-
Die
Erfindung betrifft einen Rahmen für eine Fügevorrichtung mit einem als
Gegenhalter ausgebildeten Schenkel, der an seinem freien Ende eine
sich in Richtung der Krafteinleitung erstreckende Bohrung zum Einsetzen
eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters und eine Gegenlagerfläche zur
Abstützung
des Werkzeugs oder des Werkzeughalters aufweist.
-
Rahmen
der angegebenen Art werden vornehmlich in Fügevorrichtungen zum Verbinden
von Werkstücken
aus Blech, beispielsweise durch Nieten, Stanznieten oder Clinchen,
eingesetzt, um die beim Fügeprozeß auftretenden
Fügekräfte aufzunehmen.
Insbesondere beim Stanznieten sind diese Fügekräfte, die von dem Werkzeug auf
den als Gegenhalter ausgebildeten Schenkel des Rahmens übertragen
werden, sehr hoch. Da das freie Ende des Schenkels, an welchem das
Werkzeug oder der Werkzeughalter abgestützt ist, im allgemeinen besonders
schlank ausgebildet werden muß,
damit ein Fügen
auch an relativ engen und unzugänglichen Stellen
möglich
ist, treten insbesondere an der Abstützung des Werkzeugs oder des
Werkzeughalters hohe Spannungen auf, die zur Beeinträchtigung
der Lebensdauer des Schenkels durch Materialermüdung führen können.
-
Bei
der Ausbildung des Rahmens von Fügevorrichtungen
besteht weiterhin das Erfordernis, das Werkzeug oder den Werkzeughalter
an dem als Gegenhalter ausgebildeten Schenkel zu befestigen, damit
die Fügevorrichtung
in beliebigen Raumlagen eingesetzt werden kann und andererseits
das Werkzeug oder der Werkzeughalter für unterschiedliche Anwendungsfälle und
bei Verschleiß leicht
ausgewechselt werden kann. Seither ist es üblich, wie
DE 203 00 679 U1 und
DE 100 64 238 A1 zeigen,
in der Wand, welche die Bohrung zum Einsetzen des Werkzeugs umgibt,
eine in die Bohrung mündende
Radialbohrung vorzusehen, in die ein Sperrelement, beispielsweise
ein Stift oder eine Schraube, eingebracht wird, durch die ein in
der Bohrung angeordneter Zapfen des Werkzeugs verriegelt oder festgeklemmt wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen der eingangs
genannten Art zu schaffen, der sich durch eine verbesserte Dauerfestigkeit und
höhere
Belastbarkeit auszeichnet.
-
Die
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
-
Nach
der Erfindung ist die Bohrung zum Einsetzen eines Werkzeugs oder
eines Werkzeughalters von einer geschlossenen, ununterbrochenen
Wand des Schenkels umgeben, und das Werkzeug oder der Werkzeughalter
ist an dem Schenkel durch Befestigungsmittel lösbar befestigt, die in der
Bohrung angeordnet und an der Bohrungswand abgestützt sind.
-
Durch
die erfindungsgemäße Gestaltung wird
eine Schwächung
des Schenkels durch eine radial in die Bohrung mündende Befestigungsbohrung vermieden
und die Belastbarkeit sowie die Dauerfestigung des Schenkels erhöht. Die
Befestigung des Werkzeugs oder des Werkzeughalters wird in die Bohrung
des Schenkels verlagert, so daß die
Außenkontur
im Bereich des Schenkelendes nicht durch überstehende Befestigungsmittel
beeinträchtigt
wird.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Bohrung ein Innengewinde
auf und das Werkzeug oder der Werkzeughalter haben einen mit Außengewinde
versehenen Zapfen, der in die Bohrung einschraubbar ist. Diese Ausführung hat
den Vorteil, daß keine
zusätzlichen
Befestigungsmittel erforderlich sind.
-
Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Bohrung
den Schenkel durchdringt und eine Stufe mit einer entgegengesetzt zur
Gegenlagerfläche
angeordneten Stufenfläche aufweist,
wobei ein mit dem Werkzeug oder Werkzeughalter verbindbares Befestigungselement
vorgesehen ist, das an der Stufenfläche abgestützt ist. Vorzugsweise weist
das Werkzeug oder der Werkzeughalter in der dem Schenkel zugewandten
Unterseite eine zur Bohrung koaxiale Gewindebohrung auf, wobei das
Befestigungselement eine in die Gewindebohrung einschraubbare Schraube
ist.
