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Schutzvorrichtung für Stanz- und Preßwerkzeuge Stanz- und Preßwerkzeuge
zur Blechbearbeitung, insbesondere schneidende Stanzwerkzeuge, werden stark gefährdet,
wenn die zu bearbeitenden Werkstücke eine große Überdicke aufweisen, wenn zwei aufeinanderliegende
Werkstücke zwischen die Werkzeugteile gelangen oder wenn die z. B. in einer vollautomatischen
Stanzvorrichtung aus Blechstreifen laufend gestanzten Teile im Stanzwerkzeug hängenbleiben.
Hierbei können weit über die normalen Druckkräfte hinausgehende Beanspruchungen
auftreten, die das Werkzeug, insbesondere die feinen Stempel und Stanzstifte desselben,
zerstören können. Dabei wiegt nicht nur der Verlust des im allgemeinen teuren Stanzwerkzeuges,
sondern auch der damit verursachte Produktionsausfall sehr schwer.
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Es ist bereits bekannt, zum Schutz des Werkzeuges und/oder der Presse
zwischen einen Werkzeugteil und den ihn tragenden Pressenteil federnde Kupplungen
einzubauen, die bei Überdruck nachgeben und die Belastung auf einen bestimmten Wert
beschränken. Damit ist es aber nicht möglich, feine Stempel oder Stanzstifte vor
Zerstörung zu schützen. Dieser Nachteil wird auch nicht von Federkupplungen mit
nichtlinearen Charakteristiken behoben, bei denen der Kraftschluß beim Erreichen
einer bestimmten Überlast vollständig unterbrochen wird.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in einem der zu schützenden
Werkzeugteile einen Fühler, beispielsweise einen entsprechend ausgebildeten Auswerfer,
anzubringen, der je nach der Dicke des eingeführten Werkstückes mehr oder weniger
gegenüber den bearbeitenden Werkzeugteilen zurückgedrängt wird. In Abhängigkeit
von der Verschiebung dieses Fühlers wird der Antrieb der Presse unterbrochen, indem
entweder der Motor ausgeschaltet oder die ohnehin vorhandene Einschaltkupplung des
Pressenexzenters ausgerückt wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Maßnahme besteht
darin, daß irgendwelche übertragungsmittel vorzusehen sind, die das Ausrücksignal
vom Werkzeugteil an eine entfernte Stelle in der Presse zu übertragen haben. Praktisch
dürften hierzu nur elektrische Steuerstromkreise in Frage kommen, wobei sich leicht
Schwierigkeiten infolge Kontaktabbrandes einstellen. Außerdem ist es nicht anders
möglich, als daß das Werkzeug bereits in Bewegung ist, wenn sein Fühler die Überdicke
feststellt und den Ausrückbefehl erteilt. In diesem Augenblick befinden sich also
der ganze Pressenstempel, der Exzenter mit den meist vorhandenen Schwungmassen und
auch weitere rotierende Teile in voller Bewegung. Ein wirksamer Schutz ist aber
nur möglich, wenn all diese Massen augenblicklich stillgesetzt werden, da bei feinen
Werkzeugen auch die Trägheitskräfte genügen können, um das Werkzeug zu zerstören.
Diese Bedingungen sind nur schwierig und jedenfalls nicht ohne die Betätigung schwerer
Einrichtungsteile erfüllbar.
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Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile all dieser Schutzvorrichtungen
auszuschalten. Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Aufgabe, daß von der
bekannten Schutzvorrichtung in einem von zwei den Arbeitsdruck gegeneinander ausübenden,
das Werkstück zwischen sich enthaltenden Pressen- bzw. Werkzeugteilen, bestehend
aus einer selbsttätig entriegelbaren Kupplung zweier axial zusammenschiebbarer Teile
des einen Pressen- bzw. Werkzeugteils, ausgegangen wird und das Entriegeln der Kupplung
durch einen an sich bekannten, auf Überdicke des Werkstückes ansprechenden Fühler
gesteuert werden soll. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den zusammenschiebbaren Teilen ihren Axialschluß bewirkende Druckstücke
angeordnet und in je einen Ausweichraum verdrängbar sind, der bei Normalbetrieb
durch einen verschiebbaren, verriegelnden Teil ausgefüllt ist, der bei einer Überdicke
des Werkstückes von einer durch sie beeinflußten, axial verschiebbaren Fühlerstange,
insbesondere den Auswerfer, aus seiner- Verriegelung freigegeben wird und die Druckstücke
zum Entriegeln der Kupplung in ihren Ausweichraum übertreten läßt.
