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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen oder Lochen, bei dem
in einem Werkzeug zur Erzeugung eines einem auf einer Matrize angeordneten
Werkstückes
zuzuführenden,
der Werkstoffdeformation dienenden Überdrucks, eine Luftmenge in
einem Raum eines Kammerteiles des Werkzeuges das eine Druckerzeugungseinrichtung
bildet, durch eine Relativbewegung von Teilen des Werkzeuges gegeneinander
von der Umgebung abgesondert wird, wobei der Rauminhalt des Raumes
von einer außen
angelegten Kraft durch einen Krafthub verringert wird, um die abgeschnittene
Luft zu komprimieren.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Umformen oder
Lochen, bestehend aus einem Werkzeug mit einer unteren Matrize auf
der ein Werkstück
anordenbar ist, und mit einem oberen Werkzeugteil, welches eine
Kammerteil mit einem Raum als Druckerzeugungseinrichtung darstellt,
bei dem durch eine Relativbewegung von Teilen des Werkzeuges gegeneinander
eine Luftmenge von der Umgebungsluft im Raum absonderbar und durch
einen Krafthub komprimierbar ist.
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Aus
der
SU 1493354 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen oder Lochen bekannt.
Die dort beschriebene Vorrichtung weist in ihrer oberen Hälfte eine
zur Erzeugung eines Überdrucks
zur Werkstückdeformation
dienende einseitig offene Druckerzeugungseinrichtung auf. Der Raum der
Druckerzeugungseinrichtung ist pneumatisch dicht verschließbar und
verringbar, wobei die Luftmenge von der Umgebung abgesondert und
komprimiert wird. Die Vorrichtung weist in der unteren Hälfte zudem
eine Matrize auf.
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Die
bekannte Vorrichtung ist mit einer besonderen Druckerzeugungseinrichtung
verbunden, die aus einem elastischen Kunststoff gefertigt ist und sich
räumlich
verformen lässt.
Davon ausgehend hat dieses bekannte Verfahren sowie die Vorrichtung
den Nachteil, dass der in der Druckerzeugungseinrichtung erzeugte Überdruck
teilweise für
die unnötige Deformation
ihrer nachgiebigen dicken Wände
verbraucht wird. Zudem wird mit der bekannten ungleichmäßigen Druckerzeugungseinrichtung
der erzeugte Überdruck
ungleichmäßig über die
Werkstückoberfläche verteilt.
Deshalb lassen sich mit Hilfe dieses Verfahrens nur relativ flache
Teile herstellen bzw. bearbeiten.
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Ein
weiterer Nachteil dieses Verfahrens und der Vorrichtung ist in dem
Fehlen der Verbindung ihres Raumes mit der äußeren Luft zu sehen. Infolge dessen
tritt in der Druckerzeugungseinrichtung beim Umformen nach dem Arbeitshubablauf
in Abhängigkeit
vom Volumen des Werkstücks
mehr oder weniger ein Unterdruck auf, wodurch die Werkstücke nach
dem Umformen an der Druckerzeugungseinrichtung haften können und
mit zusätzlichem
Kraft- und Zeitaufwand auseinander gelöst werden müssen.
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Wegen
den erwähnten
Nachteilen erstreckt sich die Anwendung des bekannten Verfahrens
sowie der Vorrichtung nur auf sehr dünne und insbesondere beim Lochen
auf nichtmetallische, superdünne und
weiche Werkstoffe in der Kleinserienfertigung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren
und die Vorrichtung so zu verbessern, dass die Fertigung verbilligt
und beschleunigt wird. Weiterhin soll der Wert des dem Werkstück zuführenden Überdrucks
erhöht
werden, um das erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung in der Großserienfertigung
verwenden zu können.
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Die
das Verfahren betreffende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff
des Anspruches 1 dadurch gelöst,
dass der Raum über
eine verschließbare Öffnung mit
der Umgebungsluft in Verbindung steht, wobei bei einem Krafthub
das Kammerteil und/oder ein im Kammerteil angeordneter Kolben gegen
die Matrize bewegt wird, und dass die Öffnung bei einem Krafthub automatisch
verschlossen und bei einer Rückbewegung
automatisch geöffnet
wird.
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Dadurch,
dass bei einer Rückbewegung bzw.
Rückhub
die Öffnung
automatisch freigegeben wird, entsteht kein Unterdruck und zum Entnehmen werden
keine speziellen Werkzeuge benötigt.
Auch besteht nicht die Gefahr des Entweichens von Druckmedium das
durch eine Verformung des Kammerteiles verursacht wird.
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Das
Verfahren lässt
sich dadurch einfacher und kostengünstiger gestalten.
