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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Werkzeugs in einer
Stanzmaschine und auf ein Werkzeug zum Verformen eines Werkstücks durch
Bewegen des Paneels relativ zu Rollelementen, welche auf das Werkstück einwirken,
es verformen und an ihm entlang rollen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Übliche Stanzmaschinen
sind dafür
bekannt, Löcher
in flache Paneele wie z. B. flache Bleche zu stanzen und diese zu
verformen. In diesen Stanzmaschinen, wie z. B. in dem US-Patent Nr. 4,343,210 gezeigt,
wird das flache Blechpaneel zwischen oberen Werkzeugen und unteren
Matrizen bewegt, die an einer Stanzmaschine befestigt sind. Wenn
das Werkstück
an eine richtige Position bewegt worden ist, stanzt jedes Werkzeug
ein Loch in dem Werkstück
aus oder erzeugt eine Form in dem Werkstück.
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Aus
dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, die Stanzwerkzeuge
dieser Werkstücke durch
formende Werkzeuge zu ersetzen, die in dem flachen Blechwerkstück eine
kontinuierliche Form erzeugen, d. h. eine Nut oder dergleichen.
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Ein
Weg zum Erzeugen einer solchen länglichen
Form ist das Nibbeln. Das Nibbeln wird durch ein Werkzeug ausgeführt, das über ein
halbkugelförmiges
Teil und ein Teil mit einer Ausnehmung verfügt, zwischen denen das Werkstück angeordnet
ist, wie in dem japanischen Patent No. 2247021 gezeigt. Das Werkzeug
führt eine
Reihe schneller kurzer vertikaler Hübe aus, um Vertiefungen auszubilden,
die letztendlich eine Nut in dem Werkstück erzeugen. Werkzeuge dieser
Art haben den Nachteil, dass die Reihe der verbundenen Vertiefungen,
die geformt sind, nicht annähernd
so glatt sind, wie eine ununterbrochene Nut, die durch Rollen gebildet
ist.
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Eine
andere bekannte Art, eine unterbrochene Form auszubilden, besteht
in der Verwendung eines Werkzeugs, das obere und untere Teile mit
zueinander passenden zylindrischen Rollen hat, die um parallele
horizontale Achsen drehbar sind. Derartige Werkzeuge sind beispielsweise
aus dem US-Patent No. 5,555,759 bekannt, das ein Werkzeug offenbart, welches
obere und untere zylindrische Rollen hat, die um Achsen drehbar
sind, welche parallel zu dem zu bearbeitenden Werkstück sind,
das zwischen den Rollen positioniert ist. Ein wesentlicher Nachteil
dieser Vorrichtung ist, dass das Werkstück nur in einem relativ weiten
Bogen bewegt werden kann, da sich die Rollen linear bewegen, wodurch
die Fähigkeit
reduziert wird, Bewegungen in einem engen Bogen auszuführen. Mit
anderen Worten, wenn das Werkstück
in einem engen Bogen oder um einen Punkt bewegt wird, gleiten die
Rollen seitlich, was eine Beschädigung
des Werkstücks
hervorruft.
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Aus
der JP-A-6000 6223 und der
US 1,240,791 ,
auf welchen der Oberbegriff des Anspruchs 8 beruht, ist es weiter
bekannt, eine sich bewegende Kugel zu verwenden, um eine Verformung in
einem ruhenden flachen Werkstück
zu erzeugen. Das US-Patent No. 2,760,260 offenbart ein Verfahren zum
Rollen von Kapseln mittels eines Werkzeugs, das Kugeln aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Verformung
eines Werkstücks durch
ein Werkzeug zur Verfügung
zu stellen, das eine einfachere Konstruktion und einen größeren Bewegungsbereich
als die Vorrichtungen aus dem Stand der Technik aufweist. Eine weitere
Zielsetzung liegt darin, ein neues und verbessertes Werkzeug zum
Verformen eines flachen Werkstücks
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Verformungswerkzeugs
gemäß Anspruch
1, wobei das Werkzeug zusammenwirkende Ober- und Unterteile aufweist,
die in den oberen und unteren Wendevorrichtungen oder Werkzeughaltern
einer Stanzmaschine befestigt sind oder befestigbar sind. Das Oberteil
wird nach unten gegen das Unterteil gedrückt, wodurch ein dazwischen
angeordnetes flaches Werkstück
geformt wird. Von den Ober- und Unterteilen trägt ein Teil eine frei drehbar gehaltene
Rollkugel für
eine universelle Rollbewegung, während
das andere Teil Elemente trägt,
die zu der Rollkugel derart passen, dass die Rollkugel und die Gegenstücke eine
Nut in einem Werkstück
formen, das während
des Einwirkens der Rollkugel und der Gegenstücke entlang dieser bewegt wird.
