EP2886218B1

EP2886218B1 - Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein mehrlagiges Blech

Info

Publication number: EP2886218B1
Application number: EP14198813.9A
Authority: EP
Inventors: Klaus Reitzig
Original assignee: Ws Wielander & Schill
Current assignee: Ws Wielaender & Schill
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: EP2886218A1; DE102013114806B4; DE102013114806A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen von Löchern in vorzugsweise mehrlagige Bleche, insbesondere in Karosseriebleche von Fahrzeugen.

Hintergrund der Erfindung

Das Stanzen von Löchern in Bleche, insbesondere in Karosseriebleche, ist bekannt. Gegenüber Bohren erfolgt das Stanzen in der Regel wesentlich schneller und ist daher insbesondere vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Löchern in das Blech eingebracht werden sollen, wie dies insbesondere bei Reparaturarbeiten erforderlich ist, wenn Bauteile im Anschluss vernietet werden sollen.
Bei der Fertigung von Fahrzeugen werden in zunehmendem Umfang mehrlagige hochfeste Bleche verwendet. Dies gilt insbesondere für die tragenden Teile der Karosserie.
Derartige mehrlagige Bleche können insbesondere aus Paarungen verschiedener Materialien bestehen und eine große Dicke, insbesondere eine Dicke von über 5 mm, aufweisen. Insbesondere gibt es Bleche, welche als Deckschicht eine oder mehrere Aluminiumlagen, also eine Schicht oder Schichten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, aufweisen.
Zwischen den Aluminiumschichten befinden sich meist aus Stabilitätsgründen noch Bleche aus höchstfestem Stahl.
Um derartige Blechpaarungen zu stanzen sind hohe Kräfte erforderlich. So ist beispielsweise bei einer 8,6 mm dicken Blechkonfiguration aus einer Aluminium-Stahl-Kombination für eine Stanzung mit 8 mm Durchmesser eine Stanzkraft von 90 kN erforderlich.
Derartig hohe Kräfte lassen sich mit modernen Werkzeugen, welche auch als mobile Handgeräte ausgebildet sein können, erreichen.
Problematisch ist aber, dass sich der Stanzstempel in dicken Blechen festklemmen kann und dass hohe Kräfte erforderlich sind, um den Stanzstempel wieder zurück zu ziehen. Dieses Problem tritt in noch verstärktem Maße bei mehrlagigen Blechen auf, wo insbesondere weichere Decklagen wie Aluminium zur Seite hin verdrängt werden, da die hochfeste Zwischenlage aus Stahl nicht gleichzeitig zu fließen beginnt und wobei das Material dieser Decklagen nach Einbringen des Loches zumindest teilweise aufgrund Der Elastizität wieder zurück fließt und so den Stanzstempel festklemmt.
In diesem Falle besteht, selbst wenn das entsprechende Gerät die nötige Rückzugskraft aufbringen kann, die Gefahr, dass der Stempel beim Rückziehen abreißt, da der Stanzstempel aus technischen Gründen aus einem hoch ausgehärteten Stahl hergestellt werden muss.
Weiter nachteilig ist der Verschleiß des Stanzstempels. Beim Stanzen von hochfesten Blechen kann davon ausgegangen werden, dass das Werkzeug eine Stanzzeit von lediglich 20 - 30 Löchern hat und danach ausgetauscht werden muss.
Der gleiche Prozess beim Stanzen von Aluminiumlegierungen bildet an der Stempelschneidkante eine Aufbauschneide und Verschweißungen auf dem Stempelschaft, was die Lebensdauer der Werkzeuge noch weiter reduziert. Die recht hohen Kosten eines Stanzstempels führen zu entsprechend hohen Kosten für jedes gestanzte Loch.
Die Dokumente EP 1 166 925 A2 , US 4,403,417 A und DE 10 2011 052 350 A1 zeigen mehrteilig ausgebildete Stanzvorrichtungen, welche beispielsweise zusammengeschraubt sind.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest zu reduzieren.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, auf effiziente Weise Löcher in dickere, insbesondere mehrlagige, Bleche einzubringen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein vorzugsweise mehrlagiges Blech gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der Unteransprüche zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen von Löchern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stanzen von mehrlagigen Blechen, insbesondere mit einer Dicke von 3 mm, vorzugsweise mehr als 5 mm und besonders bevorzugt mehr als 7 mm.