-
Ist
eine genaue Positionierung des Werkzeugs oder des Werkzeughalters
in der Bohrung des Schenkels erforderlich, so können das Werkzeug oder der
Werkzeughalter und der Schenkel zusammenwirkende Orientierungsmittel
haben, durch welche eine bestimmte Winkelstellung des Werkzeugs oder
des Werkzeughalters in der Bohrung festgelegt ist. Als Orientierungsmittel
kommen Paßstifte
oder Paßfedern
in Betracht, die in korrespondierende Öffnungen des Schenkels einerseits
und des Werkzeugs oder Werkzeugshalters andererseits einsetzbar
sind.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die
in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
-
1 einen
als Gegenhalter ausgebildeten Rahmenschenkel nach dem Stand der
Technik,
-
2 einen
als Gegenhalter ausgebildeten Rahmenschenkel nach der Erfindung
mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung und einem in diese eingeschraubten
Werkzeughalter,
-
3 eine
weitere Ausführungsform
eines Rahmenschenkels nach der Erfindung mit in einer Stufenbohrung
mittels einer Schraube befestigtem Werkzeughalter,
-
4 eine
weitere Ausführungsform
eines Rahmenschenkels nach der Erfindung mit Stufenbohrung und asymmetrisch
gestaltetem Werkzeughalter,
-
5 eine
Schnittansicht V - V der Ausführungsform
gemäße 4 und
-
6 eine
perspektivische Ansicht der Ausführungsform
gemäß 4.
-
1 zeigt
das nach dem Stand der Technik ausgebildete freie Ende 1 eines
Schenkels 2 eines C-förmigen
Rahmens, wie er beispielsweise in Fügevorrichtungen zum Stanznieten
eingesetzt wird. Der Schenkel 2 trägt als Gegenhalter eine Matrize 3,
an der die Werkstücke
beim Fügen
durch Einpressen eines Stanzniets abgestützt sind. Die bei dem Fügevorgang
auf die Matrize 3 einwirkende Fügekraft ist durch den Pfeil
F veranschaulicht. Zur Befestigung der Matrize 3 an dem
Schenkel 2 weist die Matrize 3 an ihrer Unterseite
einen zylindrischen Zapfen auf, der in eine zylindrische Bohrung
im Schenkel 2 eingesetzt ist. Der Zapfen wird in der Bohrung
mittels einer nicht dargestellten Klemmschraube festgeklemmt, die
in eine radial in die Bohrung mündende Gewindebohrung 4 eingeschraubt
wird. Die Gewindebohrung 4 ist, wie in der Zeichnung dargestellt,
in der Regel seitlich angeordnet, kann aber auch vorne in der Stirnseite
vorgesehen sein. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Gewindebohrung 4 der
Schenkel 2 in dem die Fügekraft
F aufnehmenden Endbereich eine Schwächung erfährt, die die Lebensdauer des
Schenkels 2 und damit des gesamten, einstückig ausgeführten Rahmens
verkürzt.
-
2 zeigt
das Ende 10 eines als Gegenhalter ausgebildeten Schenkels 11 eines
Rahmens nach der Erfindung. Das Ende 10 weist eine ebene
Gegenlagerfläche 12 zur
Abstützung
eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters und eine zur Gegenlagerfläche 12 senkrechte
Bohrung 13 auf, die den Schenkel 11 durchdringt
und mit einem Innengewinde 14 versehen ist. An dem Schenkel 11 ist
ein Werkzeughalter 15 befestigt, der im wesentlichen die
Form eines zylindrischen Dornes hat und in einem mittleren Bereich
einen angeformten, ringförmigen
Flansch 16 trägt.
Das eine Ende des Werkzeughalters 15 bildet einen Befestigungszapfen 17,
der mit einem zum Innengewinde 14 passenden Außengewinde 18 versehen
und in die Bohrung 13 eingeschraubt ist. Der Flansch 16 hat
eine ebene, zur Längsachse
der Werkzeughalters 15 senkrechte Anlagefläche 19 und liegt
mit dieser an der Gegenlagerfläche 12 an.
