DE102021118550A1

DE102021118550A1 - Device for machining a workpiece

Info

Publication number: DE102021118550A1
Application number: DE102021118550.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Hagel
Original assignee: Cellform IP GmbH and Co KG
Current assignee: Cellform IP GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Werkzeugoberteils (1) und eines Werkzeugunterteils (2) bzw. einem Tisch (5, 6), die miteinander eine Bearbeitungsebene in einem Spalt (3) ausbilden, dessen Breite durch einen Antrieb (9.1, 9.2) des Werkzeugoberteils (1) und/oder des Werkzeugunterteils (2) veränderbar ist, soll der Antrieb (9.3, 9.4) unterhalb der Bearbeitungsebene angeordnet sein.In a device for machining a workpiece using an upper tool part (1) and a lower tool part (2) or a table (5, 6), which together form a machining plane in a gap (3), the width of which is controlled by a drive (9.1, 9.2 ) of the upper tool part (1) and/or the lower tool part (2) can be changed, the drive (9.3, 9.4) should be arranged below the machining level.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Werkzeugoberteils und eines Werkzeugunterteils bzw. einem Tisch, die miteinander eine Bearbeitungsebene in einem Spalt ausbilden, dessen Breite durch einen Antrieb des Werkzeugoberteils und/oder des Werkzeugunterteils veränderbar ist.The invention relates to a device for machining a workpiece using an upper tool part and a lower tool part or a table, which together form a machining plane in a gap whose width can be changed by driving the upper tool part and/or the lower tool part.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen bekannt, die sich mit dem Umformen von Werkstücken befassen. Dazu gehören vor allem auch Pressen der unterschiedlichsten Art, mit denen ein Werkstück ausgeschnitten oder beschnitten wird oder mit denen auch ein Verformen des Werkstücks stattfinden kann.A large number of machine tools which deal with the forming of workpieces are known from the prior art. These include, above all, presses of all kinds, with which a workpiece is cut out or trimmed, or with which the workpiece can also be deformed.

Vor allem unterschieden werden Pressen nach der Art des Antriebs. Beispielsweise gibt es hydraulische oder pneumatische Pressen, wie sie in der EP 1 252 010 gezeigt sind. Vor allem werden aber auch mechanische Pressen benutzt, wie beispielsweise Kniehebelpressen oder auch Exzenterpressen. Eine derartige Exzenterpresse mit Pleuel ist beispielsweise in der EP 0 941 831 gezeigt. Derartige Pressen bestehen zumeist aus mehreren Teilen, wie insbesondere Kopfstück, Stößel, Ständer und Tisch, oder aber aus einem Ringrahmen, der Kopfstück, Ständer und Tisch abbildet. Der Stößel wird dabei in seiner Bewegung mit Führungen am Ständer geführt, die Kraft wird über ein Räderwerk mit Hebeln und Exzenter über Pleuel auf den Stößel übertragen. Das Gestell, welches aus Kopfstück, Ständer und Tisch gebildet wird, ist meist über Anker zusammengespannt.The main difference between presses is the type of drive. For example, there are hydraulic or pneumatic presses, as in the EP 1 252 010 are shown. Above all, however, mechanical presses are also used, such as toggle presses or eccentric presses. Such an eccentric press with connecting rod is, for example, in EP 0 941 831 shown. Such presses usually consist of several parts, such as in particular the head piece, ram, stand and table, or of a ring frame which depicts the head piece, stand and table. The movement of the ram is guided by guides on the stand, and the force is transmitted to the ram via a gear train with levers and eccentrics via connecting rods. The frame, which is made up of a head piece, stand and table, is usually clamped together using anchors.

Im klassischen Anwendungsfall eines mehrstufigen Werkzeugs wird die zur Verfügung stehende Tischlänge über die Stufenanzahl definiert und zumeist auch ausgenutzt. Um Bauteile maßhaltige umzuformen, wird dabei versucht, eine möglichst geringe Durchbiegung des Tisches und des Stößels zuzulassen. Die Biegelinie wird maßgeblich durch den Stützabstand bestimmt, da die Durchbiegung von der dritten Potenz der Länge des Stützabstands abhängt.In the classic application of a multi-stage tool, the available table length is defined by the number of stages and is usually also used. In order to form components accurately, an attempt is made to allow the table and the ram to deflect as little as possible. The deflection line is largely determined by the support spacing, since the deflection depends on the third power of the length of the support spacing.

