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Stanzstempel, Stanzwerkzeug und Verfahren zum Stanzen
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stanzstempel, ein Stanzwerkzeug sowie ein Verfahren zum Stanzen.
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Stanzstempel bzw. Stanzwerkzeuge der in Rede stehenden Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Insbesondere handelt es sich dabei um Handgeräte, wie sie beispielsweise in Werkstätten zur Reparatur und Instandhaltung von Kraftfahrzeugen, beispielsweise im Rahmen der Karosserieinstandsetzung, zum Einsatz kommen. Bei modernen Fahrzeugen werden zunehmend hochfeste Bleche verwendet, welche den Einsatz bzw. die Verwendung bekannter Stanzwerkzeuge erschweren. So besteht aufgrund der hohen erforderlichen Rückzugskräfte z. B. die Gefahr, dass der Stanzstempel beim Zurückziehen aus dem Werkstück verklemmt oder abreißt. Insbesondere bei mehrlagigen Blechen ist dies problematisch, vor allem bei Verwendung unterschiedlicher Materialien, beispielsweise Aluminium und Stahl. In der
DE 10 2013 114 806 B4 wird eine Vorrichtung zum Stanzen vorgeschlagen, welche einen Stanzdorn mit einer abnehmbaren Stanzkrone aufweist, wobei der Stanzdorn einen Hinterschnitt unterhalb einer Schneidkante aufweist. Die vorgeschlagene ringförmige Ausgestaltung der Stanzkrone ist fertigungstechnisch aber eher anspruchsvoll. Zudem ist die Stanzkrone in erster Linie als Einwegteil gedacht, was hinsichtlich des Ressourceneinsatzes nicht optimal ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stanzstempel, ein Stanzwerkzeug sowie ein Verfahren zum Stanzen anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und dabei einfach in der Anwendung und kostengünstig sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen Stanzstempel gemäß Anspruch 1, durch ein Stanzwerkzeug gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Stanzstempel ein Stempelelement und ein Hülsenelement, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei das Stempelelement einen Anordnungsabschnitt aufweist, über welchen das Stempelelement im Hülsenelement angeordnet oder anordenbar ist, und wobei das Stempelelement eine Schneidkante aufweist, welche quer zur Längsachse gesehen einer Außenkontur des Hülsenelements entspricht bzw. - im Rahmen der fertigungstechnischen Möglichkeiten - im Wesentlichen entspricht. Mit Vorteil ist also das Stempelelement über seinen Anordnungsabschnitt in dem Hülsenelement angeordnet, wobei die Anordnung zweckmäßigerweise derart erfolgt, dass ein Herausfallen des Stempelelements aus dem Hülsenelement, insbesondere also vor dem eigentlichen Stanzvorgang, nicht möglich ist bzw. verhindert wird. Der Anordnungsabschnitt ermöglicht insbesondere auch eine Zentrierung des Stempelements quer zur Längsachse. Das Stempelelement weist einen Absatz auf, wodurch erreicht wird, dass dessen Schneidkante quer zur Längsachse gesehen der Außenkontur des Hülsenelements entspricht. Zweckmäßigerweise umfasst das Stempelelement den Anordnungsabschnitt, welcher korrespondierend zu einer Innenkontur des Hülsenelements ausgebildet ist und einen Schneidabschnitt, welcher die Schneidkante umfasst bzw. ausbildet und welcher umfänglich die Außenfläche des Hülsenelements weiterführt. Das Stempelelement weist also im Bereich des Schneidabschnitts zweckmäßigerweise die gleiche Außengeometrie wie das Hülsenelement auf. In der Folge wird sozusagen ein „glatter“ bzw. „hinterschnittfreier“ Stanzstempel geschaffen, welcher den Vorteil mit sich bringt, dass das Stempelelement nach dem Stanzen im Hülsenelement angeordnet bleibt und nicht herausfällt. Aus dieser Position kann das Stempelelement nach dem eigentlichen Stanzvorgang komfortabel entnommen werden, um es beispielsweise wiederzuverwenden. Das Hülsenelement erfährt umfänglich durch das gestanzte Loch eine Vorspannung, welche wiederum der Arretierung des Stempelelements dient. Nach dessen Entfernen kann das Hülsenelement mit deutlich geringerem Kraftaufwand als dies bei einem Stanzstempel aus Vollmaterial möglich wäre aus dem gestanzten Loch entfernt werden.
