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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung, insbesondere
zum Stanzen, eines Werkstücks,
insbesondere eines Bandmaterials, die mindestens ein zyklisch druckbeaufschlagbares Oberwerkzeug
aufweist, das in einer Halteplatte angeordnet und in einer Führungsplatte
verschiebbar geführt
ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist bekannt und wird weitverbreitet zur Herstellung
von Bauteilen, insbesondere Präzisionsbauteilen,
aus einem Bandmaterial, insbeson dere durch Stanzen, verwendet. Stanzvorrichtungen
und Stanzverfahren gehören zum
Bereich der klassischen Blechbearbeitung, wobei der Begriff „Stanzen” ein Trennverfahren
bezeichnet, bei dem durch einen Hub einer Stanzmaschine oder Presse
ein Blech durchtrennt wird. Das Stanzen kann ein Lochen oder Ausstanzen
im Sinne von Scherschneiden umfassen, bei dem sich das Blech zwischen
zwei Werkzeugschneiden befindet, die sich parallel aneinander vorbeibewegen
und dabei das Blech durchtrennen. Das Oberwerkzeug (Stanzstempel)
taucht dabei soweit in das Unterwerkzeug (Stanzeinsatz oder Matrize)
ein, dass das Blech durchstanzt wird. Zum Stanzen gehört je nach
Werkzeug aber auch ein Umformen, bei dem das Werkstück plastisch
verformt wird. Die Stanzvorrichtung stanzt in schneller Hubfolge
die gewünschten
Teile aus dem Werkstück.
Hierbei ist es zur Erzielung einer hohen Stanzqualität wünschenswert,
dass die Geschwindigkeit des Stanzwerkzeugs beim Stanzvorgang möglichst
hoch ist. Bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren
erfolgt aber der Stanzvorgang am Ende eines Abwärtshubs des Stanzwerkzeugs
kurz vor seinem unteren Totpunkt, in dem die Geschwindigkeit des
Stanzwerkzeugs aber gering ist, da am unteren Totpunkt eine Umkehr
der Bewegungsrichtung des Stanzwerkzeugs erfolgt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart zu bilden, dass eine erhöhte Bearbeitungsgeschwindigkeit
gegeben ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass das
Oberwerkzeug verschiebbar in der Halteplatte angeordnet ist, und
dass die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, durch die
nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs eine Entkopplung des Oberwerkzeugs
von der Abwärtsbewegung
der Halteplatte auslösbar
ist.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
in vorteilhafter Art und Weise eine Vorrichtung ausgebildet, welche
sich dadurch auszeichnet, dass der Bearbei tungsvorgang des Werkstücks, insbesondere
ein Stanzvorgang, mit einer deutlich größeren Geschwindigkeit des Oberwerkzeugs
durchgeführt wird,
als dies bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen der Fall
ist. Indem nun erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass das Oberwerkzeug nach der Beendigung des von ihm am Werkstück durchzuführenden
Bearbeitungsvorgangs, gesteuert von der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,
von der das Oberwerkzeug druckbeaufschlagenden Halteplatte entkoppelt
wird, ist es in vorteilhafter Art und Weise möglich, dass der Bearbeitungsvorgang
des Werkstücks
durch das Oberwerkzeug deutlich früher beginnt als bei konventionellen,
zyklisch angetriebenen Vorrichtungen, bei denen – wie bereits vorstehend erwähnt – der Bearbeitungsvorgang
im Wesentlichen erst kurz vor Ende des Abwärtshubs erfolgen kann. Das
Oberwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beaufschlagt also das zu bearbeitende Werkstück mit einer hohen Geschwindigkeit.