Vor allem bei Umformen von Mikrostrukturplatten, wie beispielsweise Bipolarplatten, werden sehr hohe Kräfte auf sehr kleinem Bauraum benötigt. Dabei stellt der Kraftfluss von klassischen mechanischen Umformpressen im Gestell ein Problem dar.Especially when forming microstructure plates, such as bipolar plates, very high forces are required in a very small space. The power flow of classic mechanical forming presses in the frame poses a problem.

Aufgabetask

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Presse zu entwickeln, die vor allem beim Umformen von Mikrostrukturplatten und hier insbesondere beim Umformen von Bipolarplatten Anwendung finden kann.It is the object of the present invention to develop a press which can be used above all in the forming of microstructured plates and here in particular in the forming of bipolar plates.

Lösung der Aufgabesolution of the task

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass der Antrieb unterhalb der Bearbeitungsebene angeordnet ist.The task is solved by the fact that the drive is arranged below the processing level.

Bei einer mechanischen Presse und hier insbesondere bei einer Exzenterpresse werden somit die Exzenterantriebe bzw. deren Räderwerk nicht mehr im Kopfstück, sondern im oder am Tisch angeordnet. Die Pleuel zeigen dann nach oben und sind am Stößel eingehängt. Auf den Stößel wirkt somit kein Druck, sondern ein Zug. Damit wird ermöglicht, dass die Krafteinleitungen am Stößel und am Tisch denselben Stützabstand aufweisen. Eine Auffederung/Biegung erfolgt somit symmetrisch, gleichzeitig werden die Stützabstände minimiert.In a mechanical press and here in particular in an eccentric press, the eccentric drives or their gear train are no longer arranged in the head piece, but in or on the table. The connecting rods then point upwards and are attached to the tappet. Thus, no pressure acts on the ram, but rather a train. This makes it possible for the force introductions on the ram and on the table to have the same support spacing. A deflection/bending is thus symmetrical, at the same time the support distances are minimized.

Der Abstand der Pleuel zueinander wird bevorzugt kleinstmöglich dimensioniert, so dass einerseits ein Platinenfördersystem für die Mikrostrukturplatten dazwischen durchpasst, andererseits die Antriebsmechanik ausreichend dimensioniert ist. Es entfallen aber viele Maschinenelemente der üblichen Pressen, wie insbesondere das Kopfstück oder auch die notwendigen Anker im Ständer. Der Kraftfluss erfolgt auf einem kleinstmöglichen Bauraum, bei dem nun sehr hohe Kräfte realisiert werden können.The distance between the connecting rods is preferably dimensioned as small as possible, so that on the one hand a circuit board conveyor system for the microstructure plates fits through between them and on the other hand the drive mechanism is dimensioned sufficiently. However, many machine elements of the usual presses are omitted, such as in particular the head piece or the necessary anchors in the stand. The flow of forces takes place in the smallest possible space, in which very high forces can now be realized.

Ferner ergibt sich für die Bearbeitung von insbesondere sensiblen Mikrostrukturplatten ein wesentlicher Vorteil dadurch, dass es nunmehr über den Mikrostrukturplatten keine Antriebsmechanik im Kopfstück mehr gibt, die dort mit Öl geschmiert wird, welches über zum Teil freie Öffnungen in den Stößel läuft und von dort auf die zu bearbeitenden Werkstücke auftrifft. Bei zum Beispiel zu fertigenden Bipolarplatten dürfen keine Partikel bzw. Verschmutzungen auf den Platinen auftreten. Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich aber der Antrieb unterhalb der Bearbeitungsebene, sodass eine Verschmutzung der Werkstücke ausgeschlossen werden kann. Die Pleuel selbst bzw. deren geschmierte Gelenke oberhalb der Bearbeitungsebene können über einfache konstruktive Maßnahmen verkleidet werden.Furthermore, for the processing of particularly sensitive microstructure plates, there is a significant advantage in that there is now no longer a drive mechanism in the head piece above the microstructure plates, which is lubricated there with oil, which runs into the ram via partly free openings and from there onto the workpieces to be machined strikes. In the case of bipolar plates to be manufactured, for example, there must be no particles or dirt on the circuit boards. According to the present invention, however, the drive is below the processing level, so that contamination of the workpieces can be ruled out. The connecting rods themselves or their lubricated joints above the processing level can be covered using simple design measures.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