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Zweckmäßigerweise ist der Anordnungsabschnitt kraftschlüssig im Hülsenelement angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der Anordnungsabschnitt z. B. geringfügig verklemmt, was durch eine leichte Übermaßpassung realisiert werden kann. Ein Herausfallen des Stempelelements kann so vermieden werden bzw. das zugrundeliegende Stanzwerkzeug kann in jeder beliebigen Lage verwendet werden, ohne dass befürchtet werden muss, dass das Stempelelement verloren geht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stanzstempel einen Stanzdorn, welcher ausgelegt ist, beim Stanzen auf den Anordnungsabschnitt bzw. auf das Stempelelement zu wirken. Gemäß einer Ausführungsform ist dabei der Stanzstempel derart ausgebildet, dass auch mittelbar über das Hülsenelement eine bzw. die Stanzkraft auf das Stempelelement übertragen wird bzw. werden kann. Hierzu umfasst der Stanzstempel gemäß einer Ausführungsform einen entsprechenden Absatz, welcher ausgelegt ist, mit dem Hülsenelement zusammenzuwirken. Bevorzugt weist das Hülsenelement hierzu einen entsprechenden Druckabschnitt auf, welcher sich quer bzw. im Wesentlichen quer zur Längsachse erstreckt und zur Anlage an dem vorgenannten Absatz ausgebildet ist.
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Zweckmäßigerweise ist das Hülsenelement über eine Magnetkraft oder Federkraft, beispielswiese erzeugt durch einen zwischen dem Hülsenelement und dem Stanzdorn angeordneten O-Ring oder Sprengring, entlang der Längsachse fixiert bzw. gehalten. Weiter zweckmäßigerweise kann die Anordnung auch dadurch erfolgen, dass zwischen dem Hülsenelement und dem Stanzdorn eine entsprechende konfigurierte Übermaßpassung vorgesehen ist, welche eine gewisse/leichte Fixierung des Hülsenelements entlang der Längsachse ermöglicht, wobei der Ausdruck „leicht“ dahingehend zu verstehen ist, dass ein Zurückziehen des Stanzdorns aus dem Hülsenelement nach dem Stanzvorgang gut möglich ist.
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Zweckmäßigerweise ist das Hülsenelement derart ausgebildet bzw. ausgeformt, dass es quer zur Längsachse eine Nachgiebigkeit bzw. Flexibilität bereitstellt. Diese Nachgiebigkeit bzw. Flexibilität, insbesondere quer zur Längsachse, dient dazu, das Herausziehen des Hülsenelements nach dem Stanzvorgang noch weiter zu erleichtern.
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Zweckmäßigerweise weist das Hülsenelement hierzu zumindest eine Ausnehmung auf, welche sich entlang und/oder quer zur Längsachse erstreckt. Gemäß einer Ausführungsform sind beispielsweise umfänglich angeordnete Schlitze oder Löcher vorgesehen, welche sich entlang und/oder schräg zur Längsachse erstrecken. Diese „Schwächung“ ist weiter unproblematisch, da die eigentliche Stanzkraft hauptsächlich, aber ggf. nicht ausschließlich, über den Stanzdorn auf das Stempelelement übertragen wird.
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Das Hülsenelement ist bevorzugt aus Metall, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff gefertigt, kann aber auch aus Kunststoff bzw. einer Kombination der vorgenannten Materialien gebildet sein. Der Stanzdorn bzw. der Stanzstempel als solches ist gemäß bevorzugten Ausführungsformen aus Kaltarbeitsstahl gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt das Hülsenelement zumindest bereichsweise umfänglich am Stanzdorn an. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Hülsenelement entsprechend dünnwandig ausgebildet sein kann, da es quasi durch den Stanzdorn gestützt wird. Typische Wandstärken liegen in einem Bereich von etwa 0,3-1,5 mm, abhängig vom Durchmesser des verwendeten Stempelelements bzw. des Stanzdorns. Das Stempelelement bzw. die Schneidkante weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine runde, insbesondere eine kreisrunde, Form auf, kann aber auch beliebige andere Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise dreieckig, quadratisch, rechteckig, fünf- oder mehreckig etc. Der Stanzdorn bzw. der Anordnungsabschnitt sind bevorzugt ebenfalls rund bzw. kreisrund, können aber alternativ auch eine eckige Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise quadratisch. Typische Durchmesserwerte des Stempelelements, insbesondere des Bereichs, welcher die Schneidkante umfasst, also der Schneidbereich, liegen in einem Bereich von etwa 3-18 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 4-12 mm. Der bevorzugt zylindrische Anordnungsabschnitt ist entsprechend um die Wandstärke des Hülsenelements kleiner ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stempelelement aus Hartmetall gebildet, da sich dieser Werkstoff insbesondere durch seine Verschleißfestigkeit auszeichnet. Dies wird insbesondere auch durch die einfache Geometrie ermöglicht, welche keine Bohrung oder dergleichen aufweist und den Einsatz bzw. die Verwendung verschiedenster Materialien ermöglicht.
