EP3846951B1 - Werkzeugbügel und vorrichtung zum kaltfügen - Google Patents

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EP3846951B1
EP3846951B1 EP19748775.4A EP19748775A EP3846951B1 EP 3846951 B1 EP3846951 B1 EP 3846951B1 EP 19748775 A EP19748775 A EP 19748775A EP 3846951 B1 EP3846951 B1 EP 3846951B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
tool
tool frame
outer edge
sections
Prior art date
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Active
Application number
EP19748775.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3846951A1 (de
Inventor
Michael Badent
Florian Schneider
Sascha SOMMER
Frederik Freudling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tox Pressotechnik GmbH and Co KG filed Critical Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Publication of EP3846951A1 publication Critical patent/EP3846951A1/de
Application granted granted Critical
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Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/30—Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding

Definitions

  • Devices or tools for cold forming or punching workpiece sections in particular made of a steel material, such as tools for riveting or full or semi-hollow punch riveting, clinching or clinching, pressing in or embossing, must meet different requirements.
  • Such tools regularly have pliers or a tool hanger or a so-called C-frame or C-bracket, which carries the corresponding tool elements that come into effect on the workpiece.
  • the design of the tools or the tool hangers must be based on the work processes to be managed with the tools, whereby the processes are precisely defined and short cycle times with high process reliability are desired.
  • the tools should in particular have low weights with the highest load capacity and should also be economically advantageous to produce. To achieve these goals, complex relationships must be taken into account in order to provide modern tools.
  • tool hangers are often used on industrial robots as mobile tools.
  • the object of the present invention is to provide a device or a tool of the type mentioned at the outset, whereby the device meets different requirement profiles and can be used variably and reliably.
  • the invention is based on a tool bracket for a device for cold joining, in particular for a cold joining tool, the tool bracket having two leg sections spaced apart from one another and a connecting section, a stamp unit of the device being able to be provided at a free end of a first leg section and at a free end At the end of a second leg section, a die unit of the device can be provided, so that when provided, the stamp unit and the die unit lie opposite one another and define a tool axis, and ends of the leg sections facing away from the free ends are connected to one another via the connecting section, the tool bracket having a first surface side and has a second surface side opposite the first surface side, an outer contour of the tool hanger being determined by an outer edge of the tool hanger in the transition between the two surface sides.
  • the workpiece that can be processed with the device can be positioned between the stamp unit and the opposite die unit.
  • a drive unit can be coupled to the stamp unit in such a way that a stamp of the stamp unit can be moved in a driven manner along a joining axis of the device.
  • the joining axis is defined by the device, which in particular generally coincides with a central longitudinal axis of the stamp.
  • the drive unit for The stamp is in particular an electric drive or a hydraulic or pneumatic or hydropneumatic drive with a linearly driven movable drive plunger which can be coupled to the stamp. It is also conceivable that the drive unit can be coupled to the die unit and that the die can be moved in a driven manner along the joining axis of the device. It is also conceivable that the drive unit can be coupled to the stamp unit and to the die unit, and that the stamp and the die can be moved in a driven manner along the joining axis of the device.
  • the device has a preferably programmable higher-level control unit for operational control of the device.
  • the control unit includes a computer or computer unit including software and communicates with different components such as sensor, measuring, actuating and/or drive units of the stamp and die unit.
  • the tool hanger comprises a reinforcing section which is present on the outer edge along the outer contour of the tool hanger, whereby, viewed over a course of the reinforcing section along the outer edge, there are several subsections of the reinforcing section, each with an associated thickness dimension of the subsection, wherein an extent of the respective sections along the outer edge and parallel to one side of the surface is at least 30 millimeters. Preferably, at least two sections with different thickness dimensions are provided.
  • the reinforcing section has an increased thickness or a greater material thickness or an accumulation of material compared to a generally uniform minimum thickness of the remaining areas of the tool hanger, which are in particular plate-shaped or part of a common plate.
  • the reinforcing section forms, for example, an at least almost closed loop along the outer edge.
  • a maximum permissible inclination or a maximum permissible radial offset of the tools on the tool hanger is maintained or undercut in a practical manner as a result of the tool hanger being bent open.
  • undesirable transverse forces on the tools can be reduced.
  • maximum permissible tool offsets and angular misalignments are maintained due to a spatial position-dependent deformation of the tool hanger as a result of its own weight and the weight of the tool components mounted on the hanger.
  • the tool hanger according to the invention advantageously absorbs comparatively high pressing forces despite its reduced overall weight.
  • the tool hanger according to the invention also makes it possible to influence the kinematics of the bending of the tool hanger, which cannot be completely avoided in practice, in such a way that the resulting spatial change in position of the tool parts in the case of work or loading occurs in a predominantly coaxial direction Joining or tool axis results. In this direction, deformation can be tolerated to a greater extent, since this can be compensated for with a comparatively less negative, longer working stroke of the working punch.
  • the tool holder is preferably made in one piece, in particular made of a steel material.
  • the tool holder is preferably made of a standard starting material such as. B. made from a flat plate-like material blank, for example made from a material plate or steel plate, for example machined from a steel blank by machining the steel blank.
  • the connecting section and the first and second beam sections are therefore advantageously formed in one piece.
  • the area of the free ends of the first leg section and / or the second leg section is at least approximately trapezoidal or not triangular in plan view of the respective surface side or the free ends are in particular not tapered, but have a free edge that is oblique or parallel runs to the tool axis.
  • the reinforcing section present in the edge area With the reinforcing section present in the edge area according to the invention, a concentration of material or an accumulation of material in selected areas of the tool hanger based on the overall extent of the bracket is advantageously carried out in a comparatively highly effective manner.
  • the additional tool hanger sections present in addition to the reinforcement section either have a comparatively lower use of material, i.e. can be made slimmer or thinner transversely to the surface sides, or other areas of the tool hanger can be saved, i.e. omitted, through material-free areas.
  • the complete tool hanger possibly apart from comparatively small areas such as connection sections for the stamp unit, the die unit, lines and / or a tool hanger holder, such as one end of a robot arm, essentially through the reinforcement section is formed or with only comparatively small areas outside the reinforcing section.
  • the tool hanger is made from sections that are cohesively connected to one another, e.g. B. by welding steel parts.
  • a minimum length of a section of at least 30 millimeters and possibly at least 5% of a total length of the outer edge is to be used as a basis for training that is suitable for practical use in the tool sector.
  • the reinforcement sections are either all immediately adjacent to one another, or two of the several reinforcement sections are interrupted by a non-reinforced area.
  • the plurality of reinforcing sections can either be immediately adjacent to one another or spaced apart by a minimum thickness of the There must be a non-reinforced intermediate section made of tool hanger material.
  • the at least almost entire outer edge can be reinforced in the same way and / or the reinforcing section is designed to be continuous over almost the entire outer contour of the tool holder, in particular to be uniform throughout, as far as the width of the reinforcing section is concerned.
  • the reinforcing section has a step-like thickness and/or width dimension, e.g. B. adapted to different areas of the tool hanger in different areas of the tool holder.
  • the width of the reinforcing section is in a range between 5mm and 150mm.
  • the reinforcing section changes continuously and/or in steps in the direction of and/or along the outer edge at one or more points on the outer edge.
  • the reinforcement section changes in its width dimension.
  • the reinforcing section changes in a direction normal to the surface sides and/or in an extension in a direction away from the edge inwards towards the surface sides.
  • the reinforcing section accordingly has a spatial extent with an extension direction in the direction of a thickness of the tool holder, i.e. transversely and/or normal to the surface sides, and a width extension in the direction of the planes spanned by the surface sides.
  • An outer contour can be understood as a course of an outer line of the floor plan of the tool hanger.
  • the mechanically reinforcing effect of the reinforcing section is based on an increase in the thickness of the material in the edge area, compared to an average thickness of the remaining areas of the surface sides.
  • the area of the reinforcement section on a respective surface side is, for example, based on this surface side, preferably approximately 5% to approximately 10% of the entire surface side, assuming that material-free areas within the outer contour of the tool hanger are also included in the surface side.
  • the areas of the tool holder remaining in relation to the reinforcing section have a consistently or on average a smaller thickness than the reinforcing section.
  • the reinforcing section is designed in coordination with the leg sections and the connecting section in such a way that an elastic deformation behavior of the first leg section and an elastic deformation behavior of the second leg section when the tool bracket is loaded, which corresponds to a load in the cold joining operation of the device, is predetermined.
  • the specification of the elastic deformation behavior of the leg sections is, for example, such that when the leg sections are elastically deformed, an offset between the punch axis and the tool axis and/or an offset of the die axis to the tool axis does not occur or is at least minimized.
  • the deformation can be such that the spatial position of the punch axis and the spatial position of the die axis change in the same amount and/or direction, preferably identically, when the tool holder is loaded during operation.
  • an angular offset between the die and/or punch axis to the tool axis in the loaded state remains preferably less than 5 degrees of angle, preferably less than 2 degrees of angle, in the tool holder according to the invention.
  • the reinforcing section and the leg sections are designed in such a way that an angular and/or radial offset between the punch axis and the die axis, or thus between the punch axis and the tool axis or between the die axis and the tool axis, is minimized or ideally or Depending on the size of the load, this is not relevant in practice.
  • a radial offset when the punch and die axes are aligned parallel to one another remains less than three millimeters, preferably less than one millimeter.
  • the reinforcing section is formed within an edge strip, the edge strip extending from the outer edge to a surface side section, the surface side section being spaced from the outer edge by at least 5 millimeters to a maximum of 150 millimeters.
  • the width at the corresponding points along the outer edge is the same on both sides of the surface, but it can also differ.
  • the reinforcing section preferably extends to the outer edge or forms the outer edge with its outer longitudinal side.
  • the reinforcing section it is possible for the reinforcing section to extend close to the outer edge or to be slightly spaced from it, for example by a few millimeters.
  • the tool bracket In the area of distance the tool bracket then has a thickness that is reduced to the thickness of the reinforcing section, for example a thickness corresponding to the thickness of the remaining surface side.
  • the tool hanger can have a comparatively narrow outer seam, which is thinner than the reinforcement section and whose width is z. B. is of the order of magnitude of the width of the reinforcing section, which is present on the outside of the reinforcing section.
  • the reinforcing section has areas with different but comparatively increased thicknesses, the thickness dimensions being above the average thickness of the remaining surface side.
  • the reinforcing section can be based not only on its length, but also, if necessary, on its width, for example.
  • B. have a first thickness and a second thickness, each of which is formed over, for example, half a width of the reinforcing section. Both thicknesses are e.g. B. between twice and three times larger than the average thickness of the remaining tool hanger.
  • a further advantage results from the fact that a thickness dimension of the reinforcing section of the tool hanger is larger than an average thickness dimension of the remaining part of the tool hanger.
  • the thickness dimension results transversely to planes spanned by the surface sides or by a distance between a first outside of the reinforcement section on one surface side and an opposite second outside of the reinforcement section on the other surface side.
  • the remaining part of the tool hanger preferably has exactly one thickness dimension, i.e. is uniform in its thickness over the entire extent.