1 eine schematisch dargestellte Frontansicht einer mechanischen Presse nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung der Druck- und Kraftverhältnisse bei einer mechanischen Presse gemäss 1;
3 eine schematisch dargestellte Frontansicht einer erfindungsgemässen Presse mit einem Unterflurantrieb;
4 eine schematisch und blockschaltbildlich dargestellte Anordnung der Dimensions- und Kraftverhältnisse bei der erfindungsgemässen Presse gemäss 3.

Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing; this shows in

1 a schematically illustrated front view of a mechanical press according to the prior art;
2 according to a schematic representation of the pressure and force conditions in a mechanical press 1 ;
3 a schematically illustrated front view of a press according to the invention with an underfloor drive;
4 a schematic and block diagram of the arrangement of the dimension and force ratios in the press according to the invention 3 .

In 1 ist eine Presse P zur Bearbeitung eines nicht näher gezeigten Werkstücks nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt zwischen einem Werkzeugoberteil 1 und einem Werkzeugunterteil 2 in einem Spalt 3, dessen Breite beim Zusammenfahren von Werkzeugoberteile 1 und Werkzeugunterteil 2 verändert und damit das Werkstück bearbeitet wird. Eine gedachte Ebene durch diesen Spalt 3 wird im folgenden als Bearbeitungsebene bezeichnet.In 1 a press P for machining a workpiece not shown in detail is shown according to the prior art. The workpiece is machined between an upper tool part 1 and a lower tool part 2 in a gap 3, the width of which changes when upper tool parts 1 and lower tool part 2 are moved together and the workpiece is thus machined. An imaginary plane through this gap 3 is referred to below as the processing plane.

Das Werkzeugoberteil 1 befindet sich an einem Stössel 4, während das Werkzeugunterteil 2 einer Tischplatte 5 aufsitzt. Unter der Tischplatte 5 ist noch ein Maschinentisch 6 angedeutet.The upper tool part 1 is located on a ram 4, while the lower tool part 2 is seated on a table top 5. Under the table top 5, a machine table 6 is also indicated.

Der Stössel 4 ist vertikal bewegbar in einem Maschinenrahmen 7 angeordnet, wobei er zum Zwecke seiner vertikalen Bewegung gelenkig mit zwei Pleuel 8.1 und 8.2 verbunden ist. Jedes Pleuel 8.1 und 8.2 ist Teil eines Exzenterantriebs 9.1 und 9.2 als Beispiel eines erfindungsgemässen Unterflurantriebs, wobei zeichnerisch nur Teile der Räderwerke 10.1 und 10.2 angedeutet sind. Exzenterantrieb 9.1 und 9.2 sowie Räderwerke 10.1 und 10.2 sitzen in einem Kopfstück 11.The ram 4 is arranged so that it can move vertically in a machine frame 7, being connected in an articulated manner to two connecting rods 8.1 and 8.2 for the purpose of its vertical movement. Each connecting rod 8.1 and 8.2 is part of an eccentric drive 9.1 and 9.2 as an example of an underfloor drive according to the invention, with only parts of the gear trains 10.1 and 10.2 being indicated in the drawing. Eccentric drive 9.1 and 9.2 and wheel trains 10.1 and 10.2 sit in a head piece 11.

