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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stanzwerkzeug, eine Werkzeugmaschine, ein Verfahren zur Bauteilbearbeitung sowie eine Verwendung eines Stanzwerkzeugs.
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Stanzwerkzeuge, wie Stanzstempel, sind in der Regel flach oder schräg angeschliffen. Beim Beseitigen von Beschichtungsresten oder sonstigen Verschmutzungen oder beim Aufweiten von Vorlöchern/Durchbrüchen etc. ist sicherzustellen, dass das Vorloch bzw. der Durchbruch exakt positioniert sind, damit das Stanzwerkzeug bzw. der Stanzstempel dieses auch genau trifft. Dieses Positionieren ist aufwändig. Die bekannten Stanzwerkzeuge bzw. Stanzstempel bringen zudem den Nachteil mit sich, dass die Lochränder durch den hohen, schlagartigen Schneideingriff stark verformt werden. Um dem entgegenzuwirken, werden in der Regel Gegenmatrizen eingesetzt, welche allerdings eine beidseitige Zugänglichkeit des entsprechenden Bauteils/Werkstücks voraussetzen. Überdies stellt die Anordnung der Gegenmatrize, sofern überhaupt möglich, wieder einen zusätzlichen Arbeitsschritt dar, welcher das gesamte Verfahren verkompliziert.
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Die
DE 10 2006 053 223 B3 betrifft einen Loch- und Durchzugsstempel für ein Stanzwerkzeug einer Stanz- oder Presseinrichtung zum Herstellen von Durchbrüchen mit einem Durchzug in plattenförmigen Werkstücken.
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Die
DE 10 45 765 B betrifft einen Kalibrierstempel mit schabender Kante und glättender Fläche zum Herstellen von genauen Bohrungen.
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Die WO 02/ 036 282 A1 betrifft ein Vorsatzgerät zum Stanzen von Polygonlöchern sowie eine hierzu verwendbare Werkzeugeinheit.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stanzwerkzeug, eine Werkzeugmaschine, ein Verfahren zur Bauteilbearbeitung sowie eine Verwendung eines Stanzwerkzeugs anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere einen schnellen und kostengünstigen Prozess ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Stanzwerkzeug gemäß Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 9, ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß weist ein Stanzwerkzeug, welches sich entlang einer Mittellinie bzw. Längsachse erstreckt und in einem vorderen Abschnitt endet, zumindest eine Schneidebene auf, welche umfänglich von einer Schneidkante begrenzt ist, wobei im Bereich der Schneidkante bzw. an der Schneidkante zumindest ein Führungselement ansetzt, welches in Richtung des vorderen Abschnitts zur Mittellinie hin geneigt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Schneidkante durch das zumindest eine Führungselement unterbrochen. Das Führungselement setzt in diesem Fall z. B. direkt an der Schneidkante an. Der vordere Abschnitt des Stanzwerkzeugs stellt sozusagen eine Spitze des Werkzeugs dar. Das zumindest eine Führungselement ermöglicht durch seine Neigung relativ zur Mittellinie ein automatisches Ausrichten bzw. Positionieren des Stanzwerkzeugs relativ zu einem Vorloch oder Durchbruch bzw. umgekehrt. Dadurch ist es möglich, etwaige Positions- und Formtoleranzen von Vorlöchern oder Durchbrüchen auszugleichen. Durch das zumindest eine Führungselement ist immer wieder eine Positionierung des Stanzwerkzeugs relativ zum Vorloch/Durchbruch, bzw. umgekehrt, möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die zumindest eine Schneidebene im Wesentlichen senkrecht zur Mittellinie und/oder ist spiralförmig ausgebildet. Insbesondere bei der spiralförmigen Ausgestaltung kann durch den gleichmäßigen und kontinuierlichen Schneideingriff ein sehr material- bzw. bauteilschonendes Verfahren realisiert werden, bei welchem in vielen Fällen auch der Verzicht auf eine Gegenmatrize möglich ist. Ähnliches gilt, wenn mehrere Schneidebenen vorgesehen werden.
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So umfasst das Stanzwerkzeug gemäß einer Ausführungsform eine Vielzahl von Schneidebenen, welche entlang der Mittellinie angeordnet sind. Die Schneidebenen erstrecken sich hierbei im Wesentlichen jeweils senkrecht zur Längsachse. Auch hier kann durch den gleichmäßigen und kontinuierlichen Einsatz vieler Einzelschneiden auf die Verwendung einer Gegenmatrize verzichtet werden.
