DE19617510C2 - Stanzwerkzeug für Kleinteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Stanzwerkzeuge für verschiedene Arbeitsverfahren der Stanztechnik, wie Einschneiden, Lochen, Trennen, Aus- und Beschneiden, Rollen, Biegen oder Einziehen und betrifft im engeren Sinn die Konstruktion solcher Werkzeuge für die Herstellung und Bearbeitung von Kleinteilen, wie sie insbesondere im Feinmecha­ nischen- und Präzisionsgerätebau sowie zur Herstellung elektronischer Bauelemente und -Schaltungen in vielfältigen Formen Anwendung finden.

Im Zuge der Entwicklung der Stanzereitechnik hat sich unter den verschiedenen Bauformen von Stanzwerkzeugen besonders ein Konstruktionstyp herausgebildet, dessen kennzeichnendes Gestaltungs­ merkmal darin besteht, daß das Werkzeug aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist. Beide Teile, das Ober- und das Unterteil sind funktionell und auch räumlich miteinander verbunden, tragen jeweils beiderseitig die Werkzeugaktiv- und Passivelemente und führen die jeweiligen Arbeitsoperationen miteinander während eines Niederfahrens des Pressenstößels gemeinsam aus.

Solche Stanzereiwerkzeuge haben sich sowohl in der Normal- als auch in der Großbauweise, z. B. im Atomobilbau, sowohl in technischer als auch in ökonomischer Hinsicht tausendfach bewährt. Sie stellen damit ein Arbeitsmittel dar, welches auch unter den Bedingungen fortschrittlicher Produktionstechnik immer wieder seinen Platz findet.

In einem jedoch scheint die Entwicklung der modernen Fertigungs­ technik an diesem Werkzeugtyp, wenn vom Einsatz modernerer Konstruktionswerkstoffe abgesehen wird, vorüber gegangen zu sein. Die in vielen Bereichen der Technik erfolgte Miniaturisierung von Bauteilen und Funktionselementen, wie sie besonders im Bereich der Feingeräte­ technik und der Elektronik sichtbar ist, hat auf dem Gebiet des Stanzerei­ werkzeugbaues offensichtlich keinen ersichtlichen Niederschlag gefunden.

Die Gründe dafür dürften verschiedener Natur sein. Einesteils ist es als schwierig zu beurteilen, diese in den Miniaturbereich einzuordnenden Stanzereiwerkzeuge mit der erforderlichen Präzision und für ein annehmbares "Handling" herzustellen und andernteils bei komplizierten Werkstücken hohe Arbeitsgenauigkeiten mit möglichst geringem Kostenaufwand zu realisieren. Jedenfalls ist es so, daß die Herstellung und die Gewährleistung der Funktionalität solcher Werkzeuge hinsicht­ lich der vorzusehenden Ausbildung und Anordnung der werkzeug­ typischen Teile, wie Stempel und Matrize, der Einlegemasken, Federn usw. neue konstruktive Lösungen erfordert.

Ein erster Anfang dazu wurde insofern getan, als die konventionelle Herstellung beispielsweise von Blechbiegewerkzeugen aus massivem Stahl wegen deren aufwendigen Bereitstellung verlassen und der Aufbau von Biegestempeln aus lasergeschnittenen Blechlamellen in Vorschlag gebracht wurde. Siehe: Geiger/Franke "Biegewerkzeuge aus laserstrahl­ geschnittenen Lamellen" in "Blech, Rohre, Profile" 41 (1994) 9, S. 509- 513.

Die dort beschriebene rechnergestützte Konstruktion, lamellierter und segmentierter Biegestempel geht von der Herstellung der Blechzu­ schnitte für Stempel und Matrize durch Laserstrahlschneiden aus und stellt einige der üblichen Fügetechniken für lamelliert hergestellte Werkzeugteile sowie die Herrichtung der Biegeformzone vor.

Im wesentlichen bleibt hierbei diese neuartige Methode auf die Entwicklung der Form des Biegtempels und dessen Zusammenfügen bzw. Lamellieren eingeschränkt, während die die Arbeitsweise solcher Werkzeuge bestimmenden funktionellen Erfordernissen bzw. Konstruktionselemente und deren werkzeugtypischen Ausführung außer Betracht geblieben sind.