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Die Übertragung der Fühlerbewegung an die das Ausrücken der Kupplung
bewirkenden Teile ist einfach.
Im Augenblick des Ausrückens der
Kupplung werden alle bewegten Teile der Presse augenblicklich vollständig von dem
zu schützenden Werkzeugteil entkuppelt, so daß höchstens noch die Trägheitskräfte
dieses einen Werkzeugteils wirksam werden können. Ein augenblickliches Anhalten
der schweren Pressenteile, insbesondere der rotierenden Massen, ist unnötig.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schutzvorrichtung für ein Stanzwerkzeug dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt
durch das ganze Stanzwerkzeug mit in Ansicht dargestellter Kupplung, Fig.2 einen
Axialschnitt durch die Kupplung in größerem Maßstabe, Fig. 3 einen Schnitt nach
der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in noch größerem
Maßstabe und Fig. 5 bis 7 an Hand verkleinerter Ausschnitte aus Fig. 2 verschiedene
typische Betriebslagen der Schutzvorrichtung.
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Das dargestellte Stanzwerkzeug weist in üblicher Konstruktion einen
Unterteil 1, der auf dem (nicht dargestellten) Tisch der Stanzpresse befestigt wird,
und einen Oberteil 2 auf, der auf in den Unterteil 1 eingesetzten Führungssäulen
3 auf und ab gleiten kann.
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In den Unterteil l ist der Stempel 4 des eigentlichen Stanzwerkzeuges
eingesetzt. Der Stempel 4 ist von einer Abstreifplatte 5 umgeben, die mittels Säulen
6 im Werkzeugunterteilt geführt ist und aus der dargestellten Lage entgegen der
Wirkung einer (nicht dargestellten) Druckfeder niedergedrückt werden kann.
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Im auf und ab bewegten Werkzeugoberteil 2 ist eine Matrize 7 eingesetzt,
die eine Auswerferplatte 8 besitzt. Die Matrize ist mit einem runden Stanzstift
9 ausgerüstet, dem im Stempel 4 eine entsprechende runde Öffnung 10 gegenüberliegt.
Die Auswerferplatte 8 steht über Druckbolzen 11 und eine Scheibe 12 mit einem
Auswerfer 13 in kraftschlüssiger Verbindung. Der Auswerfer, der bei kleineren Stanzwerkzeugen
durch eine Feder, bei größeren Stanzwerkzeugen jedoch durch einen kraftschlüssigen
Nocken- und Exzenterantrieb in die dargestellte Lage gebracht werden kann, durchragt
eine mit dem Werkzeugoberteil 2 verschraubte Kupplung 14, deren Oberteil mit dem
Stößel der Stanzpresse verbunden werden kann.
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Wie die vergrößerten Schnittdarstellungen der Kupplung nach Fig. 2
bis 4 zeigen, weist die Kupplung 14 ein in den Werkzeugoberteil 2 eingeschraubtes
Gehäuse 15 auf, das mit einem angeschraubten Ring 16 abgedeckt ist. Das Gehäuse
15 und der Ring 16 bilden im oberen Teil ihrer gemeinsamen Bohrung eine Ringnut
17; in die ein Flansch 18 des am Stößel der Stanzpresse befestigten Zapfens 19 der
Kupplung greift. Der Zapfen 19 ist in dem Gehäuse 15 und dem Abdeckring 16 axial
verschiebbar gelagert und kann auch gegenüber dem Auswerfer 13 frei axial verschoben
werden. Unterhalb der Ringnut 17 bzw. des Flansches 18 weist das Gehäuse 15 bzw.
der Zapfen 19 eine untere bzw. eine obere Schulter 20 bzw. 21 auf. Zwischen diesen
Schultern sind in einem Kranz Kupplungswalzen als Druckstücke 22 eingesetzt. Die
obere, an dem Zäpfen 19 angeordnete Schulter 21 ist eben, während die untere, an
dem Gehäuse 15 angeordnete Schulter 20 leicht einwärts geneigt ist, derart, daß
die Kupplungswalzen 22 bei llbertragung eines Axialdruckes zwischen dem Zapfen 19
und dem Gehäuse 15 die Tendenz haben, auf der geneigten Schulter 20 nach innen auszuweichen.