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Die
die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff
des Anspruches 5 dadurch gelöst,
dass das Kammerteil formstabil ausgebildet und durch einen Krafthub
gegen die Matrize bewegbar ist, und dass eine Öffnung als Verbindung zwischen
umgebender Atmosphäre
und dem Raum des Kammerteiles vorgesehen ist, die beim Krafthub automatisch
verschlossen und bei einer Rückbewegung
automatisch geöffnet
ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich einfach,
sicher und kostengünstig
gestalten.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen
sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist
bei einem Werkzeug zum Lochen ein Druckübertragungselement eine in
den Raum konvex gewölbte
Fläche
auf, die zur Bildung eines Lochstempels durch Druckerhöhung in
der Druckerzeugungseinrichtung umstülpbar ist. Dabei weist das
Kammerteil (24) der Druckerzeugungseinrichtung (2)
an seiner offenen Seite eine Kappe auf, deren Stirnfläche die
konvex gewölbte
Fläche
bildet, die die offene Seite des Kammerteiles verschließt. Die
Matrize weist eine die Schnittlinie des Matrizendurchbruches umschließende keilförmige Wulst
auf, gegen die die Kappe mit ihrem Druckübertragungselement anschlagbar
ist. Wobei in dem Kammerteil ein längs verschiebbarer Kolben (26)
vorgesehen ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Druckerzeugungseinrichtung starr und formstabil oder aus starren
Werkzeugelementen ausgebildet. Damit kann ein hoher Überdruck
in der Druckerzeugungseinrichtung entwickelt werden. Bei der vorgesehenen
planparallelen Verringerung des Rauminhalts der Druckerzeugungseinrichtung
wird in ihren beliebigen Querschnitt ein gleicher Druck herrschen.
Weil die Begrenzungsfläche
der Druckerzeugungseinrichtung sich von oben nach unten nicht ändern lässt, ist
unnötiger
Druckverlust nicht möglich.
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Durch
die feste Verbindung des Raums der Druckerzeugungseinrichtung mit
der Atmosphäre entfallen
bei dem Anmeldungsgegenstand automatisch der im Verlauf des Verfahrens
in der Druckerzeugungseinrichtung entstehende Unterdruck und die
damit verbundenen Nachteile. Dadurch werden keine zusätzlichen
Kräfte
in Anspruch genommen und die Zeiteinsparung ist gegenüber dem
bekannten Verfahren sowie der Vorrichtung erheblich.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung entsteht beim Lochen
der Überdruck
in einem Matrizendurchbruch. Dies wird dadurch erreicht, dass in
der Druckerzeugungseinrichtung ein Druckübertragungselement angebracht
ist, welches eine konvex gewölbte
Fläche
eines Diaphragmas darstellt. Durch in der Druckerzeugungseinrichtung
steigenden Druck übernimmt
das Diaphragma bzw. Druckübertragungselement
die Funktion eines Lochstempels. Infolgedessen verbessert sich die
Ausnutzung der Kräfte
der Druckerzeugungseinrichtung.
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Aufgrund
der gleichmäßig sich
ausbreitenden und vollständiger
auf das Werkstück
gerichteten Kräfte,
kann ein günstiges
Umform/Ziehverhältnis
erreicht werden.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann breitest eingesetzt werden,
die Ausführungsbeispiele
sind vielgestaltig und preiswert auszuführen.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung können beispielsweise
in der Großserienfertigung
eingesetzt werden. Auch ist es möglich,
das Werkzeug der Vorrichtung zum Umformen, Tiefziehen oder Lochen auszubilden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Vorrichtung bzw. das Werkzeug als ein Bürolocher
ausgebildet, wobei zum aufeinander Zentrieren der Druckerzeugungseinrichtungen und
der Lochmatrize die Stöcke
der Druckerzeugungseinrichtungen schwimmend in ihren Stellungen an
einer Druckplatte des Bürolochers
gehalten sind. Die Druckplatte des Bürolochers weist auf ihrer Unterseite
zwei sphärische
Vertiefungen auf, die zur Kontaktaufnahme mit den Stöcken der
Druckerzeugungseinrichtungen ausgebildet sind, wobei die sphärischen
Oberflächen
der Hüte
der Stöcke schwenkbar
angeordnet sind, wobei die Stöcke
einstückig
einen Stiel besitzen, der sich in der Längsrichtung der Stöcke erstreckt
und zur Verbindung mit der Druckplatte durch eine an ihrer sphärischen
Vertiefung ausgebildete Öffnung
hindurchgeführt
ist und auf seinem über
die obere Fläche
der Druckplatte ragenden Teil ein Durchgangsloch aufweist, das so
angeordnet ist, dass bei der Aufnahme eines Stifts im Durchgangsloch
die Stöcke
der Druckerzeugungseinrichtungen schwenkbar in der Druckplatte gelagert
sind.
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Der
vorliegende Bürolocher
gibt durch vorgenannte Lochumrahmung dem Rand des Loches eine Neigung,
um diesen beim Rutschen das Blatt gegen der Berührung mit den Streifen federn
zu lassen. Damit bleiben die Löcher
unbeschädigt.