  • any individual or few material-free areas or holes in the reinforcing section and the material-free areas in the remaining part of the tool hanger that are present according to the invention are not taken into account for determining the thickness of the reinforcing section or the average thickness, as if they were not present. For individual areas with increased thickness, this is calculated out using the average thickness measurement. Therefore, a few or individual or local locations of the remaining part of the tool hanger according to the invention can have a greater thickness than the thickness dimension of the reinforcing section.
  • the reinforcing section has between two and six sections in the direction of the longitudinal course of the outer edge, each with a different thickness dimension than the adjacent section. The respective thickness dimensions are larger than the average thickness dimension of the remaining part of the tool hanger. It is also conceivable that two or more of the multiple sections that are not adjacent to one another over the length of the reinforcing section have the same increased thickness.
  • spots that are free of material or other spots that are weakened in the material such as e.g. B. individual depressions or holes in the outer edge of the tool holder may be present, which correspond to the entire thickness and / or length of the edge reinforcement are not relevant in practice and are therefore not taken into account when determining the thickness.
  • Such material weakenings are not intentionally intended to save material, but merely serve other purposes or may be present at individual points in the reinforcement section, for example in order to attach additional components such as a cable to the tool hanger.
  • the reinforcing section is formed over at least 80 percent of the length of the outer edge of the tool hanger, preferably over at least 90 percent of the length of the outer edge of the tool hanger.
  • the outer edge which is closed in a loop-like manner, for example, which is based on the longitudinal direction of the outer edge, there can be, for example, an intermediate section which has no greater thickness or, accordingly, for example.
  • the average thickness of the remaining part of the tool hanger is designed, e.g. B. in the form of a short gap or interruption of the reinforcement section.
  • the shape of the course of the reinforcement section viewed over the outer edge length can be varied. This affects both the transitions between the sections with different thicknesses and the shape over the length of a section under consideration itself.
  • the transitions between the sections with different thicknesses can, for example, be continuous or discontinuous or abrupt.
  • the reinforcing section preferably has flat, flat upper or outer sides on both surface sides, as part of the surface sides.
  • the reinforcing section has a thickness that is at least twice as large as the average thickness of the remaining part of the tool hanger.
  • the reinforcing section has a thickness that is 2.5 to 5 times as large as the average thickness of the remaining part of the tool hanger.
  • the reinforcement section has a thickness that is more than approximately 300 percent larger than the average thickness of the remaining part of the tool hanger.
  • the excess thickness is preferably in a range between 100 percent and 500 percent based on the average thickness of the remaining tool hanger, for example approximately 300% based on the average thickness of the remaining tool hanger. This means that factors such as overall stiffness, total weight, mass distribution and/or deformation behavior of the tool bracket are advantageously taken into account.
  • the tool hanger has a total hanger height, which results from the distance between a free end of a leg and a point on the outer edge of the tool hanger in the direction of the longitudinal axis of the leg and perpendicular to the tool axis that can be provided on the tool hanger.
  • the total bracket height is between 25 centimeters and around 50 to 200 centimeters.
  • the reinforcing section relates to an edge region which is further away from the tool axis than a parallel to the tool axis that can be provided on the tool bracket, the parallel defining 20 percent of the bracket height.
  • the reinforcing section is preferably over an at least substantial length along the outer edge on the connecting section of the tool hanger entire outer edge on the connecting section of the tool hanger.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the thickness of the reinforcing section is between 30 millimeters and 150 millimeters. This creates a reinforcing section that is advantageous in practice.
  • a cross-sectional area of the reinforcing section is between 500 mm 2 and 7000 mm 2 . This refers to a point under consideration along the outer edge or to a central cross-sectional area.
  • the cross section is to be understood as a cut transverse to the longitudinal extent of the course along or in the direction of the outer edge.
  • a mean cross-sectional area over the entire length or extent of the reinforcing section results from two or more sections of the reinforcing section with different thicknesses, the length proportions of the respective reinforcing sections being taken into account.
  • the first leg section comprises two first beam sections, which are separated from one another by a first weakening section in the first leg section.
  • a material-saving design and weight-optimized design is achieved compared to a tool hanger without a weakening section.
  • a weakening of the material such as B. a material recess or a through hole or material-free window in the surface side brings on the one hand a material and weight saving and on the other hand a reduction in stability.
  • an elastic behavior of the respective material can also be consciously achieved via the size, shape and/or positioning of the material recess on the tool hanger Leg section or its beam sections are influenced or precisely specified. This is advantageous in terms of minimizing the radial offset and angular offset of the punch and die unit that occurs under load for ideal alignment.
  • the weakening section and thus the beam sections are advantageously designed in such a way that the deformation of the beam sections is predetermined.
  • the beam sections are advantageously comparatively much stiffer in their longitudinal direction against tension and pressure than against bending due to side loads.
  • the opposing or facing beam sections of the two leg sections deform under load in such a way that they each deform inwards or towards the weakening section.
  • the two outer beam sections deform to a comparatively smaller or not practical extent. This ensures that an angular deviation of both the axis of the stamp unit and the axis of the die unit relative to the tool or joining axis does not occur or only occurs to a minimal or tolerable extent.
  • the two beam sections of the two leg sections preferably each have a reinforcing section in the edge with an increased thickness.
  • the inner beam section preferably runs at least essentially in a straight line in its longitudinal direction transverse to the tool axis or is dented inwards towards the weakening section or is slightly bent inwards, i.e. looking from the outside onto the narrow side or onto the outer edge of the tool hanger is concave shaped.
  • the outer beam section is transverse to the tool axis in its longitudinal direction is preferably at least essentially rectilinear or comprises several rectilinear sections at an angle to one another or is curved outwards, i.e. is convexly shaped when viewed from the outside onto the narrow side or onto the outer edge of the tool holder.
  • the beam sections are deformed so elastically under load that the stamp or die unit attached to the ends of the beam sections move at least almost parallel or along the tool axis and do not tilt or tilt slightly relative to the tool axis or only to a tolerable extent incline.
  • a weakening section in the tool holder is a material recess or a hole area or a material-free area.
  • a surface of the surface side of the tool holder, which spans between the two first beam sections of the first leg section, is essentially formed by the weakening section.
  • the edge of the weakening section follows the outer contour or the outer edge of the tool hanger or the outer edge in the area of the first two beam sections over its predominant length, which is preferably designed as a reinforcing section.
  • the second leg section comprises two second beam sections, which are separated from one another by a second weakening section in the second leg section. The above applies accordingly to the first weakening area or to the first leg section.
  • the two first and the two second leg sections are coordinated with the two beam sections in such a way that both leg sections deform in an adapted manner, so that the spatial position of the punch axis and the spatial position of the die axis are the same, preferably identical, in amount and / or direction change when the tool bar is loaded during operation.
  • the first and second leg sections preferably have exactly one weakening section.
  • the connecting section preferably has exactly one weakening section.
  • the weakening section in the connecting section is preferably present adjacent to a part of the outer edge of the tool hanger or of the connecting section, the edges of the two inner beam sections of the first and second leg sections being connected to one another via the relevant part of the outer edge.
  • a connection point can protrude into the weakening section, which serves to attach the tool hanger to a movement unit or to a console for connection to a robot arm for moving the tool hanger in use, for example with screw holes for screwing the tool hanger to the robot arm.
  • the tool holder preferably has three weakening sections which are of the same order of magnitude relative to one another in terms of the area of the weakening sections.
  • the weakening sections are approximately triangular in plan shape, preferably with rounded corner areas.
  • the invention also extends to a device for cold joining, in particular to a cold joining tool, the device having a tool holder according to one of the above-described embodiments, with a stamp unit of the device at a free end of a first leg section and a stamp unit of the device at a free end of a second leg section a matrix unit of the device is present.
  • the stamp and the die unit are preferably detachable but can be firmly attached to the tool holder or exchanged.
  • the cold joining device is preferably designed as a robot-guided tool, for example a tool for riveting or full-piercing or semi-hollow punch riveting, for clinching or clinching, for pressing in or for embossing.
  • a drive unit that can be assigned to the stamp unit and/or the die unit is provided, the drive unit comprising a hydropneumatic drive with pressure transmission and/or an electric drive.
  • the work of the cold joining device takes place with the drive unit, which causes a relative movement between a punch of the punch unit and the die unit.
  • the forces and moments that occur are absorbed by the tool holder.
  • undesirable elastic deformations of the tool hanger under useful load can advantageously be minimized. This is necessary for the success of the cold joining process.
  • rivet connections, clinch connections or other cold joining processes can be carried out advantageously.
  • a tool hanger 1 according to the invention for a cold joining tool according to Figures 1 to 4 is preferably made in one piece and, for example, from a plate material blank, preferably machined from a steel material, for example.
  • the tool hanger 1 comprises two leg sections 2 and 3 spaced apart from one another and a connecting section 4.
  • a free end 5 of the first leg section 2 is for releasably but firmly holding a stamp unit 6 (see. Fig. 5 ) of the associated cold joining tool.
  • a free end 7 of the second leg section 3 is designed to releasably but firmly hold a die unit 8 of the associated cold joining tool.
  • the stamp unit 6 and the die unit 8 lie opposite each other and specify a tool axis W of the associated cold joining tool.
  • An approximately C-shaped or U-shaped outer contour 11 of the tool hanger 1 is determined by an outer edge 12 of the tool hanger 1.
  • the outer contour 11 is formed according to an externally circumferential narrow side of the tool hanger 1 in the transition between two surface sides 9 and 10 of the tool hanger 1.
  • a reinforcing section 13 of the tool holder 1 is formed with a respective thickness D1 or D2.
  • the outer contour 11 and thus the outer edge 12 point based on the top view of the surface side 9 according to Fig. 2 Counterclockwise to the following different positions S1 to S7. It is assumed that the point S3 coincides with the free end 7 and the point S6 with the free end 5.
  • the first leg section 2 is surrounded by the outer edge 12 between the points S5 and S7.
  • the second leg section 3 is surrounded by the outer edge 12 between points S2 and S4.
  • the connecting section 4, viewed counterclockwise along the outer contour 11, is accordingly surrounded by the remaining part of the outer edge 12 between the points S7 and S2 and bounded to the leg sections 2 and 3 by the line AA, which runs through the points S2 and S7.
  • the two leg sections 2 and 3 are spaced apart by the part of the outer edge 12 between the points S4 and S5, this part of the outer edge 12 delimiting an edge section of the connecting section 4.
  • the ends of the leg sections 2 and 3 facing away from the free ends 5 and 7, on the line AA between the points S7 and S5 in the leg section 2 and on the line AA between the points S4 and S2 in the leg section 3, are connected to one another via the connecting section 4 tied together.
  • the connecting section 4 extends to the in Fig. 2 shown virtual line AA or is limited by it.
  • the line AA runs parallel to the tool axis W.
  • the first surface side 9 of the tool hanger 1 is in Fig. 2 shown in plan view, with the second surface side 10 opposite the first surface side 9.
  • the tool hanger 1 includes the reinforcing section 13, which is present on the outer edge 12 along the outer contour 11 of the tool hanger 1. Viewed over a course of the reinforcing section 13 along the outer edge, the reinforcing section 13 has a plurality of here at least two sections, each with one associated thickness across the surface sides 9, 10. In the example of the tool hanger 1 shown, the reinforcing section 13 has two sections 14 and 15. Based on the view according to Fig.
