DE102018211351A1

DE102018211351A1 - Rollenwerkzeug für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102018211351A1
Application number: DE102018211351.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kraft; Andreas Deuerlein
Original assignee: Pass Stanztechnik AG
Current assignee: Pass Stanztechnik AG
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US11267028B2; EP3593918A1; US20200016642A1; EP3593918B1

Abstract

Ein Rollenwerkzeug (14) für eine Werkzeugmaschine zum linienhaften Umformen eines Blechs (6) umfasst ein Gehäuse (16), einen relativ zu dem Gehäuse (16) um eine Werkzeuglängsachse (17) drehbar gelagerten Werkzeugkopf (18) zum reversiblen Zusammenwirken mit einem Stößel (12) der Werkzeugmaschine mit einer Stoßfläche (20) zum Übertragen einer parallel zu der Werkzeuglängsachse (17) orientierten Anpresskraft (F) von dem Stößel (12) auf den Werkzeugkopf (18) und einen Dreheingriff zum Übertragen einer Drehbewegung um die Werkzeuglängsachse (17) von dem Stößel (12) auf den Werkzeugkopf (18) und eine Rolleneinrichtung (19) zum Zusammenwirken mit dem Blech (6) mit mindestens einem über den Werkzeugkopf (18) drehantreibbaren Rollenkörper (45).

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollenwerkzeug für eine Werkzeugmaschine zum linienhaften Umformen eines Blechs. Ferner betrifft die Erfindung ein Rollenwerkzeugsystem mit einem derartigen Rollenwerkzeug sowie ein Verfahren zum linienhaften Umformen eines Blechs mit einem Rollenwerkzeug.
Aus der US 5,156,034 A ist ein Rollenwerkzeugsystem für eine Werkzeugmaschine zum linienhaften Umformen eines Blechs bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rollenwerkzeug zu verbessern. Insbesondere soll ein Rollenwerkzeug geschaffen werden, welches kompakt dimensionierbar und im Betrieb besonders robust und flexibel ist. Insbesondere soll das Rollenwerkzeug dazu ausgebildet sein, die Bearbeitung von Blechen mit besonders geringer Blechwandstärke oder mit besonders großer Blechwandstärke auch bei hohen Umformgraden zuverlässig zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Rollenwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Rollenwerkzeug mit dem mindestens einen Rollenkörper, der mittels eines Stößels der Werkzeugmaschine über den Dreheingriff des Werkzeugkopfs drehantreibbar ist, besonders flexibel auf unterschiedlichen Werkzeugmaschinen betrieben werden kann. Kosten- und bauraumintensive, insbesondere mit dem Rollenwerkzeug in wechselnde Bearbeitungsrichtungen verschwenkbare und/oder am Rollenwerkzeug angebrachte, Antriebskomponenten können entfallen. Beispielsweise kann das Rollenwerkzeug so in einen Maschinenrevolver gängiger Werkzeugmaschinen zum Aufnehmen unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge, insbesondere von Rollen- und Stanzwerkzeugen, eingesetzt werden. Das Übertragen der Drehbewegung über den zum Übertragen der Anpresskraft robust zu dimensionierenden Werkzeugkopf ermöglicht zudem eine besonders kompakte Ausbildung des Rollenwerkzeugs. Durch die kompakte Ausbildung des Rollenwerkzeugs ist auf gleichem Raum eine größere Zahl an Bearbeitungswerkzeugen anordenbar, wodurch die Bearbeitungsleistung der Werkzeugmaschine gesteigert werden kann. Durch die Ausbildung einer einzelnen mechanischen Schnittstelle zwischen der Werkzeugmaschine und dem Rollenwerkzeug zum Übertragen sowohl der Anpresskraft als auf der Drehbewegung in Form des Werkzeugkopfs, ist das Rollenwerkzeug besonders einfach und schnell auswechselbar. Der maschinen- und werkzeugseitige Wartungsaufwand ist besonders gering.
Das Rollenwerkzeug gewährleistet das präzise Umformen von Blechen mit besonders geringer Blechwandstärke und/oder besonders großer Blechwandstärke. Die Blechwandstärke des zu bearbeitenden Blechs kann beispielsweise höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm, insbesondere höchstens 0,1 mm betragen. Die Blechwandstärke kann auch mindestens 2,5 mm, insbesondere mindestens 3 mm, insbesondere mindestens 4 mm betragen. Zum Umformen des Blechs wirkt der Rollenkörper auf diesem abzuwälzend mit dem Blech zusammen. Vorzugsweise überträgt der mindestens eine Rollenkörper dabei zumindest anteilig die Anpresskraft und die Drehbewegung, insbesondere in Form einer Vorschubbewegung, auf das Blech. Ein Verlagern des Blechs relativ zu dem Rollenwerkzeug zum linienhaften Umformen kann durch die unterstützende Drehbewegung des mindestens einen Rollenkörpers besonders leistungsstark und kontrolliert erfolgen. Das präzise Umformen des Blechs kann somit unabhängig von der Bearbeitungsrichtung, insbesondere bei ziehender und/oder schiebender Bearbeitung, zuverlässig gewährleistet werden.