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Hinsichtlich des verwendeten Materials des Stanzstempels werden allgemein typische Schneidwerkstoffe, beispielsweise aus Metall und/oder Keramik, vorgeschlagen. Bevorzugt ist die Verwendung von Metall, wie z. B. Stahl oder Hartmetall. Besonders bevorzugt ist gehärteter Werkzeugstahl aufgrund der einfachen Herstellung, der geringen Bruchneigung und der akzeptablen Verschleißfestigkeit. Schnellarbeitsstahl, wie HSS, ist ebenfalls geeignet, insbesondere da die Verschleißfestigkeit höher ist als bei gehärtetem Werkzeugstahl, allerdings ist die Bruchneigung höher und die Herstellung teurer.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht ein Querschnitt des Stanzdorns einem Querschnitt des Anordnungsabschnitts. Dadurch wird eine optimale Kraftübertragung ermöglicht. Typische Stanzkräfte liegen z. B. in einem Bereich von 90-100 kN und mehr.
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Bei den zu stanzenden Werkstücken handelt es sich beispielsweise um hochfeste Bleche, insbesondere auch mehrlagige Bleche, welche auch unterschiedliche Materialien umfassen können. Typische Gesamtdicken liegen bei 2 bis 8 mm und mehr. Hierbei sind die äußeren oder inneren Schichten z. B. aus Aluminium, wobei die inneren/äußeren Schichten aus hochfestem Stahl gebildet sind. Die unterschiedlichen Fließeigenschaften der Materialien beim Stanzen erschweren im Stand der Technik das Herausziehen der konventionellen Stanzstempel zusätzlich. Insbesondere durch den Einsatz bzw. die Verwendung des Hülsenelements in Kombination mit dem eingesetzten Stanzstempel können diese Probleme allerdings vermieden werden.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Stanzwerkzeug, umfassend einen erfindungsgemäßen Stanzstempel. Insbesondere handelt es sich bei dem Stanzwerkzeug um ein Handgerät, wie es z. B. in Werkstätten zur Reparatur und Instandsetzung von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der grundsätzliche Aufbau, umfassend eine Matrize etc., ist dem Fachmann bekannt und wird an dieser Stelle daher nicht weiter erläutert.
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Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Stanzen, wobei ein Stempelelement verwendet wird, das von einem Hülsenelement gehalten ist, wobei das Stempelelement eine Schneidkante aufweist, welche quer zur Längsachse gesehen einer Außenkontur des Hülsenelements entspricht und wobei das Stempelelement nach dem Stanzen eines Loches aus dem Hülsenelement entnommen wird bzw. werden kann, insbesondere auf der Seite einer Matrize des Stanzwerkzeugs.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren weiter den Schritt, dass das Hülsenelement durch das gestanzte Loch, also entgegen der Stanzrichtung, herausgezogen wird. Alternativ könnte das Hülsenelement, je nach Ausgestaltung, auch in Stanzrichtung herausgezogen werden, insbesondere beispielsweise wenn das Hülsenelement vollständig als Hohlzylinder ausgebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform weist das Hülsenelement aber einen Druckabschnitt auf, welcher ein Entfernen entlang der Stanzrichtung verhindert.