  • the section 14 extends from the point S1 via S2 and S3 to the point S4 with an associated constant or uniform thickness dimension D1 of the section 14.
  • the transition between the two sections 14 and 15 or from the Thickness D1 to thickness D2 is preferably formed with a groove, which is particularly true in Fig. 1 can be seen at point S1.
  • the second section 15 accordingly extends from point S4 via S5, S6 and S7 to point S1 with an associated constant or uniform thickness dimension D2.
  • the thickness D1 is approximately 70% of the thickness D2.
  • the reinforcing section 13 is formed within an edge strip 16 and 17 with respect to the two surface sides 9 and 10, or an inner boundary of the reinforcing section 13 coincides with the inner edge of the edge strips 16, 17.
  • the edge strip 16 forms a loop-shaped, externally circumferential part of the first surface side 9 and the edge strip 17 forms part of the second surface side 10.
  • the two edge strips 16 and 17 lie opposite one another and are, for example, identical in their width B1 and B2.
  • the reinforcing section 13 can alternatively have a different width on the surface side 9 than on the surface side 10.
  • the width of the reinforcing section 13 or the width B1, B2 of the sections 14 and 15 is not constant, but rather this changes over the length of the relevant section 14 or 15 along the outer edge with an unchangeable thickness D1 or .D2.
  • the edge strip 16 or 17 with the reinforcing section 13 extends from the outer edge 12 to a line 18, the line 18 being spaced from the outer edge 12 by at least 5 millimeters to a maximum of 150 millimeters, which is a range of values for a Maximum value of the width B1 or B2.
  • the surface sides 9, 10 are flat and flat, apart from the edge reinforcement section 13 and the free ends 5 and 7.
  • the planes spanned by the surface sides 9 and 10 are preferably aligned parallel to one another.
  • the thickness D1 or D2 of the reinforcing section 13 is greater than an average thickness Dm of the remaining part of the tool bracket 13 (see Fig. 3 ).
  • the reinforcing section 13 is formed over almost the entire length of the outer edge 12 of the tool hanger 1. Only in the area of the free ends 5 and 7 is the outer edge 12 of the tool holder 1 adapted for the detachable attachment of the stamp unit 6 and the die unit 8. Therefore, the outer edge 12 can have a normal thickness over a comparatively short section at the free ends 5 and 7. have a smaller thickness than the thickness D1 or D2 of the reinforcing section 13.
  • the tool hanger 1 has a total hanger height H, which is the distance between the tool axis W that can be provided on the tool hanger 1 and a point P on a center line of the outer edge 12 of the tool hanger 1, the point P being on a center between the two Surface sides 9, 10 lie in the spanned central plane, in which the tool axis W also lies.
  • the reinforcing section 13 is preferably formed on the tool holder 1 at least over the part on the outer edge 12 which is in The height direction of the tool holder 1 from the tool axis W lies beyond a contour line parallel to the tool axis W, the contour line corresponding to a partial height H1, which makes up 20 percent of the total height H (see. Fig. 2 ).
  • the tool hanger 1 has a weakening section 19 in the first leg section 2 and a weakening section 20 in the second leg section 3 and a further weakening section 21 in the connecting section 4.
  • the weakening sections 19-21 which are each designed as a material-free area or as a material recess or opening, enable a material and thus weight saving of the tool hanger 1 with no practical adverse effect with regard to the mechanical stability values of the tool hanger 1 according to the invention in tool use.
  • the reduced stability associated with the weakening sections 19-20 is at least compensated for by the reinforcing section or an additional advantageous property of a predeterminable elastic behavior of the tool bracket or the leg sections is achieved when the tool formed with it is in use.
  • the weakening sections 19 and 20 result in a structure of the two leg sections 2 and 3, each with two beam sections 22, 23 and 24, 25, respectively.
  • the first leg section 2 has two first beam sections 22 and 23 and the second leg section 3 has two second beam sections 24 and 25.
  • the weakening sections 19-21 do not extend into the reinforcing section 13.
  • the weakening sections 19-21 are predominantly at a distance from the reinforcing section 13 on. Only the weakening sections 21 adjoins the reinforcing section 13 between points S4 and S5 over short distances.
  • an attachment point 26 such as a flat flange section 27 is provided, for example for connection to a robot arm.
  • Fig. 5 shows the stamp unit 6 with a stamp element 28 on the tool hanger 1 for use with a cold joining tool, which can be driven reversibly linearly in the direction R1 and R2 with a drive unit 30.
  • a cold joining tool which can be driven reversibly linearly in the direction R1 and R2 with a drive unit 30.
  • Opposite is the die unit 8 with a die element 29.
  • Fig. 5 The elastic deformation behavior of the tool holder 1 equipped with the punch and die unit 6, 8 is indicated in practical tool operation, for example in a riveting or clinch process.
  • the two leg sections 2 and 3 or their respective beam sections 22, 23 and 24, 25 deform in such a way that a bending effect of the tool hanger 1 or the leg sections 2, 3 is not disadvantageous in practice comes into effect.
  • the deformation of the beam sections 22-15 is in Fig. 5 highly schematized or unrealistic to an increased extent or indicated by dashed lines.
  • the beam sections 22-25 bend in such a way that advantageously a tool offset and an inclination or an axial offset is lower than with known tool hangers in tool use.
  • An absolute deformation of the leg sections 2, 3 in the direction of force or along the tool axis W can be comparatively greater in the tool holder 1 according to the invention when the tool is in use than in known arrangements, but this is not critical or can be compensated for by a slightly longer driven movement path of the stamp element 28.
  • the stamp unit 6 and thus the stamp element 28 moves in the tool insert, usually superimposed on the driven movement of the stamp element 28 in the direction R1 or R2, almost linearly or parallel to the tool axis W in the direction of R6 and back again towards R6 or without any practical inclination of the longitudinal axis of the stamp element 28 to the tool axis W.
  • the die unit 8 and thus the die element 29 moves in the direction of R8 and back again against R8, almost linearly or parallel to the tool axis W or without any practical inclination of the longitudinal axis of the die element 29 to the tool axis W.
  • the deformations V22 of the inner beam section 22 and the deformation V24 of the inner beam section 24 are based on the unloaded state according to Fig. 2 bent inwards towards the weakening section 19 or towards the weakening section 20 or concavely.
  • a corresponding deformation or bulging in The outer beam section 23 of the first leg section 2 and the outer beam section 25 of the second leg section 3 have the same direction, i.e. bulging outwards.
  • leg sections deform the other way around with an inwardly bent or inwardly convex bulge of inner narrow sides of leg sections of the known hangers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Workshop Equipment, Work Benches, Supports, Or Storage Means (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zum Kaltumformen oder Stanzen von Werkstückabschnitten insbesondere aus einem Stahlmaterial wie beispielsweise Werkzeuge zum Nieten bzw. Vollstanz- oder Halbhohlstanznieten, Durchsetzfügen bzw. Clinchen, Einpressen oder Prägen müssen unterschiedlichen Anforderungen genügen. Solche Werkzeuge weisen regelmäßig eine Zange bzw. einen Werkzeugbügel bzw. einen sogenannten C-Rahmen oder C-Bügel auf, welcher die entsprechenden Werkzeugelemente trägt, welche am Werkstück zur Wirkung kommen.
  • Für die Auslegung der Werkzeuge bzw. der Werkzeugbügel sind die mit den Werkzeugen zu bewältigenden Arbeitsprozesse zugrundezulegen, wobei die Prozesse exakt definiert sind und kurze Taktzeiten bei hoher Prozesssicherheit erwünscht ist. Die Werkzeuge sollen insbesondere geringe Gewichte bei höchster Belastbarkeit aufweisen und darüber hinaus wirtschaftlich vorteilhaft herstellbar sein. Zur Erreichung dieser Ziele sind komplexe Zusammenhänge zu berücksichtigen, um moderne Werkzeuge zur Verfügung stellen zu können.
  • Aufgrund hoher Automatisierung werden Werkzeugbügel häufig an Industrierobotern als deren Werkzeug mobil eingesetzt.
  • Die Broschüre "Stanzniettechnik für den modernen Mischbau - RIVSET Automation H", der Böllhoff Gruppe, 1. Januar 2016 (2016-01-01), abrufbar im Internet unter URL:https://media.boellhoff.com/files/pdf1/rivset-automation-h-de-6705.pdf , offenbart einen Werkzeugbügel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. ein Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, wobei die Vorrichtung unterschiedlichen Anforderungsprofilen gerecht wird und variabel und prozesssicher einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
  • Die Erfindung geht aus von einem Werkzeugbügel für eine Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere für ein Kaltfüge-Werkzeug, wobei der Werkzeugbügel zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte und einen Verbindungsabschnitt aufweist, wobei an einem freien Ende eines ersten Schenkelabschnitts eine Stempeleinheit der Vorrichtung bereitstellbar ist und an einem freien Ende eines zweiten Schenkelabschnitts eine Matrizeneinheit der Vorrichtung bereitstellbar ist, so dass im Bereitstellungsfall die Stempeleinheit und die Matrizeneinheit sich gegenüberliegen und eine Werkzeugachse vorgeben, und wobei von den freien Enden abgewandte Enden der Schenkelabschnitte über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der Werkzeugbügel eine erste Flächenseite aufweist und eine der ersten Flächenseite gegenüberliegende zweite Flächenseite aufweist, wobei eine Außenkontur des Werkzeugbügels durch einen Außenrand des Werkzeugbügels im Übergang zwischen den beiden Flächenseiten bestimmt ist.
  • Zwischen der Stempeleinheit und der gegenüberliegenden Matrizeneinheit ist das mit der Vorrichtung bearbeitbare Werkstück positionierbar. Eine Antriebseinheit ist derart mit der Stempeleinheit koppelbar, dass ein Stempel der Stempeleinheit entlang einer Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar ist. Die Fügeachse ist mit der Vorrichtung definiert, die insbesondere in der Regel mit einer zentralen Längsachse des Stempels zusammenfällt. Die Antriebseinheit für den Stempel ist insbesondere ein Elektroantrieb oder ein hydraulischer oder pneumatischer oder hydropneumatischer Antrieb mit einem linear angetrieben bewegbaren Antriebsstößel, der mit dem Stempel koppelbar ist. Vorstellbar ist auch, dass die Antriebseinheit mit der Matrizeneinheit koppelbar ist, dass die Matrize entlang der Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar ist. Denkbar ist auch, dass die Antriebseinheit mit der Stempeleinheit und mit der Matrizeneinheit koppelbar ist, dass der Stempel und die Matrize entlang der Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar sind.
  • Die Vorrichtung weist eine vorzugsweise programmierbare übergeordnete Kontrolleinheit zur Betriebskontrolle der Vorrichtung auf. Die Kontrolleinheit umfasst eine Rechner- bzw. Computereinheit samt Software und kommuniziert mit unterschiedlichen Komponenten wie Sensor-, Mess-, Stell- und/oder Antriebs-Einheiten der Stempel- und der Matrizeneinheit.
  • Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Werkzeugbügel einen Verstärkungsabschnitt umfasst, der am Außenrand entlang der Außenkontur des Werkzeugbügels vorhanden ist, wobei über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts entlang des Außenrandes betrachtet, mehrere Teilabschnitte des Verstärkungsabschnitts mit jeweils einer dazugehörigen Dickenabmessung des Teilabschnitts vorhanden sind, wobei eine Ausdehnung der jeweiligen Teilabschnitte entlang des Außenrandes und parallel zu einer Flächenseite jeweils mindestens 30 Millimeter beträgt. Vorzugsweise sind zumindest zwei Teilabschnitte mit unterschiedlicher Dickenabmessung vorgesehen. Der Verstärkungsabschnitt weist eine gegenüber einer in der Regel einheitlichen Mindestdicke der verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels, die insbesondere plattenförmig bzw. Teil einer gemeinsamen Platte sind, erhöhte Dicke bzw. eine größere Materialdicke bzw. eine Materialanhäufung auf.
  • Der Verstärkungsabschnitt bildet zum Beispiel eine zumindest nahezu geschlossene Schleife entlang des Außenrandes.
  • Damit wird die Struktur des Werkzeugbügels optimiert. Einerseits ist damit eine vorteilhafte Herstellung des Werkzeugbügels, insbesondere ein automatisierter Herstellvorgang mit bekannten Verfahren unter Verwendung von gängigen Materialien für den Werkzeugbügel wie z.B. Stahlmaterialien möglich, und andererseits ist eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität bzw. eine hohe Steifigkeit bei geringster Verformung bei minimiertem Materialeinsatz realisierbar.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel wird praxistauglich eine maximal zulässige Schrägstellung oder ein maximal zulässiger Radialversatz der Werkzeuge am Werkzeugbügel infolge einer Aufbiegung des Werkzeugbügels eingehalten bzw. unterschritten. In der Folge lassen sich unerwünschte Querkräfte auf die Werkzeuge vermindern. Außerdem werden im nicht arbeitenden Zustand des Werkzeugbügels maximal zulässige Werkzeugversätze und Winkelfehlstellungen durch eine raumlageabhängige Verformung des Werkzeugbügels infolge seiner eigenen Gewichtskraft und der Gewichtskrafteinwirkung der am Bügel montierten Werkzeugkomponenten eingehalten.
  • Insbesondere können weitere Vorteile bei dem Nutzeinsatz des Werkzeugbügels erreicht werden, insbesondere da das Gewicht und Außenabmessungen des Werkzeugbügels auch bei hochbelasteten Werkzeugbügeln vergleichsweise gering gehalten werden können. Daraus resultieren eine Reihe weiterer Vorteile, welche zum Beispiel die Prozessführung bzw. den Energieverbrauch des mit dem dazugehörigen Werkzeug ausführbaren Arbeitsprozess betreffen. Der gegenüber bekannten Werkzeugbügeln in Plattenform leichtere erfindungsgemäße Werkzeugbügel kann mit schwächeren und damit preisgünstigeren Industrierobotern bedient werden bzw. es fallen geringere Betriebskosten an, da ein niedrigerer Energieverbrauch durch das Beschleunigen und Verzögern des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels mit geringerer Masse möglich ist.
  • Der erfindungsgemäße Werkzeugbügel nimmt trotz reduziertem Gesamtgewicht vorteilhaft vergleichsweise hohe Presskräfte auf.
  • Der Werkzeugbügel gemäß der Erfindung macht es außerdem möglich, die Kinematik der Aufbiegung des Werkzeugbügels, die sich in der Praxis nicht vollständig vermeiden lässt, derart zu beeinflussen, dass die resultierende räumliche Lageveränderung der Werkzeugteile im Arbeits- bzw. Belastungsfall sich in überwiegend koaxialer Richtung zur Füge- bzw. Werkzeugachse ergibt. In dieser Richtung kann eine Verformung in einem stärkeren Maße toleriert werden, da dies mit einem vergleichsweise weniger negativen, längeren Arbeitshub des Arbeitsstempels kompensierbar ist.
  • Vorzugsweise ist der Werkzeugbügel einstückig, insbesondere aus einem Stahlmaterial. Bevorzugt ist der Werkzeugbügel aus einem Standard-Ausgangsmaterial wie z. B. einem flachen plattenartigen Materialrohling hergestellt, zum Beispiel aus einer Materialplatte bzw. Stahlplatte hergestellt, beispielsweise aus einem Stahlrohling durch eine spanabhebende Bearbeitung des Stahlrohlings herausgearbeitet. Der Verbindungsabschnitt und die ersten und zweiten Balkenabschnitte sind demgemäß vorteilhaft einstückig ausgebildet.
  • Der Bereich der freien Enden des ersten Schenkelabschnitts und/oder des zweiten Schenkelabschnitts ist in Draufsicht auf die jeweilige Flächenseite zumindest angenähert trapezförmig bzw. nicht dreiecksförmig bzw. die freien Enden sind insbesondere nicht spitz zulaufend, sondern weisen eine freie Kante auf, die schräg oder parallel zur Werkzeugachse verläuft.
  • Mit dem erfindungsgemäß vorhandenen Verstärkungsabschnitt im Randbereich wird vorteilhaft auf eine vergleichsweise hocheffektive Weise eine auf die Gesamtausdehnung des Bügels bezogene Materialkonzentration bzw. eine Materialanhäufung an ausgewählten Bereichen des Werkzeugbügels vorgenommen. Gegenüber bekannten Werkzeugbügeln kommen bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel die zum Verstärkungsabschnitt vorhandenen weiteren Werkzeugbügel-Abschnitte entweder mit einem vergleichsweise geringeren Materialeinsatz aus, können also quer zu den Flächenseiten schlanker bzw. dünner ausgeführt sein, oder es können weitere Bereiche des Werkzeugbügels eingespart also weggelassen werden, durch materialfreie Bereiche.
  • Im Grenzfall bzw. als Grenzkonstruktion ist es möglich, dass der komplette Werkzeugbügel, gegebenenfalls abgesehen von vergleichsweise kleinräumigen Bereichen wie zum Beispiel Anbindungsabschnitte für die Stempeleinheit, die Matrizeneinheit, Leitungen und/oder einen Werkzeugbügelhalter, wie ein Ende eines Roboterarms, im Wesentlichen durch den Verstärkungsabschnitt gebildet ist bzw. mit nur vergleichsweise kleinflächigen Bereichen außerhalb des Verstärkungsabschnitts.
  • Nicht ausgeschlossen ist, dass der Werkzeugbügel aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Abschnitten hergestellt ist, z. B. durch Verschweißen aus Stahlteilen.
  • Für eine im Werkzeugbereich praxistaugliche Ausbildung ist erfindungsgemäß eine Mindestlänge eines Teilabschnitts, von mindestens 30 Millimeter und möglicherweise etwa zumindest 5 % einer gesamten Länge des Außenrandes zugrundezulegen. Vorzugsweise sind mehrere solcher Verstärkungsabschnitte vorhanden. Die Verstärkungsabschnitte sind entweder alle unmittelbar benachbart zueinander, oder es sind zwei der mehreren Verstärkungsabschnitte durch einen nicht verstärkten Bereich unterbrochen. Demgemäß können die mehreren Verstärkungsabschnitte entweder unmittelbar aneinander angrenzend benachbart oder mit einem Abstand durch einen gegenüber einer Mindestdicke des Werkzeugbügel-Materials nicht verstärkten Zwischenabschnitt vorhanden sein.
  • Der zumindest nahezu gesamte Außenrand kann gleichartig verstärkt sein und/oder der Verstärkungsabschnitt ist über die nahezu gesamte Außenkontur des Werkzeugbügels durchgehend ausgebildet, insbesondere durchgehend einheitlich ausgebildet, was die Breite des Verstärkungsabschnitts angeht. Vorzugsweise weist der Verstärkungsabschnitt stufenartig änderndes Dicken- und/oder Breitenmaß auf, z. B. angepasst an in verschiedenen Bereichen des Werkzeugbügels jeweils unterschiedlich starke Belastungen im Werkzeugeinsatz. Vorzugsweise liegt die Breite des Verstärkungsabschnitts in einem Bereich zwischen 5mm und 150mm.
  • Zur optimalen Abstimmung des Werkzeugbügels ist es vorzugsweise so, dass sich der Verstärkungsabschnitt in Richtung und/oder entlang des Außenrandes kontinuierlich und/oder absatzartig an einer oder an mehreren Stellen des Außenrandes verändert. Z.B. verändert sich der Verstärkungsabschnitt in seiner Breitenabmessung. Beispielsweise verändert sich der Verstärkungsabschnitt in eine Richtung normal auf die Flächenseiten und/oder in einer Ausdehnung in Richtung vom Rand weg nach innen zu den Flächenseiten hin. Der Verstärkungsabschnitt weist demgemäß eine räumliche Ausdehnung mit einer Ausdehnungsrichtung in Richtung einer Dicke des Werkzeugbügels auf, also quer und/oder normal zu den Flächenseiten, und eine Breiten-Ausdehnung in Richtung der von den Flächenseiten aufgespannten Ebenen auf.
  • Als Außenkontur kann ein Verlauf einer Außenlinie des Grundrisses des Werkzeugbügels verstanden werden.
  • Die mechanisch verstärkende Wirkung des Verstärkungsabschnitts basiert erfindungsgemäß auf einer Dickenerhöhung des Materials im Randbereich, gegenüber einer mittleren Dicke der restlichen Bereiche der Flächenseiten. Die Fläche des Verstärkungsabschnitts auf einer jeweiligen Flächenseite beträgt zum Beispiel auf diese Flächenseite bezogen vorzugsweise circa 5 % bis circa 10 % der gesamten Flächenseite unter der Annahme, dass zur Flächenseite auch materialfreie Bereiche innerhalb der Außenkontur des Werkzeugbügels gerechnet werden.
  • Die zum Verstärkungsabschnitt verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels weisen durchgehend oder im Mittel eine geringere Dicke auf als der Verstärkungsabschnitt. Auch gegebenenfalls vorhandene punktuelle, linienförmige oder andere kleinflächige Bereiche mit erhöhter Dicke im Nicht-Randbereich, wie beispielsweise Rippen, Noppen usw. bedeuten in der Regel, dass die verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels trotzdem im rechnerischen Mittel eine geringere Dicke aufweisen als der Verstärkungsabschnitt.
  • Vorzugsweise ist der Verstärkungsabschnitt in Abstimmung auf die Schenkelabschnitte und den Verbindungsabschnitt derart ausgebildet, dass ein elastisches Verformungsverhalten des ersten Schenkelabschnitts und ein elastisches Verformungsverhalten des zweiten Schenkelabschnitts bei Belastung des Werkzeugbügels, die einer Belastung im Kaltfüge-Betrieb der Vorrichtung entspricht, vorgegeben ist. Die Vorgabe des elastischen Verformungsverhaltens der Schenkelabschnitte ist zum Beispiel derart, dass bei einer elastischen Verformung der Schenkelabschnitte ein Versatz zwischen der Stempelachse und der Werkzeugachse und/oder ein Versatz der Matrizenachse zur Werkzeugachse nicht auftritt oder zumindest minimiert ist. Die Verformung kann derart sein, dass die räumliche Lage der Stempelachse und die räumliche Lage der Matrizenachse sich in Betrag und/oder Richtung gleichartig, vorzugsweise identisch verändern bei Belastung des Werkzeugbügels im Betrieb.
  • Bei einem minimierten und in der Praxis nie vollständig ausschließbaren Versatz bleibt ein Winkel-Versatz zwischen Matrizen-und/oder Stempelachse zur Werkzeugachse im belasteten Zustand bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel vorzugsweise unter 5 Winkelgraden, vorzugsweise unter 2 Winkelgraden. Der Verstärkungsabschnitt und die Schenkelabschnitte sind so abgestimmt ausgebildet, dass ein winkliger und/oder radialer Versatz zwischen der Stempelachse und der Matrizenachse, bzw. damit zwischen der Stempelachse und der Werkzeugachse bzw. zwischen der Matrizenachse und der Werkzeugachse minimiert ist bzw. im Idealfall bzw. abhängig von der Größe der Belastung nicht praxisrelevant auftritt. Ein radialer Versatz bei paralleler Ausrichtung von Stempel- und Matrizenachse zueinander bleibt unter drei Millimetern, vorzugsweise unter einem Millimeter.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Verstärkungsabschnitt innerhalb eines Randstreifens ausgebildet ist, wobei sich der Randstreifen vom Außenrand bis zu einem Flächenseiten-Abschnitt erstreckt, wobei der Flächenseiten-Abschnitt vom Außenrand mindestens 5 Millimeter bis höchstens 150 Millimeter beabstandet ist.
  • Damit wird eine Breite des Verstärkungsabschnitts in Blickrichtung senkrecht auf bzw. bezogen auf die jeweilige Flächenseite des Werkzeugbügels vorgegeben. In der Regel ist die Breite an den sich entsprechenden Stellen entlang des Außenrandes auf beiden Flächenseiten gleich, kann sich aber auch unterscheiden.
  • Der Verstärkungsabschnitt reicht vorzugsweise bis an den Außenrand heran bzw. bildet mit seiner Außen-Längsseite den Außenrand.
  • Es ist aber möglich, dass der Verstärkungsabschnitt bis in die Nähe des Außenrandes reicht bzw. geringfügig davon beabstandet ist zum Beispiel um wenige Millimeter. Im Bereich des Abstandes weist der Werkzeugbügel dann eine zur Dicke des Verstärkungsabschnitts reduzierte Dicke auf, zum Beispiel eine Dicke entsprechend der Dicke der verbleibenden Flächenseite. Anders ausgedrückt kann der Werkzeugbügel einen vergleichsweise schmalen und zum Verstärkungsabschnitt dünneren und vergleichsweise schmalen Außensaum, der in der Breite z. B. in der Größenordnung der Breite des Verstärkungsabschnitts liegt, aufweisen, der außen anschließend an den Verstärkungsabschnitt vorhanden ist.
  • Der Verstärkungsabschnitt weist Bereiche mit unterschiedlicher aber vergleichsweise erhöhter Dicke auf, wobei die Dickenmaße jeweils über der mittleren Dicke der verbleibenden Flächenseite liegt. Der Verstärkungsabschnitt kann nicht nur bezogen auf seine Längenerstreckung, sondern gegebenenfalls auch auf seine Breite bezogen z. B. eine erste Dicke und eine zweite Dicke aufweisen, die über jeweils zum Beispiel eine halbe Breite des Verstärkungsabschnitts ausgebildet sind. Beide Dicken sind z. B. zwischen zweimal und dreimal größer als die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels.
  • Mit den verschiedenen Dicken des Verstärkungsabschnitts in Breitenrichtung bzw. in Richtung vom Außenrand des Werkzeugbügels nach innen ist zum Beispiel ein absatzartig oder kontinuierlich sich in der Dicke ändernder Verstärkungsabschnitt eingerichtet.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass ein Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts des Werkzeugbügels größer ist, als ein mittleres Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Das Dickenmaß ergibt sich quer zu von den Flächenseiten aufgespannten Ebenen bzw. durch einen Abstand zwischen einer ersten Außenseite des Verstärkungsabschnitts auf der einen Flächenseite und einer gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Verstärkungsabschnitts auf der anderen Flächenseite. Der verbleibende Teil des Werkzeugbügels weist vorzugsweise genau eine Dickenmaß auf, ist also einheitlich in seiner Dicke über die gesamte Ausdehnung. Gegebenenfalls vorhandene einzelne bzw. wenige materialfreie Bereiche bzw. Löcher im Verstärkungsabschnitt und die erfindungsgemäß vorhandenen materialfreien Bereiche im verbleibenden Teil des Werkzeugbügels werden zur Ermittlung des Dickenmaßes des Verstärkungsabschnitts bzw. des mittleren Dickenmaßes nicht berücksichtigt, als wären diese nicht vorhanden. Für einzelne Stellen mit erhöhter Dicke wird dies über die Zugrundelegung der mittleren Dickenmaßes herausgerechnet. Daher können wenige bzw. einzelne bzw. lokale Stellen des verbleibenden Teils des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels eine größere Dicke aufweisen als das Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts. Der Verstärkungsabschnitt weist erfindungsgemäß zwischen zwei und sechs Teilabschnitte in Richtung des Längsverslaufs des Außenrandes auf, mit jeweils einem zum benachbarten Teilabschnitt unterschiedlichen Dickenmaß auf. Dabei sind die jeweiligen Dickenmaße größer als das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Es ist auch denkbar, dass zwei oder mehr der mehreren Teilabschnitte, die nicht benachbart zueinander über die Länge des Verstärkungsabschnitts vorhanden sind, die gleiche erhöhte Dicke aufweisen.
  • Dies schließt grundsätzlich nicht aus, dass zumindest ein insbesondere vergleichsweise kurzer Abschnitt des Außenrandes kein erhöhtes Dickenmaß gegenüber dem mittleren Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels aufweist. Es kommt vielmehr auf die mechanische Gesamtkonstellation zwischen Außenrand bzw. Verstärkungsabschnitt und verbleibendem Teil des Werkzeugbügels an.
  • Bei der Dicke des Verstärkungsabschnitts können demgemäß punktuell materialfreie Stellen oder andere im Material geschwächte Stellen wie z. B. einzelne Vertiefungen oder Bohrungen im Außenrand des Werkzeugbügels vorhanden sein, welche gegenüber der gesamten Dicke und/oder Länge der Randverstärkung nicht praxisrelevant ins Gewicht fallen und daher nicht bei der Dickenmaßbestimmung berücksichtigt sind. Solche Materialschwächungen sind nicht bewusst zur Materialersparnis vorgesehen, sondern dienen lediglich anderen Zwecken bzw. sind möglicherweise an einzelnen Stellen im Verstärkungsabschnitt vorhanden, um zum Beispiel Zusatzkomponenten wie beispielsweise ein Kabel am Werkzeugbügel anzubringen.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung ist der Verstärkungsabschnitt über mindestens 80 Prozent der Länge des Außenrandes des Werkzeugbügels ausgebildet, vorzugsweise über mindestens 90 Prozent der Länge des Außenrandes des Werkzeugbügels ausgebildet.
  • Über die Länge des z.B. schlaufenartig geschlossen vorhandenen Außenrandes, was auf die Längsrichtung des Außenrandes bezogen ist, kann zum Beispiel ein Zwischenabschnitt vorhanden sein, der kein größeres Dickenmaß aufweist bzw. entsprechend z. B. dem mittleren Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels ausgestaltet ist, z. B. in der Art einer kurzen Lücke oder Unterbrechung des Verstärkungsabschnitts.
  • Die Gestalt des über die Außenrandlänge betrachteten Verlaufs des Verstärkungsabschnitts kann vielfältig sein. Dies betrifft sowohl die Übergänge zwischen den Teilabschnitten mit unterschiedlicher Dicke, als auch die Form über die Länge eines betrachteten Teilabschnitts selbst.
  • Die Übergänge zwischen den Teilabschnitten mit unterschiedlichem Dickenmaß können zum Beispiel kontinuierlich oder diskontinuierlich bzw. sprungartig sein.
  • Der Verstärkungsabschnitt weist auf beiden Flächenseiten vorzugsweise jeweils flache ebene Ober- bzw. Außenseiten auf, als Bestandteil der Flächenseiten.
  • Nach einem anderen Vorteil der Erfindung weist der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß auf, das mindestens doppelt so groß ist wie das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Vorzugsweise weist der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß auf, das 2,5 bis 5 mal so groß ist wie das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Damit ist der Werkzeugbügel im Hinblick auf sein mechanisches Verhalten vorteilhaft konzipiert.
  • Es ist weiter von Vorteil, wenn der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß aufweist, das mehr als circa 300 Prozent größer ist als das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Das Dickenübermaß liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 Prozent und 500 Prozent bezogen auf die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels, z.B. bei etwa 300% bezogen auf die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels. Damit sind Faktoren wie Gesamtsteifigkeit, Gesamtgewicht, Massenverteilung und/oder Verformungsverhalten des Werkzeugbügels vorteilhaft berücksichtigt.
  • Vorteilhafterweise weist der Werkzeugbügel eine Gesamt-Bügelhöhe auf, die sich aus dem Abstand zwischen einem freien Ende eines Schenkels und einem Punkt des Außenrandes des Werkzeugbügels in Richtung der Längsachse des Schenkels und senkrecht zur am Werkzeugbügel bereitstellbaren Werkzeugachse ergibt. Die Gesamt-Bügelhöhe beträgt abhängig vom Anwendungsfall zum Beispiel zwischen 25 Zentimeter bis circa 50 bis 200 Zentimeter.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass der Verstärkungsabschnitt einen Randbereich betrifft, welcher von der Werkzeugachse weiter entfernt ist, als eine Parallele zur am Werkzeugbügel bereitstellbaren Werkzeugachse, wobei die Parallele 20 Prozent der Bügelhöhe vorgibt.
  • Vorzugsweise ist der Verstärkungsabschnitt über eine zumindest wesentlichen Länge entlang des Außenrandes am Verbindungsabschnitt des Werkzeugbügels vorzugsweise über den gesamten Außenrand am Verbindungsabschnitt des Werkzeugbügels vorhanden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts zwischen 30 Millimeter und 150 Millimeter liegt. Damit ist ein in der Praxis vorteilhafter Verstärkungsabschnitt gebildet. Vorteilhafterweise beträgt eine Querschnittsfläche des Verstärkungsabschnitts zwischen 500 mm2 und 7000 mm2. Dies bezieht sich auf eine jeweils betrachtete Stelle entlang des Außenrandes oder auf eine mittlere Querschnittsfläche. Der Querschnitt ist als Schnitt quer zur Längserstreckung des Verlaufs entlang bzw. in Richtung des Außenrandes zu verstehen. Eine mittlere Querschnittsfläche über die gesamte Länge bzw. Erstreckung des Verstärkungsabschnitts ergibt sich bei zwei oder mehr unterschiedlich stark ausgebildeten Abschnitten des Verstärkungsabschnitts, wobei die Längenanteile der jeweiligen Verstärkungsabschnitte berücksichtigt werden.
  • Gemäß der der Erfindung umfassst der erste Schenkelabschnitt zwei erste Balkenabschnitte, welche durch einen ersten Schwächungsabschnitt im ersten Schenkelabschnitt voneinander getrennt sind. Damit wird eine optimierte Ausgestaltung des Werkzeugbügels im Hinblick insbesondere auf mechanische und herstellungstechnische Gesichtspunkte bereitgestellt. Insbesondere ist eine materialsparende Bauweise und gewichtsoptimierte Ausgestaltung erreicht gegenüber einem Werkzeugbügel ohne Schwächungsabschnitt. Eine Materialschwächung wie z. B. eine Materialaussparung bzw. ein Durchgangsloch oder materialfreies Fenster in der Flächenseite bringt einerseits eine Material- und Gewichtsersparnis und andererseits eine Stabilitätsreduzierung. Mit der Stabilitätsreduzierung kann außerdem bewusst, über die Größe, Form und/oder Positionierung der Materialaussparung am Werkzeugbügel, ein elastisches Verhalten des jeweiligen Schenkelabschnitts bzw. von dessen Balkenabschnitten beeinflusst bzw. exakt vorgegeben werden. Dies ist im Hinblick auf die Minimierung des bei Belastung auftretenden Radialversatzes und Winkelversatzes der Stempel- und der Matrizeneinheit zur idealen Ausrichtung vorteilhaft.
  • Der Schwächungsabschnitt und damit die Balkenabschnitte sind vorteilhaft so konzipiert, dass die Verformung der Balkenabschnitte vorgegeben ist. Die Balkenabschnitte sind vorteilhaft in ihrer Längsrichtung also gegen Zug und Druck vergleichsweise deutlich steifer als gegen Biegung durch Seitenlast. Die einander gegenüberliegenden bzw. zugewandten Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte verformen sich unter Last so, dass diese jeweils sich nach innen bzw. zum Schwächungsabschnitt hin verformen. Die beiden äußeren Balkenabschnitte verformen sich dagegen in einem vergleichsweise geringeren bzw. nicht praxisrelevanten Maß. Damit wird erreicht, dass vorteilhaft eine winklige Abweichung sowohl der Achse der Stempeleinheit als auch der Achse der Matrizeneinheit relativ zur Werkzeug- bzw. Fügeachse nicht oder nur in einem minimalen bzw. tolerierbaren Maß erfolgt. Dies wird durch die Auslegung bzw. Abstimmung der Schwächungsabschnitte und der lateral bzw. beidseitig an den jeweiligen Schwächungsabschnitt angrenzenden Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte erreicht. Die beiden Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte weisen vorzugsweise jeweils einen Verstärkungsabschnitt im Rand auf mit einem erhöhten Dickenmaß.
  • Für beide Schenkelabschnitte gilt, dass der innere Balkenabschnitt in seiner Längsrichtung quer zur Werkzeugachse vorzugsweise zumindest im Wesentlichen geradlinig verläuft oder nach innen zum Schwächungsabschnitt hin eingedellt bzw. nach innen leicht gebogen ist, also von außen auf die Schmalseite bzw. auf den Außenrand des Werkzeugbügels blickend konkav geformt ist.
  • Für beide Schenkelabschnitte gilt, dass der äußere Balkenabschnitt in seiner Längsrichtung quer zur Werkzeugachse vorzugsweise zumindest im Wesentlichen geradlinig ist oder mehrere winklig zueinander stehende geradlinige Abschnitte umfasst oder nach außen gewölbt, also von außen auf die Schmalseite bzw. auf den Außenrand des Werkzeugbügels blickend konvex geformt ist.
  • Damit werden die Balkenabschnitte vorgebbar so elastisch verformt unter Last, dass die an den Enden der Balkenabschnitte angebrachten Stempel- bzw. die Matrizeneinheit sich zumindest nahezu parallel bzw. entlang der Werkzeugachse bewegen und nicht oder nur in einem tolerierbaren Maß zur Werkzeugachse etwas verkippen bzw. sich schräg stellen.
  • Bei bekannten Werkzeugbügeln ohne Verstärkungsabschnitte und/oder ohne Materialaussparung in den Schenkelabschnitten z. B. mit massiven bzw. flächig geschlossenen Schenkelabschnitten findet ein Aufbiegen der gegenüberliegenden Enden der beiden Schenkelabschnitte und damit Verkippen der Stempel- und Matrizeneinheit in häufig einem nicht tolerierbaren bzw. nachteiligen Maß statt, so dass ein unerwünschter Winkelversatz der Stempel- und/oder der Matrizenachse zur Werkzeugachse eintritt, was unerwünscht ist. Der erfindungsgemäße Werkzeugbügel vermeidet die genannten Nachteile der bekannten Werkzeugbügel.
  • Erfindungsgemäß ist ein Schwächungsabschnitt im Werkzeugbügel eine Materialausnehmung bzw. ein Lochbereich bzw. ein materialfreier Bereich.
  • Erfindungsgemäß ist eine Fläche der Flächenseite des Werkzeugbügels, die sich zwischen den zwei ersten Balkenabschnitten des ersten Schenkelabschnitts aufspannt, im Wesentlichen durch den Schwächungsabschnitt gebildet. Vorzugsweise von einer gesamten Fläche zwischen den zwei ersten Balkenabschnitten circa 70 bis 90 Prozent durch den Schwächungsabschnitt gebildet, also erfindungsgemäß durch eine Materialöffnung bzw. ein Materialfenster gebildet. Der Rand des Schwächungsabschnitts folgt über seine überwiegende Länge der Außenkontur bzw. dem Außenrand des Werkzeugbügels bzw. dem Außenrand im Bereich der beiden ersten Balkenabschnitte, der vorzugsweise als Verstärkungsabschnitt ausgebildet ist.
  • Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der zweite Schenkelabschnitt zwei zweite Balkenabschnitte umfasst, welche durch einen zweiten Schwächungsabschnitt im zweiten Schenkelabschnitt voneinander getrennt sind. Hierbei gilt das Vorgesagte zum ersten Schwächungsbereich bzw. zum ersten Schenkelabschnitt entsprechend.
  • Vorzugsweise sind die beiden ersten und die beiden zweiten Schenkelabschnitte mit den jeweils zwei Balkenabschnitten derart abgestimmt, dass beide Schenkelabschnitte sich angepasst verformen, so dass sich die räumliche Lage der Stempelachse und die räumliche Lage der Matrizenachse sich in Betrag und/oder Richtung gleichartig, vorzugsweise identisch verändern bei Belastung des Werkzeugbügels im Betrieb.
  • Bevorzugt weit der erste und der zweite Schenkelabschnitt genau einen Schwächungsabschnitt auf.
  • Gemäß einem vorteilhaft ausgestalteten Werkzeugbügel weist der Verbindungsabschnitt vorzugsweise genau einen Schwächungsabschnitt auf. Der Schwächungsabschnitt im Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise anschließend an einen Teil des Außenrandes des Werkzeugbügels bzw. des Verbindungsabschnitts vorhanden, wobei über den betreffenden Teil des Außenrandes die Ränder der beiden innenliegenden Balkenabschnitte des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts miteinander verbunden sind. In den Schwächungsabschnitt kann eine Anbindungsstelle vorstehen, die zur Anbringung des Werkzeugbügels an einer Bewegungseinheit bzw. an einer Konsole zur Verbindung mit einem Roboterarm zur Bewegung des Werkzeugbügels im Nutzeinsatz dient, zum Beispiel mit Schraublöchern zum Anschrauben des Werkzeugbügels an dem Roboterarm.
  • Der Werkzeugbügel weist vorzugsweise drei Schwächungsabschnitte auf, die zueinander in der gleichen Größenordnung ausgebildet sind, was die Fläche der Schwächungsabschnitte angeht. Die Schwächungsabschnitte sind in der Grundrissform angenähert dreieckförmig, vorzugsweise mit jeweils abgerundet ausgebildeten Eckbereichen.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere auf ein Kaltfüge-Werkzeug, wobei die Vorrichtung einen Werkzeugbügel nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen aufweist, wobei an einem freien Ende eines ersten Schenkelabschnitts eine Stempeleinheit der Vorrichtung und an einem freien Ende eines zweiten Schenkelabschnitts eine Matrizeneinheit der Vorrichtung vorhanden ist. Die Stempel- und die Matrizeneinheit sind vorzugsweise lösbar aber fest an dem Werkzeugbügel anbringbar bzw. austauschbar. Die Kaltfüge-Vorrichtung ist vorzugsweise als robotergeführtes Werkzeug ausgeführt zum Beispiel ein Werkzeug zum Nieten bzw. Vollstanz- oder Halbhohlstanznieten, zum Durchsetzfügen bzw. Clinchen, zum Einpressen oder zum Prägen.
  • Schließlich ist es vorteilhaft, dass eine der Stempeleinheit und/oder der Matrizeneinheit zuordenbare Antriebseinheit vorgesehen ist, wobei die Antriebseinheit einen hydropneumatischen Antrieb mit Druckübersetzung und/oder einen elektrischen Antrieb umfasst.
  • Mit der Antriebseinheit, die eine Relativbewegung zwischen einem Stempel der Stempeleinheit und der Matrizeneinheit bewirkt, erfolgt die Arbeit der Kaltfüge-Vorrichtung. Auftretende Kräfte und Momente werden dabei vom Werkzeugbügel aufgenommen. Mit dem Verstärkungsabschnitt des Werkzeugbügels lassen sich vorteilhaft unerwünschte elastische Verformungen des Werkzeugbügels unter Nutzbelastung minimieren. Dies ist für das Gelingen des Kaltfügeprozesses notwendig. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich Nietverbindungen, Clinchverbindungen oder andere Kaltfügeprozesse vorteilhaft ausführen.
    • Figurenbeschreibung
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand von in den Figuren schematisiert dargestellten erfindungsgemäßen Anordnungen erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Werkzeugbügel in einer Ansicht auf eine werkzeugabgewandte Schmalseite des Werkzeugbügels,
    Fig. 2
    den Werkzeugbügel aus Fig. 1 in einer Ansicht auf eine Flächenseite des Werkzeugbügels,
    Fig.3
    den Werkzeugbügel im Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 2,
    Fig. 4
    den Werkzeugbügel gemäß der Fig. 1-3 in einer perspektivischen Ansicht und
    Fig. 5
    den Werkzeugbügel gemäß der Fig. 1-4, an dem eine Stempeleinheit und eine Matrizeneinheit aufgenommen sind.
  • Ein erfindungsgemäßer Werkzeugbügel 1 für ein Kaltfüge-Werkzeug gemäß der Figuren 1 bis 4 ist vorzugsweise einstückig und beispielsweise aus einem Plattenmaterial-Rohling hergestellt, vorzugsweise aus einem Stahlmaterial zum Beispiel herausgearbeitet. Der Werkzeugbügel 1 umfasst zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte 2 und 3 und einen Verbindungsabschnitt 4.
  • Ein freies Ende 5 des ersten Schenkelabschnitts 2 ist zur lösbaren aber festen Aufnahme einer Stempeleinheit 6 (s. Fig. 5) des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs ausgebildet. Ein freies Ende 7 des zweiten Schenkelabschnitts 3 ist zur lösbaren aber festen Aufnahme einer Matrizeneinheit 8 des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs ausgebildet. Bei dem für die Werkzeugnutzung ausgestatteten Werkzeugbügel 1 mit daran aufgenommener Stempeleinheit 6 und Matrizeneinheit 8 gemäß Fig. 5 liegen sich die Stempeleinheit 6 und die Matrizeneinheit 8 gegenüber und geben eine Werkzeugachse W des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs vor.
  • Eine angenähert C-förmige oder U-förmige Außenkontur 11 des Werkzeugbügels 1 ist durch einen Außenrand 12 des Werkzeugbügels 1 bestimmt. Die Außenkontur 11 ist gemäß einer außen umlaufenden Schmalseite des Werkzeugbügels 1 im Übergang zwischen zwei Flächenseiten 9 und 10 des Werkzeugbügels 1 gebildet. Im an den Außenrand 12 heranreichenden Bereich bzw. im Nahbereich des Außenrandes 12 ist ein Verstärkungsabschnitt 13 des Werkzeugbügels 1 mit einer jeweiligen Dicke D1 bzw. D2 gebildet. Die Außenkontur 11 und damit der Außenrand 12 weisen bezogen auf die Draufsicht auf die Flächenseite 9 gemäß Fig. 2 gegen den Uhrzeigersinn nacheinander folgende verschiedene Stellen S1 bis S7 auf. Dabei wird zugrundegelegt, dass die Stelle S3 mit dem freien Ende 7 und die Stelle S6 mit dem freien Ende 5 zusammenfällt.
  • Gemäß Fig. 2, gegen den Uhrzeigersinn entlang der Außenkontur 11 betrachtet, ist der ersten Schenkelabschnitt 2 umrandet vom Außenrand 12 zwischen den Stellen S5 und S7. Der zweite Schenkelabschnitt 3 ist umrandet vom Außenrand 12 zwischen den Stellen S2 und S4. Der Verbindungsabschnitt 4, gegen den Uhrzeigersinn entlang der Außenkontur 11 betrachtet, wird demgemäß vom verbleibenden Teil des Außenrandes 12 zwischen den Stellen S7 und S2 umrandet und zu den Schenkelabschnitten 2 und 3 begrenzt durch die Linie A-A, die durch die Stellen S2 und S7 verläuft. Die beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 sind durch den Teil des Außenrandes 12 zwischen den Stellen S4 und S5 beabstandet, wobei dieser Teil des Außenrandes 12 einen Randabschnitt des Verbindungsabschnitts 4 begrenzt.
  • Die von den freien Enden 5 und 7 abgewandte Enden der Schenkelabschnitte 2 und 3, auf der Linie A-A zwischen den Stellen S7 und S5 beim Schenkelabschnitt 2 und auf der Linie A-A zwischen den Stellen S4 und S2 beim Schenkelabschnitt 3, sind über den Verbindungsabschnitt 4 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 4 reicht bis an die in Fig. 2 dargestellte virtuelle Linie A-A heran bzw. wird von dieser begrenzt. Die Linie A-A verläuft parallel versetzt zur Werkzeugachse W.
  • Die erste Flächenseite 9 des Werkzeugbügels 1 ist in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt, wobei die zweite Flächenseite 10 der ersten Flächenseite 9 gegenüberliegt. Der Werkzeugbügel 1 umfasst den Verstärkungsabschnitt 13, der am Außenrand 12 entlang der Außenkontur 11 des Werkzeugbügels 1 vorhanden ist. Über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts 13 entlang des Außenrandes betrachtet, weist der Verstärkungsabschnitt 13 mehrere hier zumindest zwei Teilabschnitte mit jeweils einer dazugehörigen Dicke quer zu den Flächenseiten 9, 10 auf. Im dargestellten Beispiel des Werkzeugbügels 1 weist der Verstärkungsabschnitt 13 zwei Teilabschnitte 14 und 15 auf. Ausgehend von der Ansicht gemäß Fig. 2 und entlang der Außenkontur 11 gegen den Uhrzeigersinn reicht der Teilabschnitt 14 von der Stelle S1 über S2 und S3 bis zur Stelle S4 mit einer dazugehörigen gleichbleibenden bzw. einheitlichen Dickenabmessung D1 des Teilabschnitts 14. Der Übergang zwischen den beiden Teilabschnitten 14 und 15 bzw. von der Dicke D1 auf die Dicke D2 ist vorzugsweise mit einer Hohlkehle ausgebildet, was insbesondere in Fig. 1 an der Stelle S1 ersichtlich ist.
  • Der zweite Teilabschnitt 15 reicht demgemäß von der Stelle S4 über S5, S6 und S7 bis zur Stelle S1 mit einer dazugehörigen gleichbleibenden bzw. einheitlichen Dickenabmessung D2. Die Dicke D1 beträgt etwa 70 % der Dicke D2.
  • Der Verstärkungsabschnitt 13 ist bezogen auf die beiden Flächenseiten 9 und 10 innerhalb eines Randstreifens 16 bzw. 17 ausgebildet bzw. eine innere Grenze des Verstärkungsabschnitts 13 fällt mit dem inneren Rand der Randstreifen 16, 17 zusammen. Der Randstreifen 16 bildet einen schlaufenförmigen außen umlaufenden Teil der ersten Flächenseite 9 und der Randstreifen 17 bildet einen Teil der zweiten Flächenseite 10. Die beiden Randstreifen 16 und 17 liegen sich gegenüber und sind beispielhaft identisch in ihrer Breite B1 und B2. Der Verstärkungsabschnitt 13 kann alternativ auf der Flächenseite 9 eine andere Breite aufweisen als auf der Flächenseite 10.
  • Bei dem Werkzeugbügel 1 ist die Breite des Verstärkungsabschnitts 13 bzw. die Breite B1, B2 der Teilabschnitte 14 bzw. 15 nicht gleichbleibend, sondern diese verändert sich über die Länge des betreffenden Teilabschnitts 14 bzw. 15 entlang des Außenrandes bei hier beispielhafter unveränderlicher Dicke D1 bzw. D2.
  • Innerhalb der Flächenseite 9 bzw. 10 erstreckt sich der Randstreifen 16 bzw. 17 mit dem Verstärkungsabschnitt 13 vom Außenrand 12 bis zu einer Linie 18, wobei die Linie 18 vom Außenrand 12 mindestens 5 Millimeter bis höchstens 150 Millimeter beabstandet ist, was einen Wertebereich für einen Maximalwert der Breite B1 bzw. B2 vorgibt.
  • Die Flächenseiten 9, 10 sind abgesehen vom randseitigen Verstärkungsabschnitt 13 und den freien Enden 5 und 7 flach und eben gestaltet. Vorzugsweise sind die von den Flächenseiten 9 und 10 jeweils aufgespannten Ebenen parallel zueinander ausgerichtet.
  • Die Dicke D1 bzw. D2 des Verstärkungsabschnitts 13 ist größer, als ein mittleres Dickenmaß Dm des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels 13 (siehe Fig. 3).
  • Der Verstärkungsabschnitt 13 ist über die nahezu gesamte Länge des Außenrandes 12 des Werkzeugbügels 1 ausgebildet. Lediglich im Bereich der freien Enden 5 und 7 ist der Außenrand 12 des Werkzeugbügels 1 angepasst zur lösbaren Anbringung der Stempeleinheit 6 und der Matrizeneinheit 8. Daher kann der Außenrand 12 über einen vergleichsweise kurzen Abschnitt an den freien Enden 5 und 7 eine normale Dicke bzw. eine geringere Dicke als die Dicke D1 bzw. D2 des Verstärkungsabschnitts 13 aufweisen.
  • Der Werkzeugbügel 1 weist eine Gesamt-Bügelhöhe H auf, die sich aus dem Abstand zwischen der am Werkzeugbügel 1 bereitstellbaren Werkzeugachse W und einem Punkt P auf einer Mittellinie des Außenrandes 12 des Werkzeugbügels 1, wobei der Punkt P auf einer mittig zwischen den von den beiden Flächenseiten 9, 10 aufgespannten Mittelebene liegt, in welcher auch die Werkzeugachse W liegt.
  • Der Verstärkungsabschnitt 13 ist am Werkzeugbügel 1 vorzugsweise zumindest über den Teil am Außenrand 12 ausgebildet, der in Höhenrichtung des Werkzeugbügels 1 von der Werkzeugachse W jenseits einer zur Werkzeugachse W parallele Höhenlinie liegt, wobei die Höhenlinie einer Teilhöhe H1 entspricht, welche 20 Prozent der Gesamthöhe H ausmacht (s. Fig. 2). Dies bedeutet, dass ein Teil der Schenkelabschnitte 2, 3 im Bereich der freien Enden 5, 7 ohne Verstärkungsabschnitt 13 ausgebildet ist, was der Anbringung der Stempel- bzw. Matrizeneinheit 6, 8 geschuldet ist.
  • Der Werkzeugbügel 1 weist einen Schwächungsabschnitt 19 im ersten Schenkelabschnitt 2 und einen Schwächungsabschnitt 20 im zweiten Schenkelabschnitt 3 und einen weiteren Schwächungsabschnitt 21 im Verbindungsabschnitt 4 auf. Die jeweils als materialfreier Bereich bzw. als Materialausnehmung oder Öffnung ausgebildete Schwächungsabschnitte 19-21 ermöglichen eine Material- und damit Gewichtsersparnis des Werkzeugbügels 1 bei keiner praxisrelevanten nachteiligen Auswirkung hinsichtlich der mechanischen Stabilitätswerte des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels 1 im Werkzeug-Nutzeinsatz. Die mit den Schwächungsabschnitten 19-20 einhergehende reduzierte Stabilität wird durch den Verstärkungsabschnitt zumindest kompensiert bzw. es wird eine zusätzliche vorteilhafte Eigenschaft eines vorgebbaren Elastizitätsverhaltens des Werkzeugbügels bzw. der Schenkelabschnitte im Nutzeinsatz des damit gebildeten Werkzeugs erreicht.
  • Mit den Schwächungsabschnitten 19 und 20 ergibt sich ein Aufbau der beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 mit jeweils zwei Balkenabschnitten 22, 23 bzw. 24, 25.
  • So weist der erste Schenkelabschnitt 2 zwei erste Balkenabschnitte 22 und 23 und der zweite Schenkelabschnitt 3 zwei zweite Balkenabschnitte 24 und 25 auf.
  • Die Schwächungsabschnitte 19-21 reichen nicht bis in den Verstärkungsabschnitt 13 hinein. Die Schwächungsabschnitte 19-21 weisen zu dem Verstärkungsabschnitt 13 überwiegend einen Abstand auf. Lediglich der Schwächungsabschnitte 21 grenzt über kurze Strecken an den Verstärkungsabschnitt 13 zwischen den Stellen S4 und S5 heran.
  • An dem Verstärkungsabschnitt 13 zwischen den Stellen S4 und S5 ist eine Anbringstelle 26 wie beispielsweise ein flacher Flanschabschnitt 27 zum Beispiel für die Verbindung mit einem Roboterarm vorgesehen.
  • Fig. 5 zeigt an dem Werkzeugbügel 1 für einen Einsatz bei einem Kaltfüge-Werkzeug die Stempeleinheit 6 mit einem Stempelelement 28, das in Richtung R1 und R2 reversibel linear mit einer Antriebseinheit 30 antreibbar ist. Gegenüber ist die Matrizeneinheit 8 mit einem Matrizenelement 29 vorhanden. Ein mit dem Kaltfüge-Werkzeug bearbeitbares Werkstück wie zwei oder mehr Blechlagen, die zur Bearbeitung zwischen einem freien Ende des Stempelelements 28 und dem Matrizenelement 29 einklemmbar ist, ist in Fig. 5 nicht dargestellt.
  • In Fig. 5 ist das elastische Verformungsverhalten des mit der Stempel- und Matrizeneinheit 6, 8 ausgestatteten Werkzeugbügels 1 im Werkzeug-Praxisbetrieb zum Beispiel bei einem Niet- oder Clinchprozess angedeutet.
  • Unter Belastung des Werkzeugbügels 1 bei arbeitendem Werkzeug verformen sich die beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 bzw. deren jeweilige Balkenabschnitte 22, 23 bzw. 24, 25 derart, dass ein Aufbiegungseffekt des Werkzeugbügels 1 bzw. der Schenkelabschnitte 2, 3 in der Praxis nicht nachteilig zur Geltung kommt.
  • Die Verformung der Balkenabschnitte 22-15 ist in Fig. 5 stark schematisiert bzw. unrealistisch in einem verstärkten Maß bzw. gestrichelt angedeutet. Die Verformung V22 für die Verformung des Balkenabschnitts 22, die Verformung V23 für die Verformung des Balkenabschnitts 23, die Verformung V24 für die Verformung des Balkenabschnitts 24 und die Verformung V25 für die Verformung des Balkenabschnitts 25.
  • Durch die Verformungen V22 bis V25, die im Wesentlichen bestimmt sind durch die Ausbildung und gegenseitige Abstimmung der Schwächungsabschnitte 19, 20 und 21 und den Verstärkungsabschnitt 13, verbiegen sich die Balkenabschnitte 22-25 so, dass vorteilhaft ein Werkzeugversatz und eine Schrägstellung bzw. ein Achsversatz geringer ist als bei bekannten Werkzeugbügeln im Werkzeugeinsatz. Eine absolute Verformung der Schenkelabschnitte 2, 3 in Kraftrichtung bzw. entlang der Werkzeugachse W kann bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel 1 im Werkzeugeinsatz vergleichsweise größer sein als bei bekannten Anordnungen, was aber unkritisch ist bzw. durch einen etwas längeren angetriebenen Bewegungsweg des Stempelelements 28 kompensierbar ist.
  • Aufgrund der angedeuteten Verformungen V22-V25 der Balkenabschnitte 22-25 bewegt sich im Werkzeugeinsatz die Stempeleinheit 6 und damit das Stempelelement 28, in der Regel überlagert zur angetriebenen Bewegung des Stempelelements 28 in Richtung R1 bzw. R2, nahezu linear bzw. parallel zur Werkzeugachse W in Richtung R6 und wieder zurück entgegen R6 bzw. ohne praxisrelevante Schrägstellung der Längsachse des Stempelelements 28 zur Werkzeugachse W.
  • Entsprechend bewegt sich im Werkzeugeinsatz die Matrizeneinheit 8 und damit das Matrizenelement 29 in Richtung R8 und wieder zurück entgegen R8, nahezu linear bzw. parallel zur Werkzeugachse W bzw. ohne praxisrelevante Schrägstellung der Längsachse des Matrizenelements 29 zur Werkzeugachse W.
  • Die Verformungen V22 des inneren Balkenabschnitts 22 und die Verformung V24 des inneren Balkenabschnitts 24 sind bezogen auf den unbelasteten Zustand gemäß der Fig. 2 nach innen zum Schwächungsabschnitt 19 bzw. zum Schwächungsabschnitt 20 hin bzw. konkav gebogen. Eine entsprechende Verformung bzw. Ausbeulung in die gleiche Richtung weist der äußere Balkenabschnitt 23 des ersten Schenkelabschnitts 2 und der äußere Balkenabschnitt 25 des zweiten Schenkelabschnitts 3 auf, also nach außen ausbeulend.
  • Bei bekannten Werkzeugbügeln insbesondere in einheitlich plattenförmiger Konstruktion ohne insbesondere bewusst dahingehend ausgebildete Schwächungsabschnitte verformen sich die Schenkelabschnitte gerade anders herum mit einer nach innen gebogenen bzw. nach innen konvexen Ausbeulung von inneren Schmalseiten von Schenkelabschnitten der bekannten Bügel.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Werkzeugbügel
    2
    Schenkelabschnitt
    3
    Schenkelabschnitt
    4
    Verbindungsabschnitt
    5
    Ende
    6
    Stempeleinheit
    7
    Ende
    8
    Matrizeneinheit
    9
    Flächenseite
    10
    Flächenseite
    11
    Außenkontur
    12
    Außenrand
    13
    Verstärkungsabschnitt
    14
    Teilabschnitt
    15
    Teilabschnitt
    16
    Randstreifen
    17
    Randstreifen
    18
    Linie
    19
    Schwächungsabschnitt
    20
    Schwächungsabschnitt
    21
    Schwächungsabschnitt
    22
    Balkenabschnitt
    23
    Balkenabschnitt
    24
    Balkenabschnitt
    25
    Balkenabschnitt
    26
    Anbringstelle
    27
    Flanschabschnitt
    28
    Stempelelement
    29
    Matrizenelement
    30
    Antriebseinheit

Claims (13)

  1. Werkzeugbügel (1) für eine Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere für ein Kaltfüge-Werkzeug, wobei der Werkzeugbügel (1) zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte (2, 3) und einen Verbindungsabschnitt (4) aufweist, wobei an einem freien Ende (5) eines ersten Schenkelabschnitts (2) eine Stempeleinheit (6) der Vorrichtung bereitstellbar ist und an einem freien Ende (7) eines zweiten Schenkelabschnitts (3) eine Matrizeneinheit (8) der Vorrichtung bereitstellbar ist, so dass im Bereitstellungsfall die Stempeleinheit (6) und die Matrizeneinheit (8) sich gegenüberliegen und eine Werkzeugachse vorgeben, und wobei von den freien Enden (5, 7) abgewandte Enden der Schenkelabschnitte (2, 3) über den Verbindungsabschnitt (4) miteinander verbunden sind, wobei der Werkzeugbügel (1) eine erste Flächenseite (9) aufweist und eine der ersten Flächenseite (9) gegenüberliegende zweite Flächenseite (10) aufweist, wobei eine Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (1) durch einen Außenrand (12) des Werkzeugbügels (1) im Übergang zwischen den beiden Flächenseiten (9, 10) bestimmt ist, wobei der Werkzeugbügel (1) einen Verstärkungsabschnitt (13) umfasst, der am Außenrand (12) entlang der Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (1) vorhanden ist, wobei über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts (13) entlang des Außenrandes (12) betrachtet, mehrere Teilabschnitte (14, 15) des Verstärkungsabschnitts (13) mit jeweils einer dazugehörigen Dickenabmessung des Teilabschnitts (14, 15) vorhanden sind, wobei eine Ausdehnung der jeweiligen Teilabschnitte (14, 15) entlang des Außenrandes (12) und parallel zu einer Flächenseite (9, 10) jeweils mindestens 30 Millimeter beträgt, und wobei der Verstärkungsabschnitt (13) zwischen zwei und sechs Teilabschnitte (14, 15) in Richtung des Längsverslaufs des Außenrandes (12) aufweist, mit jeweils einem zum benachbarten Teilabschnitt unterschiedlichen Dickenmaß dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkelabschnitt (2) zwei erste Balkenabschnitte (22, 23) umfasst, welche durch einen ersten Schwächungsabschnitt (19) im ersten Schenkelabschnitt (2) voneinander getrennt sind, wobei der Schwächungsabschnitt (19) im Werkzeugbügel (1) ein materialfreier Bereich ist, wobei von einer gesamten Fläche, die sich zwischen den zwei ersten Balkenabschnitten (22, 23) des ersten Schenkelabschnitts (2) aufspannt, circa 70 bis 90 Prozent durch den Schwächungsabschnitt (19) gebildet ist.
  2. Werkzeugbügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt (13) innerhalb eines Randstreifens (16, 17) ausgebildet ist, wobei sich der Randstreifen (16, 17) vom Außenrand (12) bis zu einem Flächenseiten-Abschnitt erstreckt, wobei der Flächenseiten-Abschnitt vom Außenrand (12) mindestens 5 Millimeter bis höchstens 150 Millimeter beabstandet ist.
  3. Werkzeugbügel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts (13) des Werkzeugbügels (1) größer ist, als ein mittleres Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels (1).
  4. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt (13) über mindestens 80 Prozent der Länge des Außenrandes (12) des Werkzeugbügels (1) ausgebildet ist, vorzugsweise über mindestens 90 Prozent der Länge des Außenrandes (12) des Werkzeugbügels (1) ausgebildet.
  5. Werkzeugbügel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt (13) ein Dickenmaß aufweist, das mindestens doppelt so groß ist wie das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels (1) .
  6. Werkzeugbügel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt (13) ein Dickenmaß aufweist, das mehr als circa 300 Prozent größer ist als das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels (1).
  7. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugbügel (1) eine Gesamt-Bügelhöhe aufweist, die sich aus dem Abstand zwischen einem freien Ende eines Schenkelabschnitts (2, 3) und einem Punkt des Außenrandes (12) des Werkzeugbügels (1) in Richtung der Längsachse des Schenkelabschnitts (2, 3) und senkrecht zur am Werkzeugbügel (1) bereitstellbaren Werkzeugachse ergibt.
  8. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt (13) einen Randbereich betrifft, welcher von der Werkzeugachse weiter entfernt ist, als eine Parallele zur am Werkzeugbügel (1) bereitstellbaren Werkzeugachse, welche 20 Prozent der Bügelhöhe vorgibt.
  9. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts (13) zwischen 30 Millimeter und 150 Millimeter liegt.
  10. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Verstärkungsabschnitts (13) zwischen 500 mm2 und 7000 mm2 beträgt.
  11. Werkzeugbügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schenkelabschnitt (3) zwei zweite Balkenabschnitte (24, 25) umfasst, welche durch einen zweiten Schwächungsabschnitt (20) im zweiten Schenkelabschnitt (3) voneinander getrennt sind.
  12. Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere Kaltfüge-Werkzeug, wobei die Vorrichtung einen Werkzeugbügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei an einem freien Ende (5) eines ersten Schenkelabschnitts (2) eine Stempeleinheit (6) der Vorrichtung und an einem freien Ende (7) eines zweiten Schenkelabschnitts (3) eine Matrizeneinheit (8) der Vorrichtung vorhanden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Stempeleinheit (6) und/oder der Matrizeneinheit (8) zuordenbare Antriebseinheit (30) vorgesehen ist, wobei die Antriebseinheit (30) einen hydropneumatischen Antrieb mit Druckübersetzung und/oder einen elektrischen Antrieb umfasst.
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