Bei einem derartigen Hochgeschwindigkeitsschneiden des Werkstücks, insbesondere
von Flachmaterial und Rohren, tritt das physikalische Phänomen der
Scherbandbildung auf. Dieses ist durch einen kurzzeitigen, extremen
Temperaturanstieg in einem sehr schmalen Werkstoffbereich gekennzeichnet,
so dass kein Abfließen
der entstehenden Wärme
in die Umgebung der Prozesszone möglich ist. Hierdurch wird eine starke
Zunahme der Werkstoffduktilität
infolge der dadurch erreichten adiabatischen Erweichung erzielt, die
zu einer scharfen Werkstofftrennung führt und in einer hohen Schnittqualität resultiert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
sind somit gratarme, ebene Schnittflächen herstellbar, die sich
durch eine feinstrukturierte Oberfläche und eine geringe Bauteildeformation
auszeichnen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen
besteht darin, dass keine Grenzen bei der Produktionsgeschwindigkeit
gegeben sind. Z. B. ist es durchaus möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Werkstück
mit mehr als 1000 Hüben
pro Minute zu bearbeiten.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinrichtung
ein erstes Steuerelement aufweist, durch dessen Bewegung ein zweites
Steuer element von einer Druckstellung der Steuereinrichtung, in
der das zweite Steuerelement das Oberwerkzeug druckbeaufschlagt,
in eine Freigabestellung, in der das Oberwerkzeug entgegen der Richtung
der Druckbeaufschlagung verschiebbar ist, bewegbar ist. Eine derartige
Maßnahme
besitzt den Vorteil, dass hierdurch in besonders einfacher Art und
Weise eine Steuereinrichtung ausgebildet wird, die einfach in ihrem
mechanisch-konstruktiven Aufbau und zuverlässig in ihrer Arbeitsweise
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Halteplatte der Vorrichtung und die Führungsplatte durch das fest
mit der Führungsplatte
verbundene und verschiebbar in der Halteplatte geführte erste
Steuerelement der Steuereinrichtung verbunden sind. Setzt nun die
Führungsplatte
auf einer das zu bearbeitende Werkstück tragenden Schnittplatte
auf, so wird infolge der Verschieblichkeit des ersten Steuerelements
in der Halteplatte der Abstand zwischen Führungsplatte und Halteplatte
verringert, während
das entkoppelte, also freigegebene Oberwerkzeug gegenüber der
Vorschubbewegung der Halteplatte zurückbleibt. Eine derartige Maßnahme besitzt
den Vorteil, dass eine derart konstruierte Vorrichtung in einer
bekannten Antriebseinrichtung wie z. B. einer Stanzpresse, ohne
Modifikation derselben eingesetzt werden kann, da sämtliche
konstruktiven Maßnahmen,
die zur Erzielung der Rückweichbewegung
des Oberwerkzeugs erforderlich sind, vorrichtungsintern ablaufen.
Es bedarf somit keiner speziellen Antriebstechnologie, insbesondere
keiner speziellen Pressentechnologie, um die erfindungsgemäße Vorrichtung
anzutreiben, sondern es können
in vorteilhafter Art und Weise standardisierte mechanische Pressen verwendet
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
eine Sicherungseinrichtung vorgesehen ist, durch die ein unkontrolliertes
Zurückweichen
des Oberwerkzeugs, während
sich die Steuereinrichtung in ihrer Freigabestellung befindet, oder die
Gefahr eines derartigen Vorgangs reduziert wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das erste Steuerelement der Steuereinrichtung als ein fest mit der
Führungsplatte
verbundener Steuerstab ausgebildet ist, der mindestens einen Steuernocken
aufweist, der in Wirkeingriff mit einer ersten Steuerschräge des zweiten Steuerelements
tritt. Eine derartige Maßnahme
besitzt den Vorteil, dass hierdurch in besonders einfacher Art und
Weise eine zuverlässig
arbeitende und einfach aufgebaute Steuereinrichtung ausgebildet wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das zweite Steuerelement der Steuereinrichtung als ein quer zur
Bewegungsrichtung des ersten Steuerelements verschieblich in der
Halteplatte angeordneter Schieber ausgebildet ist, der eine Durchtrittsöffnung aufweist,
durch die in der Freigabestellung der Steuereinrichtung ein oberer
Bereich des Oberwerkzeugs eintretbar ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das zweite Steuerelement der Steuereinrichtung rechenartig angeordnete
Vorsprünge
aufweist, die in der Vorrichtung dem Oberwerkzeug zugewandt angeordnet
sind, und dass das Oberwerkzeug in seinem oberen Bereich mit einem rechenartig
ausgebildeten dritten Steuerelement der Steuereinrichtung fest verbunden
ist, dessen rechenartig angeordnete Vorsprünge dem zweiten Steuerelement
zugewandt angeordnet sind, so dass in der Freigabestellung der Steuereinrichtung
die rechenartig angeordneten Vorsprünge des dritten Steuerelements
in die zwischen den rechenartig angeordneten Vorsprüngen des
zweiten Steuerelements vorhandenen Zwischenräume eintreten können.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen
zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben werden.
Es zeigen:
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1–5:
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung in unterschiedlichen Bearbeitungspositionen,
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1a–5a:
eine Draufsicht auf das zweite Steuerelement in unterschiedlichen
Bearbeitungspositionen,
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1b–5b:
eine vergrößerte Darstellung
des Bereichs X der jeweiligen Figur,
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6:
ein Ablaufdiagramm der beschriebenen Vorrichtung,
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7:
ein Ablaufdiagramm einer bekannten Vorrichtung, und
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8–12: ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
in unterschiedlichen Bearbeitungspositionen.
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In
den 1 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel
einer allgemein mit 1 bezeichneten Vorrichtung, insbesondere
einer Stanzvorrichtung, dargestellt, die ein Oberwerkzeug 2,
insbesondere ein Stanzwerkzeug, und ein Unterwerkzeug 3 aufweist. Das
Oberwerkzeug 2 ist in einer Halteplatte 4 aufgenommen
und sein unterer Bereich 2a wird in einer Führungsplatte 5 geführt. Das
Unterwerkzeug 3 ist in einer Schnittplatte 7 angeordnet.