Das Rollenwerkzeug kann als Umformwerkzeug zum Umformen des Blechs und/oder als Prägewerkzeug zum Prägen des Blechs und/oder als Trennwerkezug zum Trennen des Blechs ausgebildet sein. Das als Umformwerkzeug ausgeführte Rollenwerkzeug kann beispielsweise zum Formen von Sicken ausgebildet sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Dreheingriff zum reversiblen Zusammenwirken mit dem Werkzeugkopf ausgebildet. Hierunter wird verstanden, dass der Stößel über den Dreheingriff mit dem Werkzeugkopf reversibel verbindbar ist. Beispielsweise kann der Dreheingriff eine Klemmfläche zum kraftschlüssigen Verbinden mit dem Stößel aufweisen. Das Rollenwerkzeug ist somit in dem Maschinenrevolver der Werkzeugmaschine anordenbar und automatisiert wechselbar.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Rollenkörper um eine vertikal zu der Werkzeuglängsachse orientierte Drehachse drehbar an dem Gehäuse gelagert. Eine Bearbeitungsrichtung, in der das Blech beim Umformen relativ zu dem Rollenwerkzeug verlagert wird, ist vorzugsweise senkrecht zu der Werkzeuglängsachse und senkrecht zu der Drehachse des mindestens einen Rollenkörpers orientiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Rollenwerkzeug mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, über den Werkzeugkopf drehantreibbare Rollenkörper auf. Die mehreren Rollenkörper können über eine gemeinsame Rollenwelle angetrieben sein. Alternativ sind mindestens zwei der Rollenkörper unabhängig voneinander drehantreibbar. Beispielsweise können die mindestens zwei Rollenkörper über ein Getriebe, insbesondere ein Differential, miteinander verbunden sein. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass die Bearbeitung des Blechs besonders flexibel und präzise erfolgen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gehäuse einen Indexeingriff zum Drehantreiben des Rollenwerkzeugs um die Werkzeuglängsachse mittels eines Indexantriebs der Werkzeugmaschine auf. Zum linienhaften Umformen des Blechs entlang eines gekrümmten Umformpfades kann das Rollenwerkzeug entsprechend der Verlagerung des Blechs relativ zu dem Rollenwerkzeug gedreht werden. Insbesondere kann die Drehachse des mindestens einen Rollenkörpers senkrecht zu der Bearbeitungsrichtung orientiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Rollenwerkzeug eine Schmiereinrichtung zum Schmieren der beweglich gelagerten Komponenten, insbesondere des mindestens einen Rollenkörpers. Der Werkzeugkopf kann eine Kopfbohrung zum Zuführen von Kühlschmiermittel über den Stößel in das Rollenwerkzeug aufweisen. Die Kopfbohrung kann den Werkzeugkopf konzentrisch zu der Werkzeuglängsachse durchdringen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Rollenwelle einen Schmiermittelkanal zum Schmieren eines zwischen der Rollenwelle und dem Gehäuse ausgebildeten Drehlagers auf. Die Lagerung der Rollenwelle und des Gehäuses ist somit besonders reibungs- und verschleißarm.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 2 ist besonders zuverlässig und verschleißarm über den Stößel drehantreibbar. Das Formschlussprofil kann beispielsweise als Nut-Feder-Verbindung, insbesondere als Passfederverbindung, oder als Keilwellenverbindung ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Formschlussprofil als eine einzelne, sich radial zu der Werkzeuglängsachse erstreckende Nut ausgebildet. Der Dreheingriff kann in einer Draufsicht schlüssellochförmig ausgebildet sein. Der Stößel der Werkzeugmaschine kann somit nur in einer bestimmten Winkelstellung mit dem Dreheingriff zusammenwirken. Vorteilhaft, insbesondere für den Prägeprozess, ist, dass eine Orientierung des mit dem Werkzeugkopf verbundenen mindestens einen Rollenkörpers eindeutig bestimmbar ist.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 3 ist besonders reibungsarm und damit effizient betreibbar. Mittels des Kegelradgetriebes und/oder des Schneckengetriebes kann die Drehbewegung um die Werkzeuglängsachse in eine geneigt dazu orientierte, insbesondere senkrecht dazu orientierte, Drehbewegung gewandelt werden. Das Kegelradgetriebe und/oder das Schneckengetriebe können hierzu als Winkelgetriebe ausgebildet sein. Ein Übersetzungsverhältnis des Kegelradgetriebes und/oder des Schneckengetriebes beträgt vorzugsweise höchstens 5, insbesondere höchstens 3, insbesondere höchstens 2, insbesondere höchstens 1,5. Vorzugweise beträgt ein Übersetzungsverhältnis des Kegelradgetriebes und/oder des Schneckengetriebes 1. Die Drehbewegung in die Werkzeuglängsachse kann somit besonders reibungsarm in die senkrecht dazu orientierte Drehbewegung der Rollenwelle gewandelt werden.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 4 ist besonders kompakt dimensionierbar. Vorzugsweise ist mindestens eine, insbesondere mindestens zwei, Stirnradgetriebe zum Übertragen der Drehbewegung zwischen dem Werkzeugkopf und dem Rollenkörper angeordnet. Unabhängig von einem Durchmesser des mindestens einen Rollenkörpers können das mindestens eine Stirnradgetriebe und/oder das Kegelradgetriebe und/oder das Schneckengetriebe, insbesondere deren Zahnräder, besonders kompakt dimensioniert werden. Vorzugsweise ist ein maximaler Durchmesser jedes Ritzels des mindestens einen Stirnradgetriebes höchstens so groß wie ein maximaler Durchmesser des mindestens einen Rollenkörpers.