung der Federmittel 11 wird der Antriebsstößel 23 nach Erreichen der Endposition nach dem Prägen um eine vergleichsweise kurze Strecke in Richtung P2 bewegt, jedoch vorzugsweise nur so weit, dass der Ringbund 9a weiterhin gegen das Werkstück W andrückt. Das Ausrücken des Verriegelungszylinders 15 in Richtung P4 bzw. aus der Koppelstellung in die Ausrückstellung gemäß 4 kann problemlos erfolgen.
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Vor Beginn des Stanzvorgangs wird außerdem der Matrizenboden 18 in der am Ende des Prägens unterseitigen Nachbarschaft zur Vertiefung V arretiert, was mit dem Matrizenantrieb 16 realisiert ist, zum Beispiel hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch. Damit ist der Matrizenboden 18 beim Stanzvorgang wirksam bzw. am Prozess beteiligt, nicht jedoch beim vorausgehenden Prägevorgang.
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Für das Durchstanzen der Vertiefung V um die zentrale Stelle des Durchtritts der Fügeachse S herum fährt der Antriebsstößel 23 nach dem kurzen Zurücksetzen in Richtung P2 wieder angetrieben in Richtung P1. Da die beim Prägen wirksame starre Kopplung von Prägestempel 7 und Stanzstempel 8 aufgehoben ist, kann der Stanzstempel 7 innerhalb des Prägestempels 8 in Richtung P1 angetrieben vorfahren. Die ersten und zweiten Federmittel 11 und 14 werden dabei zusammengerückt. Der Niederhalter 9 und der Prägestempel 7 stehen am Werkstück W bzw. dem Boden der Vertiefung V an, wobei der Stanzstempel 8 mit seiner vorderen Stirnfläche durch das Werkstück W stanzt bzw. einen Stanzbutzen aus dem Werkstück W heraustrennt und den ausgestanzten Stanzbutzen in die hohle Leitung 22 der Butzenabführung 21 innerhalb des Matrizenbodens 18 und des Matrizen-Niederhalters befördert.
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Nach dem Stanzvorgang wird über die Kontrolleinheit der Antriebsstößel 23 wieder zurückgefahren in Richtung P2 bis in eine Warte- bzw. Ruhestellung des Antriebsstößels 23 bzw. die Grundstellung gemäß 2 bei offener Stanz-Prägezange 1, bereit für einen nächsten Präge-Stanzvorgang.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Stanz-Prägezange
- 2
- Stempeleinheit
- 3
- Matrizeneinheit
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- Bügel
- 5a
- Bügelschenkel
- 5b
- Bügelschenkel
- 6
- Stempel
- 7
- Prägestempel
- 7a
- Stirnseite
- 8
- Stanzstempel
- 9
- Niederhalter
- 9a
- Ringbund
- 10
- Flansch
- 11
- Federmittel
- 12
- Führungselement
- 13
- Stößelplatte
- 14
- Federmittel
- 15
- Verriegelungszylinder
- 15a
- Eingreifabschnitt
- 15b
- Absatz
- 16
- Matrizenantrieb
- 17
- Matrizen-Niederhalter
- 17a
- Ausnehmung
- 18
- Matrizenboden
- 19
- Oberseite
- 20
- Öffnung
- 21
- Butzenabführung
- 22
- Leitung
- 23
- Antriebsstößel