Die Halteplatte 4 und somit das Oberwerkzeug 2 werden
von einer Druckplatte 6 beaufschlagt, welche eine zyklische Hubbewegung
durchführt.
Eine derartige Vorrichtung 1 ist bekannt und muß daher
nicht mehr näher
beschrieben werden.
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Der
nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 soll
nun der einfacheren Erläuterung
halber die Beschreibung des Ablaufs eines Stanzvorgangs mit einer
bekannten Stanzvorrichtung anhand des Ablaufdiagramms der 7 vorangestellt
werden. Dieses Ablaufdiagramm ist typisch für eine Stanzvorrichtung, die
einen Hub von 25 mm und eine Arbeitsfrequenz von 800 Hz aufweist.
Dem Fachmann ist aber klar ersichtlich, dass die vorgenannten Werte
nur beispielhaften Charakter besitzen und die Allgemeinheit der
nachfolgenden Überlegungen
nicht beeinträchtigen.
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Zu
Beginn eines Stanzzyklusses befindet sich das Oberwerkzeug 2 an
seinem oberen Totpunkt OT. Im darauffolgenden Abwärtshub wird
das Oberwerkzeug 2 durch die Bewegung der Druckplatte 6 nach
unten bewegt, wobei dessen Geschwindigkeit vom oberen Totpunkt OT
bis zur Position MV zunimmt und dann während des zweiten Teils des
Abwärtshubs
abnimmt und beim unteren Totpunkt UT Null wird, da am unteren Totpunkt
UT eine Umkehr der Bewegungsrichtung stattfindet. Im darauffolgenden
Aufwärtshub
des Oberwerkzeugs 2 nimmt nun – spielbildlich zum Abwärtshub – dessen
Geschwindigkeit in der ersten Hälfte
des Aufwärtshubs
vom unteren Totpunkt OT bis zum Punkt MV' zu und nimmt dann in der zweiten Hälfte des
Aufwärtshubs
bis zum oberen Totpunkt OT ab, da am oberen Totpunkt OT eine Umkehr
der Bewegungsrichtung erfolgt. Im Punkt B des Ablaufdiagramms der 6 setzt
die Führungsplatte 5 auf
dem auf der Schnittplatte 7 liegenden Werkstück auf und
arretiert dieses. Das Oberwerkzeug 2 bewegt sich weiter
nach unten. Im Punkt C des Ablaufdiagramms beginnt der Bearbeitungsvorgang
und ist im unteren Totpunkt UT beendet. Geht man nun von oben genannten
Werten (Hub 25 mm, Arbeitsfrequenz 800 Hübe pro Minute) aus und legt
eine Dicke des Werkstücks
von 0,4 mm zugrunde, so ergibt sich dann, dass der Bearbeitungsvorgang
bei einer Phasenlage von ca. 165° beginnt und
mit einer Schnittgeschwindigkeit von ca. 0,14 Meter pro Sekunde
erfolgt, welche relativ gering ist.
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Um
nun die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen und damit die bereits eingangs
beschriebenen Vorteile zu erzielen, ist nun bei der beschriebenen Vorrichtung 1 vorgesehen,
dass das Oberwerkzeug 2 derart in der Vorrichtung 1 angeordnet
ist, dass es nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs, hier also
des Stanzvorgangs, von dem Vorschub der Halteplatte 4 entkoppelt
ist. Eine derartige Maß nahme ermöglicht es
in vorteilhafter Weise, dass der Bearbeitungsvorgang zu einem früheren Zeitpunkt
beginnen kann. Ein früherer
Zeitpunkt ist – wie
vorstehend erläutert – gleichbedeutend
mit einer höheren
Bearbeitungsgeschwindigkeit, so dass es die beschriebene Vorrichtung 1 in
vorteilhafter Art und Weise ermöglicht,
ein Werkstück
BM, insbesondere ein Rohr oder Flachmaterial, mit einer größeren Geschwindigkeit
des Oberwerkzeugs 2 zu beaufschlagen und dadurch den Bearbeitungsvorgang,
insbesondere den Stanzvorgang, mit einer größeren Geschwindigkeit durchzuführen, als
dies bei der bekannten Vorrichtung der Fall ist. Dies besitzt den
Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise eine deutlich
erhöhte
Präzision
der Stanzteile erzielbar ist.
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Um
diese Maßnahme
konstruktiv umzusetzen, ist bei der beschriebenen Vorrichtung eine
Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die ein zwischen der Führungsplatte 5 und
der Halteplatte 4 angeordnetes vertikales Steuerelement 11 aufweist,
welches in der Halteplatte 4 verschieblich geführt und
mit der Führungsplatte 5 form- und/oder kraftschlüssig, also nicht
verschiebbar, verbunden ist. Das vertikale Steuerelement 11 beaufschlagt
ein in der Halteplatte 4 verschieblich geführtes horizontales
Steuerelement 12, welches durch das vertikale Steuerelement 11 von
einer Druckstellung, in der das horizontale Steuerelement 12 das
Oberwerkzeug 2 beaufschlagt (siehe dazu 1–3)
in eine Freigabestellung (hierzu 4 und 5)
bewegbar ist, welche ein Zurückbleiben
des Oberwerkzeugs 2 in bezug auf die Haltplatte 4 erlaubt.