Dadurch wird auch das Rutschen auf ein Minimum reduziert Der Bürolocher
kann erheblich kostengünstiger
gefertigt werden. Da die exakte Einhaltung des Schneidspalts wegfällt, lassen
sich die Geometrie des Stempels und die Matrizendurchbruchgeometrie
gegenüber
einen allgemein bekannten Bürolocher
weiter tolerieren. Des Weiteren kann der Bürolocher, mit Ausnahme der
Federn, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden.
Weiter kann auf einen Abstreifer verzichtet werden, weil nach dem
Krafthubablauf vom erzeugten Lochstempel nichts mehr vorhanden ist.
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Außerdem erhöht sich
aufgrund fehlender reibungsbetroffener Teile die Standzeit des Bürolochers,
weil kein verschleiß besteht
und daher keine Schmierung erforderlich ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Werkzeug als eine Locheinheit ausgebildet
und stellt die Gestalt eines Werkdurchtreibers dar
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Die
Kosteneinsparung des Anmeldungsgegenstandes liegt insbesondere darin,
dass der Lochstempel nicht Spaltwertabhängig zu fertigen ist. Dieser
Vorteil ist besonders in Gesamtschneidwerkzeug mit einer großen Anzahl von
Löchern
ausgeprägt,
wo es besonders schwierig ist, einen geringen Abstand betragenden
Spalt zwischen allen zusammenwirkenden Schneidelementen exakt einzustellen
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielhaft veranschaulicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung zum Umformen in
einem ersten Stadium des Verfahrens in einer Ausgangsstellung,
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2:
eine der 1 entsprechende Seitenansicht
im Schnitt in einem zweiten Stadium des Verfahrens in einem Endzustand
nach Beendigung des Krafthubablaufs am Anfang des Leerlaufs,
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3:
eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung zum Tiefziehen als
eine Ausführungsvariante
des Umformens in einem Endzustand des Verfahrens,
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4:
eine vergrößerte Darstellung
der Anordnung der Klappe an der Vorrichtung von 2 im Ausriss,
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5:
einem der 4 entsprechenden Querschnitt
zur weiteren Erläuterung
der Wirkungsweise der Klappe,
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6:
eine der 7 entsprechende Seitenansicht
einer Ausführungsform
als Bürolocher, entlang
der Linie A-A geschnitten,
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7:
eine Draufsicht auf den Bürolocher von 6,
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8:
eine vergrößerte Darstellung
im Teilausschnitt des Bürolochers
von 6 zur Erläuterung
eines Augenblickzustands des Verfahrensvorgangs Lochen, ohne Papierstück,
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9:
eine vergrößerte Darstellung
im Teilausschnitt des Bürolochers
von 6 zur Erläuterung
eines Endzustandes des Verfahrensvorgangs mit dem abwesenden Papierstück,
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10:
eine Sicht von unten auf das Diaphragma von 8 oder 9,
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11:
eine wesentliche Vergrößerung eines
Ausrisses einer Vorrichtung von 9 mit einem Papierstück,
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12:
eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung zum Lochen, mit
einem Werkdurchtreiber als Werkstück, zur Erläuterung ihrer Ausgangstellung,
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13:
eine Draufsicht auf die Vorrichtung von 12,.
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14:
eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung zum Lochen in der
Ausführungsform
einer an ein Gesamtschneidwerkzeug angebundenen einbaufertigen Locheneinheit,
wobei links von der Symmetrieachse des Werkzeugs ein Augenblickszustand
und rechts ein Endzustand des Verfahrens dargestellt ist und
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15:
eine schematische Draufsicht auf ein mit dem Werkzeug von 14 erzeugtem
Fertigteil.
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1 und 2 zeigen
eine Vorrichtung zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens am
Beispiel eines Werkzeugs zum Umformen. Ein Werkzeug 1 weist
eine Druckerzeugungseinrichtung auf, die eine einseitig offene Kammer 2 ist
und stellt ein oberes Teil des Werkzeugs 1 dar. Die Kammer 2 ist,
um einen hohen Überdruck
zu ermöglichen,
starr und formstabil aus einem festen Kunststoff gefertigt. Damit
der Umformvorgang erfolgreich verlaufen kann, muss der Rauminhalt
der Kammer 2 größer sein
als das Fertigteilvolumen.
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Ebenso
weist das Werkzeug 1 eine Matrize 3 auf, welche
ein unteres Teil besitzt. Der Außenmantel der Matrize 3 ist
so ausgebildet, dass er bei der Verbindung der oberen und unteren
Werkzeughälften von
der Kammer 2 pneumatisch dicht umschlossen werden kann.
Wozu der Außenmantel 4 eine
Dichtung 5 aufweist, die die Kontur der Matrize 3 umklammert
und zur pneumatisch dichten Führung
der Matrize dient.
