DE19848144A1 - Werkzeug zur rollenden Bearbeitung eines Werkstückes - Google Patents

Abstract

Das Werkzeug dient zur rollenden Bearbeitung eines flachen, tafelförmigen Werkstückes (12), das einen Schaft (18) besitzt, an dessen dem Werkstück (12) zugewandtem Ende wenigstens ein die rollende Bearbeitung bewirkender Rollkörper (28) vorgesehen ist. Zur Ausrichtung der Rolle auf die Bewegungsrichtung des Werkstückes werden bisher entweder aufwendige Konstruktionen verwendet oder es treten Probleme bei zweiteiligen Werkzeugen auf. Um eine rollende Bearbeitung mit einem einfachen Werkzeug bewirken zu können, wird vorgeschlagen, daß der Rollkörper eine Kugel (28) ist, die in einer Führung (30, 32) in dem Schacht (18) frei drehbar und unverlierbar gehalten ist. Die Kugel (28) rotiert nicht um eine feststehende Achse, sondern bietet in allen Bewegungsrichtungen freie Drehbarkeit und folgen daher ohne aus Richtung des Werkzeuges der Verschieberichtung des Werkstückes (12).

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Werkzeug zur rollenden Bearbeitung eines flachen, tafelförmigen Werkstückes, das einen Schaft besitzt, an dessen dem Werkstück zugewandtem Ende wenigstens ein die rollende Bearbeitung bewirkender Rollkörper vorgesehen ist.

Derartige Werkzeuge werden beispielsweise dazu verwendet, Sicken in Blechen herzustellen, um die Steifigkeit des Ble­ ches zu erhöhen. Bei bekannten Werkzeugen, wie sie bei­ spielsweise aus der WO 95/19 233 A1 bekannt sind, bestehen die Rollkörper aus zumeist profilierten Walzen, die um eine parallel zu dem bearbeitenden Werkstück liegender Achse drehbar sind. Bei derartigen Rollkörpern ist darauf zu ach­ ten, daß das Werkstück nicht quer zur Rollrichtung gezogen wird, da die dann stattfindenden Gleitbewegung zwischen dem Rollkörper und dem Werkstück zu Beschädigungen führt und die auf das Werkstück und den Rollkörper einwirkenden Kräf­ te erheblich zunehmen.

Damit der Rollkörper der Bewegung des Werkstückes in beiden Richtungen folgen kann, muß die Rolle schwenkbar angeordnet sein. Durch eine mit Nachlauf bezüglich der Schwenkachse angeordnete Drehachse der Rolle oder durch einen motori­ schen Schwenkantrieb, wie er in dem EP 0 714 720 A1 be­ schrieben ist, erfolgt eine Ausrichtung der Rolle auf die Bewegungsrichtung des Werkstückes. Derartige Konstruktionen sind aufwendig, und im Falle einer frei schwenkbaren Rolle ergeben sich Probleme bei zweiteiligen Werkzeugen, die auch von der Werkstückunterseite her mit einem Rollkörper auf das Werkstück einwirken.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Werkzeug zur rollenden Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, das bei einfachem Aufbau universelle Einsatzmöglichkeiten bietet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Werkzeug der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welchem der Rollkör­ per eine Kugel ist, die in einer Führung in dem Schaft frei drehbar und unverlierbar gehalten ist.

Die Verwendung einer Kugel als Rollkörper bietet den Vor­ teil, daß diese nicht um eine feststehende Achse in dem Schaft drehbar gelagert ist, sondern in allen Bewegungs­ richtungen freie Drehbarkeit bietet. Daher können auch Querbewegungen beim Verfahren des Werkstückes in seiner La­ geebene bei niedergehaltenem Werkzeug erfolgen, die eine rollende Bearbeitung des Werkstückes nicht nur in einer Richtung zulassen. Auch bogenförmige Sicken sind dabei ohne weiteres herzustellen. Selbst wenn es infolge ungünstiger Reibbedingungen zu einer Gleitbewegung zwischen dem Werk­ stück und der Kugel kommen sollte, bleiben die dabei ent­ stehenden Kräfte aufgrund der relativ großen Kugelradien gering, so daß keine Beschädigungen des Werkzeuges oder des Werkstückes zu erwarten sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß das Werkzeug in eine Werkzeughalterung einer Stanzmaschine einsetzbar und durch diese in seine das Werk­ stück rollend bearbeitende Stellung verstellbar ist.