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 5 ist besonders kompakt dimensionierbar. Vorzugsweise umfasst das Rollenwerkzeug mindestens eine Rollenwelle zum Tragen des mindestens einen Rollenkörpers und mindestens eine, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens drei senkrecht zu der Werkzeuglängsachse orientierte Ritzelwellen zum Tragen wenigstens eines Ritzels. Vorzugsweise sind die mindestens eine Rollenwelle und die mindestens eine Ritzelwelle, insbesondere entlang der Werkzeuglängsachse, zueinander beabstandet angeordnet. Die mindestens zwei Wellen können zum Übertragen der Drehbewegung an dem Gehäuse drehbar gelagert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist wenigstens eine der Wellen, insbesondere die mindestens eine Rollenwelle und/oder die mindestens eine Ritzelwelle, eine Kegelradkerbe auf. Vorzugsweise überlappen die Rollenwelle und/oder die Ritzelwelle entlang ihrer Drehrichtung ein Kegelrad des Kegelradgetriebes. Hierdurch ist das Rollenwerkzeug besonders kompakt dimensionierbar.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 6 ist besonders robust und sicher betreibbar. Die Sicherheitskupplung kann einen Antriebteil und einen Abtriebteil aufweisen. Der Antriebteil kann mit dem mit dem Werkzeugkopf über eine Kopf-Kupplung-Verbindung, insbesondere über eine Passfederverbindung, drehantriebbar verbunden sein. Die Sicherheitskupplung kann zwischen einer Verschlussstellung und einer Offenstellung reversibel verlagerbar sein. Vorzugsweise ist der Abtriebteil in der Verschlussstellung drehantreibbar mit dem Antriebteil verbunden. In der Offenstellung kann die Übertragung der Drehbewegung zwischen dem Antriebteil und dem Abtriebteil zumindest teilweise, insbesondere vollständig, unterbrochen sein. Die Sicherheitskupplung ist vorzugsweise selbstauslösend ausgebildet. Beim Überschreiten des maximal übertragbaren Drehmoments wird die selbstauslösende Sicherheitskupplung einzig durch das anliegende Drehmoment aus der Verschlussstellung in die Offenstellung verlagert. Eine Beschädigung des Rollenwerkzeugs durch ein zu großes, von dem Stößel auf den Werkzeugkopf übertragenes Drehmoment kann somit verhindert werden. Insbesondere kann auch eine Beschädigung der Werkzeugmaschine beispielsweise aufgrund eines Blockierens des mindestens einen Rollenkörpers vermeiden werden.
Vorzugsweise ist ein über die Sicherheitskupplung maximal übertragbares Drehmoment einstellbar. Die Sicherheitskupplung kann hierzu beispielsweise eine Kupplungsfeder aufweisen. Die Kupplungsfeder kann stufenlos, insbesondere mittels einer Federmutter, vorspannbar sein. Vorzugsweise ist die Sicherheitskupplung als lasttrennende, insbesondere restmomentfreie, oder als lasthaltende, insbesondere reibschlüssige, Kupplung ausgebildet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Sicherheitskupplung einen Auslösesensor zum Detektieren einer Verlagerung der Sicherheitskupplung aus einer Verschlussstellung in eine Offenstellung auf.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 7 ist besonders robust und sicher betreibbar. Unter der unmittelbaren Verbindung ist insbesondere zu verstehen, dass zwischen dem Werkzeugkopf und dem Antriebteil keine Drehmoment-Drehzahl-Wandlung erfolgt. Der Antriebteil ist mit der Sicherheitskupplung vorzugsweise getriebefrei und/oder drehfest, insbesondere starr, verbunden sein. Der Abtriebteil kann drehantreibbar mit dem mindestens einen Rollenkörper verbunden sein. Durch Anordnen der Sicherheitskupplung unmittelbar an dem Werkzeugkopf wird verhindert, dass eine abtriebsseitige Beschädigung des Rollenwerkzeugs, insbesondere eine Beschädigung des Kegelradgetriebes und/oder des Stirnradgetriebes oder ein Blockieren des mindestens einen Rollenkörpers, zu einer Überbelastung antriebsseitiger Komponenten führt. Eine Beschädigung eines Stößelantriebs der Werkzeugmaschine kann somit zuverlässig verhindert werden.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 8 gewährleistet ein präzises und effizientes Umformen des Blechs. Vorzugsweise umfasst die Rolleneinrichtung mindestens einen, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere quer zu der Werkzeuglängsachse, drehbar gelagerte Nebenrollenkörper. Der mindestens eine Nebenrollenkörper kann beabstandet zu dem Rollenkörper angeordnet sein. Insbesondere kann zwischen dem Rollenkörper und dem mindestens einen Nebenrollenkörper eine Rollenhülse angeordnet sein. Alternativ kann der mindestens eine Nebenrollenkörper unmittelbar neben dem Rollenkörper angeordnet sein.
Vorzugsweise entspricht eine Umfangskontur des mindestens einen Rollenkörpers und/oder des mindestens einen Nebenrollenkörpers einer auf das Blech zu übertragenden Form. Vorzugsweise ist der mindestens eine Nebenrollenkörper nicht angetrieben.