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Die
Kammer 2 weist eine in ihrem Raum 6 eingebaute
und aus einem Kunststoff, der sich gut elastisch ausdehnen lässt, gefertigte
flache Klappe 7 auf. Damit der Rauminhalt der Kammer 2 vollständig ausgenutzt
werden kann, ist die Klappe 7 an der Raumdecke der Kammer
angeordnet und mittig im Raum 6 aufgesetzt. Diese Klappe 7 ist
dafür vorgesehen,
um die Druckansteuerung der im Raum 6 befindlichen Luft
entsprechend den Stadien des Verfahrens automatisch zu regeln.
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Damit
die Außenluft
in den Raum 6 der Kammer 2 eingeleitet werden
kann, ist eine unter der Klappe 7 angeordnete kreisrunde Öffnung 8 vorgesehen.
Ihrerseits ist diese Öffnung 8 mit
einer durchlaufenden, an der Hinterseite der Kammer 2 ausgebildeten
Nut 9 verbunden. Die Nut 9 ist nötig um die
Verbindung der Kammer 2 mit der Atmosphäre sicher zu stellen. Die Kappe 7 stellt
einen rechteckigen Streifen dar und ist an ihrer Sitzstelle verformbar
angeordnet. Dafür
ist sie an ihren Enden mit Hilfe zweier Schrauben 10 befestigt,
wobei die Mitte der Klappe unbefestigt frei verbleibt. Damit ist
es möglich,
die Kammer 2 jeweils beim Krafthub von innen abgedichtet
zu halten. In 4 und 5 ist die
Darstellung der Klappe vergrößert, um
die Wirkungsweise dieser Anordnung deutlich und kenntlich zu machen.
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1 zeigt
das Werkzeug 1 in seiner Ausgangsstellung im geöffneten
Zustand mit einem Werkstück 11 und
in 2 mit einem Fertigteil 12.
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Beim
geöffneten
Werkzeug 1 wird die Umgebungsluft_in den Raum 6 der
Kammer 2 zugelassen. Beim Verschließen des Werkzeugs 1 wird
die Luft vom Fassungsvermögen
des Raums 2 von der Außenluft
abgeschnitten und durch die Bewegungsebene der sich einander nähernden
Kammer 2 und Matrize 3 wird der Rauminhalt der
Kammer 2 planparallel verringert. Somit wird die Luft in
der Kammer 2 komprimiert und infolgedessen wird der erzeugte Überdruck
gleichmäßig auf
das Werkstück 11 verteilt. Von
der Wirkung dieses Überdrucks
wird einerseits die Klappe 7 an ihre Sitzstelle gepresst,
wodurch die Öffnung 8 der
Kammer 2 abgedichtet wird, andererseits wird das Werkstück 11 an
die Matrize 3 geschmiegt. Gegen den allseitig wirkenden
Druck von der im Raum 6 befindlichen Luft wird das Werkstück 11 in
die Hohlform der Matrize 3 gepresst und umgeformt. Auf
diese Weise wird das Fertigteil 12 hergestellt. Je fassungsreicher
das Volumen des Fertigteils 12 ist, desto tiefer taucht
die Matrize 3 in den Raum 6 der Kammer 2 ein.
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Gemäß 2 ist
die Kammer 2 bestrebt bei ihrer Rückbewegung, wenn das Leerlaufstadium
des Verfahrens seinen Anfang nimmt, ihr Volumen zu vergrößern, wodurch
im Raum 6 eine Luftverdünnung entsteht.
Die freie, unbefestigte Mitte der Klappe 7, baucht sich
sofort aufgrund ihrer Elastizität über die Raumdecke
der Kammer 2 auf. Diesmal durch die Wirkung äußeren Luftdrucks,
wie in den 2, 4 und 5 gezeigt.
Dies macht den Raum 6 der Kammer 2 für die Außenluft
zugänglich.
Somit wird ohne Kraft- und Zeitaufwand eine mühelose, Auseinandernahme der
oberen und unteren Werkzeughälften
erzielt.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Werkzeugs 1 zum Tiefziehen. In der oberen Werkzeughälfte, ähnlich dem
Umformen ist die Druckerzeugungseinrichtung mit ihrer Kammer 2 angeordnet.
Um den in der Kammer 2 erzeugten Überdruck während des Tiefziehens konstant
und möglichst
im niedrigen Wert zu halten, ist ein im Raum 6 eingebauter
Luftdruck-Regler 13 vorgesehen.
Der Luftdruck kann je nach Form des Ziehteiles verschieden hoch eingestellt
werden. Im Übrigen ist
die Vorrichtung auf die gleiche Weise, wie ein übliches Werkzeug zum Tiefziehen
mit einem Auswerfer 14 und einem starr befestigtem Niederhalter 15 versehen.
Damit entspricht die Vorrichtung in ihren wichtigen Bestandteilen
mit Ausnahme des Stempels der Bauart eines Werkzeugs für ein herkömmliches
Tiefziehverfahren.