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Grundsätzlich gilt, dass ein Durchmesser des Stanzwerkzeugs entgegen einer Arbeitsrichtung bevorzugt zunimmt. Eine spiralförmige bzw. gewindeförmige Schneidkante der spiralförmigen Schneidebene beschreibt z. B. entgegen der Arbeitsrichtung einen zunehmenden Durchmesser. Ein Querschnitt oder Durchmesser der hintereinander angeordneten Schneidebenen nimmt ebenfalls entgegen der Arbeitsrichtung zu, wobei die Arbeitsrichtung die Vorschubrichtung des Stanzwerkzeugs beschreibt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zumindest eine Schneidebene rund, insbesondere kreisrund, oder eckig, beispielsweise viereckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet. Typische Durchmesser bzw. Diagonalen liegen dabei in einem Bereich von etwa 2-10 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform wechselt eine Form/Ausgestaltung der Schneidebenen. Insofern ist es z. B. möglich, eine Art Kombiwerkzeug vorzusehen, welches z. B. eine runde/kreisrunde und eine eckige/quadratische Schneidebene aufweist, welche entlang der Längsachse hintereinander beabstandet angeordnet sind, wobei z. B., bezogen auf die Arbeitsrichtung, zuerst die runde und dann die eckige Schneidebene vorgesehen ist bzw. umgekehrt. Ein derartiges Kombiwerkzeug kann beispielsweise auf zweierlei Arten genutzt werden: Abhängig von der Höhe des Hubs kann nur ein rundes Loch gestanzt oder aufgeweitet werden, wenn beispielsweise die runde Schneidebene die zuerst angeordnete Schneidebene ist. Wird ein größerer Hub durchgeführt, so kann zusätzlich noch die eckige Schneidebene zum Einsatz kommen. Insofern ist es möglich, die runde Schneidebene zum Vorschneiden zu verwenden bzw., bei entsprechend geringem Hub, auch als Einzelschneide.
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Gemäß einer Ausführungsform formt das zumindest eine Führungselement eine Führungsfläche, welche sich entlang der Mittellinie erstreckt. Die Führungsfläche ist dabei zweckmäßigerweise an die (umfängliche) Geometrie bzw. die Geometrien der Schneidebene bzw. Schneidebenen bzw. auch der Schneidkante(n) angepasst. Die Führungsfläche selbst kann im Wesentlichen flach oder eben bzw. gerade ausgebildet sein, entlang ihrer Längsrichtung gesehen aber beispielsweise auch eine Wölbung oder Krümmung oder einen Radius aufweisen, welcher sich an einer, beispielsweise ggf. runden, Schneidkante orientiert etc. Gemäß einer Ausführungsform weist das Führungselement auch eine Führungskante auf bzw. bildet dieses aus, wenn beispielsweise das Führungselement an einer Ecke einer eckigen Schneidebene ansetzt. Das Führungselement kann beispielsweise auch an einer Seitenkante einer viereckigen Schneidebene ansetzen und ist dann bevorzugt flach bzw. eben oder gerade ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist das Führungselement eine Breite von etwa 1-3 mm auf. Die Breite ist entlang der Längserstreckung des Führungselements bevorzugt im Wesentlichen konstant, kann aber auch unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise insbesondere im Bereich eines Übergangs des Führungselements in bzw. in einen Bereich der Schneidkante und/oder eine nächste Schneidebene.
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Gemäß einer Ausführungsform formen mehrere, umfänglich angeordnete, Führungselemente einen Führungsabschnitt, wobei zwei aufeinanderfolgende Schneidebenen oder die spiralförmig ausgebildete Schneidebene durch den Führungsabschnitt verbunden sind. Zweckmäßigerweise ist der Führungsabschnitt also durch eine Vielzahl von Führungselementen gebildet, wobei die Zahl wieder von der Geometrie bzw. den Geometrien der zu verbindenden Schneidebenen abhängt. In bevorzugten Ausführungsformen sind etwa 3-6 Führungselemente vorgesehen. Die Führungselemente formen zweckmäßigerweise einen konischen Abschnitt. Bevorzugt ist der bereits erwähnte vordere Abschnitt des Stanzwerkzeugs als Führungsabschnitt ausgebildet. Dieser Führungsabschnitt wirkt sozusagen als eine Art Zentrierspitze, welche die Anordnung bzw. Positionierung des Stanzwerkzeugs, relativ zum zu bearbeitenden Bauteil bzw. umgekehrt, erleichtert. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt eine Länge bzw. Höhe des Führungsabschnitts, entlang der Mittellinie gemessen, etwa 4-8 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Führungselemente umfänglich gleichverteilt angeordnet bzw. ausgebildet. Dies gilt mit Vorteil sowohl in Bezug auf einen (konischen) Führungsabschnitt als auch in Bezug auf eine spiralförmige Schneidebene und einem daraus resultierenden ebenfalls spiralförmigen Führungsabschnitt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Führungselemente nacheinander angeordneter Führungsabschnitte entlang der Mittellinie versetzt zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass, entlang der Mittellinie gesehen, ein abwechselnder Eingriff von Schneidkanten und Führungselementen bzw. Führungskanten gegeben ist. Dadurch lässt sich ein Vorloch bzw. ein Durchbruch äußerst schonend aufweiten und/oder beispielsweise von Rückständen säubern.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das zumindest eine Führungselement einen Winkel von etwa 5-85° zur Mittellinie auf bzw. formt einen derartigen Winkel. Besonders bevorzugte Winkelbereiche liegen in einem Bereich von etwa 5-50°, da damit insbesondere ein sehr schnelles Ausrichten des Stanzwerkzeugs und des zu bearbeitenden Bauteils zueinander möglich ist.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Werkzeugmaschine, insbesondere zum Hochgeschwindigkeitsstanzen, umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Stanzwerkzeug. Gemäß einer Ausführungsform ist zum Antrieb des zumindest einen Stanzwerkzeugs ein Freischaltzylinder vorgesehen. Der Freischaltzylinder besteht gemäß einer Ausführungsform aus einem doppeltwirkenden Zylinder, dessen Zylinderräume durch eine Dichtung voneinander getrennt sind. Hierdurch ist es möglich, in kürzester Zeit den Kraftfluss, welcher das oder die Stanzwerkzeuge antreibt, zu unterbrechen. Durch die hohen erzielbaren Geschwindigkeiten in Kombination mit der Form bzw. Ausgestaltung des Stanzwerkzeugs (bzw. der Stanzwerkzeuge) kann auch ohne Matrize eine Beseitigung von Beschichtungsresten an Durchbrüchen, Löchern und Oberflächen erreicht werden. Ein Aufbau einer Ausführungsform eines Freischaltzylinders ist beispielsweise in der
DE 102 08 918 A1 beschrieben.
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Alternativ kann der Antrieb durch Schlagzylinder, pneumatische Elemente bzw. elektrische und/oder magnetische (Beschleunigungs-) Elemente erfolgen.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zur Bauteilbearbeitung, insbesondere zur Beseitigung von Beschichtungsresten oder zur Aufweitung von Vorlöchern bzw. Durchbrüchen, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Bauteils oder eines Werkstücks mit einem Loch, insbesondere einem Vorloch oder einem Durchbruch;
- - Ausrichten bzw. Zentrieren des Bauteils oder des Werkstücks bzw. eines Stanzwerkzeugs durch Anordnen des Stanzwerkzeugs, insbesondere eines erfindungsgemäßen Stanzwerkzeugs, in dem Loch, insbesondere dem Vorloch oder dem Durchbruch, wobei das Vorloch bzw. der Durchbruch rund, insbesondere kreisrund oder eckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sein können.
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Zweckmäßigerweise erfolgt also eine Positionierung des zu bearbeitenden Bauteils bzw. Werkstücks durch das Stanzwerkzeug. Damit kann auf eine genaue Positionierung des Vorlochs bzw. des Durchbruchs mit Vorteil verzichtet werden. Das Stanzwerkzeug richtet das zu bearbeitende Bauteil bzw. Werkstück, welches hierzu bevorzugt nicht fixiert ist, automatisch aus. Wie bereits angesprochen, kann die Positionierung auch dadurch erfolgen, dass das Werkstück ortsfest eingespannt wird und sich das Stanzwerkzeug zum entsprechenden Loch oder Durchbruch positioniert. D. h. das Stanzwerkzeug wird durch das Werkstück ausgerichtet.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Verfahren z. B. um ein Nachschneiden eines Vorlochs bzw. um ein Verfahren zum Entfernen von Beschichtungsresten oder sonstigen Verschmutzungen, wobei derartige Beschichtungsreste beispielsweise aus einem Verzinkungsprozess resultieren können.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiter die Schritte:
- - Verzinken des Bauteils oder des Werkstücks;
- - Entfernen von Beschichtungsresten in Löchern oder Durchbrüchen durch Stanzen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsstanzen, bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Stanzwerkzeug.
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Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung des erfindungsgemäßen Stanzwerkzeugs zum Beseitigen von Beschichtungsresten oder zum Aufweiten von Vorlöchern/Durchbrüchen, insbesondere mittels Hochgeschwindigkeitsstanzen.
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Typische Hübe beim (Hochgeschwindigkeits-)Stanzen liegen dabei in einem Bereich von etwa 20-30 mm, bevorzugt bei etwa 25 mm. Geschwindigkeiten des Stanzwerkzeugs bzw. des Stanzstempels liegen dabei bei mindestens 4 m/s, wobei Beschleunigungen von über 100 g auftreten.
