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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prägegesenk für ein Stanzwerkzeug, das zum Stanzen und Prägen von Messerkontaktelementen verwendet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Prägebearbeitungsstation für solch ein Stanzwerkzeug.
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Stand der Technik
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Stanzwerkzeuge werden verwendet, um beispielsweise aus einem Metallstreifen unter Verwendung von Stanzstempeln ein Messerkontaktelement herzustellen. Dem Stempel gegenüberliegend ist eine Matrize angeordnet. Beim Stanzen bewegen sich die Kanten des Stempels und der Matrize aneinander vorbei, wodurch sie mittels Scherschneiden ein Bauteil aus dem Metallstreifen heraustrennen. Typischerweise wird beim Stanzen der Metallstreifen durch den Stempel zunächst geschnitten. Wenn die Spannung im Inneren des Metallstreifens dann zu groß wird, bricht der restliche Teil des Metallstreifens. Das herausgestanzte Bauteil weist folglich an seiner Außenfläche typischerweise einen Schnittbereich, in dem das Bauteil geschnitten wurde, und einen Bruchbereich, in dem das Trennen durch Brechen stattfand, auf.
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Bei Messerkontaktelementen erfolgt die Kontaktierung nun meist über genau diese Außenfläche. Bei der Kontaktierung werden eine Hertzsche Flächenpressung und eine hohe Oberflächengüte gefordert, die im Bruchbereich nicht sichergestellt sind. Bei herkömmlichen Herstellungsverfahren für Messerkontaktelemente wird eine Kontaktfläche auf die gestanzte Außenfläche des Bauteils geprägt. Dabei werden eine Vielzahl von Bearbeitungsstationen benötigt, welche mit Hilfe von Schiebern die Oberfläche verprägen. Auf diese Weise wird vor allem die Hubzahl des Stanzwerkzeugs verringert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu vermitteln, mit der die Kontaktfläche des Messerkontaktelements in einer Stanzmaschine für eine sichere Kontaktierung in einfacher und schneller Weise ausgebildet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in einem Aspekt der Erfindung durch ein Prägegesenk für ein Stanzwerkzeug gelöst. Das Stanzwerkzeug stanzt ein Bauteil, welches schließlich als Messerkontaktelement verwendet wird, beispielsweise aus einem Metallstreifen aus und prägt dieses im Anschluss, um die typischerweise beim Stanzen auftretenden Schnitt- und Bruchbereiche an der Oberfläche des Bauteils auszugleichen und eine Kontaktfläche zu formen. Da Messerkontaktelemente normalerweise zur Kontaktierung gesteckt werden, kann die Kontaktfläche auch als Steckfläche bezeichnet werden. Das erfindungsgemäße Prägegesenk weist eine Vertiefung auf. Die Vertiefung weist eine Prägesicke auf, die in die Vertiefung hervorragt. Die Prägesicke kann beispielsweise an einer Fläche der Vertiefung in Form eines Höckers ausgebildet sein, dessen Spitze in die Vertiefung vorsteht. Zudem weist die Vertiefung in Prägerichtung wenigstens eine Seitenwand auf, die zumindest teilweise konisch oder konkav verläuft. Es weist mit anderen Worten wenigstens eine Fläche des Prägegesenks, welche sich an einer der Seiten der Vertiefung befindet, zumindest teilweise eine konische oder konkave Form auf. Bevorzugt verlaufen mehrere Seitenwände der Vertiefung konisch oder konkav.
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Um das ausgestanzte Bauteil zu prägen, wird es in die Vertiefung des Prägegesenks eingeführt und tritt mit der Prägesicke in Kontakt. Vorzugsweise wird das Bauteil dabei mit einem Arbeitshub einer Presse der Stanzmaschine in der Vertiefung des Prägegesenks ausgerichtet. Das Bauteil wird dabei so eingeführt, dass die gestanzte Fläche des Bauteils, welche typischerweise den Schnittbereich und den Bruchbereich aufweist, zu der wenigstens einen konisch oder konkav verlaufenden Seitenwand der Vertiefung zeigt. Beim Prägen drückt der Niederhalter das Bauteil gegen die Prägesicke. Dadurch wird Material des Bauteils von der Prägesicke in Richtung der Außenseite des Bauteils und somit zu der wenigstens einen Seitenwand der Vertiefung hin verdrängt. Aufgrund der konischen oder konkaven Form der Seitenwände formt sich die Außenfläche des Bauteils an der wenigstens einen Seitenwand zu einer konvexen Oberfläche. Das Bauteil wird durch die Prägesicke und die Seitenwand des Prägegesenks verformt. Zusätzlich wird die Oberfläche durch den Druck, welcher aufgrund der Verdrängung durch die Prägesicke auf die Außenfläche des Bauteils wirkt, komprimiert und geglättet. Im Ergebnis wird mittels der Prägesicke und der wenigstens einen zumindest teilweise konisch bzw. konkav verlaufenden Seitenfläche in einfacher Weise eine glatte und konvexe Kontaktfläche an dem gestanzten Bauteil ausgebildet. Das als Messerkontaktelement verwendete Bauteil weist eine Konvexität und eine Oberflächengüte auf, die den Anforderungen entsprechen.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Seitenwand der Vertiefung gekrümmt. Insbesondere ist die wenigstens eine Seitenwand der Vertiefung kreisförmig mit einem vorgebbaren Radius gekrümmt. Dadurch entsteht eine gekrümmte konvexe Kontaktfläche am Bauteil. Die gekrümmte konvexe Kontaktfläche bietet eine sichere Verbindung, da diese keine Kanten aufweist, über die bei einer nicht optimalen Ausrichtung der einzige Kontakt stattfinden könnte.