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Die 6 und 7 zeigen
eine als Bürolocher
ausgebildete Vorrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Bürolocher
besteht in seinen wesentlichen Teilen aus:
- – einer
Lochmatrize 16 in der unteren Hälfte desBürolochers, einer aus einem
Draht entsprechend den 6 und 7 ausgebildeten
und gekrümmten
Feder 17, die die untere und obere Hälfte des Bürolochers miteinander verbindet,
- – einer
Druckplatte 18, die zwei schnurgerade ausgebildete Abschnitte 19 der
Feder 17 hält,
- – zwei
mit der Druckplatte 18 verbundenen Druckerzeugungseinrichtungen,
die zur oberen Hälfte des
Bürolochers
gehören
und
- – einem
Niederhalter 20, der eine relative Schwenkung der Druckplatte 18 zur
Lochmatrize 16 festlegt.
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Der
Niederhalter 20 trägt
auf seiner Berührungsfläche mit
der Lochmatrize 16 zwei in die Lochmatrizenrichtung ragende
Schrauben, die durch dieselben Stellen der Lochmatrize durchgeführt sind, um
mittels der Muttern 21 den Niederhalter an die Lochmatrize
zu befestigen. Diese Verbindung hält die Feder 17 an
der Lochmatrize 16 verklemmt.
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Die
Lochmatrize 16 ist mit zwei im Querschnitt keilförmigen Wülsten 22 versehen,
die um die Schnittlinie ihrer Durchbrüchen über die Matrizenstirnfläche 23 hervorstehend
ausgebildet sind. Die Gestaltung dieser Wülste und ihrer Wirkungsweise wird
noch weiter unten beschrieben.
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Die
Druckerzeugungseinrichtungen, sind, wie in den 8 bis 11 gezeigt,
einstückig
ausgebildet. Sie weisen einen starren rohrförmigen Körper bzw. ein Kammerteil 24 mit
einer Schrägkante 25 auf,
die auf ihrer offenen Seite dem Wulst 22 der Lochmatrize 16 gegenüberstehend
ausgebildet ist. Weiter weisen die Druckeinrichtungen eine Decke, die
als ein bewegbarer Kolben 26 ausgebildet ist, dessen geführter Weg
eine planparallele Verringerung des Körperraums bewirkt, einen mit
dem Kolben fest verbundenen und mit dem Dichtungsring 5 ausgestatteten
Stock 27, an dessen mit der Druckplatte 18 in
Kontakt stehenden Ende, ein Hut 28 vorgesehen ist, eine
geschlitzte Einsatzscheibe 29, die als Abdeckung wirkender
Decke für
die der Druckplatte 18 zugewandte Stirnseite des Kammerteils 24 vorgesehen
ist, eine Schraubenfeder 30, die zwischen geschlitzter
Scheibe 29 und dem Hut 28 angeordnet ist, ein
Druckübertragungselement 31,
welches eine offene Stirnseite des Körpers 24 pneumatisch
dicht abdeckt und zu einer Kappe 32 gehört, auf.
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Die
Kappe 32 ist zu ihrer starren Montage an dem Kammerteil 24 ausgebildet.
Zudem ist ihr Innenmantel zur festen Halterung mit Spannung auf
den Außenmantel
des Kammerteils 24 aufgesetzt. Dazu dient auch ein umlaufender
halbsphärisch
ausgebildeter Bund 33, der zum Versteifen an dem inneren Rand
der offenen Stirnfläche
der Kappe 32 ausgebildet ist. Um die Kappe gegen ein Verrücken an
dem Kammerteil 24 fixieren zu können, ist der Bund 33 in einer
entsprechenden auf dem Mantel des Kammerteils 24 vorgesehenen
Nut eingerastet.
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Das
Druckübertragungselement 31 ist
im diesen Ausführungsbeispiel
ein integriertes Teil der Kappe 32 und stellt einen verformbaren
Abschnitt des Bodens der Kappe 32 dar. Das Druckübertragungselement 31 der 8 und 9 ist
in der Gestalt eines konvex gewölbten
Diaphragmas ausgeführt,
dessen gewölbte
Oberfläche 34 in
den Raum des Kammerteils 24 eingeführt ist und an der Fläche der
Schrägkante 25 anliegt.
Das Druckübertragungselement 31 ruft
bei Aufnahme von durch Luftkomprimierung erzeugtem Druck eine Deformierung
der gewölbten
Fläche 34 hervor,
um die Lokalisierung des erzeugten Überdrucks im Lochmatrizendurchbruch durch
Bildung einer Hülle
eines Lochstempels 35 zu erzielen. Aufgrund dieser Bedingung
besteht das Druckübertragungselement 31 aus
einem elastischen Kunststoff.