Aufgrund seiner universellen Einsetzbarkeit auch in Stanz­ maschinen kann deren Einsatzbereich erheblich erweitert werden. Die ohnehin zum Verschieben des Werkstückes erfor­ derliche Antriebseinrichtung bewirkt dabei bei niedergehal­ tenem Werkzeug die Ausbildung der Sicken. Statt der Zustel­ lung des Werkzeuges unmittelbar durch den Mechanismus der Stanzmaschine selbst kann auch ein separater, dem Werkzeug zugehöriger Antriebsmechanismus vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß das Werkzeug ein weiteres Werkzeugteil umfaßt, das ebenfalls wenigstens eine in einer Führung frei drehbar und unverlierbar gehaltene Kugel aufweist, wobei das Werk­ stück während des Bearbeitens zwischen den Kugeln der bei­ den Werkzeugteile relativ zu diesen bewegbar ist. Das zwei­ teilige Werkzeug erlaubt eine erheblich bessere Konturie­ rung der Sicken, wobei das zweite Werkzeugteil bei der Ver­ wendung des Werkzeuges in einer Stanzmaschine anstelle der Matrize in deren Halterung sitzt.

Von Vorteil ist es, in einem Werkzeugteil zwei Kugeln anzu­ ordnen, wobei die Kugeln der beiden Werkzeugteile versetzt zueinander angeordnet sind. Der wellenförmige Spalt zwi­ schen den Kugeln sorgt für die entsprechende Profilierung des Werkstückes. Dadurch ist es besser möglich, die Sicken in dem Werkstück auszubilden, ohne daß es zu einem Verwel­ len oder Verbiegen des Werkstückes kommt. Das Anordnen wei­ terer Kugeln, auch mit unterschiedlichem Durchmesser und in verschiedener axialer Lage, kann zur Herstellung mehrerer Sicken gleichzeitig oder von Sicken mit besonderen Quer­ schnittsformen zweckmäßig sein.

Die Führung einer Kugel besteht zweckmäßigerweise aus einer Druckkräfte aufnehmenden Lagerschale und einem Haltering, dessen Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Ku­ gel ist. Der Haltering verhindert dabei ein Herausfallen der Kugel bei angehobenem Werkzeug, während die beispiels­ weise aus Buntmetall gefertigten Lagerschalen unter den ho­ hen Druckkräften eine Rollbewegung der Kugel ermöglichen. Eine halbkugelförmige Ausbildung der Lagerschale ist dabei von besonderem Vorteil.

Wenngleich bei der Verwendung von Kugeln in Werkzeugen zur rollenden Bearbeitung beim Einstellen der Betriebsstellung des Werkzeuges eine geringere Präzision als bei Werkzeugen mit Zylinder- oder Profilrollen notwendig ist, da die Ku­ geln für einen gewissen Spielausgleich sorgen, kann es zweckmäßig sein, statt eines starren Werkzeugschaftes einen aus einem Treiberteil und einem axial beweglich an diesem geführten Halteteil bestehenden Schaft vorzusehen, wobei zwischen den beiden Teilen ein elastisches Element angeord­ net ist.

Eine konstruktiv besonders einfach Ausführung ergibt sich dabei, wenn als elastisches Element eine Schraubenfeder vorgesehen ist. Es sind jedoch auch Ausführungen mit durch pneumatischen oder hydraulischen Druck beaufschlagten Zy­ lindern denkbar.

Der Längenausgleich des Schaftes erlaubt den Einsatz des Werkzeuges auch in Maschinen, bei denen eine präzise Zu­ stellung des Werkzeuges in seine Betriebsstellung nicht möglich ist. Auch die Bearbeitung unterschiedlicher Blech­ dicken ohne eine entsprechende Justierung des Systems ist möglich.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.

Die Abbildung zeigt ein Werkzeug 10 zur rollenden Bearbei­ tung eines Werkstückes 12, das im dargestellten Beispiel eine Blechtafel ist, in welcher Sicken ausgeformt werden sollen. Das Werkzeug 10 sitzt in einer Werkzeughalterung 14 einer Stanzmaschine, von der neben dem Werkzeughalter 14 nur der Antriebsmechanismus 16 dargestellt ist.

Das Werkzeug 10 verfügt über einen Schaft 18, der aus einem Treiberteil 20 und einem Halterteil 22 besteht. Das Halter­ teil 22 ist in einer zylindrischen Bohrung 23 in dem Trei­ berteil 20 axial verschieblich geführt, wobei eine zwischen dem Treiberteil 20 und dem Halterteil 22 angeordnete Schraubenfeder 24 beim Einschieben des Halterteils 22 in das Treiberteil 20 komprimiert wird. Das Treiberteil 20 verfügt über einen Flanschbereich 26, der sich auf in dem Werkzeughalter 14 angeordneten Federn 27 abstützt, die das Werkzeug 10 in seiner Ruhestellung halten. Diese Art der Werkzeuglagerung entspricht der Lagerung eines Stanzstem­ pels.