Geht es aber darum, diesen für Kleinserien besonders attraktiv erscheinenden Werkzeugtyp wegen seiner einfachen und kosten­ günstigen Herstellung zugleich auch für die bei Präzisionsteilen geforderte Formgenauigkeit und Oberflächengüte funktionell zu gestalten, bietet der gegenwärtige Stand der Technik keine Grundlage.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für die Herstellung von Klein- und Kleinstteilen aus Blech, oder anderen formbaren Material einen Werkzeugtyp zu entwickeln, der sowohl als Einzel- bzw. Spezialwerkzeug als auch als Universalwerkzeug mit jeweils einer oder mehreren Werkzeugwirkstellen ausgelegt sein kann und bei dem unter der Maßgabe baulicher Miniaturisierung sowie einer kosten­ günstigen Fertigung die funktionell aktiven Konstruktionselemente vereinfacht ausgebildet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das Kernstück des Lösungsgedankens besteht hierbei darin, daß

• - jeweils das Werkzeugoberteil und ebenso das Werkzeugunterteil aus einzelnen, formgeschnittenen zueinander kongruenten Platinen paketartig zusammengefügt sind,
• - das Werkzeugoberteil mit dem Werkzeugunterteil stoffschlüssig, jedoch elastisch wirkend und spielfrei verbunden ist, und daß
• - der zwischen Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil geschaffene Stoffschluß jeweils durch innerhalb bzw. zwischen den Werkzeugteilen angeordnete Parallelfedern hergestellt ist.

Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, auf die für Stanzwerk­ zeuge typischen Werkzeugelemente wie etwa der Anordnung von Platten- oder Säulenführungen zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil oder beispielsweise der Verwendung von üblicher­ weise gesondert angeordneten Federgliedern für das Zurückführen des Werkzeugoberteiles zu verzichten.

Diese Werkzeugelemente sind infolge der zwischen dem Werkzeug­ oberteil und dem Werkzeugunterteil hergestellten, erfindungsgemäß in Form von Parallelfedern, vorteilhafterweise auch in der Art von Mäanderfedern gebildeten, elastischen wirkenden Stoffschlüssigkeit in den neuen Werkzeugtyp ohnehin integriert und damit ohne jegliche bauliche Ergänzung funktionswirksam.

Die relative Beweglichkeit der am Werkzeugober und/oder Werkzeug­ unterteil originär oder als Austauscheinheit angebrachten Werkzeugaktiv­ teilen, wie Biege-, Präge-, Loch oder Einzieh- und Beschneidstempel einschließlich ihrer zugehörigen Matrizen wird hierbei nach einem weiteren Konstruktionsmerkmal der Erfindung damit erreicht, daß diese Aktivteile unmittelbar an federnden Halterungen, zweckmäßig in Form von ein- oder doppelhebeligen Traversen angeformt oder austauschfähig angeordnet sind. Diese Traversen sind ebenso wie die formge­ schnittenen Platinen vorteilhaft durch Laserschneiden ausgearbeitet worden und stellen in ihrer Art prinzipiell Parallelfedern dar.

Insoweit beinhaltet die mit der Erfindung in Vorschlag gebrachte geschlossene Werkzeugeinheit sowohl die zwischen dem Werkzeug­ oberteil und dem Werkzeugunterteil erforderlichen Führungen für die genaueste Positionierung der Werkzeugaktivteile zueinander als auch die zwischen den Bau- und Funktionsteilen notwendigen Federn für das Zurückführen der Werkzeugaktivteile in ihre Ausgangsposition.

Eine weitere Besonderheit des hier in Vorschlag gebrachten Stanzwerk­ zeuges besteht auch darin, an den Werkzeugober- und Unterteilen mehrere Werkzeugwirkstellen anzuordnen um im gegebenen Fall verschiedene Arbeitsverfahren, z. B. Ausklinken und Biegen, oder Biegen und Einrollen, in einem Werkzeug ausführen zu können. Mit herkömmlich konstruierten Stanzwerkzeugen ist das, schon wegen den unterschiedlich groß zu bemessenden Arbeits- und Federwegen in den verschiedenen Arbeitsstationen, nicht gut machbar, wenn nicht ausgeschlossen.

Das wesensbestimmende Konstruktionsmerkmale dieses hier in Vorschlag gebrachten Werkzeugtyps besteht nach alledem gegenüber dem bekannten Stand der Technik zusammenfassend darin, die Werkzeugober- und Unterteil als eine durch Stoffschluß baulich geschlossene Werkzeugeinheit auszuführen, bei der auf jegliche gesondert vorzusehende Führung und Federglieder verzichtet worden ist.