Gemäß der Erfindung wird ein Stanzstempel verwendet, der einen Hinterschnitt aufweist, wobei zumindest ein Teil des Stanzstempels nach dem Stanzen eines Loches auf der Seite einer Matrize entnommen wird oder heraus fällt und sodann ein hinterschnittener Teil des Stanzstempels durch das gestanzte Loch heraus gezogen wird.
Der Stanzstempel ist also zumindest zweiteilig ausgebildet und umfasst einen vorderen Teil, welcher einen größeren Durchmesser hat als der dahinter liegende Teil. Hierdurch entsteht ein Hinterschnitt, so dass der Stanzstempel im Bereich dieses Hinterschnitts dünner ausgebildet ist als derjenige Teil als des Stanzstempels, welcher matrizenseitig heraus fällt oder entnommen wird.
Da nunmehr der dickere Teil nicht mehr zurückgesetzt werden muss, wird die Gefahr eines Verklemmens des Stanzstempels erheblich reduziert.
Der vordere Teil umfasst insbesondere eine aufgesetzte Stanzkrone. Diese ist insbesondere als Ring mit einer vorzugsweise im Wesentlichen ebenen Stirnfläche ausgebildet, welche eine Kante aufweist, die als Schneidkante beim Stanzen dient.
Die ringförmig ausgebildete Stanzkrone hat insbesondere einen im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel nicht mehrteilig ausgebildet und umfasst lediglich einen Hinterschnitt unterhalb der Schneidkante. Durch den Hinterschnitt wird die Gefahr eines Verklemmens reduziert.
Vorzugsweise weist der Stanzstempel einen Stanzdorn auf, der einen Fortsatz mit einer Spitze aufweist. Auf diesen Fortsatz wird die Stanzkrone aufgesetzt und liegt mit ihrer Unterseite auf einer quer zu Stanzrichtung stehenden Fläche des Stanzdorns auf.
Beim Stanzen dringt nunmehr zunächst die Spitze des Stanzdorns in das Blechstück ein und fängt an, das Material zu verdrängen. Durch die Spitze des Stanzdornes werden die Stanzkräfte erheblich reduziert, da die Fließeigenschaften des zu stanzenden Objektes hierdurch positiv beeinflusst werden.
Das eigentliche Ausstanzen erfolgt bei einer Ausführungsform der Erfindung mit der Stanzkrone, welche insbesondere als Einwegteil ausgebildet sein kann.
Die Stanzkrone besteht insbesondere aus gehärtetem Stahl, beispielsweise aus Schnellarbeitsstahl und kann mit einer Hartstoffschicht, beispielsweise mit einer Nitritschicht beschichtet sein.
Ein derartiges kleines Bauteil ist preiswert herzustellen und selbst, wenn die Stanzkrone lediglich einmalig verwendet wird, lassen sich die Kosten pro Stanzvorgang durch die Erfindung erheblich reduzieren.
Für die Erfindung kann eine Vorrichtung zum Stanzen von Löchern in Bleche verwendet werden, welche einen Stanzstempel mit einem Stanzdorn sowie eine Matrize umfasst.
Der Stanzdorn umfasst eine abnehmbare Stanzkrone und/oder einen Hinterschnitt unterhalb der Schneidkante.
Diese ist insbesondere auf einen Fortsatz des Stanzdorns mit einer hervorragenden Spitze aufgesetzt.
Vorzugsweise weist die Stanzkrone einen größeren Durchmesser auf als zumindest ein vorderer Teil des Stanzdorns. Insbesondere weist der vordere Teil des Stanzdorns maximal den 0,9-fachen, bevorzugt maximal den 0,95-fachen Durchmesser der anliegenden Stanzkrone auf.
Bereits hierdurch weist der Stanzdorn einen Hinterschnitt auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Stanzdorn insbesondere zusätzlich unterhalb der Stanzkrone hinterschnitten. Hier wird die Gefahr des Verklemmens weiter reduziert. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Durchmesser des unter der Stanzkrone liegenden Teils des Stanzdorns auf weniger als das 0,95-fache, bevorzugt auf weniger als 0,9-fache des Durchmessers an der Stelle, die an die Stanzkrone angrenzt, reduziert.