Ein Rollenwerkzeug nach Anspruch 9 ist besonders effizient und verschleißarm betreibbar. Vorzugsweise umfasst die Rollenwelle ein Schmiermittelreservoir in Form einer Zentralbohrung. Der in der Rollenwelle angelegte Schmiermittelkanal kann das Schmiermittelreservoir schmiermittelleitend mit einer Lagerstelle der Rollenwelle und/oder des mindestens einen Nebenrollenkörpers und/oder der Rollenhülse verbinden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Rollenwerkzeugsystem zu schaffen, welches kompakt dimensionierbar und im Betrieb besonders robust und flexibel. Ferner soll ein Rollenwerkzeugsystem geschaffen werden, welches ist zum Umformen von Blechen mit einer besonders geringen Blechwandstärke oder einer besonders großen Blechwandstärke ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Rollenwerkzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Rollenwerkzeugsystems entsprechen den Vorteilen des bereits beschriebenen Rollenwerkzeugs. Das Gegenrollenwerkzeug umfasst vorzugsweise mindestens eine, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf auf einer Gegenrollenachse drehbar gelagerte Gegenrollen. Vorzugsweise ist die mindestens eine Gegenrolle als Formrolle ausgebildet. Die mindestens eine Formrolle ist dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Umfangsgeometrie aufweist, welche bei dem Umformprozess auf das Blech übertragbar ist. Alternativ können auch der mindestens eine Rollenkörper und/oder der mindestens eine Nebenrollenkörper als Formrolle ausgebildet sein. Die mindestens eine Gegenrolle kann als Gegenrollenkörper ausgebildet sein. Der mindestens eine Gegenrollenkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser zum Führen des Blechs, insbesondere zum Niederhalten des Blechs, während des Umformens ausgebildet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die mindestens eine Gegenrolle drehantreibbar. Hierzu kann das Gegenrollenwerkzeug einen Gegenrollenantrieb aufweisen, welcher mit der mindestens einen Gegenrolle drehantreibbar verbunden ist.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum linienhaften Umformen eines Blechs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den Vorteilen des bereits beschriebenen Rollenwerkzeugs bzw. des Rollenwerkzeugsystems. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Blech ziehend und/oder schiebend relativ zu dem Rollenwerkzeug verlagert. Unter einer ziehenden Verlagerung des Blechs wird verstanden, dass das Blech in Richtung von dem Rollenwerkzeug weg gezogen wird. Unter der schiebenden Bearbeitung ist zu verstehen, dass das Blech in Richtung des Rollenwerkzeugs geschoben wird. Hierzu kann das Blech an einer Positioniereinrichtung, insbesondere einem Blechspannmittel, der Werkzeugmaschine befestigt sein. Bei der ziehenden Bearbeitung wird das Blechspannmittel von dem Rollenwerkzeug wegbewegt. Bei der schiebenden Bearbeitung wird das Blechspannmittel in Richtung des Rollenwerkzeugs bewegt. Alternativ kann das Blechspannmittel zum Verlagern des Blechs relativ zu dem Rollenwerkzeug parallel zu der Bearbeitungsrichtung bewegt werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gewährleistet ein besonders präzises Bearbeiten des Blechs. Das Drehantreiben des Rollenkörpers kann an das Verlagern des Blechs relativ zu dem Rollenwerkzeug gekoppelt sein. Hierzu können der Stößelantrieb und die Positioniereinrichtung in Signalverbindung mit einer Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine stehen. Vorzugsweise steht auch der Indexantrieb zum Drehantreiben des Rollenwerkzeugsystems um die Werkzeuglängsachse in Signalverbindung mit der Steuereinrichtung. Vorzugsweise werden mittels der Steuereinrichtung der Indexantrieb und/oder der Stößelantrieb und/oder ein Positionierantrieb der Positioniereinrichtung aufeinander abgestimmt betrieben. Die Drehbewegung des Rollenkörpers sowie die Orientierung der Drehachse des Rollenkörpers können so auf die Bewegung des Blechs relativ zu dem Rollenwerkzeug abgestimmt werden. Ein Beulen und/oder ein Knittern des Blechs kann somit auch bei hohen Umformgraden zuverlässig verhindert werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 13 ist im Betrieb besonders robust. Vorzugsweise wird beim Überschreiten des maximal übertragbaren Drehmoments die Sicherheitskupplung aus der Verschlussstellung in die Offenstellung überführt. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Werkzeugkopf und dem mindestens einen Rollenkörper kann dabei unterbrochen, insbesondere vollständig getrennt oder auf ein konstantes Restmoment reduziert, werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1 Eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rollenwerkzeugsystem,
2 eine perspektivische Darstellung des Rollenwerkzeugsystems in 1 von schräg unten mit einem Rollenwerkzeug und einem Gegenrollenwerkzeug, wobei das Rollenwerkzeug eine Rolleneinrichtung mit einem drehantreibbaren Rollenkörper zum Zusammenwirken mit einem Blech aufweist,
3 eine perspektivische Darstellung des Rollenwerkzeugsystems in 1 von schräg oben, wobei das Rollenwerkzeug einen Werkzeugkopf mit einem Dreheingriff zum Übertragen einer Drehbewegung von einem Stößel der Werkzeugmaschine auf den Werkzeugkopf aufweist,
4 eine Schnittdarstellung des Rollenwerkzeugsystems entlang der Schnittlinie IV-IV in 2 durch eine Werkzeuglängsachse, wobei das Blech zum linienhaften Umformen zwischen dem Rollenwerkzeug und dem Gegenrollenwerkzeug angeordnet ist,
5 eine Schnittdarstellung des Rollenwerkzeugsystems entlang der Schnittlinie V-V in 4 parallel und beabstandet zu der Werkzeuglängsachse, wobei eine Sicherheitskupplung des Rollenwerkzeugs nicht geschnitten dargestellt ist und
6 eine Schnittdarstellung des Rollenwerkzeugsystems entlang der Schnittlinie VI-VI in 4 mit dem entlang eines Umformpfads linienhaft umgeformten Blech.

Eine Werkzeugmaschine 1 wie in der 1 dargestellt, umfasst eine Rahmenstruktur 2, einen damit verbundenen Maschinenrevolver 3 zum Aufnehmen von Bearbeitungswerkzeugen 4, einen Bearbeitungstisch 5 zum Tragen eines zu bearbeitenden Blechs 6 und eine Positioniereinrichtung 7 zum Verlagern des Blechs 6 relativ zu dem Bearbeitungstisch 5.