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Der
Wulst 22 der Lochmatrize 16 hat drei Aufgaben:
Erstens ist die aufsteigende Fläche 39 des Wulstes 22 ein
Führungselement
zum Aufsetzen des Kammerteils 24 der Druckerzeugungseinrichtung, zweitens
dient der Wulst 22 zum Übergang
der gewölbten
Fläche 34 des
Druckübertragungselements 31 in
die labile Gleichgewichtslage. Zudem bestimmt der Wulst 22 eine
gezielte Differenzierung der gewölbten
Fläche 34 zwischen
zwei Teilen, von denen eines eine freie in der Mitte liegende umkehrbare
Fläche 37 ist
und ein an der Peripherie des ersten befindliches anderes Teil,
das eine nicht umkehrbare Fläche 38 ist,
wenn es von der aufsteigenden Fläche 39 des
Wulstes 22 eingenommen wird. Wie es aus dem Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß 8, 9 und 11 folgt,
wird die Fläche 38 des Druckübertragungselements 31 durch
die Wirkung des gefederten Körpers 24 in
einer unveränderte Lage
an der Fläche 39 des
Wulstes 22 festgehalten. Dadurch ist diese Fläche als
nicht umkehrbare Fläche
definiert. Drittens ist die Wulst 22, um den Rand des Loches
mit einer vorgesehenen Sicke 36 als ein dafür dienender
Stempel umgeben. Dabei ist der Körper 24 außerdem ein
für denselben
Zweck vorgesehener Gegenstempel und seine Schrägkante 25 ist entsprechend
ausgebildet Infolge der Zusammenwirkung der Elemente dieses Paars
wird beim Aufeinandersetzen beider Hälften des Bürolochers außerhalb von
der Matrizenschnittlinie, bevor das eigentliche Lochen beginnt,
die aufsteigende Fläche
von der Sicke eingedrückt.
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Wie
aus den 8, 9 und 11 hervorgeht,
sind die aufsteigende Fläche 39 des
Wulstes 22, die ihm gegenüber stehende Fläche der
Schrägkante 25 des
Körpers 24 der
Druckerzeugungseinrichtung und auch die nicht umkehrbare Fläche 38 der
gewölbten
Fläche 34 des
Diaphragmas 31 aus Gründen
leichter Zentrierbarkeit kegelförmig
ausgeführt.
Zu diesem Zweck stimmt die Kegelneigung der betroffenen vorgenannten
Flächen
miteinander überein.
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Die
Hülle des
Lochstempels 35 bildet sich durch Umstülpen einer im Raum der Druckerzeugungseinrichtung
befindlichen vorbestimmten umkehrbaren Fläche 37 des konvex
gewölbten
Druckübertragungselements 31.
Um ein festes Maß des Stempels 35 zu
halten, ist vorgesehen, dass die Wirkung der Verklemmung auf der
nicht umkehrbaren Fläche 38 des
Diaphragmas bzw. Druckübertragungselements 31 vor
dem Umstülpen
ausgeübt wird.
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Die
Berechnung des Maßes
der Ausgangsform des Druckübertragungselements 31 lässt sich nach
der Bestimmung des Volumens und der Geometrie, sowohl von der Form
des Stempels 25 im in 11 mit "D" bezeichneten Bereich als auch von der
Form eines an die versenkte Fläche 40 des
Wulstes 22 anliegenden Stücks des Druckübertragungselements 31 ableiten.
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Gemäß 8 und 9 ist
der Hut 28 des Stocks 27 der Druckerzeugungseinrichtung
sphärisch
ausgebildet, um die von außen
angelegte Kraft, die unter verschiedenen Winkeln angreift, in der
Axialrichtung abzuleiten. Zudem weist die Druckplatte 18 des
Bürolochers
auf ihrer Unterseite sphärische Vertiefungen 41 auf.
Entsprechend den 1, 8 und 9,
weisen die Stöcke 27 einstückig einen Stiel 43 auf,
der nach außen
ausgebildet und durch die Öffnung 42 hindurchgeführt ist.
Am Ende des Stiels 43 ist ein Durchgangsloch vorgesehen,
das zur Verbindung des Stockes mit der Druckplatte 18 dient. Dieses
Loch ist derartig angeordnet, dass nach der Kupplung mit dem eingeführten geschlitzten
und spreizenden Stift 44 die Druckerzeugungseinrichtung ein
Spiel erhält.
Auf diese Weise entsteht zwischen Druckplatte und den Druckerzeugungseinrichtungen eine
flexible Kupplung. Das Kammerteil 24 der Druckerzeugungseinrichtung,
die Wulst 22 der Lochmatrize 16 lassen sich durch
den schwimmend gelagerten Stock 27 aufeinander zentrieren.
Bei einem Anpressdruck auf die Druckplatte 18 verändert diese ihre
waagerechte Lage., aber dennoch kann jede Druckerzeugungseinrichtung,
wenn sie vom kegeligen Wulst 22 aufgefangen wird, bei der
möglichen Abweichung
von der senkrechten Symmetrieachse in die richtige Stellung gebracht
werden.