Die Vorrichtung ist insbesondere als Handgerät ausgebildet und kann beispielsweise für Reparaturarbeiten verwendet werden.
Für das vorstehend beschriebene Verfahren und die vorstehende beschriebene Vorrichtung kann eine Stanzkrone verwendet werden.
Diese ist insbesondere ringförmig mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet und besteht aus gehärtetem Stahl.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll im Folgenden, Bezug nehmend auf die Figuren Fig. 1 bis Fig. 6 , anhand eines beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Fig. 7 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines Stanzstempel. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht, anhand welcher das Prinzip des erfindungsgegenständlichen Verfahrens sowie der erfindungsgegenständlichen Vorrichtung näher erläutert werden soll.
Zu sehen in dieser Schnittansicht ein mehrlagiges Blech 3, in welches in dieser Ansicht bereits ein Loch gestanzt wurde.
Hierzu umfasst das entsprechende Stanzwerkzeug einen Stanzstempel 1 sowie eine Matrize 2. Über den Stanzstempel 1 wird ein Loch in das Blech 3 gestanzt. Der Stanzbutzen 7 fällt über einer Öffnung 4 in der Matrize 2 heraus.
Erfindungswesentlich ist insbesondere die Ausgestaltung des Stanzdorns 8.
Der Stanzdorn 8 ist mit einer Stanzkrone 5 versehen, welche auf einen Fortsatz 19 mit einer Spitze 6 aufgesetzt ist. Die Stanzkrone 5 ist ringförmig mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die Spitze 6 des Stanzdorns 8 endet im Wesentlichen bündig mit der Oberseite der Stanzkrone 5.
Die Stanzkrone 5 kann insbesondere einen Außendurchmesser zwischen 3 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 6 und 10 mm aufweisen.
Vorzugsweise hat die Stanzkrone eine Höhe zwischen 0,5 und 2 mm sowie eine Breite zwischen 0,5 und 2 mm.
Die Verwendung einer Stanzkrone 5 mit rechteckigem Querschnitt ermöglicht insbesondere, dass diese beliebig gedreht aufgesetzt werden kann. Weiter kann z.B. wenn die Stanzkrone 5 mehrfach verwendet wird, die hier dargestellte Unterseite oben liegen und so als Schneide zum Stanzen dienen.
Der Stanzdorn 8 ist hinterschnitten, indem die Stanzkrone 5 einen größeren Durchmesser als der Stanzdorn 8 im Bereich seiner Eindringtiefe aufweist und/oder indem der Stanzdorn 8 unterhalb der Stanzkrone 5 hinterschnitten ist.
Nach Beendigung des Stanzvorgangs fällt neben dem Stanzbutzen 7 auch die Stanzkrone 5 durch die Öffnung 4 heraus.
Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung der Fig. 1. Zu erkennen ist der vordere seitliche Bereich des Stanzdorns 8, auf welchen die Stanzkrone 5 aufgesetzt ist.
Zu erkennen ist, dass die Stanzkrone 5 seitlich über den restlichen Stanzdorn 8 hinaus steht.
Weiter weist auch der Stanzdorn 8 unterhalb der Stanzkrone 5 einen Hinterschnitt 9 auf. In diesem Ausführungsbeispiel verjüngt sich der Hinterschnitt in einem vorderen Bereich 9a nicht oder zumindest weniger als in einem mittleren Bereich 9b. In einem hinteren Bereich 9c verjüngt sich der Hinterschnitt nicht.
Zu erkennen ist weiterhin, dass die Stanzkrone 5 in diesem Ausführungsbeispiel eine Eckfase 10 an der Ecke aufweist, an welcher sie auf dem restlichen Stanzstempel 8 aufliegt. Es versteht sich, dass vorzugsweise die äußere Ecke der Stanzkrone 5, welche als Schneidkante 20 dient, nicht mit einer Fase versehen ist.
Aufgrund des größeren Durchmessers der Stanzkrone 5 sowie aufgrund des Hinterschnitts 9 kann der Stanzdorn 8, nach dem die Stanzkrone 5 matrizenseitig herausgefallen ist, leicht aus dem gestanzten Loch heraus gezogen werden, auch wenn sich dessen Durchmesser durch rückfließendes Material nach Beendigen des Stanzvorgangs wieder etwas verringert hat.
Weiter ermöglicht die Stanzkrone 5 auch eine besonders preiswerte Stanzung. Diese kann aus gehärtetem Stahl, insbesondere aus Schnellarbeitsstahl, hergestellt sein.