An der Außenseite
hat der Flansch Werkzeugeingriffsflächen 16a zum Ansetzen
eines Schraubenschlüssels. Das
dem Befestigungszapfen 17 entgegengesetzte Ende des Werkzeughalters 15 ist
mit einer koaxialen Aufnahmebohrung 20 versehen, die zur
Aufnahme des Befestigungszapfens eines Werkzeugs, beispielsweise
einer Matrize, dient. Eine radial in die Aufnahmebohrung 20 mündende Gewindebohrung 21 ist
zum Einschrauben einer Klemmschraube bestimmt, mit der der Befestigungszapfen
des Werkzeugs in der Aufnahmebohrung 20 festklemmbar ist. Vom
Boden der Aufnahmebohrung 20 führt eine Austreibbohrung 22 in
einem spitzen Winkel in Richtung des Flansches 16 durch
die Bohrungswand nach außen.
-
Durch
die Austreibbohrung 22 kann ein Austreibstift in die Aufnahmebohrung 20 eingeführt werden,
um ein darin befindliches Werkzeug zu lösen.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ende 10 des
Schenkels 11 rings um die Bohrung 13 vollkommen
geschlossen. Die bei Einleitung der Fügekraft im Bereich des Endes 10 des Schenkels 11 hervorgerufenen
Spannungen können sich
daher über
den gesamten, zur Verfügung
stehenden Querschnitt gleichmäßig verteilen
und werden nicht durch Inhomogenitäten gestört. Örtliche Überspannungen und ein dadurch
bedingter vorzeitiger Ausfall des Rahmens werden vermieden. Die
Befestigung des Werkzeughalters erfolgt innerhalb der Bohrung 13 mit
Hilfe des Innengewindes 14, so daß zusätzliche Befestigungsmittel überflüssig sind.
Da der Werkzeughalter als separates Bauteil ausgebildet ist, kann
er aus einem hochfesten Werkstoff gefertigt und durch Vergüten in seinen
Festigkeitseigenschaften zusätzlich
verbessert werden. Die Befestigung des Werkzeugs im Werkzeughalter 15 erfolgt
in herkömmlicher
Weise durch Festklemmen des Werkzeugschafts in der Aufnahmebohrung 20 mit
Hilfe einer in die Gewindebohrung 21 eingeschraubten Spannschraube.
Im Gegensatz zu den bekannten Gestaltungen bereitet dies hier keine
Nachteile, da der Werkzeughalter aus einem Material höherer Festigkeit
besteht und im wesentlichen nur Druckkräfte aufzunehmen hat.
-
3 zeigte
ein Ausführungsbeispiel,
bei welchem das Ende 10 des Schenkels 11 eine
zur Gegenlagerfläche 12 senkrechte
Stufenbohrung 23 hat, die zur Befestigung eines Werkzeughalters 25 dient. Die
Stufenbohrung 23 durchdringt den Schenkel 11 und
hat eine ringsherum geschlossene, von dem Schenkel 11 gebildete
Wand. Die Stufenbohrung 23 weist zwischen zwei Bohrungsabschnitten 24, 26 größeren Durchmessers
einen Bohrungsabschnitt 27 kleineren Durchmessers auf,
der durch zwei Ringflächen 28, 29 begrenzt
wird. Die der Gegenlagerfläche 12 abgekehrte
Ringfläche 29 ist
eben und zur Gegenlagerfläche 12 parallel.
Der Werkzeughalter 25 hat einen in den Abschnitt 24 der
Stufenbohrung 23 eingreifenden Befestigungszapfen 30,
einen an der Gegenlagerfläche 12 abgestützten Flansch 31 und
einen Schaft 32, der an seinem freien Ende zur Aufnahme
eines Werkzeugs ausgebildet ist. Der Befestigungszapfen 30 ist
mit einer Gewindebohrung 33 versehen, in die eine sich
durch den Bohrungsabschnitt 27 erstreckende Befestigungsschraube 34 eingeschraubt
ist. Ein Kopf 35 der Befestigungsschraube 34 befindet
sich in dem Bohrungsabschnitt 26 und ist über eine
Unterlegscheibe 36 an der Ringfläche 29 abgestützt. Da
der Werkzeughalter 25 innerhalb der Stufenbohrung 23 frei
drehbar ist, ist zur Festlegung seiner Drehwinkelstellung ein Paßstift 37 vorgesehen,
der in eine zur Stufenbohrung 23 parallele Stiftbohrung 38 im
Schenkel 11 und eine der Stiftbohrung 38 gegenüberliegende
Stiftbohrung 39 im Flansch 31 eingreift. Hierdurch
wird sichergestellt, daß der
Werkzeughalter in der Drehwinkelstellung montiert wird, für die er
in Hinsicht auf Lage und Festigkeit ausgelegt ist. Durch die Anordnung
des Paßstiftes 37 wird
auch das Lösen
und Anziehen der Befestigungsschraube 34 erleichtert, da
der Paßstift 37 den
Werkzeughalter 25 in der Stufenbohrung 23 gegen
Verdrehen sichert.