Das Halterteil 22 ist an seiner Unterseite mit zwei Kugeln 28 versehen, welche die eigentlichen, das Werkstück 12 be­ arbeitenden Rollkörper darstellen. Die Kugeln 28 stützen sich in axialer Richtung auf Messingkörpern 30 ab, die im Bereich der Lagerstelle als halbkugelförmige Lagerschalen ausgeformt sind. Die Messingkörper 30 entsprechen in ihrem Durchmesser im wesentlichen dem Kugeldurchmesser und sind in Zylinderbohrungen 32 aufgenommen, deren Durchmesser im Bereich der Kugeln zur Bildung von Halteringen etwas ver­ jüngt ist, so daß die Kugeln 28 unverlierbar gehalten sind. Das Halterteil 22 besteht aus einem hinteren Druckteil 34 und einem vorderen Lagerteil 36, in welchem die Zylinder­ bohrungen 32 angeordnet sind. Dies ist notwendig, um die Kugeln 28 und die Messingkörper 30 von hinten in das Lager­ teil 36 einsetzen zu können, da im dargestellten Beispiel - wie bereits erwähnt - die Zylinderbohrungen 32 am unteren Ende verjüngt sind, so daß eine Montage der Kugeln 28 und der Messingkörper 30 von der Stirnseite her nicht erfolgen kann. Es ist jedoch auch denkbar, die Zylinderbohrungen 32 mit konstantem Durchmesser auszubilden und nach der stirn­ seitigen Montage der Kugeln 28 und der Messingkörper 30 einen separaten Haltering mit entsprechend verkleinertem Durchmesser an der Stirnseite des Halterteils 22 zu befe­ stigen. In diesem Fall kann das Halterteil 22 selbst ein­ stückig ausgebildet sein.

Das Treiberteil 20 ist in der Werkzeughalterung 14 unver­ drehbar oder gezielt verdrehbar gehalten, und zwischen dem Halterteil 22 und dem Treiberteil 20 sind axiale Führungs­ elemente vorgesehen, die ein relatives Verdrehen zwischen den beiden Teilen des Werkzeuges 10 verhindern.

Das Treiberteil 20 verfügt über einen Treiberkopf 38, über welchen die zur rollenden Bearbeitung des Werkstückes 12 notwendige Zustellung des Werkzeuges 10 erfolgt. Im darge­ stellten Beispiel besteht der Antriebsmechanismus der Stanzmaschine aus einem Elektromotor 40, der über eine Spindel 42, die mit einem Außengewinde 44 versehen ist, ein Keilelement 46 mit einer Schrägfläche 48 quer zur Zustell­ richtung des Werkzeuges verfährt, wobei die Zustellung des Werkzeuges über ein an seiner Oberseite entsprechend der Schrägfläche 48 angeschrägten Treiberelement 50 erfolgt, das in einer axialen Führung (nicht gezeigt) verfahrbar ist und mit seiner Unterseite an dem Treiberkopf 38 anliegt.

Das Werkzeug 10 verfügt zudem über einen Gegenhalter 52, der unterhalb des Werkstückes 12 dort angeordnet ist, wo sich bei einer Stanzmaschine gewöhnlich die Stanzmatrize befindet. Der Gegenhalter 52 sitzt in einer Halterung 54 und verfügt über eine Kugel 56, die ähnlich den Kugeln 28 in einem mit einer halbkugelförmigen Lagerfläche versehenen Messingkörper 58 gelagert ist. Der Gegenhalter 52 verfügt an seiner Unterseite über einen angeschraubten Deckel 60, nach dessen Entfernen der Messingkörper 58 und die Kugel 56 aus dem Halter 52 herausgenommen werden können.

Die Stanzmaschine verfügt ferner über einen Antrieb (nicht gezeigt), der ein Verfahren des Werkstückes 12 in zwei Richtungen ermöglicht.