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Die eigentliche Stanzkraft wird bevorzugt über einen Stanzdorn aufgebracht, welcher die Stanzkraft auf das Stempelelement überträgt. Der Stanzdorn kann nach dem Stanzen ohne Kraftaufwand entgegen der Stanzrichtung zurückgezogen werden, insbesondere aus dem Hülsenelement heraus (und nicht aus dem Werkstück selbst). Im Werkstück verbleiben, wie oben beschrieben, lediglich das Hülsenelement und der Stanzstempel. In der Folge wird ein Stanzwerkzeug angegeben, welches extrem einfach aufgebaut sein kann, insbesondere da auf sämtliche Komponenten verzichtet werden kann, die üblicherweise zum Zurückziehen des Stanzstempels nötig sein.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für das erfindungsgemäße Stanzwerkzeug gelten die im Zusammenhang mit dem Stanzstempel erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt und untereinander.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines Stanzstempels mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht eines Stanzstempels, angeordnet an einem Werkstück (teilweise geschnitten dargestellt);
- 2: eine perspektivische Ansicht der aus 1 bekannten Konfiguration nach dem Stanzen;
- 3: eine weitere Ansicht nach dem Stanzen, wobei ein Hülsenelement des Stanzstempels noch in dem Werkstück steckt.
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1 zeigt, teilweise geschnitten dargestellt, in einer Seitenansicht einen Stanzstempel 1, umfassend einen im Wesentlichen zylindrischen Stanzdorn 40, welcher sich entlang einer Längsrichtung L erstreckt. Ein Grundkörper des Stanzstempels 1 umfasst weiter einen Absatz 42, an welchem sich ein Hülsenelement 20 mittels eines Druckabschnitts 22 abstützt. Endseitig in bzw. an dem Hülsenelement 20 ist ein Stempelelement 10 angeordnet, wobei die Anordnung insbesondere mittels eines Anordnungsabschnitts 12 an einer Innenkontur des Hülsenelements 20 erfolgt. Gegenüberliegend dem Stanzstempel 1 ist eine Matrize 70 skizziert. Dazwischenliegend befindet sich ein Werkstück 60, beispielsweise ein Blech, insbesondere ein mehrlagiges Blech.
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2 zeigt nun die im Wesentlichen aus 1 bekannte Konfiguration, wobei hier mit dem Bezugszeichen 62 ein Stanzbutzen skizziert ist. Das Hülsenelement 20 und das Stempelelement 10, umfassend eine kreisringförmige Schneidkante 14, haben das Werkstück 60 beim Stanzvorgang durchdrungen. In der Folge sind nun in dem dabei entstandenen Loch der Stanzdorn 40 und das umfänglich angeordnete bzw. ausgebildete Hülsenelement 20 angeordnet.
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3 verdeutlicht, dass das Stempelelement 10 nach dem Stanzen einfach aus dem Hülsenelement 20 entnommen werden kann, während der Stanzdorn 40 ohne Kraftaufwand aus dem Hülsenelement 20 herausgezogen werden kann. Mit Vorteil ist das Stempelelement 10 also nicht verloren, sondern kann wiederverwendet werden. In dieser Ansicht ist weiter ersichtlich, dass das Stempelelement 10 fertigungstechnisch äußerst einfach gestaltet ist, da insbesondere auf Bohrungen oder dergleichen verzichtet werden kann. An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Stempelelement 10 gemäß einer Ausführungsform auch eine Stanzspitze oder dergleichen ausbilden kann, welche den Stanzvorgang ggf. erleichtert, insbesondere aufgrund des positiven Einflusses auf die Fließeigenschaften des Werkstücks. Weitere Vorteile der Spitze sind die Zentrierwirkung zwischen Stempel und Matrize und die Zentrierung/ Positionierung beim Ansetzen an das Blech. Nach dem Entfernen des Stempelelements 10 und des Stanzdorns 40 kann nun einfach das Hülsenelement 20 aus dem Loch gezogen werden, wobei dies, insbesondere durch die Dünnwandigkeit des Hülsenelements 20, ohne großen Kraftaufwand realisierbar ist. Gegebenenfalls können umfänglich am Hülsenelement 20 auch Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Löchern, Schlitzen oder dergleichen, vorgesehen sein, welche eine (zusätzliche) Nachgiebigkeit quer zur Längsachse L ermöglichen. In der Folge können die zum Herausziehen des Hülsenelements 20 erforderlichen Kräfte noch weiter reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzstempel
- 10
- Stempelelement
- 12
- Anordnungsabschnitt
- 14
- Schneidkante
- 20
- Hülsenelement
- 22
- Druckabschnitt
- 40
- Stanzdorn
- 42
- Absatz
- 60
- Werkstück
- 62
- Butzen
- 70
- Matrize
- L
- Längsachse
