DE102014214739B3

DE102014214739B3 - Stanzvorrichtung, verfahren zum stanzen eines werkstücks und computerprogrammprodukt zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: DE102014214739B3
Application number: DE102014214739.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Erlenmaier; Frank Schmauder
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: PL3174650T3; US10328478B2; CN106536081A; EP3174650A1; CN106536081B; US20170136519A1; WO2016016102A1; EP3174650B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanzvorrichtung (1), umfassend: ein Stanzwerkzeug (5), welches während eines Stanzhubs entlang einer Hubachse (Z) auf ein zu stanzendes Werkstück (2) zu und während eines Rückhubs von dem gestanzten Werkstück (2) weg bewegbar ist, wobei das Stanzwerkzeug (5) ein erstes Bauteil (6) und ein zweites Bauteil (7) aufweist, die zur gemeinsamen Bewegung entlang der Hubachse (Z) hydraulisch koppelbar sind, sowie einen Stanzantrieb (8) zum Bewegen des ersten Bauteils (6) entlang der Hubachse (Z), wobei die Stanzvorrichtung (1) ausgebildet ist, während des Stanzhubs das zweite Bauteil (7) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) zu bewegen und, sofern bei dem Stanzhub ein Schwellwert einer Gegenkraft (F) überschritten wird, die das zu stanzende Werkstück (2) auf das Stanzwerkzeug (5) ausübt, das zweite Bauteil (7) mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) zu bewegen. Die Stanzvorrichtung (1) ist ausgebildet, zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs (5) entlang der Hubachse (Z) eine unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks (2) eingenommene relative Position (ΔP') der beiden Bauteile (6, 7) zueinander beizubehalten. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zum Stanzen eines Werkstücks (2) sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanzvorrichtung, umfassend: ein Stanzwerkzeug, welches während eines Stanzhubs entlang einer Hubachse auf ein zu stanzendes Werkstück zu und während eines Rückhubs von dem gestanzten Werkstück weg bewegbar ist, wobei das Stanzwerkzeug ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, die zur gemeinsamen Bewegung entlang der Hubachse hydraulisch koppelbar sind, sowie einen Stanzantrieb zum Bewegen des ersten Bauteils entlang der Hubachse, wobei die Stanzvorrichtung ausgebildet ist, während des Stanzhubs das zweite Bauteil mit einem ersten Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil zu bewegen und, sofern bei dem Stanzhub ein Schwellwert einer Gegenkraft überschritten wird, die das zu stanzende Werkstück auf das Stanzwerkzeug ausübt, das zweite Bauteil mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil zu bewegen. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zum Stanzen eines Werkstücks sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 1 593 444 A1 ist eine Stanzvorrichtung bekannt geworden, welche ein Stanzwerkzeug aufweist, das entlang einer longitudinalen Achse bewegbar ist. Die Stanzvorrichtung weist eine Antriebseinrichtung auf, um das Stanzwerkzeug in einer linearen, pendelförmigen Bewegung zu bewegen, welche einen Abwärtshub und einen Rückhub umfasst. Beim Stanzen einer Metallplatte übt die Metallplatte während des Abwärtshubs eine entgegen der Bewegungsrichtung des Stanzwerkzeugs gerichtete Kraft auf das Stanzwerkzeug aus. Das Stanzwerkzeug weist ein erstes Bauteil auf, das während des Abwärtshubs und des Rückhubs mit einem vorgegebenen ersten Bewegungsgesetz von der Antriebseinrichtung bewegt wird. Das Stanzwerkzeug weist auch ein zweites Bauteil auf, das im Betrieb mit einem Stößel zum Stanzen der Metallplatte zusammenwirkt. Das zweite Bauteil ist mit dem ersten Bauteil in gleitender Weise verbunden. Sofern die Gegenkraft unter einem vorgegebenen Wert liegt, wird das zweite Bauteil bei dem Abwärtshub axial im Wesentlichen mit demselben Bewegungsgesetz bewegt wie das erste Bauteil. Die Stanzvorrichtung weist auch Druckmittel auf, um das zweite Bauteil mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Bewegungsgesetz zu bewegen, wenn die Gegenkraft zumindest dem vorgegebenen Wert entspricht.
Das erste Bauteil des Stanzwerkzeugs wird durch eine Antriebseinrichtung bewegt, die einen auf eine Gewindespindel einwirkenden Elektromotor umfasst. Wird der vorgegebene Wert der Gegenkraft überschritten, reicht die Kraft des Elektromotors nicht aus, um das Werkstück durchzustanzen. In diesem Fall werden die Druckmittel aktiviert, um die auf das Werkstück ausgeübte Kraft zu verstärken und das Werkstück durchzustanzen. Das erste Bauteil wird in diesem Fall auf das zweite Bauteil zu bewegt, das an dem Werkstück anliegt und daher zunächst an einer weiteren Bewegung nach unten gehindert ist. Durch die Relativbewegung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil wird die hydraulische Kraft auf das zweite Bauteil verstärkt. Wenn das erste Bauteil nach dem Durchstanzen des Werkstücks wieder nach oben bewegt wird, entfernt sich das erste Bauteil entlang der Hubachse zunächst vom zweiten Bauteil, bis das erste Bauteil an einem Anschlag des zweiten Bauteils anliegt, so dass dieses das zweite Bauteil bei dem Rückhub nach oben mitnehmen kann.