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Damit
die Außenluft
in der Druckerzeugungseinrichtung eingeleitet wird, ist eine auf
dem mit der Kappe 32 angebundenen Mantel des Kammerteils 24 halbsphärische,
umlaufende Nut 45 vorgesehen. Zudem ist die Kappe 32 mit
einer Durchgangsöffnung 46 ausgestattet,
die die Nut 45 des Körpers 24 mit
der Atmosphäre
verbindet. Ferner weist das Kammerteil 24 zwei Durchgangslöcher 47, 48 auf.
Das erste Durchgangsloch 47 verbindet den Raum der Druckerzeugungseinrichtung
mit der Nut 45 und das zweite Durchgangsloch 48 verbindet
direkt den Raum der Druckerzeugungseinrichtung mit der Atmosphäre und ist
zur Begrenzung ihres Rauminhalts ausgebildet. Das ist aus den 8 bis 10 ersichtlich.
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Damit
die Druckansteuerung im Raum der Druckerzeugungseinrichtung automatisch
geregelt wird, ist eine flache dünne
Klappe 7 vorgesehen, die zwischen dem Kammerteil 24 und
der Kappe 32 gegenüber
ihrer Durchgangsöffnung 46 angeordnet
ist. Die Kappe 32 und die Klappe 7 können durch
Vulkanisation miteinander befestigt werden.
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Beim
Lochvorgang tritt, vom in der Druckerzeugungseinrichtung erzeugten Überdruck,
der Luftstrom durch das Durchgangsloch 47 und die Nut 45 zur
Klappe 7. Diese wird an die Kappe 32 gedrückt und
verschließt
die Durchgangsöffnung 46.
Dabei wird die umkehrbare Fläche 37 des
konvex gewölbten
Druckübertragungselements 31 durch
steigenden Überdruck
auf der sich im Körperraum
aufhaltenden Luft angegriffen und beginnt sich zu umstülpen. Das
endet damit, dass von der umkehrbaren Fläche 37 des Druckübertragungselements 31 ein
konkav gewölbter
mit der Druckluft gefüllter
Lochstempel 35 ausgebildet wird. Dieser wird auf die versenkte
Fläche 40 des
Wulstes 22 aufgesetzt, wodurch das Papierstück 49 um
die scharfe Kante 50 der Lochmatrize 16 herumgedrückt wird
und das dort in der Kontur "D" befindliche Teil
des Papiers als Abfall 51 abgeschert wird. Gleichzeitig
wird auch eine von der das Loch umrandeten Sicke 36 versenkte
Fläche
durch die Wirkung der Hülle
des Lochstempels 35 gebildet, wie 11 ferner
verdeutlicht.
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Bei
diesem Verfahren ist berücksichtigt,
dass beim Krafthubablauf die umkehrbare Fläche 37 des Diaphragmas 31 in
die labile Gleichgewichtslage versetzt wird. Das wird dadurch erreicht,
dass die Flächeneinteilung
zwischen umkehrbarem Flächenmaß 37 und
nicht umkehrbarem Flächenmaß 38 von
der gewölbten
Fläche 34 des
Druckübertragungselements 31 im
Verhältnis
steht. Die umgekehrte Fläche wird
bei der Entlastung vom Überdruck
aufgrund elastischer Eigenschaften des Druckübertragungselements 31 von
selbst aus der aufgezwungenen Verformung in ihre Grundform zurückkehren.
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Die
Schraubenfeder 30 sorgt dafür, dass dieses Verhältnis nicht
gebrochen wird.
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Der
Umstülpvorgang
führt die
Veränderung des
Rauminhalts der Druckerzeugungseinrichtung herbei. Beim Krafthub
wird wegen dieses Umstülpen der
Rauminhalt vergrößert. Damit
sinkt der Druck im entwickelten Stempel 35 ab und die fehlende
Luftmenge wird von der Außenluft
durch die Durchgangsöffnung 46 nachgesaugt.
Beim Zutritt der Außenluft
in den Raum des Körpers 24 wird
die Klappe 7 von der Wirkung des atmosphärischen
Drucks elastisch ausgedehnt und an das Kammerteil 24 gedrückt, dabei nimmt
sie eine ovale Gestalt des Profils der Nut 45 an, wie es
anhand der 9 erläutert ist. Somit wird die Durchgangsöffnung 46 nicht
mehr abgedichtet. Dabei ergibt sich eine umgekehrte Luftstrombewegung,
wie beim Stadium des Verfahrens vor dem Umstülpen des Druckübertragungselements 31 und
der Luftstrom tritt in den Raum des Kammerteils 24 unter den
Kolben 26 ein. Das hat zur Folge, dass eine Unterbrechung
der Stockbewegung nicht eintritt.
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Beim
Rückhub,
wenn das Druckübertragungselement 31 zurückfedert,
um seine Ausgangsform wieder anzunehmen, tritt eine Verminderung des
Rauminhalts der Druckerzeugungseinrichtung ein. Die überschüssige Luftmenge
wird, bei Erreichen der ursprünglichen
Lage des Kolbens durch das Durchgangsloch 48 zurückgefördert. Das
Bereit-Stadium wird, wie in 8 gezeigt,
wieder eingenommen.