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In
einer bevorzugten Weise der Verwendung des Werkzeugs sind zwei Rollkugeln
in entweder dem Ober- oder dem Unterteil angeordnet. Eine einzelne
Rollkugel sitzt in dem anderen oberen beziehungsweise unteren Teil
und ist versetzt angeordnet, um zwischen den zwei Rollkugeln ausgerichtet
zu sein, wodurch dazwischen ein wellenförmiger Spalt gebildet wird.
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Vorzugsweise
ist jede einzelne Kugel in einem zylindrischen Halter gehalten,
der eine halbkugelförmige
Lagerschale besitzt, welche eine universelle Rollbewegung der Rollkugel
erlaubt. Ein Haltering, der einen inneren Durchmesser aufweist,
der kleiner als der größte Durchmesser
der Rollkugel ist, hält
die Rollkugel in dem Halter zurück.
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In
einer weiteren bevorzugten Art der Verwendung des Werkzeugs ist
die Rollkugel in dem Unterteil befestigt und das Gegenstück, vorzugsweise die
zwei Rollkugeln, sind in dem Oberteil befestigt. Gemäß Abwandlungen
der vorliegenden Erfindung kann das Gegenstück ein fixiertes, wellenförmiges Element
sein an Stelle zweier Rollkugeln. Außerdem kann das Gegenstück, egal
ob als ein Paar Rollkugeln oder als feststehende Elemente, verschiedene Größen und/oder
Formen haben, um eine über
seine Weite asymmetrische Nut zu bilden.
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Das
erfindungsgemäße Werkzeug
ist in Anspruch 8 definiert und kann ferner eine Längenanpassung
des Oberteils erlauben, um für
eine präzisere
Platzierung des Werkzeugs in seiner Arbeitsstellung zu sorgen oder
um Werkstücke
mit unterschiedlichen Stärken
ohne die Notwendigkeit zu bearbeiten, das gesamte System einzustellen.
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Diese
und andere Zielsetzungen der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten
Beschreibung ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. Es
zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Verformungswerkzeugs, das
in einer Aufnahme einer Stanzmaschine angeordnet ist;
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2A eine
Seitenansicht der in dem erfindungsgemäßen Verformungswerkzeug verwendeten Rollkugelvorrichtung;
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2B eine
Ansicht der in 2A gezeigten Rollkugelvorrichtung
von unten;
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3 einen
Teilquerschnitt des im Betrieb gezeigten Verformungswerkzeugs nach 1;
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4A u. 4B schematische
Darstellungen, die Modifikationen des Verformungswerkzeugs zeigen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
wobei das Werkzeug in 4A nicht von den Vorrichtungsansprüchen erfasst
ist;
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5 einen
Vertikalschnitt, der ein modifiziertes Verformungswerkzeug zeigt,
das gemäß der Erfindung
verwendet werden kann und in einer Halterbohrung einer Stanzmaschine
angeordnet ist und
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6 einen
Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Verformungswerkzeugs,
das in einer Halterbohrung einer Stanzmaschine angeordnet ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
ein Werkzeug 1 zum Verformen eines Werkstücks, wie
beispielsweise eines Blechpaneels oder eines anderen verformbaren
Paneels. Das Werkzeug 1 umfasst ein Oberteil 50 mit
einem Körper 2,
der in einer Führung 3 geführt ist,
und auch ein Unterteil, nämlich
eine Matrize 51. Ein Werkstück 17 ist zum Verformen
zwischen dem Oberteil 50 und dem Untereil 51 angeordnet.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform
ist das Oberteil 50 in einer Wendevorrichtung 21 einer
Stanzmaschine (nicht gezeigt) aufgenommen. Ein Treiber 4 ist
an dem Körper 2 an
einem oberen Ende desselben befestigt, vorzugsweise durch eine Gewindeverbindung 5.