Konkret ist hier das vertikale Steuerelement 10 als ein
Steuerstab ausgebildet, der zwei Steuernocken 11a, 11b aufweist,
die in Wirkeingriff mit entsprechend ausgebildeten Steuerschrägen 12a, 12b des
horizontalen Steuerelements 12 treten. Durch die dadurch
auslösbare
Verschiebung des horizontalen Steuerelements 12 – welche
nachstehend noch beschrieben wird – wird eine Durchtrittsöffnung 15 des
Steuerelements 12 derart verschoben, dass in der Druckstellung
der Steuereinrichtung 10 das horizontale Steuerelement 12 das
Oberwerkzeug 2 weiterhin druckbeaufschlagt wird, während in
der Freigabestellung das Oberwerkzeug 2 in die Durchtrittsöffnung 15 eintauchen
kann, womit die vorstehend beschriebene Entkopplung desselben ermöglicht wird. Die Funktionsweise
der Vorrichtung 1 wird nun anhand der 1 bis 5 unter
Zuhilfenahme des Ablaufdiagramms der 6 erläutert.
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Die 1 zeigt
die Anordnung der vorgenannten Bauteile der Vorrichtung 1 im
oberen Totpunkt OT der 6, die 1a eine
Draufsicht auf das horizontale Steuerelement 12 in seiner
in 1 gezeigten Position und die 1c eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs X der 1. Man erkennt aus den 1 bis 1c,
dass ein oberer Bereich 2b des Oberwerkzeugs 2 nicht
in die Durchtrittsöffnung 15 des
horizontalen Steuerelements 12 eintreten kann, da der obere
Bereich 2b des Oberwerkzeugs 2 und die Durchtrittsöffnung 15 noch
nicht fluchtend ausgerichtet sind. Das horizontale Steuerelement 12 befindet
sich in seiner Druckstellung, in der es das Oberwerkzeug 2 beaufschlagt.
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Wie
am besten aus den 1, 1b ersichtlich
ist, weist der obere Bereich 2b des Oberwerkzeugs 2 in
seiner Längsrichtung
verlaufende und durch Zwischenräume 2b'' getrennte Vorsprünge 2b' auf, während in
der Durchtrittsöffnung 15 entsprechende,
in Hubrichtung verlaufende Vorsprünge 12' angeordnet sind, die durch Zwischenräume 12'' getrennt sind. In der Druckstellung
der Steuereinrichtung 10 und somit des horizontalen Steuerelements 12 befinden
sich – wie
am besten aus der 1b ersichtlich ist – die Vorsprünge 2b' des Oberwerkzeugs 2 und
die Vorsprünge 12' in der Durchtrittsöffnung 15 des
vertikalen Steuerelements 12 in einer Position, in der
die Vorsprünge 12' die mit ihnen
zusammenwirkenden Vorsprünge 2b' beaufschlagen,
so dass durch das horizontale Steuerelement 12 der Steuereinrichtung 10 eine
Druckbeaufschlagung des Oberwerkzeugs 2 bewirkt wird.
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Durch
einen entsprechenden Antrieb der Druckplatte mittels einer Antriebseinrichtung
der Vorrichtung 1 oder mittels einer vorrichtungsexternen Antriebseinrichtung,
beispielsweise einer Stanzpresse, wird der Abwärtshub der Vorrichtung 1 eingeleitet, während dessen
sich die Druckplatte 6 und somit die mit ihr verbun dene
Halteplatte 4 und die mit der Halteplatte 4 über das
vertikale Steuerelement 11 verbundene Führungsplatte 5 nach
unten bewegen.
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An
der Position B des Ablaufdiagramms der 6 setzt – wie aus 2 ersichtlich – die Führungsplatte 5 auf
der Schnittplatte 7 auf und klemmt derart das zu bearbeitende
Werkstück
BM. Das Oberwerkzeug 2 setzt auf der Oberfläche des
Werkstücks
BM auf und der Bearbeitungsvorgang beginnt. Die 2a bzw. 2b zeigen – wie auch
später
die 3a bzw. 3b–5a bzw. 5b – eine Draufsicht
auf das horizontale Steuerelement 12 in seiner in der jeweiligen
Figur gezeigten Position sowie eine vergrößerte Darstellung des Bereichs
X dieser Figur. Man erkennt insbesondere aus den 2a und 2b,
dass sich die Steuereinrichtung 10 zu diesem Zeitpunkt
noch in ihrer Druckstellung befindet, da die Vorsprünge 12' des zweiten
Steuerelements 12 die mit ihr zusammenwirkenden Vorsprünge 2b' des oberen
Bereichs 2b des Oberwerkzeugs 2 druckbeaufschlagen.