Gleichwohl gestattet es dieser neue Werkzeugtyp, in vorteilhafter Weise Stanzwerkzeuge für die verschiedenartigen Arbeitsverfahren in Reihe- oder Parallelanordnung als sog. Stufenwerkzeuge auf einem gemeinsamen Grundrahmen anzuordnen um Folge- oder Verbund­ prozesse auszuführen.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand einiger Stanzwerkzeug­ konstruktionen beispielsweise dargestellt und kurz erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung stellen die

Fig. 1: ein Biegewerkzeug mit einhebelig ausgeführtem Werkzeugoberteil,

Fig. 2: ein universell einsetzbares Werkzeug mit mehreren Werkzeugwirkstellen und jeweils einhebelig angelenkten Werkzeugoberteilen,

Fig. 3: ein universell einsetzbares Werkzeug mit mehreren Werkzeugwirkstellen und mit doppelgliedrig angelenktem Werkzeugoberteil,

Fig. 4: ein Spezialwerkzeug mit im Werkzeugunterteil austauschbar eingesetztem in der Art einer Traverse angeordnetem Werkzeugoberteil,

Fig. 5: ein universell einsetzbares, achsmittig arbeitendes Werkzeug mit längsgeführtem Werkzeugoberteil und

Fig. 6: ein universell einsetzbares, achsmittig arbeitendes Werkzeug mit längs geführten Stempel und ebenso geführter Matrize,
jeweils in Vorderansicht schematisch dar.

Die hier skizzierten Werkzeugausführungen sind, wie es der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben entspricht, durchweg als universeller Werkzeugtyp konzipiert und in ihrer jeweiligen konstruktiven Beschaffenheit vom Werkzeugfachmann für jegliche stanztechnische Schneid- und Formungsarbeiten auszulegen.

Die wesentliche konstruktive Besonderheit dieses Werkzeugtyps stellt, wie im einzelnen schon dargelegt wurde, die bauliche Geschlossenheit zwischen dem Werkzeugoberteil 1 und dem Werkzeugunterteil 2 dar, die durch einen elastisch wirkenden Stoffschluß mit Hilfe von federnden Halterungen in Form von als Parallelfedern wirkenden Federgelenken 3 hergestellt ist. Die letzteren können einfach wirkend, wie das Fig. 1 zeigt oder wie das Fig. 2, 3, 5 und 6 veranschaulichen, mehrfach wirkend ausgeführt sein, je nachdem wie das der betreffende Bearbeitungsfall jeweils erfordert. Der besondere Vorteil dieser als spielfrei geltenden Federart tritt hier insofern in Erscheinung, als bei der Miniaturisierung solcher Standwerkzeuge, schon wegen der dort verlangten Arbeits- und Bewegungsgenauigkeiten keinerlei Bewegungsspiel zu lässig ist.

Die Federgelenke 3 sind hierdurch jeweils in die Werkzeugteile 1 und 2 eingearbeitet, quer zur Arbeitsrichtung des Stanzwerkzeuges angeordnete, schlitz- bzw. kammerartige Freimachungen 9 gebildet, an deren Schmalseite die spielfreien Federgelenke 3 wirken.

Auch die Verwendung von Mäanderfedern hat sich bei diesen Werkzeugeinheiten, insbesondere wenn größere Federwege nötig sind, als zweckmäßig erwiesen. An diesen beiden Werkzeugteilen 1; 2 sind die jeweiligen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Werkzeug­ wirkstellen 4, die mit den speziellen Werkzeugaktivelemeten 5 bestückt bzw. besetzt sind, angeordnet, derart, wie das herkömmlich bekannt und praktikabel ist.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten, originär angebrachten Werkzeugaktiv­ elemente 5, beispielsweise in Form eines Biegestempels und einer Biegematrize, blieben in den Werkzeugausführungen gemäß der Fig. 2 bis Fig. 6 die möglicherweise auch räumlich versetzt anzuordnenden Werkzeugwirkstellen 4 für die Aufnahme von Werkzeugaktivelementen zunächst unbesetzt um im Gerauchsfall mit den erforderlichen Werkzeugaktivelementen, zweckmäßig in Form von in der Zeichnung nicht dargestellten Austauscheinheiten, bestückt zu werden. Deren lagebestimmende Justage und Befestigung erfolgt dabei in bekannter Weise. Gleichermaßen, in prinzipiell bekannter Art und Weise, erfolgt die Ausführung und Anordnung der üblicherweise vorzusehenden Masken, Führungen oder Halterungen für die Werkstückaufnahme innerhalb der Werkzeugwirkstellen 4.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Werkzeug ist schließlich für einen speziellen Bearbeitungsfall das Werkzeugoberteil 1 mit dem Werkzeugunterteil 2 montagefähig, d. h. austauschbar verbunden, indem die am Werkzeugoberteil 1 angeordnete, als Parallelfeder ausgeführte Traverse 6 im Werkzeugunterteil 2 formschlüssig, jedoch spielfrei in Wälzflächen 7 mit Führungen 8 aufgenommen und quer zur Arbeitsrichtung des Werkzeuges austauschbar angeordnet ist.