Die Positioniereinrichtung 7 umfasst einen Positionierantrieb 8, welcher mit einem Blechspannmittel 9 in Wirkverbindung steht. Das Blech 6 ist an dem Blechspannmittel 9 reversibel befestigt und mittels des Positionierantriebs 8 relativ zu dem Bearbeitungstisch 5 verlagerbar.
An einem Rahmenoberteil 10 der Rahmenstruktur 2 ist ein Betätigungsmittel 11 mit einem Stößel 12 angeordnet. Über den Stößel 12 wirkt das Betätigungsmittel 11 mit dem jeweiligen darunter angeordneten Bearbeitungswerkzeug 4 zusammen. Hierzu ist der Stößel 12 zum Ausüben einer Anpresskraft F auf das Bearbeitungswerkzeug 4 in vertikaler Richtung verlagerbar und zum Übertragen einer Drehbewegung auf das Bearbeitungswerkzeug 4 um eine vertikale Achse drehantreibbar.
Der Maschinenrevolver 3 ist an der Rahmenstruktur 2 drehantreibbar gelagert. Durch Drehantreiben des Maschinenrevolvers 3 sind unterschiedliche Bearbeitungswerkzeuge 4 unter dem Betätigungsmittel 11 anordenbar.
Das unter dem Betätigungsmittel 11 angeordnete Bearbeitungswerkzeug 4 ist als Rollenwerkzeugsystem 13 ausgebildet. Das Rollenwerkzeugsystem 13 umfasst ein Rollenwerkzeug 14 und ein Gegenrollenwerkzeug 15. Das Blech 6 ist zwischen dem Rollenwerkzeug 14 und dem Gegenrollenwerkzeug 15 angeordnet.
Das Rollenwerkzeugsystem 13 ist in der 2 weiter im Detail dargestellt. Das Rollenwerkzeug 14 weist ein Gehäuse 16, einen relativ zu dem Gehäuse 16 um eine Werkzeuglängsachse 17 drehbar gelagerten Werkzeugkopf 18 und eine mit dem Gehäuse 16 verbundene Rolleneinrichtung 19 zum Zusammenwirken mit dem Blech 6 auf.
Wie insbesondere aus der 3 hervorgeht, umfasst der Werkzeugkopf 18 zum reversiblen Zusammenwirken mit dem Stößel 12 eine Stoßfläche 20 und einen Dreheingriff 21. Die Stoßfläche 20 ist dazu ausgebildet, dass über diese die parallel zu der Werkzeuglängsachse 17 orientierte Anpresskraft F von dem Stößel 12 auf den Werkzeugkopf 18 übertragbar ist. Über den Dreheingriff 21 ist die Drehbewegung um die Werkzeuglängsachse 17 von dem Stößel 12 auf den Werkzeugkopf 18 übertragbar. Der Dreheingriff 21 ist zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Stößel 12 um die Werkzeuglängsachse 17 als eine sich radial zur Werkzeuglängsachse 17 ersteckende Nut ausgebildet. Zur Ausbildung des Dreheingriffs 21 weist der Werkzeugkopf 18 somit eine schlüssellochförmige Vertiefung auf.
In der 4 ist ein Längsschnitt des Rollenwerkzeugsystems 13 durch die Werkzeuglängsachse 17 dargestellt. Der Werkzeugkopf 18 ist über ein Kopflager 22 an einem Gehäuseoberteil 23 des Gehäuses 16 um die Werkzeuglängsachse 17 drehbar gelagert. Das Kopflager 22 ist als Kugellager ausgebildet. Das Gehäuseoberteil 23 ist mittels einer Gehäuseverschraubung 24 mit einem Gehäuseunterteil kraftschlüssig verbunden. Das Gehäuseunterteil 25 weist einen Gehäuseflansch 26 zum Verbinden mit dem Maschinenrevolver 3 auf. Mittels eines nicht dargestellten Indexantriebs der Werkzeugmaschine 1 ist das Gehäuse 16, insbesondere über das Gehäuseoberteil 23 relativ zu dem Maschinenrevolver 3 um die Werkzeuglängsachse 17 drehantreibbar.
Der Werkzeugkopf 18 ist drehfest mit einer Sicherheitskupplung 27 verbunden. Die Sicherheitskupplung 27 weist ein Antriebteil 28 und ein Abtriebteil 29 auf. Das Antriebteil 28 steht mit dem Werkzeugkopf 18 über eine Kopf-Kupplung-Verbindung 30 in drehfester Verbindung. Die Kopf-Kupplung-Verbindung 30 umfasst eine Passfederverbindung. Die Sicherheitskupplung 27 ist in einer Verschlussstellung und in einer Offenstellung anordenbar. In der Verschlussstellung ist das Abtriebteil 29 drehfest mit dem Antriebteil 28 verbunden. In der Offenstellung ist das Abtriebteil 29 relativ zu dem Antriebteil 28 um die Werkzeuglängsachse 17 verdrehbar. Die Sicherheitskupplung 27 ist derart ausgebildet, dass diese abhängig von dem an dem Antriebteil 28 anliegenden Drehmoment zwischen der Verschlussstellung und der Offenstellung verlagerbar ist. Beim Überschreiten eines maximal übertragbaren Drehmoments wird die Sicherheitskupplung 27 selbstständig aus der Verschlussstellung in die Offenstellung verlagert.
