DE202011003535U1

DE202011003535U1 - Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück

Info

Publication number: DE202011003535U1
Application number: DE202011003535U
Authority: DE
Original assignee: Sonotronic Nagel GmbH
Current assignee: Sonotronic Nagel GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2021-03-05

Abstract

Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung (O) in ein Werkstück (W), die ein Bearbeitungswerkzeug (10) mit einem Bearbeitungselement (11) aufweist, durch welches das Werkstück (W) von einer ersten Oberfläche (W') her beaufschlagbar ist, und die ein mit dem Bearbeitungswerkzeug (10) zusammenwirkendes Gegenwerkzeug (20) aufweist, durch welches das Werkstück (W) von einer zweiten Oberfläche (W'') her beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (20) eine Ausnehmung (21) aufweist, die komplementär zum Bearbeitungselement (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) konturiert ist, dass die Ausnehmung (21) von einem messerartig ausgebildeten Bearbeitungselement (22) des Gegenwerkzeugs (20) umgeben ist, dass die Wirkfläche des messerartigen Bearbeitungselements (22) des Gegenwerkzeugs (20) gleich der oder kleiner als die Wirkfläche des Bearbeitungselements (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) ist, dass das Gegenwerkzeug (20) eine Auflagefläche (23) aufweist, deren Wirkfläche größer als die Wirkfläche des Bearbeitungselements (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) ist, und dass das Bearbeitungswerkzeug (10) und das Gegenwerkzeug (20) zu einander relativ beweglich...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück, die ein Bearbeitungswerkzeug mit einem Bearbeitungselement aufweist, durch welches das Werkstück von einer ersten Oberfläche her beaufschlagbar ist, und die ein mit dem Bearbeitungswerkzeug zusammenwirkendes Gegenwerkzeug aufweist, durch welches das Werkstück von einer zweiten Oberfläche her beaufschlagbar ist
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 10 2005 002 014 der Anmelderin bekannt. Hierbei wird vorgesehen, dass nach dem Einbringen der Öffnung in das Werkstück von dessen erster Oberfläche her in einem diesem Schritt nachfolgenden zweiten Bearbeitungsschritt die Innenwand der derart hergestellten Öffnung im Bereich der zweiten Oberfläche konturiert wird, indem von dieser Seite des Werkstücks her die Innenwand der Öffnung mit einer thermischen oder mechanischen Schneideinrichtung beaufschlagt und derart die Innenwand der Öffnung in diesen Bereich konturiert wird. Es sind also hier zwei getrennte Verfahrensschritte erforderlich, um die Öffnung in das Werkstück einzubringen und danach diese zu konturieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass in einem einzigen Arbeitsschritt in das Werkstück von einer ersten Oberfläche her eine Öffnung eingebracht und an der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche konturiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück sieht zur Lösung dieser Aufgabe vor, dass das Gegenwerkzeug eine Ausnehmung aufweist, die komplementär zum Bearbeitungselement des Bearbeitungswerkzeugs konturiert ist, dass die Ausnehmung von einem messerartig ausgebildeten Bearbeitungselement des Gegenwerkzeugs umgeben ist, dass die Wirkfläche des messerartigen Bearbeitungselements des Gegenwerkzeugs gleich der oder kleiner als die Wirkfläche des Bearbeitungselements des Bearbeitungswerkzeugs ist, dass das Gegenwerkzeug eine Auflagefläche aufweist, deren Wirkfläche größer als die Wirkfläche des Bearbeitungselements des Bearbeitungswerkzeugs ist, und vorzugsweise dass das Bearbeitungswerkzeug und das Gegenwerkzeug zu einander relativ beweglich sind.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine Vorrichtung und Verfahren geschaffen, welche sich dadurch auszeichnen, dass mit einem einzigen Arbeitsgang eine Öffnung in ein Werkstück eingebracht und gleichzeitig zumindest eine Oberseite konturiert werden kann. Eine derartige Maßnahme führt in vorteilhafter Art und Weise zu besonders maßhaltigen Werkstücken, da der gesamte Fertigungsprozess in einer einzigen Aufspannung durchgeführt werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bearbeitungswerkzeug und/oder das Gegenwerkzeug ultraschallbeaufschlagt sind, wobei vorzugsweise die Amplitude der das Bearbeitungswerkzeug und/oder das Gegenwerkzeug beaufschlagenden Ultraschallschwingungen derart gewählt ist, dass beim Einbringen der Öffnung in das Werkstück nur ein oberflächliches Erweichen oder Anschmelzen des das Bearbeitungswerkzeug und/oder das Gegenwerkzeug umgebenden, die herzustellende Öffnung begrenzenden Materialbereichs des Werkstücks erfolgt. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass mit ihm in vorteilhafter Art und Weise eine besonders maßhaltige Öffnung in das Werkstück eingebracht werden können und/oder eine verbesserte Oberflächenqualität der Stanzfläche erzielt wird. Die Ultraschallbeaufschlagung des Bearbeitungswerkzeugs und/oder des Gegenwerkzeugs erlaubt des weiteren in vorteilhafter Art und Weise eine Anformung einer Radiusgeometrie auf der entsprechenden Oberfläche des Werkstücks, da auf eine großflächige Erweichung oder ein großflächiges Anschmelzen des Werkstücks im Bereich der herzustellenden Öffnung verzichtet wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, und
2 bis 4: eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Vorrichtung.