Die Gewindeverbindung 5 erlaubt eine Einstellung der Länge des
Oberteils 50, was im folgenden in weiteren Details betrachtet
wird. Der Körper 2 und
der Treiber 4 können
jedoch auch einstückig
ausgebildet sein. Ein Kopf 6 ist mit dem Treiber 4 verbunden.
In der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Oberteil 50 in einer Halterbohrung 15 auf
Federn 16 gehalten. Wenn ein Stößel einer Stanzmaschine (nicht
gezeigt) auf den Kopf 6 drückt, wird der Treiber 4 nach
unten gedrückt,
wodurch der Körper 2 und
eine Rollkugelvorrichtung 7, die in dem unteren Ende des
Körpers 2 gehalten
ist, auf die Oberseite des Werkstücks 17 einwirkt. Das
Unterteil 51 umfasst eine Rollkugel 11', die darin
montiert ist und wiederum in einer unteren Aufnahme 18 gehalten
ist.
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2A zeigt
eine Seitenansicht der Rollkugelvorrichtung 7. Das zylindrische
obere Ende 8 der Rollkugelvorrichtung 7 ist angepasst,
um in einer Bohrung 9 in dem unteren Ende des Körpers 2 aufgenommen
zu werden. Die Rollkugelvorrichtung 7 kann in dem Körper 2 mittels
Schrauben 10 gehalten sein.
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2B zeigt
eine Ansicht der Rollkugelvorrichtung 7 von unten, in welche
zwei drehbare Rollkugeln 11 eingesetzt worden sind. Die
Rollkugeln 11 sind kugelförmig und in zylindrischen Haltern 12 gehalten.
Die Halter 12 sind wiederum in der Rollkugelvorrichtung 7 mittels
Stellschrauben 13 gehalten. Die Halter 12 können durch
Lockern der Stellschrauben 13 einfach von der Rollkugelvorrichtung 7 gelöst werden.
Wenn die Halter 12 in die Rollkugelvorrichtung 7 eingesetzt
sind, liegen deren oberen Enden an dem Boden 14 des zylindrischen
oberen Teils 8 an.
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Die
Rollkugeln 11, 11' sind
jeweils in einer halbkugelförmigen
Lagerschale innerhalb des Halters 12 für eine freie universelle Rollbewegung
befestigt. Jede Rollkugel 11, 11' ist in dem Halter 12 mittels eines
Halterings 20 gehalten, dessen Innendurchmesser kleiner
als der Durchmesser der Rollkugeln 11, 11' ist. Jede gesamte
Einheit, d. h. ein Halter 12, eine Rollkugel 11 oder 11' und ein Haltering 20,
ist typischerweise als Teil des Werkzeugs 1 ausgebildet oder
separat als Austauschteil zur Verfügung gestellt, das ein übliches
Teil darstellt, das über
McMaster-Carr, Chicago, Illinois, verfügbar ist. Es kann entweder
in dem Oberteil 50 oder dem Unterteil 51 einfach
ausgetauscht werden.
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In
der in 1 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
ist eine einzige Rollkugel 11' in dem Unterteil 51 vorgesehen.
Diese Konfiguration bildet einen wellenförmigen Spalt zwischen den Rollkugeln 11 und 11'. 3 zeigt
insbesondere, wie die Rollkugeln 11, 11' auf das Werkstück 17 einwirken,
wenn ein Stößel auf
den Kopf 6 einwirkt, um die Rollkugelvorrichtung 7 in
Kontakt mit dem Werkstück 17 zu
bewegen.
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Allgemein
stellt sich das Verfahren zum Betrieb des Werkzeugs der Erfindung
wie folgt dar:
Das Werkstück 17 wird
zwischen dem Oberteil 50 und dem Unterteil 51 angeordnet.