Die Kupplungswalzen 22 liegen je in einer Ausfräsung 23 eines Verriegelungsringes
24. Die Stützflächen 25 der Ausfräsungen 23 für die Kupplungswalzen 22 sind so geneigt,
daß die Kupplungswalzen den Ring 24 nach unten zu drängen suchen, wenn sie unter
der Wirkung eines zwischen dem Zapfen 19 und dem Gehäuse 15 zu übertragenden Druckes
nach innen auszuweichen suchen. Normalerweise wird der Ring 24 durch eine Druckfeder
26 in seiner in Fig. 2 bis 4 dargestellten oberen Endlage gehalten, in der er die
Kupplungswalzen 22 an der äußeren Bohrungswand des Gehäuses 15 verriegelt hält.
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Der Verriegelungsring 24 weist am unteren Ende eine innere konische
Fläche 27 auf, die ebenfalls konische äußere Steuerflächen von Sperrbolzen 28 berührt.
Die Sperrbolzen 28 sind in Radialbohrungen des Zapfens 19 axial frei verschiebbar
eingesetzt. Die Sperrbolzen weisen am inneren Ende eine ebene Steuerfläche 29 und
einen daran anschließenden leichten Konus 30 auf. Die Steuerfläche 29 und der Konus
30 sind zum Zusammenwirken mit einer zylindrischen Steuerfläche 31 und einer konischen
Steuerfläche 32 einer Sperrhülse 33 bestimmt. Die Sperrhülse 33 wird normalerweise
von einer Druckfeder 34 in seiner in Fig. 2, 4 und 5 dargestellten unteren Endlage
an eine Stützschraube 35 anliegend gehalten. Unterhalb der Sperrhülse 33 weist der
Auswerfer 13 eine Schulter 13' auf, die bei einer Aufwärtsbewegung des Auswerfers
13 die auf dem Auswerfer und im Zapfen 19 frei bewegbare Sperrhülse 33 nach oben
mitnehmen kann.
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Die dargestellte Schutzvorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn sich der
Oberteil 2 des Stanzwerkzeuges in seiner in Fig. 1, 2 und 5 dargestellten oberen
Endlage befindet, wird das zu stanzende Blech zwischen Stempel 4 und Matrize 7 des
Werkzeuges eingeführt und hierauf die Stanzpresse betätigt. Beider Abwärtsbewegung
des Werkzeugoberteils trifft zuerst die Auswerferplatte 8 auf das Blech 36 auf und
wird gegenüber der Matrize leicht angehoben. Kurz darauf treffen auch die Matrize
7 und ihr Stanzstift 9 auf das Blech auf, wodurch das Schneiden des Bleches beginnt.
Der Stanzteil36' wird während des Schneidvorganges unter weiterem Anheben der Auswerferplatte
8 vom Stempel 4 in die Matrize 7 gepreßt, während das außerhalb des eigentlichen
Stanzteils liegende Blech über den Stempel 4 nach unten gepreßt wird und den Abstreifer
5 gegen Federdruck nach unten drängt. In dieser Weise wird schließlich die in Fig.
6 dargestellte normale Arbeitsendlage der Matrize erreicht, in der der Stanztei136'
vollständig ausgeschnitten ist.
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Die Stanzbewegung bzw. der Stanzdruck wird dabei von dem am Stößel
der Stanzpresse befestigten Zapfen 19 der Kupplung 14 über die Kupplungswalzen 22
auf das Gehäuse 15 der Kupplung und damit auf den Werkzeugoberteil 2 und auf die
Matrize übertragen. Wie Fig. 2 und 4 leicht erkennen lassen, ist dabei die Bewegungsübertragung
durch die Kupplung absolut kraftschlüssig, weil die Kupplungswalzen 22 ihre Lage
unmöglich verlassen können. Die Sperrbolzen 28, die mit ihrer ebenen Steuerfläche
29 auf der zylindrischen Steuerfläche 31 der Sperrhülse 33 aufliegen, können nämlich
nicht nach innen ausweichen und verhindern demzufolge auch jede Abwärtsbewegung
des Verriegelungsringes 24. Der Ring 24, der somit in der oberen Endlage gesperrt
gehalten ist, verriegelt seinerseits die Kupplungswalzen 22 gegen ein seitliches
Ausweichen, so daß die Kupplung bis zum eventuellen Bruch irgendwelcher Teile jeden
beliebigen Druck übertragen kann. Bei jedem normalen Stanzvorgang (Fig:6) wird die
Auswerferplatte
8 und somit über die Druckbolzen 11 und die Scheibe 12 auch der Auswerfer 13 gegenüber
der Matrize 7 und gegenüber dem Kupplungszapfen 19 so weit angehoben, daß die Schulter
13' des Auswerfers 13 auf die Sperrhülse 33 auftrifft und diese. um einen solchen
Betrag nach oben schiebt, daß die zylindrische Steuerfläche 31 der Sperrhülse 33
die ebene Steuerfläche 29 der Sperrbolzen 28 gerade noch mit Sicherheit trägt.