In 1 ist nun ein Werkstück W dargestellt, in das mittels einer hier nur schematisch dargestellten Vorrichtung 1 einer Öffnung O eingebracht werden soll. Die Vorrichtung 1 weist ein Bearbeitungswerkzeug 10 mit einem Bearbeitungselement 11 auf, das im hier gezeigten Fall als ein Stanz- oder Schneidwerkzeug 11' ausgebildet ist. Das Bearbeitungswerkzeug 10 ist – wie in den 2 bis 4 durch einen die Vorschubrichtung V des Bearbeitungswerkzeugs 10 charakterisierenden Pfeil angedeutet – von einer nicht gezeigten Vorschubeinheit vorschiebbar und weist eine – vorzugsweise plane – Bearbeitungsfläche 12 (siehe 2 bis 4) mit einer Wirkfläche F₁ auf, mit der eine erste Oberfläche W' des Werkstücks W beaufschlagbar ist. Diesem Bearbeitungswerkzeug 10 gegenüberliegend ist ein Gegenwerkzeug 20 angeordnet, welches eine Ausnehmung 21 besitzt, die komplementär zur Außenkontur des Bearbeitungselements 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10 ausgebildet; also derart konturiert ist, dass das Bearbeitungselement 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10 in diese Ausnehmung – wie aus der 4 ersichtlich – eintauchen kann. Die Ausnehmung 21 wird von einer über eine Auflagefläche 23 des Gegenwerkzeugs 20 messartig hinausragendes Bearbeitungselement 22, welches als Schneid- oder Stanzkante 22' ausgebildet ist, begrenzt.
Zur Herstellung der Öffnung O wird – wie die 2 zeigt – das Bearbeitungswerkzeug 10 entlang der Vorschubsrichtung V von der Vorschubeinheit vorgeschoben, bis es die erste Oberfläche W' des Werkstücks W beaufschlagt. Das Werkstück W liegt dabei – wie aus 2 ersichtlich – auf dem Bearbeitungselement 22, hier also auf der messerartigen Schneid- oder Stanzkante 22' des Gegenwerkzeugs 20 auf, welche aufgrund ihrer messerartigen Ausbildung nur eine geringe Wirkfläche F₂ aufweist. Da die Wirkfläche F₂ des Bearbeitungselements 22 und hier der Schneid- und Stanzkante 22' gleich der oder geringer – vorzugsweise deutlicher geringer – als die Wirkfläche F₁ des Bearbeitungselements 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10 ist, übt das Bearbeitungselement 22 des Gegenwerkzeugs 20 – bei einer vorgegebenen Vorschubkraft – einen größeren Druck auf die zweite Oberfläche W'' des Werkstücks W auf als das Bearbeitungselement 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10. Die Schneid- und Stanzkante 22' des Gegenwerkzeugs 20 kann somit leichter ins Werkstück W eindringen als das Bearbeitungselement 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10. Dies bewirkt, dass bei einem weiteren Vorschub des Bearbeitungswerkzeugs 10 das Bearbeitungselement 22, hier also die messerartige Schneid- und Stanzkante 22', von der zweiten Oberfläche W'' des Werkstücks W her in dieses eindringt, während das Werkstück W durch seine Beaufschlagung durch das Bearbeitungselement 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10 in Richtung der Auflagefläche 23 des Gegenwerkzeugs 20 vorgeschoben wird.