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Da auf eine genaue Positionierung bzw. Ausrichtung des zu bearbeitenden Bauteils/Werkstücks verzichtet werden kann, kann, insbesondere in Kombination mit dem Hochgeschwindigkeitsstanzen, ein sehr schneller Prozess realisiert werden. Das Vorsehen der spiralförmigen Schneidebene bzw. einer Vielzahl von Schneidebenen bringt außerdem den Vorteil mit sich, dass der Verschleiß derartiger Werkzeuge äußerst gering ausfällt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen von Stanzwerkzeugen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Verschiedene Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs;
- 2: eine weitere Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs;
- 3: eine weitere Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs;
- 4: eine weitere Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs, welches sich entlang einer Mittellinie M bzw. einer Längsachse L erstreckt. Entlang der Mittellinie M bzw. der Längsachse L erstreckt sich auch eine Arbeitsrichtung A, welche beispielsweise eine Vorschub- bzw. Bewegungsrichtung des Stanzwerkzeugs darstellt. Das Stanzwerkzeug endet in einem vorderen Abschnitt 10. Das Stanzwerkzeug umfasst zwei im Wesentlichen runde, insbesondere kreisrunde, Schneidebenen 20`, 20" mit entsprechenden Schneidkanten 22. Die beiden Schneidebenen 20`, 20" sind entlang der Mittellinie M voneinander beabstandet und durch einen Führungsabschnitt 40" verbunden, wobei der Führungsabschnitt 40" durch eine Vielzahl von Führungselementen 42, in der hier gezeigten Ausführungsform von vier Führungselementen 42, gebildet wird. Die Führungselemente 42 setzen an der Schneidebene 20" an und sind in Richtung des vorderen Abschnitts 10 zur Mittellinie M hin geneigt. Der vordere Abschnitt 10 ist als (vorderer) Führungsabschnitt 40' geformt, welcher ebenfalls gleichverteilt angeordnete Führungselemente 42 aufweist. Deutlich zu sehen ist, dass die Führungselemente 42 der Führungsabschnitte 40' und 40" im Wesentlichen umfänglich gleichverteilt angeordnet sind und direkt an den jeweiligen Schneidkanten 22 ansetzen. Dadurch dass die Führungselemente 42 die entsprechenden Schneidelemente 20 bzw. die entsprechenden Schneidkanten 22 unterbrechen, werden entsprechende Schneidabschnitte 24 gebildet. Alternativ können die Führungselemente 42 auch lediglich im Bereich der jeweiligen Schneidkanten 22 ansetzen, sodass deren Kontur nicht unterbrochen wird. Erkennbar ist weiter, dass die Führungselemente 42 der nacheinander angeordneten Führungsabschnitte 40`, 40" entlang der Mittellinie M versetzt zueinander angeordnet sind.
2 zeigt ein ähnliches Stanzwerkzeug wie die 1, wobei hier zwei Schneidebenen 20, umfassend Schneidkanten 22, eine eckige, insbesondere eine im Wesentlichen quadratische Form bzw. Gestalt, aufweisen. Je Führungsabschnitt 40 sind jeweils vier Führungselemente 42 vorgesehen, welche zum einen an den Seitenkanten bzw. an den Ecken der jeweiligen Schneidebenen 20 ansetzen. Die an den Ecken ansetzenden Führungselemente 42 formen Führungskanten 44. Im Übrigen sind die Merkmale aus der 1 bekannt.
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Die 3 zeigt eine Ausgestaltung eines Schneidwerkzeugs mit einer einzigen, sechseckigen Schneidebene 20. Durch die Ausgestaltung eines Führungsabschnitts 40, umfassend drei Führungselemente 42, werden in Summe drei Schneidabschnitte 24 gebildet. Ein vorderer Abschnitt 10 des Stanzwerkzeugs ist hier sozusagen als Führungsabschnitt 40 ausgebildet.
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4 zeigt abschließend eine Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs, welches Schneidebenen 20, umfassend Schneidkanten 22, unterschiedlicher Geometrie bzw. Ausgestaltung aufweist. Tatsächlich sind zunächst zwei im Wesentlichen runde bzw. kreisrunde Schneidebenen 20 vorgesehen, gefolgt von zwei eckigen, insbesondere quadratischen, Schneidebenen 20. Verbunden sind die unterschiedlich ausgebildeten Schneidebenen 20 über einen im Wesentlichen zylindrischen Absatz bzw. Übergang 60. Die jeweils gleich gestalteten Schneidebenen 20 sind über entsprechende Führungsabschnitte 40 verbunden. Diese weisen die bereits aus den vorherigen Figuren bekannten Führungselemente (hier ohne Bezugszeichen) auf. Ein vorderer Abschnitt 10 ist als Führungsabschnitt 40 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- vorderer Abschnitt
- 20, 20`, 20"
- Schneidebene
- 22
- Schneidkante
- 24
- Schneidabschnitt
- 40, 40`, 40"
- Führungsabschnitt
- 42
- Führungselement
- 44
- Führungskante
- 60
- Absatz, Übergang
- A
- Arbeitsrichtung
- L
- Längsachse
- M
- Mittellinie