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Prinzipiell kann die Vertiefung jede Grundform aufweisen, in der das fertige Bauteil ausgebildet sein soll. Bevorzugt weist die Vertiefung einen im Wesentlichen w-förmig oder ω-förmigen Querschnitt auf. Der w-förmige Querschnitt repräsentiert hierbei die konischen Seitenwände, die gemäß dem vorstehenden Aspekt auch gekrümmt sein können, und der ω-förmige Querschnitt repräsentiert die konkaven Seitenwände der Vertiefung. Die Prägesicke ist dabei an der Bodenseite der Vertiefung ausgebildet. Das Bauteil wird von der der Bodenseite gegenüberliegenden Seite in die Vertiefung eingeführt und kommt auf der Bodenseite mit der Prägesicke in Kontakt. Das Material wird durch die Prägesicke von der Bodenfläche des Bauteils zu dessen Seiten und somit hin zu den konischen bzw. konkaven Seitenwänden verdrängt. Bei einem symmetrischen Querschnitt der Vertiefung ist die Prägesicke vorzugsweise mittig angeordnet.
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Gemäß einem Aspekt erstreckt sich die Vertiefung durch das komplette Prägegesenk. Vorzugsweise ist die Richtung, in der sich die Vertiefung durch das komplette Prägegesenk erstreckt, senkrecht zum obengenannten Querschnitt und senkrecht zur Prägerichtung. Dadurch kann ein langes Bauteil, das aus einem Metallband gestanzt wurde, durchgängig geprägt werden.
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Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch eine Prägebearbeitungsstation in einem Stanzwerkzeug zum Stanzen und Prägen von Messerkontaktelementen, wie oben beschrieben, gelöst. Die Prägebearbeitungsstation weist ein vorstehend beschriebenes, erfindungsgemäßes Prägegesenk und einen Niederhalter auf. Der Niederhalter wird beim Prägen in Richtung des Prägegesenks gedrückt und drückt somit das Bauteil in die Vertiefung und gegen die Prägesicke. Es wird hinsichtlich der Ausgestaltung der Prägebearbeitungsstation und des Prägegesenks und deren Vorteile auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Seitenansicht eines gestanzten Bauteils gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Prägebearbeitungsstation mit einem Prägegesenk gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung vor dem Prägen eines Bauteils.
- 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Prägebearbeitungsstation mit dem Prägegesenk gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beim Prägen des Bauteils.
- 4 zeigt einen Schnitt des Bauteils gemäß 3 nach dem Prägen.
- 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Prägebearbeitungsstation mit einem Prägegesenk gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vor dem Prägen eines Bauteils.
- 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Prägebearbeitungsstation mit dem Prägegesenk gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beim Prägen des Bauteils.
- 7 zeigt eine isometrische Ansicht des Prägegesenks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In 1 ist eine Seitenansicht eines Bauteils 1 gezeigt, das auf herkömmliche Weise mittels eines nicht gezeigten Stanzwerkzeugs hergestellt wurde. Das Bauteil 1 ist ein Messerkontaktelement und wird über seine Seitenwand kontaktiert. Das Bauteil 1 wird mittels eines Stanztempels, der sich von oben nach unten gegen eine Matrize bewegt, aus einem Metallstreifen herausgestanzt. Durch das Stanzen bilden sich an der Außenseite 10, also der Seitenwand, ein Schnittbereich 11, in dem das Bauteil 1 geschnitten wird, und ein Bruchbereich 12, in dem das Bauteil 1 durch Brechen von dem Metallstreifen getrennt wird. Die Unterseite 13 ist hier eben ausgebildet; ihre Form ist allerdings für die spätere Kontaktierung nicht ausschlaggebend und kann frei gestaltet werden. Ein solches Bauteil 1 erfüllt weder die geforderte Hertzsche Flächenpressung noch die geforderte Oberflächengüte für eine sichere Kontaktierung.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils schematisch einen Schnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prägebearbeitungsstation 2 für das nicht dargestellte Stanzwerkzeug, mit welcher das Bauteil 1 aus 1 nach dem Stanzen geprägt wird. Die Prägebearbeitungsstation 2 weist ein Prägegesenk 3 und einen Niederhalter 4 auf. Im erfindungsgemäßen Prägegesenk 3 ist eine Vertiefung 30 ausgebildet. Die Vertiefung 30 hat erfindungsgemäß eine spezielle Form, die der späteren Form des Bauteils 1 nach dem Prägen entspricht, und weist an ihrer Bodenfläche mittig eine Prägesicke 31 auf, die in Form eines Höckers ausgebildet ist und in das Innere der Vertiefung hervorragt. In dieser ersten Ausführungsform verlaufen die Seitenwände 32 nach oben hin konisch und sind in einem Radius gekrümmt.