Das Kopfstück 11, der Maschinenrahmen 7 und der Maschinentisch 6 werden von Zuganker 12.1 und 12.2 durchgriffen und von oberhalb des Kopfstück 11 und unterhalb des Maschinentisches 6 angreifenden Ankermuttern 13 zusammengespannt.The head piece 11, the machine frame 7 and the machine table 6 are penetrated by tie rods 12.1 and 12.2 and clamped together by anchor nuts 13 acting above the head piece 11 and below the machine table 6.

Mit der dicken, durchgezogenen Linie ist in 1 der Kraftfluss dargestellt, der in einer derartigen Presse nach dem Stand der Technik stattfindet. In Zusammenschau mit 2 wird dieser Kraftfluss erläutert, wobei A den Abstand der Räderwerke 10.1 und 10.2 und B den Stützabstand, d. h., den Abstand der Zuganker 12.1 und 12.2 kennzeichnen. F_PN kennzeichnet den Kraftfluss durch die Pleuel 8.1 und 8.2, F_P den Kraftfluss des Werkzeugoberteils 1. Der Kraftfluss verläuft dabei über die Pleuel 8.1 und 8.2 kombiniert auf das Werkzeugoberteil 1 und wird von diesem beim Pressen auf das Werkzeugunterteil 2 übertragen und von dort seitlich abgeleitet zu den Zugankern 12.1 und 12.2, die dann wiederum kraftflussbezogen mit den Räderwerken 10.1 und 10.2 in Wirkverbindung stehen.With the bold solid line is in 1 shows the power flow that takes place in such a press according to the prior art. In synopsis with 2 this flow of forces is explained, with A denoting the distance between the gear trains 10.1 and 10.2 and B denoting the support distance, ie the distance between the tie rods 12.1 and 12.2. F _PN designates the power flow through the connecting rods 8.1 and 8.2, F _P the power flow of the tool upper part 1. The power flow runs via the connecting rods 8.1 and 8.2 combined to the tool upper part 1 and is transferred from this during pressing to the tool lower part 2 and from there laterally derived to the tie rods 12.1 and 12.2, which in turn are operatively connected to the gear trains 10.1 and 10.2 in relation to the flow of force.

Im klassischen Anwendungsfall eines mehrstufigen Werkzeugs wird die zu Verfügung stehende Tischlänge über die Stufenanzahl definiert und zumeist auch ausgenutzt. Um Werkstücke masshaltig umzuformen, wird dabei versucht, eine möglichst geringe Durchbiegung der Tischplatte 5 und des Stössels 1 zuzulassen. Die Biegelinie wird aber massgeblich durch den Stützabstand B bestimmt, da die Durchbiegung von der dritten Potenz der Länge des Stützabstandes B abhängt.In the classic application of a multi-stage tool, the available table length is defined by the number of stages and is usually also used. In order to form workpieces true to size, an attempt is made to allow the table top 5 and the ram 1 to deflect as little as possible. However, the deflection line is largely determined by the support distance B, since the deflection depends on the third power of the length of the support distance B.

Das Umformen von Werkstücken, wie bspw. Bipolarplatten, erfordert sehr hohe Kräfte auf sehr kleinem Bauraum. Eigentlich ist in einem derartigen Fall von einer Punktlast auszugehen. Bei der klassischen mechanischen Umformpresse nach dem Stand der Technik wird der Abstand A der beiden Pleuel 8.1 und 8.2 voneinander über den notwendigen Abstand der Räderwerke aufgrund des Drehmoments bestimmt. Der Stützabstand B ergibt sich dann ebenfalls weitestgehend aus der Konstruktion von Abstand A, wobei der Stützabstand B immer grösser ist als der Abstand A der Räderwerke 10.1 und 10.2. Aufgrund des grösseren Stützabstands B muss der Tisch 5 für die gleiche resultierende Biegung wesentlich stärker ausgelegt werden. Zudem sind aufgrund der unterschiedlichen Stützabstände bei Flächenlasten keine symmetrischen Aufbiegungen möglich.The forming of workpieces, such as bipolar plates, requires very high forces in a very small space. In such a case, a point load should actually be assumed. In the classic mechanical forming press according to the prior art, the distance A between the two connecting rods 8.1 and 8.2 is determined by the necessary distance between the gear trains based on the torque. The support distance B then also results largely from the construction of distance A, with the support distance B always being greater than the distance A of the gear trains 10.1 and 10.2. Due to the greater support spacing B, the table 5 must be designed to be significantly stronger for the same resulting deflection. In addition, symmetrical bending is not possible due to the different support distances in the case of distributed loads.