Wie aus einem Vergleich der Ablaufdiagramme der 6 und 7 leicht
ersichtlich ist, ist der Zeitpunkt des Aufsetzens der Führungsplatte 5 auf
der Schnittplatte 7 und somit der Beginn des Bearbeitungsvorgangs
deutlich früher
als bei den bekannten Vorrichtungen. Das bedeutet, dass das sich
im Abwärtshub
eines Bearbeitungszyklusses nach unten bewegende Oberwerkzeug 2 mit einer
viel größeren Geschwindigkeit
auf das Werkstück
BM auftrifft als dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist.
Das Oberwerkzeug 2 schneidet somit mit einer äußerst großen Geschwindigkeit.
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Im
Ablaufdiagramm der 6 wurden wieder die gleichen
Parameter wie in der 7 (Hub 25 mm, 800 Hübe pro Minute,
Dicke des Werkstücks
0,4 mm) zugrundegelegt: Daraus ergibt sich dann bei der beschriebenen
Vorrichtung 1 eine Schnittgeschwindigkeit von ca. 1 m pro
Sekunde, also das siebenfache derjenigen einer bekannten Vorrichtung
bei gleichen Rahmenbedingungen. Bei derartig hohen Schnittgeschwindigkeiten
entsteht nun das Phänomen
der adiabatischen Trennung und der damit einhergehenden Scherbandbildung,
welches das Ergebnis eines kurzzeitigen extremen Temperaturanstiegs
(typischerweise weniger als 100 μs)
in einem schmalen Werkstoffbereich (typischerweise kleiner als 100 μs) ist. Die
durch die Beaufschlagung des Werkstücks BM mit dem Oberwerkzeug 2 entstehende
Wärme hat
aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Oberwerkzeugs 2 daher
keine Zeit, in die Umgebung der Prozesszone, also in das Werkzeug und/oder
Werkstück,
abzufließen.
Diese „adiabatische
Erweichung” führt zu einer
Zunahme der Werkstoffduktilität
und zu einer sehr „scharfen” Werkstofftrennung
und somit letztendlich zu der erheblich verbesserten Schnittqualität im Vergleich
zum konventionellen Schneiden.
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Nachdem
das Oberwerkzeug 2 einen Hubweg, der im wesentlichen die
Dicke des Werkstücks BM
und die Eintauchtiefe des Oberwerkzeugs 2 in das Unterwerkzeug 3 beträgt, durchläuft, gelangt
es im Punkt C des Ablaufdiagramms der 6 in die
in den 3–3b dargestellte
Position, in der der Schnittvorgang beendet und eine weitere Abwärtsbewegung
des Oberwerkzeugs 2 nicht mehr möglich ist, ohne eine gravierende
Beschädigung
des Unterwerkzeugs 3 hervorzurufen. In dieser Position
C muß aber
die Druckplatte 6 noch einen weiteren Hubweg durchlaufen,
um am unteren Totpunkt UT zum Ende des Abwärtshubs des Bearbeitungszyklusses
zu gelangen. Bei der beschriebenen Vorrichtung ist daher in vorteilhafter
Weise vorgesehen, dass – wie
bereits vorstehend prinzipiell erläutert – das Oberwerkzeug 2 in
dieser Phase relativ zur Halteplatte 4 und Druckplatte 6 zurückbleibt,
um es diesen zu erlauben, den verbleibenden Weg des Abwärtshubs
zu durchlaufen. Wie ein Vergleich der 2 und 3 zeigt, setzt
das vertikale Steuerelement 11 gleichzeitig mit der Führungsplatte 5 auf
der Schnittplatte 7 auf. Da das vertikale Steuerelement 11 verschieblich
in der mit der Druckplatte 6 verbundenen Halteplatte 4 geführt ist,
bewirkt eine weitere Absenkung der Halteplatte 4, dass
sich der Abstand zwischen der Halteplatte 4 und der Führungsplatte 5 verringert,
so dass sich das in der Führungsplatte 5 fixierte,
aber in der Halteplatte 4 verschieblich angeordnete vertikale Steuerelement 11 relativ
zur Halteplatte 4 verschiebt und in eine Ausnehmung 16 der
Druckplatte 6 eintritt. Diese Relativbewegung des vertikalen
Steuerelements 11 bewirkt, dass – wie in 3 dargestellt – dessen
erster Steuernocken 11a mit der entsprechenden Steuer schräge 12a des
horizontalen Steuerelements 12 in Wirkeingriff tritt, welches – da dieses nur
querverschieblich in der Halteplatte 4 angeordnet – weiterhin
deren Abwärtsbewegung
folgt. Hierdurch wird – wie
am besten ein Vergleich der 3 und 4 zeigt – das horizontale
Steuerelement 12 quer zur Vorschubrichtung des Oberwerkzeugs 2 in
der Halteplatte 4 verschoben, so dass im Punkt D des Ablaufdiagramms
der 6 – wie
in den 4–4b gezeigt – das Oberwerkzeug 2 in
die Durchtrittsöffnung 15 zurückweichen
kann, wenn sich das horizontale Steuerelement 12 in seiner
Freigabestellung befindet.