Die Sicherheitskupplung 27, insbesondere der Abtriebteil 29, steht über eine Kupplung-Getriebe-Verbindung 31 in drehübertragender Verbindung mit einer Getriebeeinrichtung 32. Die Kupplung-Getriebe-Verbindung 31 umfasst eine Passfederverbindung zum formschlüssigen Übertragen der Drehbewegung von der Sicherheitskupplung 27 auf die Getriebeeinrichtung 32. Diese Getriebeeinrichtung 32 weist zwei drehbar an dem Gehäuse 16, insbesondere an dem Gehäuseunterteil 25, gelagerte Ritzelwellen 33, 34 auf. Eine Drehachse der jeweiligen Ritzelwelle 33, 34 ist senkrecht zu der Werkzeuglängsachse 17 orientiert. Die Ritzelwellen 33, 34 sind an dem Gehäuseunterteil 25 über Gleitlagerbuchsen 35 drehbar gelagert. In axialer Richtung sind die Ritzelwellen 33, 34 mittels Sicherungsringen 36 an dem Gehäuseunterteil 25 befestigt.
Zum Drehantreiben der oberen Ritzelwelle 33 steht der Abtriebteil 29 über ein Kegelradgetriebe 37 in drehantreibbarer Verbindung mit der oberen Ritzelwelle 33. Ein Durchmesser D_KK eines seitens der Sicherheitskupplung 27 angeordneten Kupplungskegelrads 38 ist um 15 % geringer als ein Durchmesser D_RK eines seitens der oberen Ritzelwelle 33 angeordneten Ritzelkegelrads 39. Das Ritzelkegelrad 39 ist über eine Passfederverbindung formschlüssig mit der oberen Ritzelwelle 33 verbunden.
Zum Übertragen der Drehbewegung von der oberen Ritzelwelle 33 auf die untere Ritzelwelle 34 weist die obere Ritzelwelle 33 ein drehfest damit verbundenes oberes Stirnrad 40 auf und die untere Ritzelwelle 34 weist ein drehfest damit verbundenes unteres Stirnrad 41 auf. Ein Durchmesser D_OS des oberen Stirnrads 40 ist gleich einem unteren Durchmesser Dus des unteren Stirnrads 41. Die untere Ritzelwelle 34 weist im Bereich des Ritzelkegelrads 39 eine Kegelradkerbe 42 auf. In einer Seitenansicht in Richtung der Drehachse der unteren Ritzelwelle 34 überlappen die untere Ritzelwelle 34 und das Ritzelkegelrad 39 einander.
Die Getriebeeinrichtung 32 umfasst eine drehbar an dem Gehäuse 16, insbesondere an dem Gehäuseunterteil 25, gelagerte Rollenwelle 43. Die Rollenwelle 43 ist axial mittels Sicherungsringen 36 an dem Gehäuseunterteil 25 festgelegt. Der Rollenwelle 43 ist über ein drehfest damit verbundenes Rollenritzel 44 und das untere Stirnrad 41 drehantreibbar mit der unteren Ritzelwelle 34 verbunden.
Zum Zusammenwirken mit dem Blech 6 umfasst die Rolleneinrichtung 19 einen Rollenkörper 45. Der Rollenkörper 45 ist drehfest mit der Rollenwelle 43 über eine Passfederverbindung verbunden. Der Rollenkörper 45 ist über die Getriebeeinrichtung 32 und die Sicherheitskupplung 27 drehantreibbar mit dem Werkzeugkopf 18 verbunden. Zum Zusammenwirken mit dem Blech 6 weist der Rollenkörper 45 eine gehärtete metallische Oberfläche auf.
Die Rolleneinrichtung 19 weist eine Rollenhülse 46 und einen Nebenrollenkörper 47 auf. Die Rollenhülse 46 und der Nebenrollenkörper 47 sind drehbar auf der Rollenwelle 43 gelagert. Der Nebenrollenkörper 47 weist zum Zusammenwirken mit dem Blech 6 eine Oberfläche aus einem gehärteten metallischen Material auf.
Zum Zuführen von Kühlschmiermittel von dem Stößel 12 zu dem Rollenwerkzeug 14 weist der Werkzeugkopf 18 eine Kopfbohrung 48 auf. Die Rollenwelle 43 umfasst einen Schmiermittelkanal 49. Der Schmiermittelkanal 49 umfasst eine konzentrisch zu der Rollenwelle 43 angeordnete Zentralbohrung 50 und sich radial zwischen der Zentralbohrung 50 und dem Gehäuseunterteil 25, der Rollenhülse 46 und dem Nebenrollenkörper 47 erstreckende Stichkanäle 51. An der Zentralbohrung 50 ist ein Schmiernippel 52 zum Einbringen von Schmiermittel in den Schmiermittelkanal 49 angeordnet.
Das Gegenrollenwerkzeug 15 umfasst eine Gegenrollenachse 53. Die Gegenrollenachse 53 ist drehfest an einem Gegengehäuse 54 angebracht. An der Gegenrollenachse 53 sind eine Formrolle 55 und zwei benachbart dazu angeordnete Gegenrollenkörper 56, 57 drehbar gelagert. Die Formrolle 55 und die beiden Gegenrollenkörper 56, 57 sind zum Zusammenwirken mit dem Blech 6 ausgebildet. Hierzu weisen die Formrolle 55 und die Gegenrollenkörper 56, 57 eine gehärtete metallische Oberfläche auf.
Die Gegenrollenachse 53 umfasst einen Gegenschmiermittelkanal 58, welcher mit der Formrolle 55 und den Gegenrollenkörpern 56, 57 in Verbindung steht. Über einen Schmiernippel 52 ist Schmiermittel in den Gegenschmiermittelkanal 58 einbringbar.
Das Gegengehäuse 54 ist relativ zu dem Maschinenrevolver 3 drehbar an der Werkzeugmaschine 1 gelagert. Mittels des Indexantriebs ist das Gegengehäuse 54 über einen Antriebseingriff 59 drehantreibbar.