Gemäss der vorliegenden Erfindung einer Presse P1 gemäss 3 mit einem Unterflurantrieb werden nun die Exzenterantriebe 9.3 und 9.4 im Maschinentisch 6 angeordnet, so dass die Pleuel 8.3 und 8.4 nach oben weisen und dort am Stössel 4 eingehängt sind. Damit besitzt aber die Krafteinleitung am Stössel und am Tisch denselben Stützabstand A. Eine Auffederung/Biegung erfolgt dadurch symmetrisch, gleichzeitig werden die Stützabstände A minimiert. Der Abstand der Pleuels 8.3 und 8.4 zueinander kann nur kleinstmöglich dimensioniert werden, so dass ein Platinenfördersystem 14 zwischen Stössel 4 und Maschinentisch 6 dazwischen durchpasst sowie die Antriebsmechanik ausreichend dimensioniert ist. Es entfällt ferner, das separate Kopfstück 11 und die bisher notwendigen Zuganker 12.1 und 12.2. Der Kraftfluss, der auch hier durch die durchgezogene dicke Linie verdeutlich ist, erfolgt auf kleinstmöglichem Bauraum, bei dem nun sehr hohe Kräfte realisiert werden können.According to the present invention according to a press P1 3 the eccentric drives 9.3 and 9.4 are now arranged in the machine table 6 with an underfloor drive, so that the connecting rods 8.3 and 8.4 point upwards and are suspended there on the ram 4. However, this means that the force application on the ram and on the table has the same support distance A. Springing/bending is therefore symmetrical, and the support distances A are minimized at the same time. The distance between the connecting rods 8.3 and 8.4 can only be dimensioned as small as possible, so that a blank conveyor system 14 fits through between the ram 4 and the machine table 6 and the drive mechanism is sufficiently dimensioned. It is also eliminated, the separate head piece 11 and the previously required tie rods 12.1 and 12.2. The flow of forces, which is also illustrated here by the thick solid line, takes place in the smallest possible space, in which very high forces can now be realized.

BezugszeichenlisteReference List

11: Werkzeugoberteiltool top
22: Werkzeugunterteiltool base
33: Spaltgap
44: Stößelpestle
55: Tischplattetabletop
66: Maschinentischmachine table
77: Maschinenrahmenmachine frame
88th: Pleuelconnecting rod
99: Exzenterantriebeccentric drive
1010: Räderwerkgear train
1111: Kopfstückheadpiece
1212: Zugankertie rod
1313: Ankermutteranchor nut
1414: Fördersystemconveyor system
AA: Abstand von 10.1, 10.2Distance from 10.1, 10.2
BB: Abstand von 12.1, 12.2Distance from 12.1, 12.2
Ff: Kraftflusspower flow
PP: PressePress

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1252010 [0003]
EP 0941831 [0003]

Claims

Device for machining a workpiece by means of an upper tool part (1) and a lower tool part (2) or a table (5, 6), which together form a machining plane in a gap (3), the width of which is determined by a drive (9.1, 9.2) of the The upper tool part (1) and/or the lower tool part (2) can be changed, characterized in that the drive (9.3, 9.4) is arranged below the working plane.

device after claim 1 , characterized in that the drive is an eccentric drive (9.3, 9.4).

device after claim 2 , characterized in that the eccentric drive (9.3, 9.4) has at least two gear trains (10.3, 10.4) which are connected via connecting rods (8.3, 8.4) to a ram (4) on which the tool upper part (1) is arranged.

device after claim 3 , characterized in that the two connecting rods (8.3, 8.4) are arranged parallel to one another at a distance (A).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the drive (9.3, 9.4) exerts a pull on the tool upper part (1).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece to be machined is a microstructure plate.