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Man
kann aus den 3a und 4a bzw. 3b und 4b,
dass durch die Verschiebung des zweiten Steuerelements 12 dessen
Vorsprünge 12' derart verschoben
werden, dass in seiner Freigabestellung die Vorsprünge 2b' in die zwischen
den Vorsprüngen 12' des zweiten
Steuerelements 12 befindlichen Zwischenräume 12'' eintreten können, so dass in der Freigabestellung
der Steuereinrichtung 10 eine Zurückweichbewegung des Oberwerkzeugs 2 ermöglicht wird.
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Die 5–5a zeigen
nun die Vorrichtung 1 am unteren Totpunkt UT des Ablaufdiagramms der 6.
Man erkennt aus diesen Figuren, dass das Oberwerkzeug 2 im
wesentlichen vollständig
in die Durchtrittsöffnung 15 des
horizontalen Steuerelements 12 eingetreten ist, wobei – wie insbesondere aus
der 5b ersichtlich ist – die Vorsprünge 2b' des oberen
Bereichs 2b des Oberwerkzeug 2 in den Zwischenräumen zwischen
den Vorsprüngen 12' des zweiten
Steuerelements 12 liegen.
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Im
darauffolgenden Aufwärtshub
bewegt sich dann die Druckplatte 6 samt Halteplatte 4 nach oben,
bis sie im oberen Totpunkt OT wiederum die in 1 gezeigte
Stellung einnimmt. Die Führungsplatte 5 wird
durch eine entsprechende Kraftbeaufschlagung, insbesondere durch
elastische Rückstellmittel wie
eine Feder 19, relativ zur Halteplatte 4 zurückbewegt,
so dass die Führungsplatte 5 sich
entlang des vertikalen Steuerelements 11 nach unten bewegt. Der
zweite Steuernocken 11b des vertikalen Steuerelements 11 tritt
in Wirkeingriff mit der zweiten Steuerschräge 12b des horizontalen
Steuerelements 12, so dass dieses von seiner Freigabeposition
in seine in 1 dargestellte Druckposition
bewegt wird, in der das Oberwerkzeug 2 wiederum vom horizontalen Steuerelement 12 druckbeaufschlagt
wird.
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Der
darauffolgende Bearbeitungszyklus verläuft dann genauso wie der vorstehend
beschriebene.
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Die
Vorrichtung 1 weist neben der Steuereinrichtung 10 eine
Sicherungseinrichtung 20 auf, welche dazu dient, eine unkontrollierte
Bewegung des Oberwerkzeugs 2 in der Freigabestellung der
Steuereinrichtung 10 zu verhindern oder zumindest zu erschweren.
Hierzu besitzt die dargestellte Sicherungseinrichtung 20 ein
vertikales Sicherungselement 21 und ein horizontales Sicherungselement 22,
wobei das horizontale Sicherungselement 22 quer zur Hubrichtung
des Oberwerkzeugs 2 verschiebbar in der Führungsplatte 5 gelagert
ist. Das vertikale Sicherungselement 21 ist form- und/oder
kraftschlüssig
mit der Halteplatte 4 verbunden, so dass es deren Bewegung
folgt. Das Oberwerkzeug 2 weist eine Vertiefung 23 auf,
in welche ein vorderes Ende 22' des hier als Sicherungsschieber
ausgebildeten horizontalen Sicherungselements 22 eintreten
kann.
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Die
Funktion dieser Sicherungseinrichtung 20 ergibt sich wiederum
aus den 1 bis 5. In der
Stellung der 1, in der sich die Druckplatte 6, die
Halteplatte 4 und die Führungsplatte 5 in
ihrer obersten Position befinden, befindet sich das horizontale
Sicherungselement 22 in seiner in 1 dargestellten
Freigabestellung, in der kein Wirkeingriff seines vorderen Bereichs 22' mit dem Oberwerkzeug 2 gegeben
ist. Setzt nun die Führungsplatte 5 auf
die Schnittplatte 7 auf und senkt sich somit nicht weiter ab,
während
sich die Halteplatte 4 weiterhin nach unten bewegt, so
führt dies
zu einer Relativbewegung zwischen dem fest mit der Halteplatte 4 verbundenen vertikalen
Sicherungselement 21 und dem quer verschieblich in der
Führungsplatte 5 gelagerten
horizontalen Sicherungselement 22. Dies bewirkt, dass ein
Steuernocken 21a des vertikalen Sicherungselementes 21 in
Wirkgriff mit einer Sicherungsschräge 22a tritt. Die
weitere Verschiebung des vertikalen Sicherungselements 21 bewirkt
nun, dass das horizontale Sicherungselement 22 in seine
Arretierstellung bewegt wird, in welcher – wie aus 5 ersichtlich – dessen
vorderer Bereich 22' in
die Vertiefung 23 des Oberwerkzeugs 2 eintritt
und dieses dadurch relativ zur Führungsplatte 5 festgelegt
wird. Hierdurch wird ein unkontrolliertes Zurückweichen des Oberwerkzeugs 2 verhindert.