Wie am besten aus der 4 ersichtlich ist, bewirkt das messerartig ausgebildete Bearbeitungselement 22 des Gegenwerkzeugs 20 eine Konturierung der Innenwand der später vom ersten Bearbeitungselement 11 des Bearbeitungswerkzeugs 10 vollständig ausgebildeten Öffnung O im Werkstück W. Bei der beschriebenen Vorgangsweise erfolgt somit die Konturierung der herzustellenden Öffnung O im Werkstück W – ausgehend von dessen zweiten Oberfläche W'' – bereits bevor die Öffnung insgesamt hergestellt ist. Das unterscheidet die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren von der bekannten Vorgehensweise, bei der zuerst eine Öffnung insgesamt fertiggestellt und dann erst von der zweiten Oberfläche W'' des Werkstücks W her eine Kontur hergestellt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass das Herstellen der Öffnung und ihre Konturierung an einer identischen Position durchgeführt werden kann, wobei in vorteilhafter Art und Weise die Bearbeitungszeit dieser beiden Schritte parallel ist. Man braucht also nicht – wie bei der bekannten Vorgehensweise – eine zweite Bearbeitungsstation, wodurch sich die Maschinen- und somit Herstellungskosten reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist eine weitgehende span- und flusenfreie Bestandsqualität.
Durch eine geeignete Wahl der Kontur des messerartig ausgebildeten zweiten Bearbeitungselements 22 kann die Form der Konturierung der Öffnung O des Werkstücks W im Bereich seiner zweiten Oberfläche W'' entsprechend gewählt werden. So kann z. B. durch eine Änderung des Flankenwinkels des zweiten Bearbeitungselements 22 eine steilere oder flachere Anfasung der Öffnung des Werkstücks W im Bereich seiner zweiten Oberfläche W'' bewirkt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gegenwerkzeug 20 im Übergangsbereich zwischen dem messerartigen Bearbeitungselement 22 und der Auflagefläche 23 eine umlaufende Aussparung 24 aufweist, welche dazu dient, dass das Material des Werkstücks W beim Bearbeitungsvorgang in diese eintauchen kann.
Diese Vorschubbewegung wird nur solange fortgesetzt, bis – wie aus 3 ersichtlich – das Werkstück W mit seiner zweiten Oberfläche W'' auf der Auflagefläche 23 des Gegenwerkzeugs 20 aufliegt. Es kann somit nicht mehr weiter vorgeschoben werden und der Flächendruck, welchen die Auflagefläche 23 des Gegenwerkzeugs 20 auf die zweite Oberfläche W'' des Werkstücks W ausübt, ist kleiner als der Flächendruck des Bearbeitungselements 11, so dass dieses dann von der ersten Oberfläche W' des Werkstücks W in dieses eindringt und derart die im Werkstück W herzustellende Öffnung O ausbildet. Das Bearbeitungswerkzeug 11 wird dabei – wie aus 4 ersichtlich – solange vorgeschoben, bis es in die Ausnehmung 21 des Gegenwerkzeugs 20 eindringt. Das aus dem Bearbeitungswerkzeug 10 aus dem Werkstück W herausgetrennte Materialstück M wird dann auf eine geeignete Art und Weise aus der Matrize 20 und somit aus der Vorrichtung 1 abgeführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Bearbeitungswerkzeug 10 im Bereich seines Übergangs zwischen dem Bearbeitungselement 11 und seiner Grundfläche 13 konturiert ausgebildet ist, so dass hierdurch auch die Öffnung im Bereich der ersten Oberfläche W' des Werkstücks W konturiert ausgebildet werden kann.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass ausschließlich das Bearbeitungswerkzeug 10 in der Vorschubrichtung V bewegt wird. Es ist natürlich auch möglich, dass das Bearbeitungswerkzeug 10 stationär angeordnet ist und das Gegenwerkzeug 20 die Bewegung durchführt, welche bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch das Bearbeitungswerkzeug 10 durchgeführt wird. Auch eine Kombination dieser beiden Maßnahmen, nämlich, dass sich sowohl das Bearbeitungswerkzeug 10 als auch das Gegenwerkzeug 20 bewegen, ist möglich. Wesentlich ist also hier nur, dass eine Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 10 und dem Gegenwerkzeug 20 stattfindet, so dass das zweite Bearbeitungselement 22 von der zweiten Oberfläche W'' des Werkstücks her und das erste Bearbeitungswerkzeug 10 von der ersten Oberfläche W' des Werkstücks W her in dieses eindringen.