Die Funktionsweise des Rollenwerkzeugsystems 13 mit dem Rollenwerkzeugs 14 und dem Gegenrollenwerkzeug 15 ist wie folgt:

Das Rollenwerkzeugsystem 13 ist zunächst in einer Rückstellposition angeordnet. In der Rückstellposition ist das Rollenwerkzeugsystem 13 unterhalb des Betätigungsmittels 11 angeordnet, wobei der Werkzeugkopf 18 unterhalb des Stößels 12 angeordnet ist. Das Blech 6 ist zwischen dem Rollenwerkzeug 14 und dem Gegenrollenwerkzeug 15 angeordnet. Das Rollenwerkzeug 14 ist, insbesondere in vertikaler Richtung, beabstandet zu dem Blech 6 angeordnet.

Durch Betätigen der Positioniereinrichtung 7 wird das Blech 6 relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 13 verlagert. Ein zu bearbeitender Bereich des Blechs 6 wird in vertikaler Richtung oberhalb der Formrolle 55 angeordnet.
Zum linienhaften Umformen des Blechs 6 wird das Rollenwerkzeug 14 mittels des Stößels 12 in vertikaler Richtung nach unten verlagert. Hierzu wirkt der Stößel 12 mit der Stoßfläche 20 des Werkzeugkopfs 18 zusammen. Über den Werkzeugkopf 18, das Gehäuse 16, die Rollenwelle 43 sowie den Rollenkörper 45 und den Nebenrollenkörper 47 wird die Anpresskraft F von dem Stößel 12 auf das Blech 6 übertragen. Das Rollenwerkzeug 14 befindet sich in der Arbeitsposition.
Das Blech 6 wird zwischen dem Rollenkörper 45 und dem ersten Gegenrollenkörper 56 sowie zwischen dem Nebenrollenkörper 47 und dem zweiten Gegenrollenkörper 57 geführt. Mittels der Formrolle 55 wird das Blech 6 umgeformt.
Zum linienhaften Umformen des Blechs 6 ist dieses relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 13 mittels der Positioniereinrichtung 7 verlagerbar. Das Blech 6 wird im Wesentlichen senkrecht zu der Werkzeuglängsachse 17 und der Drehachse der Rollenwelle 43 relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 14 verlagert. Das Blechspannmittel 9 kann hierzu in beliebiger Richtung relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 13, insbesondere in Richtung des Rollenwerkzeugsystems 13, verlagert werden.
Durch Verlagern des Blechs 6 relativ zu dem in der Arbeitsposition angeordneten Rollenwerkzeugsystem 13 entlang einem Umformpfad 60 wird das Blech 6, insbesondere sickenförmig, umgeformt. Der Rollenkörper 45, der Nebenrollenkörper 47, der erste Gegenrollenkörper 56, der zweite Gegenrollenkörper 57 und die Formrolle 55 rollen hierbei an dem Blech 6 ab. Der Umformpfad 60 ist gekrümmt ausgebildet. Durch Drehen des Rollenwerkzeugsystems 13 mittels des Indexierantriebs, insbesondere während des Verlagerns des Blechs 6 relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 13, wird das Blech 6 entlang einer gekrümmten Linie umgeformt.
Über den Dreheingriff 21 wird die Drehbewegung von dem Stößel 12 auf den Werkzeugkopf 18 übertragen. Von dem Werkzeugkopf 18 wird die Drehbewegung über die Sicherheitskupplung 27 und die Getriebeeinrichtung 32 auf den Rollenkörper 45 übertragen. Die Drehbewegung des Rollenkörpers 45 wird mit der Verlagerung des Blechs 6 relativ zu dem Rollenwerkzeugsystem 13 abgestimmt. Insbesondere wird die Drehbewegung des Rollenkörpers 45 mit der Drehbewegung des Rollenwerkzeugsystems 13 relativ zu dem Blech 6 abgestimmt. Hierzu stehen der Indexantrieb, das Betätigungsmittel 11 und die Positioniereinrichtung 7 in Signalverbindung mit einer Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine 1.
In einem gekrümmten Bereich des Umformpfades 60 wird der Rollenkörper 45 derart angetrieben, dass eine Umfangsrollgeschwindigkeit des Rollenkörpers 45 kleiner oder größer ist als eine Relativgeschwindigkeit des Rollenwerkzeugsystems 13 im Bereich der Werkzeuglängsachse 17 relativ zu dem Blech 6. Auf geraden Abschnitten des Umformpfads 60 entspricht die Umfangsrollgeschwindigkeit der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Blech 6 und dem Rollenwerkzeugsystem 13. Hierdurch können besonders dicke Bleche 6, insbesondere mit einer Blechwandstärke t von mehr als 2,5 mm, zuverlässig umgeformt werden. Dünne Bleche 6 mit einer Blechwandstärke t von höchstens 0,5 mm können zuverlässig ohne Knittern umgeformt werden.
Über die Kopfbohrung 48 wird während des Umformprozesses Kühlschmiermittel zu dem Rollenwerkzeugsystem 13 zugeführt. Über den Schmiermittelkanal 49 und den Gegenschmiermittelkanal 58 wird zur Verringerung von Reibung und Verschleiß Schmiermittel zwischen die Rollenwelle 43 und die Rollenhülse 46, den Nebenrollenkörper 47 und das Gehäuseunterteil 25 sowie zwischen die Gegenrollenachse 53 und die Gegenrollenkörper 56, 57 und die Formrolle 55 ausgebracht.