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Im
Aufwärtshub
vom unteren Totpunkt UT bis zum oberen Totpunkt OT bewegt sich dann
das vertikale Sicherungselement 21 in entgegengesetzer Richtung
relativ zur Führungsplatte 5,
so dass dann ein zweiter Sicherungsnocken 21b an einer
komplementären
Sicherungsschräge 22b des
horizontalen Sicherungselements 22 angreift, wodurch dieses
aus seiner Arretierstellung in seine Freigabestellung zurückbewegt
wird.
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Bei
der vorstehenden Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass die
Rückbewegung
des horizontalen Steuerelements 12 und des horizontalen
Sicherungselements 22 durch die Wirkung des Steuernockens 11b bzw.
des Sicherungsnockens 21b erfolgt. Dies ist nicht zwingend.
Dem Fachmann ist klar ersichtlich, dass eine Verstellung des horizontalen
Steuerelements 12 und/oder des horizontalen Sicherungselements 22 auch
durch entsprechende Rückstellmittel,
z. B. durch Federn, erzielt werden kann.
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Bei
der obigen Beschreibung wurde des Weiteren davon ausgegangen, dass
die Druckplatte 6 und die Halteplatte 4 als getrennte
Bauteile ausgeführt
sind. Dies besitzt zwar den Vorteil, dass dadurch die Funktion des
Haltens des Oberwerkzeugs 2 und die Druckbeaufschlagung
desselben getrennt sind. Dies ist aber nicht zwingend. Es ist auch
möglich, dass
die Halteplatte 4 und die Druckplatte 6 als ein Bauteil
ausgeführt
sind.
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In
den 8 bis 12 ist nun
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung 100 dargestellt, deren Grundaufbau im
wesentlichen demjenigen der Vorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels
entspricht, so dass einander entsprechende Bauteile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Der
wesentliche Unterschied zwischen den beiden Vorrichtungen 1, 100 besteht
in der Ausbildung der Steuereinrichtung: Die der Steuereinrichtung 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
entsprechende Steuereinrichtung 110 weist ein vertikales
Steuerelement 111 auf, das im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
wiederum als ein Steuerstab mit Steuernocken 111a, 111b ausgebildet ist,
besitzt aber ein andersartig ausgebildetes horizontales Steuerelement 112 sowie
ein mit diesem zusammenwirkendes weiteres Steuerelement 113.
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Bevor
jedoch die Funktionsweise der Steuereinrichtung 110 im
Detail beschrieben wird, soll der einfachen Erläuterung halber dieser eine
kurze Beschreibung des weiteren Aufbaus der Vorrichtung 100 vorangestellt
werden. Wie aus den 8 bis 12 ersichtlich,
weist die Vorrichtung 100 zwei seitliche, klammerartig
ausgebildete Halteelemente 121a, 121b auf, die
an ihrem oberen Ende fest mit der Haltplatte 4, die hier
auch die Funktion der Druckplatte 6 erfüllt, verbunden sind und an
ihrem unteren Ende Stufen 122a, 122b aufweisen,
auf denen Vorsprünge 123a, 123b der
Führungsplatte 5 der
Vorrichtung 100 aufsetzen, so dass die Führungsplatte 5 verschieblich
in den Halteelementen 121a, 121b und an Führungselementen 121a', 121b' gelagert ist. Das
vertikale Steuerelement 111 ist – wie beim ersten Ausführungsbeispiel – fest mit
der Führungsplatte 5 verbunden
und verschieblich in der Haltplatte 4 gelagert. Die Vorrichtung 100 weist
ein zweites Paar von klammerartig ausgebildeten Halteelementen 124a, 124b auf, welche
dazu dienen, das weitere Steuerelement 113 der Steuereinrichtung 110 in
Verbindung mit weiteren Führungselementen 121a'', 121b'' verschieblich
zu führen.
Vorsprünge 125a, 125b des
weiteren Steuerelements 113 setzen in der in 8 gezeigten
Bearbeitungsposition der Vorrichtung 100 auf entsprechenden
Stufen 126a, 126b der weiteren Halteelemente 122a, 122b auf,
so dass hierdurch das weitere Steuerelement 113 in der
Druckposition der Steuereinrichtung 110 in einer definierten
Lage gehalten ist. Die Führungsplatte 5 weist
an ihrem der Schnittplatte 7 abgewandeten Ende eine Ausnehmung 105 auf,
in der das weitere Steuerelement 113 gelagert ist, so dass
eine sichere Führung
des Steuerelements 113 während jeder Phase des Bearbeitungsvorgangs
gewährleistet
ist und ist mit dem oberen Bereich 2b des Oberwerkzeugs 2 fest
verbunden.