-
Bei
dem in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Schenkel 11 mit einer Stufenbohrung 40 versehen,
die einen engeren Bohrungsabschnitt 41 und einen weiteren
Bohrungsabschnitt 42 hat, welche durch eine ebene, radiale Ringfläche 43 getrennt
sind, die der Gegenlagerfläche 12 abgekehrt
ist. Ein Befestigungszapfen 44 eines Werkzeughalters 45 greift
in den Bohrungsabschnitt 41 ein und ist dort mittels einer
Schraube 46 befestigt, deren Kopf sich über eine Unterlegscheibe 53 an
der Stufenfläche 43 abstützt. Die
Position des Werkzeughalters 45 gegenüber dem Schenkel 11 wird
hierbei durch einen Paßstift 47 bestimmt,
der in gegenüberliegenden,
halbzylindrischen Nuten 48, 49 angeordnet ist,
von denen sich eine in der Wand des Bohrungsabschnitts 41 und
die andere in der Wand des Befestigungszapfens 44 befindet.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich der Paßstift leicht
montieren und entfernen läßt und daß er bei
einer Beschädigung
des Werkzeughalters zugänglich
bleibt.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 4 bis 6 ist
der Werkzeughalter 45 in möglichst geringem Abstand vom
freien Ende des Schenkels 11 angeordnet. Lage und Durchmesser
der Stufenbohrung 40 sind hierbei so bemessen, daß die Dicke
der die Stufenbohrung 40 umgebenden Wand den Beanspruchungen
standhält.
Der Schaft 50 des Werkzeughalters 45 befindet
sich nahezu in einer Flucht mit der Endfläche 51 des Schenkels 11,
so daß Fügeprozesse
noch in geringem Abstand von einer Bauteilwand ausgeführt werden
können.
Die Gestaltung ermöglicht
somit eine bessere Zugänglichkeit
an schwierigen Bauteilgeometrien. Eine ausreichende Abstützung des
Werkzeughalters 45 an dem Schenkel 11 wird hierbei
durch einen asymmetrisch gestalteten Flansch 52 bewirkt,
dessen Außenkontur der
Außenkontur
des Schenkels 11 angepaßt ist und der in Richtung
des Fußendes
des Schenkels 11 eine um das zwei- bis dreifache größere Erstreckung
hat als in Richtung der Endfläche 51.
-
Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist zur Abstützung
und Halterung des Fügewerkzeugs
jeweils ein Werkzeughalter vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß der Rahmenschenkel
einfacher ausgeführt
und kostengünstiger
hergestellt werden kann. Die Anpassung des Rahmens an unterschiedliche
Anwendungsfälle
wird durch unterschiedlich gestaltete Werkzeughalter erreicht. Hierbei
können
zur Herstellung der Werkzeughalter hochfeste Werkstoffe eingesetzt
werden, die eine besonders schlanke Werkzeugaufnahme ermöglichen.
Der Werkzeughalter ist, beispielsweise als Drehteil kostengünstig herstellbar
und kann bei Beschädigung
oder Verschleiß ausgetauscht
werden. Die Gestaltungen nach der Erfindung eignen sich aber gleichermaßen für eine direkte
Abstützung
eines Fügewerkzeugs
an dem Rahmenschenkel, wobei das Fügewerkzeug in seinem Anschlußbereich
in analoger Weise wie einer der Werkzeughalter auszubilden ist.
In jedem Fall wird durch die Ausbildung des Rahmenschenkels und
der Befestigungsmittel nach der Erfindung eine höhere Belastbarkeit des Rahmenschenkels
und eine verbesserte Lebensdauer erreicht.