Der Stößel der Stanzmaschine
(nicht gezeigt) drückt
dann den Kopf 6 nach unten bis sich beide Rollkugeln 11 und 11' in Kontakt
mit dem Werkstück 17 befinden.
Der Stößel fährt während des
Verformungsbetriebs damit fort, das Werkzeug 1 in Kontakt
mit dem Werkstück 17 zu halten.
Das Werkstück
wird dann zwischen den Rollkugeln 11, 11' verlagert,
um eine glatte längliche
Verformung in dem Werkstück
zu erzeugen. Um eine Ecke oder eine kurvenförmige Ver formung zu erzeugen,
wird das Werkstück
einfach in der gewünschten Richtung
gedreht. Da die Rollkugeln 11 und/oder 11' für eine freie
universelle Rollbewegung gehalten sind, d. h. über einen Bereich von 360° in jede
Richtung, ist es möglich,
scharfe Biegungen in dem Werkstück
zu erzeugen und die Beschädigung
des Werkstücks
zu vermeiden, die bei zylindrisch geformten Rollen auftritt, die
nicht in der Lage sind, eine derartige universelle Rollbewegung
auszuführen.
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Wie
in 4A gezeigt, kann das Oberteil 50 oder
das Unterteil 51 mit einem oder mehreren statischen Elementen 53 versehen
sein, die mit der Form der Rollkugeln 11 bzw. 11' übereinstimmen
und in denen die Rollkugeln 11, 11' geführt sind, um das Werkstück 17 zu
verformen.
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Wie
in 4B gezeigt, können
Rollkugeln mit verschiedenen Durchmessern verwendet werden. In der
gezeigten Ausführungsform
ist eine Rollkugel 54 kleiner als eine Rollkugel 55,
was das Formen von Strukturen wie beispielsweise eines Flansches
vereinfacht.
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Es
ist auch möglich,
eine einzige Rollkugel 11 in dem Oberteil 50 und
zwei Rollkugeln 11' in
dem Unterteil 51 zu montieren, wie dies z. B. in 5 gezeigt
ist und im folgenden näher
beschrieben wird. Um mehrere Nuten gleichzeitig oder Nuten mit besonderen
Querschnittsformen zu erzeugen, können sowohl zusätzliche
Rollkugeln als auch Rollkugeln in verschiedenen axialen Positionen
verwendet werden.
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Obwohl
der Treiber 4 und der Körper 2 einstückig ausgebildet
sein können,
sind der Treiber 4 und der Körper 2 in der bevorzugten
Ausführungsform
als zwei Stücke
konstruiert, die durch die Gewindeverbindung 5 verbunden
sind. Durch Drehen des Treibers 4 in Bezug zu dem Körper 5 ist
es möglich, genaue Änderungen
in der Länge
des Oberteils 50 auszuführen.