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Das
horizontale Steuerelement 112 ist nun rechenartig ausgebildet
und weist mehrere Vorsprünge 112' auf, die durch
Zwischenräume 112'' voneinander getrennt sind. Das
komplementär
zum zweiten Steuerelement 112 ausgebildete weitere Steuerelement 113 weist
wiederum Vorsprünge 113' auf, die durch
Zwischenräume 113'' voneinander getrennt sind.
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Die 8 zeigt
nun die Vorrichtung 100 in ihrem oberen Totpunkt OT, in
der sich die Steuereinrichtung 110 in einer Druckstellung
befindet, in der die Vorsprünge 112' des zweiten
Steuerelements 112 auf den Vorsprüngen 113' des mit dem
Oberwerkzeugs 2 verbunden weiteren Steuerelement 113 aufsetzen,
so dass das Oberwerkzeug 2 druckbeaufschlagt ist.
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Die 9 zeigt
nun die Vorrichtung 100 in einer der 2 der
Vorrichtung 1 entsprechenden Position, also in einer dem
Punkt B des Ablaufdiagramms der 6 entsprechenden
Bearbeitungsposition, in der die Führungsplatte 5 auf
die Schnittplatte 7 aufsetzt. Man erkennt aus der 9,
dass sich in dieser Position die Steuereinrichtung 110 – wie auch
die Steuereinrichtung 10 beim ersten Ausführungsbeispiel – in ihrer
Druckstellung befindet, da die Vorsprünge 113' des weiteren Steuerelements 113 von
den Vorsprüngen 112' des horizontalen
Steuerelements 112 beaufschlagt werden. In dieser Position trifft
wiederum das Oberwerkzeug 2 mit einer großen Geschwindigkeit
auf das Werkstück
auf.
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Die 10 und 11 zeigen
nun die Vorrichtung 100 in einer der 3 des
ersten Ausführungsbeispiels
entsprechenden Position, d. h., die Vorrichtung 100 befindet
sich im Punkt C bzw. D des Ablaufdiagramms der 6,
in der der Schnittvorgang beendet und eine weitere Abwärtsbewegung des
Oberwerkzeugs 2 nicht mehr möglich ist. Damit nun auch dem
zweiten Ausführungsbeispiel 100 die kombinierte
Druck/Halteplatte 4 noch ihren weiteren Hubweg bis zu ihrem
unteren Totpunkt UT durchlaufen kann, muss nun die Steuereinrichtung 110 eine Freigabe
des Oberwerkzeugs 2 bewirken, damit dieses gegenüber der
Abwärtsbewegung
der Halteplatte 4 zurückbleiben
kann. Dies wird wiederum dadurch bewirkt, dass zu diesem Zeitpunkt
das vertikale Steuerelement 111 mit dem Steuerelement 112 in
Wirkeingriff tritt und dieses quer zur Hubrichtung verschiebt, indem
ein erster Steuernocken 111a mit einer entsprechenden Steuerschräge 112a in
Wirkeingriff tritt, so dass durch eine Bewegung des vertikalen Steuerelements 111 relativ
zum horizontalen Steuerelement 112 dieses in 9 nach
links bewegt wird. Wie ein Vergleich der 8 und 9 zeigt,
wird dadurch die Relativposition zwischen den Vorsprüngen 112' und 113' verändert, so
dass nach einer entsprechenden Verschiebung die Vorsprünge 113' in die Zwischenräume 112'' zwischen den Vorsprüngen 112 des
horizontalen Steuerelements 112 eintreten können. Diese
Situation ist dann in der 12 dargestellt.
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Nachdem
die Vorrichtung 100 in ihren Totpunkt UT durchlaufen hat,
erfolgt wiederum eine Rückstellbewegung
der Führungsplatte 5 durch
geeignete, hier nicht gezeigte Mittel. Dies bewirkt, dass sich das
vertikale Steuerelement 111 in Abwärtsrichtung bewegt, wodurch
ein zweiter Steuernocken 111b des vertikalen Steuerelements 111 mit
einer zweiten Steuerschräge 112b des
horizontalen Steuerelements 112 in Wirkeingriff tritt und
dadurch dieses in den Figuren nach rechts bewegt wird, bis es wieder seine
Druckstellung erreicht.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen
eine Vorrichtung 1, 100 zur Bearbeitung eines
Werkstücks
BM geschaffen wird, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie in
einfacher Art und Weise einen Bearbeitungsvorgang, insbesondere
einen Stanz- oder Schnittvorgang, mit einer hohen Geschwindigkeit
ermöglichen.