Der vorstehend beschriebene Vorgang zur Herstellung und Konturierung der Öffnung im Werkstück W kann in vorteilhafter Art und Weise dadurch unterstützt werden, dass das Bearbeitungswerkzeug 10 und/oder das Gegenwerkzeug 20 als Ultraschall-Bearbeitungswerkzeuge ausgeführt werden, d. h., dass das Bearbeitungswerkzeug 10 und/oder das Gegenwerkzeug 20 derart mit Ultraschall beaufschlagt werden, dass ein Ultraschall-Stanzen oder -Schneiden der Öffnung durchgeführt wird. Bevorzugt wird hierbei, dass die Amplitude der das Bearbeitungswerkzeug 10 und/oder das Gegenwerkzeug 20 beaufschlagenden Ultraschallschwingungen derart gewählt wird, dass beim Einbringvorgang der Öffnung O in das Werkstück W nur ein oberflächliches Erweichen oder Anschmelzen eines das Bearbeitungswerkzeug 10 und/oder das Gegenwerkzeug 20 umgebenden, die herzustellende Öffnung begrenzenden Materialbereichs des Werkstücks W erfolgt. Bevorzugt wird hierbei, dass die Amplitude der Ultraschallschwingungen kleiner als 50 μm ist, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 15 μm bis 25 μm liegt. Die Ultraschallschwingungen werden hierbei von einer in der Figur nicht gezeigten Ultraschall-Erzeugungseinrichtung erzeugt.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen eine Vorrichtung geschaffen wird, welche es in vorteilhafter Art und Weise erlaubt, in einem einzigen Arbeitsschritt in ein Werkstück W eine Öffnung einzubringen und diese zumindest an einer Oberfläche W'' zu konturieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005002014 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung (O) in ein Werkstück (W), die ein Bearbeitungswerkzeug (10) mit einem Bearbeitungselement (11) aufweist, durch welches das Werkstück (W) von einer ersten Oberfläche (W') her beaufschlagbar ist, und die ein mit dem Bearbeitungswerkzeug (10) zusammenwirkendes Gegenwerkzeug (20) aufweist, durch welches das Werkstück (W) von einer zweiten Oberfläche (W'') her beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (20) eine Ausnehmung (21) aufweist, die komplementär zum Bearbeitungselement (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) konturiert ist, dass die Ausnehmung (21) von einem messerartig ausgebildeten Bearbeitungselement (22) des Gegenwerkzeugs (20) umgeben ist, dass die Wirkfläche des messerartigen Bearbeitungselements (22) des Gegenwerkzeugs (20) gleich der oder kleiner als die Wirkfläche des Bearbeitungselements (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) ist, dass das Gegenwerkzeug (20) eine Auflagefläche (23) aufweist, deren Wirkfläche größer als die Wirkfläche des Bearbeitungselements (11) des Bearbeitungswerkzeugs (10) ist, und dass das Bearbeitungswerkzeug (10) und das Gegenwerkzeug (20) zu einander relativ beweglich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungselement (22) des Gegenwerkzeugs (20) umlaufend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das messerartige Bearbeitungselement (22) des Gegenwerkzeugs (20) konturiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (22) im Übergangsbereich zwischen dem messerartigen Bearbeitungselement (22) und seiner Grundfläche (23) eine Aussparung (24) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (10) in seinem Übergangsbereich zwischen seinem Bearbeitungselement (11) und seiner Grundfläche (13) konturiert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (10) und/oder das Gegenwerkzeug (20) mit Ultraschall beaufschlagt sind.