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2 zeigt die Situation vor dem Prägen in einer geöffneten Bearbeitungssituation. In der geöffneten Bearbeitungssituation ist der Niederhalter 4 in einer oberen Lage, entfernt vom Prägegesenk 3 angeordnet. Das Bauteil 1 wird in die Prägebearbeitungsstation 2 eingelegt und mit der Unterseite 13 über der Vertiefung 30 ausgerichtet. Hierfür kann das Bauteil 1 auf an sich bekannte Weise im Stanzwerkzeug durch Fangstifte positioniert und mit Federböden gehalten werden (nicht dargestellt).
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In 3 ist eine geschlossene Bearbeitungssituation beim Prägen des Bauteils 1 dargestellt. Der Niederhalter 4 wird gegen das Prägegesenk 3 gefahren und drückt das Bauteil 1 in die Vertiefung 30, sodass die Unterseite 13 des Bauteils 1 mit der Prägesicke 31 in Kontakt tritt und auf diese gedrückt wird. Die Prägesicke 31 verdrängt Material des Bauteils 1 aus dessen Zentrum hin zu dessen Außenseiten 10. Dabei stoßen die Außenseiten 10 des Bauteils 1 gegen die konischen Seitenwände 32 der Vertiefung 30 und werden gegen diese gedrückt, sodass sie sich verformen. Der Niederhalter 4 wird dabei nicht vollständig auf das Prägegesenk 3 gefahren, sondern angehalten, sobald die Außenseiten 10 des Bauteils 1 sich ausreichend verformt haben. Es ist eine nicht gezeigte Abstützung für den Niederhalter 4 vorgesehen, welche das Höhenmaß vorgibt und den Niederhalter 4 begrenzt. Auf diese Weise wird auch die Eindringtiefe der Prägesicke 31 in das Bauteil 15 begrenzt. Die Höhe der Abstützung kann durch Abstimmungsmaßnahmen justiert werden und somit die Ausprägung am Bauteil 15 beeinflusst und eingestellt werden.
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Die 4 ist eine Schnittdarstellung des Bauteils 1 nach dem Prägen. Das Bauteil 1 hat sich während des Prägens wie dargestellt plastisch verformt. Durch den Druck, welcher aufgrund der Verdrängung durch die Prägesicke 31 auf die Außenflächen 10 des Bauteils 1 wirkt, werden einerseits die Außenseiten 10 verformt, sodass sich eine konvexe Kontaktfläche 14 an den Außenseiten 10 des Bauteils 1 bildet. Andererseits werden die Außenseiten 10 vor allem im Bruchbereich 12 komprimiert und somit geglättet, sodass sich eine glatte, konvexe Kontaktfläche 14 bildet. Die glatte, konvexe Kontaktfläche 14 weist eine geforderte Konvexität und eine hohe Oberflächengüte auf. An der Unterseite 13 des Bauteils 15 bleibt eine Einkerbung 15 durch die Prägesicke 31.
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Die 5 und 6 zeigen jeweils schematisch einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prägebearbeitungsstation 2 für das nicht dargestellte Stanzwerkzeug, mit welcher das Bauteil 1 aus 1 nach dem Stanzen geprägt wird. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Seitenwände 32' der Vertiefung 30 konkav ausgebildet sind. Dabei sind die Seitenwände 32' ebenfalls in einem Radius gekrümmt. In der geschlossenen Bearbeitungssituation verdrängt die Prägesicke 31 das Material des Bauteils 1 aus dessen Zentrum hin zu dessen Außenseiten 10. Dabei stoßen die Außenseiten 10 des Bauteils 1 gegen die konkaven Seitenwände 32' der Vertiefung 30 und werden gegen diese gedrückt, sodass sie sich verformen. Rein prinzipiell kann in dieser Ausführungsform der Niederhalter 4 vollständig auf das Prägegesenk 3 gefahren werden, wenn die Vertiefung 30 so ausgestaltet ist, dass sie das Bauteil 1 komplett aufnehmen kann.
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7 zeigt eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Prägegesenks 3 mit konischen Seitenwänden 32. Nachfolgende Beschreibung ist aber auch auf ein Prägegesenk 3 mit konkaven Seitenwänden 32' angewendet werden. In einer Richtung R, die senkrecht zur Prägerichtung und zu der in den 2 und 3 gezeigten Ausdehnung des Prägegesenks 3 liegt, erstreckt sich die Vertiefung 30 mitsamt der Prägesicke 31 und den konischen Seitenwänden 32 durch das komplette Prägegesenk 3. Damit kann ein langes Bauteil 1, welches aus einem Metallband gestanzt wurde, geprägt werden.