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Nach erfolgtem normalem Stanzvorgang geht der Stößel der Stanzpresse
mit dem Kupplungszapfen 19 wieder nach oben, wobei der Flansch 18 den Abdeckring
16 und die damit starr verbundenen Teile 15, 2 und 7 nach oben mitnimmt. Der Stanztei136'
wird in bekannter Weise durch die Auswerferplatte 8 aus der Matrize 7 ausgeworfen
und wird sofort aus dem Werkzeug entfernt. Das verbleibende Blech 36 wird vom Abstreifer
5 vom Stempel 4 abgestreift und ebenfalls sofort aus dem Werkzeug entfernt. Es kann
dann ein neuer Stanzvorgang erfolgen. Ist der bei einem vorhergehenden Stanzvorgang
erzeugte Stanztei136' in der Matrize 7 hängengeblieben, was insbesondere bei vollautomatischem
Betriebe, z. B. infolge Bruches des Stanzstiftes 9 der Matrize 7 trotz des richtigen
Arbeitens des Auswerfers, eintreten kann, so wird der Kraftschluß in der Kupplung
14 in der in Fig. 7 dargestellten Weise unterbrochen.
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Wie oben erläutert wurde, wird bei jedem normalen Stanzvorgang die
Sperrhülse 33 gegenüber dem Zapfen 19 so weit angehoben, daß sie die Sperrbolzen
28 gerade noch stützt. Ist der vorher erzeugte Stanzteil 36' in der Matrize hängengeblieben,
so wird beim nächsten Stanzgang die Matrize 7 in das neue eingelegte Blech zunächst
noch etwas eindringen, und dadurch wird die Auswerferplatte 8 noch weiter in die
Matrize 7 eingepreßt als bei einem normalen Stanzvorgang (vgl. die Lage der Auswerferplatte
in der Matrize am Ende des normalen Stanzvorganges gemäß Fig. 6 und beim Beginn
eines Stanzvorganges mit doppelter Materialdicke gemäß Fig. 7). Damit wird nun über
die Druckbolzen 11, die Scheibe 12 und den Auswerfer 13 die Sperrhülse 33 der Kupplung
14 so weit "angehoben, daß die zylindrische Fläche 31 der Sperrhülse 33 die ebenen
Flächen der Sperrbolzen 28 verläßt. Die Sperrbolzen 28 können daher nach innen ausweichen
und werden durch die konische Fläche 27 des Verriegelungsringes 24 nach innen verdrängt,
da auf diesen unter dem einwärts gerichteten Druck der Kupplungswalzen 22 eine die
Kraft der Feder 26 übersteigende abwärts gerichtete Kraftkomponente wirkt. Dadurch
wird die Sperrhülse 33 an ihrer konischen Steuerfläche 32 von den konischen Steuerflächen
30 der Sperrbolzen 28 erfaßt und noch weiter aufwärts verdrängt, wobei die Sperrbolzen
28 so weit nach innen ausweichen können, daß sich der Verriegelungsring 24 ungehindert
abwärts bewegen kann, was er unter dem Drucke der Kupplungswalzen 22 augenblicklich
tut. Damit können aber auch die Kupplungswalzen 22 nach innen ausweichen und gleiten
von der geneigten unteren Schulter 20 des Kupplungsgehäuses 15 ab in den Ringraum
zwischen dem Gehäuse 15 und dem Zapfen 19; in dem sich normalerweise der nun verdrängte
Verriegelungsring 24 befindet. Damit ist der vorher über die Kupplungswalzen 22
führende Kraftschluß zwischen den Kupplungsteilen 19 und 15 unterbrochen. Der am
Stößel der Stanzpresse befestigte Kupplungszapfen 19 bewegt sich nun gegenüber dem
Kupplungsgehäuse 15 weiter abwärts bis in seine normale untere Endlage, ohne auf
das Kupplungsgehäuse 15 Kräfte zu übertragen, die zur Zerstörung irgendwelcher Teile
des Werkzeuges ausreichen könnten. Bei dieser Relativbewegung des Zapfens 19 und
des Gehäuses 15 gleitet der Flansch 18 des Zapfens 19 in der Ringnut 17 des Gehäuses
15 und des Abdeckringes 16 nach unten, ohne jedoch die untere, die Nut 17 begrenzende
Schulter zu erreichen. Die Matrize 7 kann immer höchstens so weit nach unten bewegt
werden, daß die Auswerferplatte 8 noch nicht auf den Grund der Matrize auftrifft.