Beim Überschreiten eines maximal zwischen dem Werkzeugkopf 18 und dem Rollenkörper 45, insbesondere zwischen dem Antriebteil 28 und dem Abtriebteil 29, übertragbaren Drehmoments wird die Sicherheitskupplung 27 aus der Verschlussstellung in die Offenstellung verlagert. In der Offenstellung ist das Antriebteil 28 relativ zu dem Abtriebteil 29 drehbar, wobei die Übertragung der Drehbewegung zwischen dem Werkzeugkopf 18 und dem Rollenkörper 45 unterbrochen ist.
Das Rollenwerkzeugsystem 13 mit dem über den Werkzeugkopf 18 drehantriebbaren Rollenkörper 45 ist kompakt dimensioniert, im Betrieb robust und besonders flexibel einsetzbar. Das Rollenwerkzeugsystem 13 ermöglicht das linienhafte Umformen des Blechs 6 entlang des geraden und/oder gekrümmten Umformpfads 60 in flexibler und zuverlässiger Weise, wobei insbesondere Bleche 6 mit besonders geringer Blechwandstärke t von höchstens 0,5 mm als auch Bleche 6 mit besonders großer Blechwandstärke t von mindestens 2,5 mm umformbar sind. Hierbei kann das Rollenwerkzeugsystem 13 zum Umformen des Blechs 6 in beliebiger Richtung relativ zu dem Blechspannmittel 9, insbesondere in Richtung des Blechspannmittels 9, verlagert werden, ohne dass ein Beulen oder Knittern des Blechs 6 auftritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5156034 A [0002]

Claims

Rollenwerkzeug für eine Werkzeugmaschine zum linienhaften Umformen eines Blechs, aufweisend - ein Gehäuse (16), - einen relativ zu dem Gehäuse (16) um eine Werkzeuglängsachse (17) drehbar gelagerten Werkzeugkopf (18) zum reversiblen Zusammenwirken mit einem Stößel (12) der Werkzeugmaschine (1) mit -- einer Stoßfläche (20) zum Übertragen einer parallel zu der Werkzeuglängsachse (17) orientierten Anpresskraft (F) von dem Stößel (12) auf den Werkzeugkopf (18) und -- einem Dreheingriff (21) zum Übertragen einer Drehbewegung um die Werkzeuglängsachse (17) von dem Stößel (12) auf den Werkzeugkopf (18) und - eine Rolleneinrichtung (19) zum Zusammenwirken mit dem Blech (6) mit -- mindestens einem über den Werkzeugkopf (18) drehantreibbaren Rollenkörper (45).
Rollenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreheingriff (21) als Formschlussprofil zum formschlüssigen Übertragen der Drehbewegung von dem Stößel (12) auf das Rollenwerkzeug (14) ausgebildet ist.
Rollenwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Kegelradgetriebe (37) und/oder ein Schneckengetriebe zum Übertragen der Drehbewegung zwischen dem Werkzeugkopf (18) und dem Rollenkörper (45).
Rollenwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Stirnradgetriebe (40, 41, 44) zum Übertragen der Drehbewegung zwischen dem Werkzeugkopf (18) und dem Rollenkörper (45).
Rollenwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei senkrecht zu der Werkzeuglängsachse (17) orientierte und entlang der Werkzeuglängsachse (17) zueinander beabstandet angeordnete Wellen (33, 34, 43) zum Übertragen der Drehbewegung zwischen dem Werkzeugkopf (18) und dem Rollenkörper (45).
Rollenwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sicherheitskupplung (27) zum Begrenzen eines zwischen dem Werkzeugkopf (18) und dem Rollenkörper (45) maximal übertragbaren Drehmoments.
Rollenwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebteil (26) der Sicherheitskupplung (27) unmittelbar mit dem Werkzeugkopf (18) verbunden ist.
Rollenwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolleneinrichtung (19) einen Nebenrollenkörper (47) zum Zusammenwirken mit dem Blech (6) aufweist, welcher relativ zu dem Rollenkörper (45) drehbar auf einer die Drehbewegung übertragenden Rollenwelle (43) gelagert ist.
Rollenwerkzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen in der Rollenwelle (43) angelegten Schmiermittelkanal (49) zum Zuführen von Schmiermittel zu dem Nebenrollenkörper (47).
Rollenwerkzeugsystem, aufweisend - ein Rollenwerkzeug (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und - ein Gegenrollenwerkzeug (15) mit -- einem Gegengehäuse (54) -- mindestens einer in dem Gegengehäuse (54) drehbar gelagerten Gegenrolle (55, 56, 57) zum Zusammenwirken mit dem Blech (6).
Verfahren zum linienhaften Umformen eines Blechs, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Rollenwerkzeugs (14) für eine Werkzeugmaschine (1), aufweisend -- einen Werkzeugkopf (18) und -- eine Rolleneinrichtung (19) mit mindestens einem Rollenkörper (45), - Bereitstellen des Blechs (6), - Anpressen des Rollenkörpers (45) auf das Blech (6) durch Ausüben einer Anpresskraft (F) von einem Stößel (12) der Werkzeugmaschine (1) auf den Werkzeugkopf (18), - Drehantreiben des mit dem Blech zusammenwirkenden Rollenkörpers (45) durch Übertragen einer Drehbewegung von dem Stößel (12) auf den Werkzeugkopf (18), - Verlagern des Blechs (6) relativ zu dem Rollenwerkzeug (14) zum linienhaften Umformen des Blechs (6).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehantreiben des Rollenkörpers (45) abgestimmt auf das Verlagern des Blechs (6) relativ zu dem Rollenwerkzeug (14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Werkzeugkopf (18) und dem Rollenkörper (45) maximal übertragbares Drehmoment mittels einer Sicherheitskupplung (27) begrenzt wird.