Während
eines Verformungsvorgangs ist sowohl das Verdrehen des Treibers 4 in
Bezug zu dem Körper 2 als
auch das Verdrehen des Körpers 2 in
Bezug zu der Führung 3 oder
der Aufnahme 21 durch eine beliebige Anzahl bekannter Mittel
verhindert, wie beispielsweise einen Stift in einem Element, der
in einen Schlitz in dem anderen Element passt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform,
wie sie in 1 gezeigt ist, sitzt das Werkzeug 1 in
der Aufnahme 15 und ruht auf Federn 16. Alternativ
oder zusätzlich
kann das Unterteil 51 in der unteren Aufnahme 18 auf
Federn (nicht gezeigt) sitzen. Die Federn 16, oder entsprechende
Federn in dem Unterteil 51, stellen eine gewisse Elastizität zur Verfügung, um kleinere
Abweichung in der Ebene des Werkstücks zu berücksichtigen und ein wenig Toleranz
für Fehler in
der Einstellung der Länge
des Werkzeugs zur Verfügung
zu stellen. Außerdem
können
die Rollkugeln der Erfindung in einer beliebigen Zahl verschiedener Werkzeugkonfigurationen
verwendet werden. Wie in 5 gezeigt, werden die Rollkugeln 11, 11' in Verbindung
mit einem Werkzeug desjenigen Typs eingesetzt, bei dem eine Druckfeder 22 zwischen
dem Kopf 23 an dem hinteren Ende eines Treibers 24 und einem
Flansch 25 an dem oberen Ende des Körpers 26 angeordnet
ist. Das Oberteil 50 des Werkzeugs 27 ist in einem
Revolverhalter 28 einer Stanzmaschine (nicht gezeigt) befestigt
und auf Federn 29 sitzend gezeigt. Es liegt auch im Schutzbereich
der Erfindung, ein Werkzeug zu verwenden, das nicht auf Federn 29 sitzt
oder das keine Druckfeder 22 beinhaltet. Außerdem ist
es möglich,
die Rollkugeln der Erfindung in einem Werkzeug desjenigen Typs zu
verwenden, der in Stanzmaschinen ohne eine Wendevorrichtung verwendet
wird.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, in welcher ein Werkzeug 30 in einer Halterbohrung 31 ohne
die Verwendung von Federn angeordnet ist. Das Werkzeug 30 ist
mittels eines Spindelantriebs 32 statt eines Stößels axial
beweglich. Der Treiber 32 umfasst einen elektrischen, pneumatischen,
oder hydraulischen Motor 33, der in Verbindung mit einer
Gewindespindel 34, einem Stößelement 35 und einem
Druckelement 36 arbeitet. Das Stößelement 35 hat eine
geneigte Oberfläche 37,
die mit einer weiteren geneigten Oberfläche 38 an der Oberseite
des Druckelements 36 zusammenwirkt. Im Einklang mit der
Steigung der Gewindespindel 34 und der Neigung der geneigten
Oberflächen 37, 38 ergibt
sich ein großes Übersetzungsverhältnis, so dass
große
Vortriebskräfte
mit einem vergleichsweise kleinen Motor 33 erreicht werden.
Außerdem
sind genaue Einstellungen des Abstands zwischen dem Rollkörper und
dem Werkstück
möglich.
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Das
Ansteigen der geneigten Oberflächen 37, 38 bewirkt
eine Selbsthemmung des Treibers 32 in einer gewünschten
Betriebsstellung, was die Gewindespindel 34 und den Motor 33 von
Haltekräften befreit,
nachdem das Werkzeug 30 die gewünschte Betriebsstellung erreicht
hat. Zwischen dem Druckelement 36 und dem Stößelement 35 ist
eine ineinander greifende Führung
vorgesehen, beispielsweise in der Form einer hinterschnittenen Nut
(nicht gezeigt), die sich parallel zu den geneigten Oberflächen 37, 38 erstreckt
und ein Zurückziehen
des Werkzeugs 30 von der Arbeitsstellung mittels Umkehren
der Drehrichtung des Motors 33 erlaubt. Eine feste Verbindung
ist auch zwischen dem Druckelement 36 und dem Werkzeugkopf 39 vorgesehen.
Andere Formen verriegelnder Verbindungen können auch verwendet werden.
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Die
verriegelnde Verbindung zwischen dem Stößelement 35 und dem
Werkzeugkopf 39 kann gelöst werden, wenn z. B. verschiedene
Werkzeuge in dem Revolverhalter 40 aufgenommen sind und
der Treiber 32 dazu vorgesehen ist, diese Werkzeuge durch
geeignete Verlagerung des Halters 40 zu verstellen, sobald
sie sich in ihrer Arbeitsstellung befinden. Zum Beispiel kann eine
hinterschnittene Nut, die an ihren Seiten offen ist, zwischen dem
Druckelement 36 und dem Werkzeugkopf 39 angeordnet
sein, um ein seitliches Festlegen und Lösen eines zweckmäßig gestalteten
Vorsprungs zu erlauben.
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Auch
wenn die Erfindung mit erheblicher Genauigkeit mit Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ergeben sich für den Fachmann Variationen
und Modifikationen, ohne den in den Ansprüchen festgelegten Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen.