WO2020048680A1 - Werkzeugbügel und vorrichtung zum kaltfügen - Google Patents

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WO2020048680A1
WO2020048680A1 PCT/EP2019/070149 EP2019070149W WO2020048680A1 WO 2020048680 A1 WO2020048680 A1 WO 2020048680A1 EP 2019070149 W EP2019070149 W EP 2019070149W WO 2020048680 A1 WO2020048680 A1 WO 2020048680A1
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WO
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section
tool
tool bracket
outer edge
bracket
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/070149
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Badent
Florian Schneider
Sascha SOMMER
Frederik Freudling
Original Assignee
Tox Pressotechnik Gmbh & 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.)
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Publication date
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Priority to US17/188,175 priority patent/US11571736B2/en

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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
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    • 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 punching or
  • Tool bracket or a so-called C-frame or C-bracket which carries the corresponding tool elements, which come into effect on the workpiece.
  • the work processes to be mastered with the tools are for the design of the tools or the tool bracket
  • the processes are precisely defined and short cycle times with high process reliability is desired.
  • the tools should have low weights with the highest load-bearing capacity and should also be economically advantageous to manufacture.
  • complex relationships must be taken into account in order to be able to provide modern tools.
  • the object of the present invention is to provide a device or a tool of the type mentioned at the outset, the device meeting different requirement profiles and being variable and reliable in its use.
  • the invention relates to a tool bracket for a
  • the tool bracket having two leg sections spaced apart from one another and a connecting section, wherein a stamp unit of the device can be provided at a free end of a first leg section and one at a free end of a second leg section
  • Matrix unit of the device can be provided, so that in the case of provision, the stamp unit and the matrix 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 one of the first Surface side opposite second surface side, wherein an outer contour of the tool bracket is determined by an outer edge of the tool bracket in the transition between the two surface sides.
  • the matrix unit is the one that can be processed with the device
  • a drive unit can be coupled to the stamp unit in such a way that a stamp of the
  • the driven is movable.
  • 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 such that the die is driven along the joining axis of the device
  • the drive unit can be coupled to the stamp unit and to the die unit, that the stamp and the die along the joining axis of the
  • Device driven are movable.
  • the device has a preferably programmable
  • the control unit comprises a computer or computer unit including software and communicates with
  • stamp and die unit different components such as sensor, measuring, actuating and / or drive units of the stamp and die unit.
  • the tool bracket comprises a reinforcing section which runs along the outer edge
  • Outer contour of the tool bracket is present, with a course of the reinforcing section along the outer edge
  • respective sections along the outer edge and parallel to a surface side is at least 30 millimeters. At least two sections are preferably included
  • Reinforcement section has a generally uniform minimum thickness of the remaining areas of the
  • Tool bracket which are in particular plate-shaped or part of a common plate, increased thickness or a larger
  • the reinforcement section forms, for example, an at least almost closed loop along the outer edge. This optimizes the structure of the tool bracket. On the one hand, this is an advantageous production of the tool holder, in particular an automated production process using known methods using common materials for the
  • Tool hanger such as Steel materials possible
  • Tool bracket can be achieved, especially since the weight and external dimensions of the tool bracket even when heavily loaded
  • Tool hangers can be kept comparatively low.
  • the tool bracket according to the invention which is lighter than known tool bars in plate form, can be operated with weaker and therefore less expensive industrial robots, or lower operating costs are incurred, since lower energy consumption due to the acceleration and deceleration of the invention
  • Tool bracket with lower mass is possible.
  • the tool bracket according to the invention advantageously absorbs comparatively high pressing forces despite the reduced overall weight.
  • the tool bracket according to the invention also makes it possible to influence the kinematics of the bending of the tool bracket, which cannot be completely avoided in practice, in such a way that the resulting spatial change in position
  • the tool bracket is preferably in one piece, in particular made of a steel material.
  • the tool bracket is preferably made of a standard starting material such as, for. B. made a flat plate-like material blank, for example from a
  • the connecting section and the first and second beam sections are accordingly advantageously formed in one piece.