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Gemäß 6 und 7 ist
der Bürolocher mit
zwei festen zur Papierlagebegrenzung dienenden und gegenüberstehend
angeordneten Anschlägen 52 ausgestattet.
Außerdem
weist die Kappe 34 auf ihrer der Lochmatrize 16 zugewandten
Stirnfläche, wie
es nach den 8 bis 11 folgt,
jeweils zwei gegenüberstehende
Rillen 53 auf, die dafür
vorgesehen sind, dass die möglicherweise
sich im Raum zwischen der Außenseite
der gewölbten
Fläche
des Druckübertragungselements 31 und
dem Papierstück
befindliche Luft beim Umstülpvorgang
hinauslassen wird.
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12 und 13 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Es stellt eine konstruktiv vereinfachte Vorrichtung zum Lochen dar,
die als eine Locheneinheit ausgebildet ist. Diese Locheneinheit
ist als ein Werkdurchtreibers 54 ausgebildet. Die Lochmatrize 16 dieses
Werkdurchtreibers ist eine Platte, die zu ihrer festen Montage an
den Werktisch mit vier Löchern 55 ausgebildet
ist. zudem ist die Druckerzeugungseinrichtung mit zwei doppelarmigen
Griffen 56 ausgestattet. Diese umfassen mit ihren Armen den
Körper 24 und
sind als ein integrierendes Bauteil des Kammerteiles der Druckerzeugungseinrichtung ausgebildet.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel
zum Lochen wird nunmehr anhand der 14 und 15 erläutert. Es
stellt eine Ausführungsform
der Vorrichtung zum Lochen dar, die in der Gestalt einer einbaufertigen
Locheneinheit ausgebildet und in der Konstruktion eines Gesamtschneidwerkzeugs
eingesetzt wird.
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Gemäß 14 ist
die Lochmatrize 16 als ein einsteck- und damit austauschbares
Einlegestück ausgebildet.
Die Lochmatrizen sind an dem Formschneidstempel 57 angeordnet
und dort gelagert. Die Druckerzeugungseinrichtungen sind mit dem
Stempelhalter 58 verbunden. Die obere Platte 59 des Werkzeugs
ist mit den Buchsen 60 versehen, wo die Stöcke 27 der
Druckerzeugungseinrichtungen schwimmend gelagert sind. Zu diesem
Zweck sind die Kontaktflächen
der Buchsen 60 auch sphärisch ausgebildet.
Zur Haltung der Stöcke 27 im
Stempelhalter 58 sind die Gummifedern 61 eingerichtet,
die in der Gestalt einer Scheibe ausgeführt sind. Diese sind einstückig in
den Sacklöchern 62 angeordnet,
die auf der den Buchsen 60 gegenüberstehenden Stirnseite des
Stempelhalters 58 ausgebildet sind.
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Der
Stempelhalter 58 weist auch Durchgangslöcher 63 auf, welche
konzentrisch zu ihren Sacklöchern 62 angeordnet
sind. Jeder Stock 27 ist mit seinem Schaft 64 durch
die Gummifeder 61 und das Durchgangsloch 63 hindurchgeführt, um
eine Verbindung mit dem Kolben 26 aufzunehmen. Hierfür wird der
Stock mit seinem Hut 28 auf die Gummifeder 61 aufgehängt. Auf
diese Weise ersetzt die Gummifeder teilweise die Feder 30 einerseits
und bildet mit ihrer oberen Stirnfläche eine Unterstützung für den Stock
andererseits, die als eine nachgiebige Auflage für seinen Hut 20 dient.
Dabei bleibt die flexible Lage des Stockes und der Druckerzeugungseinrichtung
im Stempelhalter beibehalten.
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Der
innere Durchmesser der Gummischeibe 61 sowie der Durchmesser
des Durchgangslochs 63 des Stempelhalters 58 sind
etwas größer als
der Durchmesser des Schafts 64 des Stockes 27 ausgebildet.
Durch die Verbundbauweise steht dem Stock ein radiales Spiel zur
Verfügung.
Auch die schwimmende Lage der Druckerzeugungseinrichtungen ermöglichen
mit den Lochmatrizen 16 ein paarweises aufeinander zentrieren.
Ferner hilft die Bauart den Lagefehler des Stempels, der sowohl
bei der Herstellung als auch bei der Nutzung des Werkzeuges auftreten
kann, zu unterbinden. Dabei sind die Gummifedern 61 bestrebt,
die Druckerzeugungseinrichtungen, wenn diese von den Lochmatrizen 16 freigegeben
werden, in die freie Stellung zu überführen. Dadurch kehren die Druckerzeugungseinrichtungen
von selbst in ihre Grundstellungen zurück.
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14 zeigt
auch eine Formschneidmatrize 65 und einen Formschneidstempel 57,
welche zusammen die Kontur eines in 15 dargestellten Fertigteils 66 gleichzeitig
mit dem von diesen umgebenen Löchern
bilden.