So kann also nie der Fall eintreten, daß bei völlig in die Matrize gedrängter Auswerferplatte
der Werkzeugoberteil mit der Matrize noch weiter gesenkt werden kann, was unbedingt
zum Bruch irgendwelcher Teile, insbesondere des Werkzeuges, führen müßte.
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Bei der nachfolgenden Aufwärtsbewegung des Kupplungszapfens 19 folgt
der Verriegelungsring 24 unter dem Druck der Feder 26 dem gegenüber dem Kupplungsgehäuse
15 aufwärts gehenden Kupplungszapfen 19 und drängt mit seiner geneigten Stützfläche
25 die Kupplungswalzen in die ursprüngliche kraftschlüssige Kupplungslage zurück.
Sobald der Verriegelungsring 24 die Sperrbolzen 28 freigibt, schiebt die konische
Steuerfläche 32 der unter dem Druck der Feder 34 stehenden Sperrhülse 33 die Sperrbolzen
wieder auswärts in die in Fig. 2 bis 5 dargestellte Lage. Damit ist die Kupplung
wieder eingerückt und für eine weitere Unterbrechung des Kraftschlusses vorbereitet,
wenn der Grund für eine solche Unterbrechung weiterbesteht.
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Die beschriebene Vorrichtung bietet einen sehr zuverlässigen Schutz
des Werkzeuges vor Beschädigungen nicht nur beim Hängenbleiben eines Stanzteils
in der Matrize nach dem Ausführungsbeispiel, sondern auch in gleicher Weise beim
Auftreten erheblicher Überdicken des Bleches oder beim Einlegen von mehreren Blechen.
Es werden insbesondere bei vollautomatischem Stanzbetrieb Zerstörungen an den teuren
Werkzeugen und Maschinen und die damit zusammenhängenden Produktionsausfälle vermieden.
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Gegebenenfalls könnten, besonders bei Kupplungen für kleinere Arbeitsdrücke,
die Kupplungswalzen 22 direkt auf Sperrbolzen 28 wirken, die in derselben Radialebene
liegen wie die Kupplungswalzen und einen dem Ausweichwege der Kupplungswalzen entsprechend
großen Hub ausführen könnten. Der Verriegelungsring 24 und die Feder 26 könnten
in diesem Falle weggelassen werden.
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Beim dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schutzvorrichtung
wird die Matrize zusammen mit dem als Fühler für die Steuerung der Kupplung wirkenden
Auswerfer auf und ab bewegt. Die Anordnung könnte aber grundsätzlich auch umgekehrt
in dem Sinne getroffen werden, daß die Matrize über eine Kupplung 14 auf dem festen
Maschinentisch abgestützt ist und in normaler Weise feststeht. Die Arbeitsweise
wäre durchaus analog, indem die Kupplung ausgerückt würde und ein Ausweichen der
Matrize unter dem Stempeldruck erlauben würde, wenn eine Überdicke des Werkstückes
auftritt.
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Die Anordnung könnte auch so getroffen werden, daß die Sperrhülse
33 bei normalen Stanzgängen nicht bewegt wird, sondern nur beim Auftreten von Überdicken
des Werkstückes zum Ausrücken der Kupplung verschoben würde.
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Da insbesondere bei vollautomatischen Maschinen jedes Ansprechen der
Schutzvorrichtung, d. h. jedes Ausrücken der Kupplung, auf irgendeinen Fehler hinweist,
kann
es erwünscht sein, nach jedem Ausrücken der Kupplung sofort die Stanzpresse anzuhalten
oder mindestens ein Signal oder einen Alarm auszulösen. Dies kann in einfacher Weise
dadurch erreicht werden, daß zwischen dem Kupplungszapfen 19 und dem Gehäuse 15
ein elektrischer Steuerkontakt angeordnet wird, der z. B. bei eingerückter Kupplung
offen ist und beim Ausrücken der Kupplung geschlossen wird und über Steuersysteme
die Maschine anhält oder Signale und/oder Alarme auslöst.