Der restliche Stanzdorn 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem gesamten Stanzstempel (1 in Fig. 1) ausgebildet und besteht beispielsweise aus Kaltarbeitsstahl. Der Stanzstempel kann auch zumindest im Bereich des Dorns mit einer Schicht höherer Härte beschichtet sein, beispielsweise mit einer Nitritschicht.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stanzstempels.
Zu erkennen ist die über die Stanzkrone 5 ragende Spitze 6 sowie der darunter angeordnete Hinterschnitt 9 des Stanzdorns 8. Der Stanzdorn 8 verjüngt sich also zumindest im Bereich unterhalb des Hinterschnitts 9. Der Hinterschnitt 9 ist vorzugsweise mindestens 2 mm, besonders bevorzugt mindestens 5 mm lang.
Unterhalb des Hinterschnitts 9 verdickt sich der Stanzdorn 8 wiederum, um stabiler ausgebildet zu sein und im Verlauf des Stanzprozesses eine Führung für denselben gewährleisten zu können. Hierbei sind die Führungsflächen durch eine polygonale Ausgestaltung der Stanzdorns unterhalb des Hinterschnitts auf ein Minimumreduziert, um auch hier nur kleine Berührungsflächen mit dem Stanzloch zu erreichen.
Zu erkennen ist ferner eine Werkzeugaufnahme 11, welche beliebig ausgestaltet sein kann.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stanzwerkzeugs 12.
Dieses weist einen Anschluss 13 für einen Druckerzeuger (nicht dargestellt). Der nicht dargestellte Druckerzeuger umfasst auch die Bedienelemente zum Einleiten des Stanzvorgangs.
Weiter zu erkennen ist das Gehäuse 14 eines Hilfskolbens, welcher dem Rücksetzen des Stanzstempels 1 dient. Zu erkennen ist, dass das Werkzeug als Handwerkzeug ausgebildet sein kann und einen Bügel 15 aufweist, innerhalb dessen Matrize 2 und Stanzstempel 1 gehalten sind.
Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung des Bereichs B der Fig. 4.
Zu erkennen ist die Matrize 2 sowie der Stanzstempel 1. Weiter zu erkennen ist ein Gegenhalter 16, welcher stirnseitig eine Abstützfläche 17 aufweist. Der Gegenhalter 16 dient gleichzeitig als Führungshülse für den Stanzstempel 1.
Fig. 6 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einzelner Bauteile des Werkzeugs.
Zu erkennen ist die Matrize 2 und der Gegenhalter 16, innerhalb welchem der Stanzstempel 1 geführt wird.
Weiter zu erkennen ist die Werkzeugaufnahme 11 des Stanzstempels, über die der Stanzstempel 1 mittels einer Kupplung 18 mit einem Hydraulikkolben des Werkzeugs verbunden wird (nicht dargestellt).
Zu erkennen ist ferner die ringförmig ausgebildete Stanzkrone 5, welche auf einen Fortsatz 19 des restlichen Stanzstempels 8 aufgesetzt wird. Die Stanzkrone 5 hat gegenüber dem Fortsatz 19 so viel Spiel, dass sie leicht aufgesetzt werden kann, nach dem Stanzen bei Rückziehen des Stanzstempels leicht abgestreift wird und sodann matrizenseitig herausfällt.
Hier zu sehen ist eine ringförmige Abstützfläche 21 des Stanzdorns 8, auf welcher die Stanzkrone 5 aufgelegt wird. Die Abstützfläche 21 steht quer, insbesondere senkrecht, zur Stanzrichtung.
Fig. 7 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines Stanzstempels 1, welcher nicht mehrteilig ausgebildet ist, also keine abnehmbare Stanzkrone aufweist. Die Schneidkante 20 ist Teil des einteiligen Stanzdorns 8. Unterhalb der Schneidkante 20 ist ein Hinterschnitt 9 angeordnet, durch welchen die Neigung zum Verklemmen nach Abschluss des Stanzvorgangs reduziert wird. Mittig ragt eine Spitze hervor. Unterhalb des Hinterschnitts 9 hat der Stanzstempel einen polygonalen Querschnitt.
Mithin hat der Stanzstempel im Wesentlichen dieselbe Geometrie wie die in den vorangehenden Zeichnungen dargestellte mehrteilige Ausführungsform.
Durch die Erfindung wurde es erstmals ermöglicht, Löcher in dicke, mehrlagige Bleche zu stanzen, ohne dass sich der Stanzstempel verklemmt. Weiter können durch die Erfindung auf überraschend einfache Weise die Kosten eines Stanzvorgangs reduziert werden.