  • 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 tapering, but have a free edge which runs obliquely or parallel to the tool axis.
  • Connection sections for the stamp unit, the die unit, lines and / or a tool holder, such as an end of a robot arm, are essentially formed by the reinforcement section or with only comparatively small areas
  • a minimum length of a reinforcing section, in particular a partial section is approximately at least 30 millimeters and / or approximately at least 5% of a total length of the outer edge
  • reinforcement sections available.
  • the reinforcing sections and / or the partial sections are either all immediate
  • the at least almost the entire outer edge can be of the same type
  • the reinforcing section and / or a partial section preferably has a shape that extends in the course of the outer edge, e.g.
  • the width of the reinforcement section is preferably in a range between 5 mm and 150 mm.
  • Section in the direction and / or along the outer edge changed continuously and / or like a paragraph at one or more points on the outer edge.
  • the reinforcing section and / or a partial section changes in its thickness dimension and / or in its width dimension.
  • the reinforcing section and / or a partial section changes in a direction normal to the surface sides and / or in an extension in the direction away from the edge inwards towards the surface sides.
  • the reinforcing section and / or the subsection accordingly has a spatial expansion with an expansion direction in the direction of a thickness of the tool bracket, that is to say transversely and / or normal to the surface sides, and a width expansion in the direction of that of the surface sides
  • the mechanically reinforcing effect of the reinforcing section is based in particular 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.
  • Reinforcement section on a respective surface side is preferably approximately 5% to approximately 10% of the total surface side based on this surface side, assuming that material-free areas within the outer contour of the tool bracket are also to be included on the surface side.
  • the reinforcing section is preferably such in coordination with the leg sections and the connecting section
  • Load of the tool bracket 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 in the event of an elastic deformation of the leg sections, an offset between the punch axis and the tool axis and / or an offset of the die axis
  • Tool axis does not occur or is at least minimized.
  • the deformation can be such that the spatial position of the
  • the punch axis and the spatial position of the die axis change in the same amount and / or direction, preferably identically, when the tool bracket is loaded during operation. With a minimized offset that can never be completely excluded in practice, there remains an angular offset between
  • Matrix and / or punch axis to the tool axis in the loaded state in the tool bracket according to the invention preferably under 5 angular degrees, preferably under 2 angular degrees.
  • the reinforcing section and the leg sections are designed so that an angular and / or radial offset between the punch axis and the die axis, or between the punch axis and the tool axis or
  • the parallel alignment of the punch and die axes remains below three millimeters, preferably below one
  • the reinforcing section is formed within an edge strip, the edge strip extending from the outer edge to a flat side section, the flat side section being spaced from the outer edge at least 5 millimeters to at most 150 millimeters.
  • the width is at the corresponding points along the
  • the outer edge is the same on both sides of the surface, but can also differ.
  • the reinforcing section preferably extends to the
  • the outer edge approaches or forms the outer edge with its outer longitudinal side.
  • the reinforcing section extends into the vicinity of the outer edge or is slightly spaced therefrom, for example by a few millimeters. In the area of the distance the tool bracket then has a thickness of
  • Reinforcement section reduced thickness, for example a thickness corresponding to the thickness of the remaining surface side.
  • the tool bracket can be a comparatively narrow and thinner than the reinforcement section
  • the reinforcing section can not only in relation to its length, but also
  • width optionally also related to its width, e.g. B. have a first thickness and a second thickness, each of for example half a width of the reinforcing portion
  • Both thicknesses are e.g. B. between two and three times greater than the average thickness of the remaining
  • an inward or continuous reinforcement section that changes in thickness is set up inside the tool bar.
  • a thickness dimension of the reinforcing section of the tool bracket is larger than an average thickness dimension of the remaining part of the tool bracket.
  • the thickness measure is transverse to the flat sides
  • the remaining part of the tool bracket preferably has exactly one thickness dimension, that is to say it is uniform in its thickness over the entire extent. Any existing or few material-free areas or holes in the
  • Tool clamps are used to determine the thickness of the
  • Reinforcement section or the average thickness dimension not considered as if they were not present this is calculated using the average thickness dimension. Therefore, a few or individual or local locations of the remaining part of the tool bracket according to the invention can have a greater thickness than the thickness dimension of the reinforcement section.
  • Reinforcing section preferably has several, in particular between two and six, sections in the direction of
  • the respective thickness dimensions are larger than the average thickness dimension of the remaining part of the tool bracket. It is also conceivable that two or more of the plurality of sections that are not adjacent to each other over the length of the
  • Reinforcement sections are present, which have the same increased thickness.
  • the thickness of the reinforcing section can accordingly be determined
  • Material weaknesses are not deliberately intended to save material, but only serve other purposes or may be present at individual points in the reinforcement section, for example to attach additional components such as a cable to the tool bracket.
  • the reinforcement section is formed over at least 80 percent of the length of the outer edge of the tool bracket, preferably over at least 90 percent of the length of the outer edge of the
  • Loop-like closed outer edge which is related to the longitudinal direction of the outer edge, for example, there may be an intermediate section that does not have a greater thickness or corresponding z. B. is designed the average thickness of the remaining part of the tool bracket, z. B. in the manner of a short gap or
  • 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 subsections
  • transitions between the sections with different thickness dimensions can, for example, be continuous or
  • the reinforcing section faces on both surface sides
  • the reinforcement section on a thickness measure that is at least twice as large as the average thickness measure of the remaining part of the tool bracket.
  • the reinforcement section preferably has a thickness dimension which is 2.5 to 5 times as large as the average thickness dimension of the remaining part of the tool bracket.
  • the reinforcement section has a thickness dimension which is more than approximately 300 percent greater than the average thickness dimension of the remaining part of the
  • the excess thickness is preferably in a range between 100 percent and 500 percent based on the average thickness of the remaining tool bracket, e.g. at about 300% based on the average thickness of the remaining
  • the tool bracket has a total bracket height, which results from the distance between a free end of a leg and a point on the outer edge of the tool bracket in the direction of the longitudinal axis of the leg and perpendicular to the
  • Tool bracket provides the available tool axis.
  • the overall bracket height is, for example, between 25 centimeters and approximately 50 to 200 centimeters.
  • Reinforcement section relates to an edge region which is further away from the tool axis than a parallel to the tool axis which can be provided on the tool bracket, the
  • the reinforcement section is at least over an essential length along the outer edge
  • Connecting section of the tool bracket preferably over the entire outer edge at the connecting section of the tool bracket.
  • a reinforcing section which is advantageous in practice is thus formed.
  • Reinforcement section between 500 mm 2 and 7000 mm 2 . This refers to a particular point along the
  • Cross-section is as a section transverse to the longitudinal extension of the
  • Extension of the reinforcement section results from two or more sections of the section of different strength
  • Reinforcement section the length fractions of the respective reinforcement sections being taken into account.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the first leg section comprises two first beam sections, which are defined by a first weakening section in the
  • first leg section are separated from each other. This results in an optimized configuration of the tool bracket with regard to mechanical and manufacturing technology in particular
  • a material weakening such.
  • the surface side brings on the one hand a material and
  • the elastic behavior of the respective person can also be deliberately determined via the size, shape and / or positioning of the material recess on the tool bracket Leg section or by its bar sections are influenced or precisely specified. This is with regard to the
  • the bar sections are specified. The bar sections are
  • Beam sections of the two leg sections deform under load in such a way that they each extend inwards or to the
  • Bar sections deform to a comparatively small extent or not in practice. This ensures that an angular deviation of both the axis of the punch unit and the axis of the die unit relative to the tool or joining axis advantageously does not occur or only to a minimal or tolerable extent.
  • This is achieved by designing or coordinating the weakening sections and the beam sections of the two leg sections adjoining the respective weakening section laterally or on both sides.
  • the two beam sections of the two leg sections each preferably have a reinforcing section in the edge with an increased thickness.
  • the beam section in its longitudinal direction transverse to the tool axis preferably runs at least essentially in a straight line or is dented inwards towards the weakened section or is slightly curved inwards, i.e. is concave in shape looking from the outside towards the narrow side or the outer edge of the tool bracket.
  • Beam section in its longitudinal direction transverse to the tool axis is preferably at least substantially rectilinear or a plurality of rectilinear sections standing at an angle to one another
  • Narrow side or convex shape looking towards the outer edge of the tool bracket.
  • the bar sections can be specified as elastic
  • Toolbar avoids the disadvantages of the known toolbars mentioned.
  • a weakened section in the tool bracket can be a
  • the weakened section in the tool bracket can also be comparatively strong in terms of material thickness
  • the weakening section can accordingly be comparatively thin or a comparatively small material thickness of e.g. B. 5-20
  • Example between one and a few millimeters for example, be formed as a thin sheet.
  • the weakening section can Compared to the adjacent sections of the remaining part of the tool bracket, it may also be partially or completely filled with a material such as a plastic material or, for example, one that is mechanically much less resilient than the material of the remaining part of the tool bracket
  • Foam material or filling material are examples of foam material or filling material.
  • a surface of the surface side of the tool bracket that spans between the two first beam sections of the first leg section is essentially through the
  • Weakened section formed.
  • edge of the weakened section over its predominant length follows the outer contour or the outer edge of the
  • Tool bracket or the outer edge in the region of the first two beam sections 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 first two and the second two are preferably
  • the first and the second leg section preferably extend to exactly one weakening section.
  • the connecting section preferably has exactly one
  • the connecting section is preferably adjacent to a part of the outer edge of the tool bracket or
  • Beam sections of the first and second leg sections are connected to one another.
  • a connection point can protrude, which is used to attach the
  • Tool bracket on a movement unit or on a console for connection to a robot arm for moving the
  • Tool bracket is used in the insert, for example with
  • the tool bracket preferably has three weakening sections which are mutually of the same order of magnitude in terms of the area of the weakening sections.
  • Attenuation sections are approximately triangular in shape, preferably with rounded corner areas.
  • the invention also extends to a device for
  • the device having a tool bracket according to one of the above-described configurations, a stamp unit of the device being present on a free end of a first leg section and a die unit of the device being present on a free end of a second leg section.
  • the stamp and die units are preferably detachable but can be fixed or exchanged firmly on the tool bracket.
  • the cold joining device is preferably designed as a robot-guided tool, for example a tool for riveting or full punching or semi-hollow punch riveting, for clinching or clinching, for pressing in or for stamping.
  • a drive unit that can be assigned to the stamp unit and / or the die unit
  • hydropneumatic drive with pressure transmission includes hydropneumatic drive with pressure transmission and / or an electric drive.
  • the cold joining device works. Forces and moments are absorbed by the tool bracket. With the reinforcing section of the tool bracket, undesired elastic deformations of the tool bracket can advantageously be minimized under load. This is for the success of the
  • Fig. 2 shows the tool bracket of Fig. 1 in a view of a
  • FIG. 2 shows the tool bracket according to FIGS. 1-3 in a perspective view
  • Fig. 5 shows the tool bracket according to FIGS. 1-4, on the one
  • Stamp unit and a die unit are included.
  • a tool bracket 1 according to the invention for a cold joining tool according to FIGS. 1 to 4 is preferably in one piece and, for example, made from a blank sheet material, preferably from a steel material, for example
  • the tool bracket 1 comprises two spaced-apart leg sections 2 and 3 and one
  • a free end 5 of the first leg section 2 is designed to releasably but securely receive a stamp unit 6 (see FIG. 5) of the associated cold joining tool.
  • a free end 7 of the second leg section 3 is for releasably but firmly receiving a die unit 8 of the associated one
  • the stamp unit 6 and the matrix unit 8 according to FIG. 5 lie opposite one another and give a tool axis W of the associated cold joining tool.
  • An approximately C-shaped or U-shaped outer contour 11 of the tool bracket 1 is through an outer edge 12 of the tool bracket 1
  • Tool bracket 1 determines.
  • the outer contour 11 is formed according to an outer circumferential narrow side of the tool bracket 1 in the transition between two surface sides 9 and 10 of the tool bracket 1.
  • a reinforcing section 13 of the tool bracket 1 with a respective thickness D1 or D2 is formed in the area reaching the outer edge 12 or in the vicinity of the outer edge 12.
  • the outer contour 11 and thus the outer edge 12 have based on the top view of the surface side 9 according to FIG. 2 counter-clockwise following different one after the other
  • the first leg section 2 is surrounded by the outer edge 12 between the points S5 and S7.
  • Positions S7 and S5 at leg section 2 and on line A-A between points S4 and S2 at leg section 3 are connected to one another via connecting section 4.
  • Connection section 4 extends up to or is limited by the virtual line A-A shown in FIG. 2.
  • Line A-A runs parallel to tool axis W.
  • the first surface side 9 of the tool bracket 1 is shown in plan view in FIG. 2, the second surface side 10 lying opposite the first surface side 9.
  • the tool bracket 1 comprises the reinforcing section 13, which is provided on the outer edge 12 along the outer contour 11 of the tool bracket 1. Viewed over a course of the reinforcement section 13 along the outer edge, the reinforcement section 13 has a plurality of at least two subsections here, each with one associated thickness across to the surface sides 9, 10.
  • the reinforcement section 13 has a plurality of at least two subsections here, each with one associated thickness across to the surface sides 9, 10.
  • Reinforcement section 13 has two sections 14 and 15.
  • Outer contour 11 counterclockwise extends the section 14 from the point S1 to S2 and S3 to point S4 with an associated constant or uniform
  • Thickness dimension Dl of section 14 The transition between the two sections 14 and 15 or from the thickness Dl to the thickness D2 is preferably formed with a fillet, which can be seen in particular in FIG. 1 at the point S1.
  • the second subsection 15 accordingly extends from the point S4 via S5, S6 and S7 to the point S1 with an associated constant or uniform thickness dimension D2.
  • the thickness Dl is approximately 70% of the thickness D2.
  • the reinforcing section 13 is related to the two
  • Edge sides 9 and 10 are formed within an edge strip 16 or 17 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 outer 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
  • Reinforcement section 13 can alternatively have a different width on the surface side 9 than on the surface side 10.
  • the width of the tool bracket 1 is the width of the tool bracket 1
  • Sections 14 and 15 are not constant, but this changes over the length of the relevant section 14 or 15 along the outer edge in the example here
  • the edge strip 16 or 17 with the reinforcing section 13 extends from the outer edge 12 to a line 18, the line 18 from the outer edge 12 being at least 5 millimeters to at most 150
  • the surface sides 9, 10 are apart from the edge
  • Reinforcement section 13 and the free ends 5 and 7 designed flat and flat.
  • the planes spanned by the surface sides 9 and 10 are preferably parallel to one another
  • the thickness D1 or D2 of the reinforcing section 13 is greater than an average thickness dimension Dm of the remaining part of the tool bracket 13 (see FIG. 3).
  • the reinforcing section 13 is formed over the almost entire length of the outer edge 12 of the tool bracket 1. Only in the area of the free ends 5 and 7 is the outer edge 12 of the tool bracket 1 adapted for releasable attachment of the
  • the outer edge 12 can have a normal thickness or a smaller thickness than the thickness D1 or D2 of the reinforcing section 13 over a comparatively short section at the free ends 5 and 7.
  • the tool bracket 1 has a total bracket height H, which is derived from the distance between the tool axis W which can be provided on the tool bracket 1 and a point P on a center line of the outer edge 12 of the tool bracket 1, the point P being centered between those of the two Flat pages 9, 10
  • Tool axis W lies.
  • the reinforcing section 13 is preferably formed on the tool bracket 1 at least over the part on the outer edge 12 which is shown in FIG Height direction of the tool bracket 1 from the tool axis W lies beyond a height line parallel to the tool axis W, the height line corresponding to a partial height H1, which makes up 20 percent of the total height H (see FIG. 2).
  • the tool bracket 1 has a weakening section 19 in the first leg section 2 and a weakening section 20 in the second leg section 3 and another
  • the weakening sections 19-21 each formed as a material-free area or as a material recess or opening
  • the weakening sections 19 and 20 result in a structure of the two leg sections 2 and 3, each with two
  • the first leg section 2 thus has two first
  • Beam sections 22 and 23 and the second leg section 3 have two second beam sections 24 and 25.
  • the weakening sections 19-21 do not extend into the
  • the weakening sections 19-21 are predominantly at a distance from the reinforcing section 13 on. Only the weakening section 21 borders the reinforcing section 13 between the points S4 and S5 over short distances.
  • an attachment point 26 such as a flat one
  • Flange section 27 is provided, for example, for connection to a robot arm.
  • FIG. 5 shows the stamp unit 6 on the tool bracket 1 for use in a cold joining tool with a stamp element 28 which is reversibly linear with a in the direction of RI and R2
  • Matrix unit 8 with a matrix element 29 is present.
  • a workpiece that can be machined with the cold joining tool, such as two or more sheet layers, which can be clamped for machining between a free end of the stamp element 28 and the die element 29, is not shown in FIG. 5.
  • Tool bracket 1 indicated in the practical tool operation, for example in a riveting or clinching process.
  • the two leg sections 2 and 3 or their respective beam sections 22, 23 or 24, 25 deform in such a way that a bending effect of the tool bracket 1 or the
  • the deformation of the beam sections 22-15 is indicated in FIG. 5 in a highly schematic or unrealistic manner to an increased extent or by dashed lines.
  • Inclination or an axis offset is less than at
  • Tool bracket 1 in the tool insert can be comparatively larger than in known arrangements, but this is not critical or
  • Stamp element 28 can be compensated.
  • Deformation V24 of the inner beam section 24 are inward in relation to the unloaded state according to FIG. 2
  • a corresponding deformation or bulge in the outer bar section 23 of the first leg section 2 and the outer bar section 25 of the second leg section 3 have the same direction, ie bulge outwards.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Workshop Equipment, Work Benches, Supports, Or Storage Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Werkzeugbügel (1) für ein Kaltfüge-Werkzeug vorgeschlagen, wobei der Werkzeugbügel (1) zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte (2, 3) und einen Verbindungsabschnitt (4) aufweist, wobei eine Stempeleinheit (6) und eine Matrizeneinheit bereitstellbar ist, so dass die Stempeleinheit und die Matrizeneinheit (8) sich gegenüberliegen und eine Werkzeugachse vorgeben, und wobei der Werkzeugbügel (1) eine erste Flächenseite und eine zweite Flächenseite aufweist, wobei eine Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (1) durch einen Außenrand (12) des Werkzeugbügels (1) im Übergang zwischen den beiden Flächenseiten bestimmt ist. Erfindungsgemäß umfasst der Werkzeugbügel (1) einen Verstärkungsabschnitt (13), der am Außenrand (12) entlang der Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (11) 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.

Description

"Werkzeugbügel und Vorrichtung zum Kaltfügen"
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. 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 hoch
effektive 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 eine Mindestlänge eines Verstärkungsabschnitts, insbesondere eines Teilabschnitts, von etwa mindestens 30 Millimeter und/oder etwa zumindest 5 % einer gesamten Länge des Außenrandes
zugrundezulegen. Vorzugsweise sind mehrere solcher
Verstärkungsabschnitte und/oder mehrere solcher Teilabschnitte eines Verstärkungsabschnitts und/oder mehrere
Verstärkungsabschnitte vorhanden. Die Verstärkungsabschnitte und/oder die Teilabschnitte sind entweder alle unmittelbar
benachbart zueinander, oder es sind zwei der mehreren
Verstärkungsabschnitte und/oder es sind zwei der mehreren
Teilabschnitte durch einen nicht verstärkten Bereich
unterbrochen. Demgemäß können die mehreren
Verstärkungsabschnitte und/oder die mehreren Teilabschnitte 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 Dicke und/oder die Breite des Verstärkungsabschnitts angeht. Vorzugsweise weist der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt ein sich im Verlauf des Außenrandes z.B.
kontinuierlich und/oder z.B. 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 und/oder ein
Teilabschnitt 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 und/oder ein Teilabschnitt in seiner Dickenabmessung und/oder in seiner Breitenabmessung.
Beispielsweise verändert sich der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt 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 und/oder der Teilabschnitt 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 insbesondere 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.
Vorteilhafterweise weisen die zum Verstärkungsabschnitt
verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels 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 vorteilhaft 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 bzw. 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 vorzugsweise mehrere insbesondere 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.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Erfindung besteht darin, dass der erste Schenkelabschnitt zwei erste Balkenabschnitte umfasst, 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 .
Ein Schwächungsabschnitt im Werkzeugbügel kann eine
Materialausnehmung bzw. ein Lochbereich bzw. ein materialfreier Bereich sein. Der Schwächungsabschnitt im Werkzeugbügel kann aber auch ein in der Materialstärke vergleichsweise stark
geschwächter Bereich sein, verglichen mit einem verbleibenden Teil des Werkzeugbügels ohne den Verstärkungsabschnitt. Der
Schwächungsabschnitt kann demgemäß vergleichsweise dünn sein bzw. eine vergleichsweise geringe Materialdicke von z. B. 5-20
Prozent der mittleren Dicke der zum Verstärkungsabschnitt
verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels aufweisen, zum
Beispiel zwischen einem und wenigen Millimetern, zum Beispiel als dünnes Blech ausgebildet sein. Der Schwächungsabschnitt kann gegenüber den benachbarten Abschnitten des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels auch teilweise oder gänzlich ausgefüllt sein mit einem im Vergleich zum Material des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels mechanisch deutlich weniger belastbaren Material wie einem Kunststoffmaterial bzw. zum Beispiel einem
Schaumstoffmaterial bzw. Füllmaterial.
Vorzugsweise 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
insbesondere 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. Vollstanzoder 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 Kalt fügeprozesse vorteilhaft ausführen.
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand von in den Figuren schematisiert dargestellten erfindungsgemäßen
Anordnungen erläutert.
Im Ein ze lnen 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 Dl 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 Dl des Teilabschnitts 14. Der Übergang zwischen den beiden Teilabschnitten 14 und 15 bzw. von der Dicke Dl 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 Dl 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 Bl 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 Bl, 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 Dl 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 Bl 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 Dl 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 Dl 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 Hl 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 RI 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 RI 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

Ansprüche :
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, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkzeugbügel (1) einen
Verstärkungsabschnitt (13) umfasst, der am Außenrand (12)
entlang der Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (11) 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.
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 (1) 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 einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 erste Schenkelabschnitt (2) zwei erste Balkenabschnitte (22, 23) umfasst, welche durch einen ersten Schwächungsabschnitt (19) im ersten Schenkelabschnitt (2) voneinander getrennt sind.
12. 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.
13. 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.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, 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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WILHELM BÖLLHOFF GMBH & CO. KG: "Stanznietsysteme RIVSET Böllhoff - Inhaltübersicht", 10 January 2020 (2020-01-10), XP055656970, Retrieved from the Internet <URL:https://www.boellhoff.com/de-de/produkte-und-dienstleistungen/montagetechnik/stanznietsysteme-rivset.php> [retrieved on 20200110] *

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