Zum Bearbeiten des Werkstückes 12 wird das Werkzeug 10 durch Betätigen des Motors 40 in Richtung des Werkstückes 12 zugestellt. Dabei werden zunächst nur die Rückstellfe­ dern 27 vorgespannt, bis die Kugeln 28 zur Anlage an dem Werkstück 12 kommen. Bei weiterer Zustellung des Werkzeuges 10 verschiebt sich das Halterteil 22 in seiner Führungsboh­ rung 23 unter weiterer Vorspannung der Schraubenfeder 24. Die zunehmende Anlagekraft der Kugeln 28 an dem Werkstück 12 führt in Verbindung mit der Kugel 56 in dem Gegenhalter 52, die versetzt angeordnet ist, bereits zu einer Verfor­ mung des Werkstückes 12, das sich der Kontur zwischen den Kugeln 28, 56 anpaßt. Nachdem das Werkzeug 10 seine Ar­ beitsstellung erreicht hat, kann durch Verfahren des Werk­ stückes 12 eine Sicke gewünschter Ausrichtung hergestellt werden, die beispielsweise zur Erhöhung der Steifigkeit ei­ ner Blechtafel dienen kann. Das Werkzeug 10 wird dabei durch Drehen des Werkzeughalters 14 oder durch Drehen in der Werkzeughalterung selbst entsprechend der Bewegungs­ richtung des Werkstückes 12 ausgerichtet. Dadurch ist es möglich, auch kurvenförmige Sicken in dem Werkstück 12 aus­ zuformen. Der Gegenhalter 52 muß im Gegensatz zu bisher be­ kannten Konstruktionen nicht verdreht werden, da seine Ku­ gel 56 aufgrund ihrer freien Drehbarkeit allen Bewegungs­ richtungen des Werkstückes 12 folgen kann. Sind in dem Hal­ terteil 22 nur eine Kugel und in dem Gegenhalter 52 zwei Kugeln vorgesehen, muß lediglich der Gegenhalter 52 ent­ sprechend der Bewegung des Werkstückes 12 ausgerichtet wer­ den, während das Oberteil des Werkzeuges 10 drehfest in der Werkzeughalterung 14 sitzen kann.

Statt des dargestellten Antriebsmechanismus 16, bei welchem die Zustellung des Werkzeuges 10 über eine Gewindespindel 42 und eine Keilfläche 48 erfolgt, ist auch ein Verstellen mit Hilfe anderer, üblicher Antriebsmechanismen von Stanz­ maschinen denkbar.

Bei dem abgebildeten Antriebsmechanismus 16, der eine sehr präzise Zustellung erlaubt, kann auch auf die zweiteilige Ausbildung des Schaftes 18 des Werkzeuges 10 verzichtet werden, wobei in diesem Fall die Kugeln 28 in eine vorbe­ stimmte Lage verstellt werden, die beispielsweise von der Dicke des zu bearbeitenden Werkstückes 12 abhängt. Die re­ lativ großen Kugelradien können Fehljustagen in gewissem Umfang ausgleichen, ohne daß es zu einem Verklemmen oder einer unbefriedigenden Sickenausbildung während der Bear­ beitung kommt. Weiterhin ist es denkbar, das obere Werk­ zeugteil mit einer Kugel mit einem mit einer Profilrolle versehenen Gegenhalter zu kombinieren, wobei lediglich die Profilrolle entsprechend der Bewegungsrichtung des zu bear­ beitenden Werkstückes ausrichtbar sein muß.

Claims (10)

1. Werkzeug zur rollenden Bearbeitung eines flachen, ta­ felförmigen Werkstückes (12), das einen Schaft (18) be­ sitzt, an dessen dem Werkstück (12) zugewandtem Ende wenigstens ein die rollende Bearbeitung bewirkender Rollkörper (28) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper eine Kugel (28) ist, die in einer Führung (30, 32) in dem Schaft (18) frei drehbar und unverlierbar gehalten ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in eine Werkzeughalterung (14) einer Stanzmaschine einsetzbar und durch diese in seine das Werkstück (12) rollend bearbeitende Stellung verstellbar ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß es ein weiteres Werkzeugteil (52) umfaßt, das ebenfalls wenigstens eine in einer Führung (58) frei drehbar und unverlierbar gehaltene Kugel (56) aufweist, wobei das Werkstück (12) während der Bearbeitung zwi­ schen den Kugeln (28, 56) der beiden Werkzeugteile re­ lativ zu diesen bewegbar ist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (28, 56) der beiden Werkzeugteile versetzt zueinander angeordnet sind.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Werkzeugteil (18, 22) wenig­ stens zwei Kugeln (28) angordnet sind.

6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Führung einer Kugel (28, 56) aus einer Druckkräfte aufnehmenden Lagerschale (30, 58) und einem Haltering besteht, dessen Innendurchmes­ ser kleiner als der Durchmesser der Kugel (28, 56) ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale im wesentlichen halbkugelförmig ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerschale (30, 58) aus einer Buntmetall­ legierung besteht.

9. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schaft (18) aus einem Treiberteil (20) und einem axial beweglich in diesem geführten Halterteil (22) besteht und zwischen diesen beiden Teilen (20, 22) ein elastisches Element (24) an­ geordnet ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Schraubenfeder (24) ist.