Bezugszeichenliste

1 Stanzstempel
2 Matrize
3 Blech
4 Öffnung
5 Stanzkrone
6 Spitze
7 Stanzbutzen
8 Stanzdorn
9 Hinterschnitt
10 Fase
11 Werkzeugaufnahme
12 Stanzwerkzeug
13 Anschluss Druckerzeuger
14 Gehäuse Hilfskolben
15 Bügel
16 Gegenhalter
17 Abstützfläche
18 Kupplung
19 Fortsatz
20 Schneidkante
21 Abstützfläche

Claims

Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein vorzugsweise mehrlagiges Blech (3), wobei ein Stanzstempel (1) verwendet ist, der einen Hinterschnitt (9) aufweist und wobei zumindest ein Teil des Stanzstempels (1) nach dem Stanzen eines Lochs auf der Seite einer Matrize (2) entnommen wird oder herausfällt und sodann nur ein hinterschnittener Teil des Stanzstempels (1) durch das gestanzte Loch herausgezogen wird.
Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein Blech (3) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzstempel (1) verwendet wird, der einen Stanzdorn (8) mit einer aufgesetzten Stanzkrone (5) aufweist, wobei die Stanzkrone (5) einen größeren Durchmesser als der Stanzdorn (8) zumindest im Bereich seiner Eindringtiefe ins das Blech (3) aufweist und wobei die Stanzkrone (5) auf der Seite der Matrize (2) herausfällt.
Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein Blech (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blech (3) mit zumindest einer Aluminiumlage gestanzt wird.
Verfahren zum Stanzen von Löchern in ein Blech (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Loch in ein mehrlagiges Blech (3) mit einer Dicke von mehr als 3 mm, vorzugsweise mehr als 5 mm und besonders bevorzugt mehr als 7 mm gestanzt wird.