Die Fig. 5 und Fig. 6 stellen Werkzeugkonstruktionen dar, bei denen unter Anwendung der erfindungstypischen Funktionsmerkmale zwischen den Werkzeugoberteilen 1 und den Werkzeugunterteilen 2 bedarfsge­ mäß ein relativ groß bemessener Federweg zu realisieren ist und es auf ganz präzise sowie spielfrei geführte Werkzeugaktivelemente ankommt. Die Verwendung von Mäanderfedern gestaltet sich hier besonders vorteilhaft.

Eine weitere werkzeugtechnische Vervollkommnung der erfindungsge­ mäßen Lösung besteht schließlich noch darin, daß dieser hier vorgeschlagene Werkzeugtyp es auf einfach Art ermöglicht, einen aus Werkzeugoberteil 1 und Werkzeugunterteil 2 bestehenden Werkzeug­ körper zu schaffen, der gewünschtenfalls in seiner Werkbreite beliebig verlängert bzw. verbreitert ausgeführt werden kann um etwa mehrere Werkzeugeinsätze in Reihe neben- bzw. hintereinander zur Ausführung von Folgeoperationen anordnen zu können. Die das Werkzeugoberteil 1 und das Werkzeugunterteil 2 bildenden, paketiert zu montierenden Platinen werden hierzu jeweils im Abstand zueinander montiert, der das mehrfache der Platinendicke betragen kann. Zwischen den einzelnen Platinen werden hierbei Zwischenlagen aus Blech als Distanzstücke und/oder Abstandshalter in Form von Distanzbolzen angeordnet. So wird ein Werkzeugkörper beliebiger Länge bzw. Arbeitsbreite bereitgestellt, der mit einfachen Mitteln auf die verschiedenen Bedarfsanforderungen eingerichtet werden kann.

Claims (8)

1. Stanzwerkzeuge für die Herstellung und Bearbeitung von Kleinteilen, im wesentlichen bestehend aus einem im Pressenstößel befestigten Werkzeugoberteil und einem auf einem Pressentisch aufge­ nommenen Werkzeugunterteil, die beide die jeweiligen Werkzeug­ aktivteile tragen und aus paketierten Platinen zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugoberteil (1) und das Werkzeugunterteil (2) aus formgeschnittenen, beide Werkzeugteile gemeinsam bildenden, Platinen zu einem gemeinsamen Körper zusammengefügt sind und durch einen zwischen den beiden Werkzeugteilen (1; 2) hergestellten, spielfreien und elastisch wirkenden, durch als Parallelfedern arbeitende Federgelenke (3) gebildeten Stoffschluß miteinander verbunden sind.

2. Stanzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffschluß durch Mäanderfedern gebildet ist.

3. Stanzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeugoberteil (1) und am Werkzeugunterteil (2) mehrere, in jeweils einer gemeinsamen Arbeitsebene und/oder räumlich zu­ einander versetzte Werkzeugwirkstellen (4) angeordnet sind.

4. Stanzwerkzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugoberteil (1) am Werkzeugunterteil (2) in der Art eines einhebeligen Kragarmes angelenkt und der Kragarm als Federgelenk (3) ausgeführt ist.

5. Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugoberteil (1) mit dem Werkzeugunterteil (2) durch eine als Federgelenk (3) ausgeführte Traverse (6) verbunden ist und die Traverse (6) ihrerseits an einem dem Werkzeugunterteil (2) zugehörigen Federgelenk (3) abgestützt ist.

6. Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federgelenke (3) durch jeweils in die Werkzeugteile (1; 2) eingearbeitete, quer zur Arbeitsrichtung des Stanzwerkzeuges angeordnete, kammerartige Freimachungen (9) gebildet sind, an deren Schmalseiten die spielfreien Federgelenke (3) wirken.

7. Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugoberteil (1) als in der Form einer Parallelfeder gestaltete Traverse (6) ausgeführt ist und durch an den beiderseitigen Enden ausgebildete formschlüssig wirkende Wälzflächen (7) in entsprechend gestalteten, im Werkzeug­ unterteil (2) angeordneten Führungen (8) quer zur Arbeitsrichtung des Stanzwerkzeuges verschieb- und austauschbar aufgenommen ist.

8. Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkzeugoberteil (1) und das Werkzeugunterteil (2) bildenden, paketiert montierten Platinen durch als Zwischenlagen dienende Distanzstücke und/oder als Abstands­ halter ausgeführte Distanzbolzen jeweils im Abstand zueinander gehalten sind, und dadurch einen beliebig verlängerbaren Werkzeug­ körper bilden, in dessen Werkzeugwirkstellen (4) mehrere Werkzeug­ einsätze in Reihe neben- oder hintereinander zur Ausführung von Folgeoperationen angeordnet sind.