Aus der EP 0 575 343 B1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer zweistufigen linearen Bewegung bekannt geworden, bei welcher eine bewegbare Baueinheit einen Hydraulikkolben mit einem Hohlraum aufweist, in den ein Tauchkolben ragt. Der Hydraulikkolben trägt eine von einem Elektromotor drehbare Spindel und der Tauchkolben ist mittels der Spindel in dem Hydraulikkolben und einem Hydraulikzylinder axial verschiebbar, um in diesem einen Druck aufzubauen. Die Vorrichtung kann einen Hilfszylinder aufweisen, der mit dem Zylinderraum des Hydraulikzylinders in Verbindung steht. In dem Hilfszylinder befindet sich ein Kolben, der mit dem Hydraulikkolben über eine Trägerplatte gekoppelt ist und sich gleichförmig mit diesem bewegt.
Aus der US 2009/0084277 A1 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, welche einen Verbindungsmechanismus zur Verbindung eines Ausgangs-Schafts mit einem Eingangs-Schaft aufweist, derart, dass diese nicht relativ zueinander bewegbar sind. Um den Ausgangs-Schaft mit hohem Druck zu beaufschlagen, ist ein Fluiddruck-Mechanismus vorgesehen, der ausgebildet ist, eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ausgangs-Schaft und dem Eingangs-Schaft herzustellen, um diese relativ zueinander zu bewegen. Der Verbindungsmechanismus erkennt den Kontakt des Ausgangs-Schafts mit dem Werkstück und löst die Verbindung zwischen dem Ausgangs-Schaft und dem Eingangs-Schaft. Wird der Eingangs-Schaft nach dem Durchstanzen des Werkstücks in eine Position vor der Hochdruck-Beaufschlagung zurückgeführt, kann die Verbindung durch den Verbindungsmechanismus automatisch wiederhergestellt werden. Eine ähnliche Vorrichtung, bei der eine Durchgangsbohrung, die sich von einer zweiten Flüssigkeitskammer in axialer Richtung erstreckt, die zwischen dem Ausgangs-Schaft und einem Befestigungsteil gebildet ist, ist aus der EP 1 652 660 A1 bekannt geworden.
Eine Stanzmaschine, die bei einem Motor mit konstanter Leistung sowohl eine Bewegung mit geringer Druckkraft und hoher Geschwindigkeit vor dem stanzenden Bearbeiten als auch eine Bewegung mit hoher Druckkraft und geringer Geschwindigkeit beim stanzenden Bearbeiten eines Werkstücks ermöglichen soll, ist aus der JP 2000-141092 A bekannt geworden. Zu diesem Zweck ist in einem Gehäuse eine Ölkammer gebildet und es ist ein erster Kolben vorgesehen, der an seinem vorderen Ende am hinteren Ende eines zweiten Kolbens befestigt ist. Der erste Kolben weist eine Druckerzeugungsfläche auf und der zweite Kolben weist an seinem hinteren Ende eine Druckaufnahmefläche auf, deren Oberfläche größer ist als die Oberfläche der Druckerzeugungsfläche.
Aus der WO 2011/079333 A2 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Biegepresse bekannt geworden, die einen feststehenden Pressenbalken und einen mittels einer einen hydraulischen Linearaktuator aufweisenden Balkenstelleinrichtung verstellbaren Pressenbalken umfasst. Der Linearaktuator weist eine erste Kolbenanordnung mit einem ersten Kolben auf, der einen Zylinderraum in einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum unterteilt. Der Linearaktuator weist auch in einem weiteren Zylinderraum eine weitere Kolbenanordnung mit einem weiteren Kolben und zumindest einem weiteren Druckraum auf. Die erste Kolbenanordnung und die zweite Kolbenanordnung sind miteinander gekoppelt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stanzvorrichtung der eingangs genannten Art, ein Verfahren zum Stanzen eines Werkstücks und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens insbesondere hinsichtlich der erreichbaren Hubzahl zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Stanzvorrichtung der eingangs genannten Art, welche ausgebildet ist, zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs entlang der Hubachse eine unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks eingenommene relative Position der beiden Bauteile zueinander beizubehalten. Unter Bauteilen werden im Sinne dieser Anmeldung nicht zwingend einteilige Bauteile verstanden, vielmehr kann ein jeweiliges Bauteil aus mehreren starr miteinander verbundenen Bauelementen zusammengesetzt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung wird ein Stanzantrieb, insbesondere ein elektrischer Stanzantrieb, verwendet, um das erste Bauteil entlang der Hubachse zu bewegen. Um einen möglichst großen Bereich der auf das Werkstück aufbringbaren Stanzkraft abzudecken, realisiert die Stanzvorrichtung zwei Kraftstufen, von denen die erste durch den Stanzantrieb (ggf. in Kombination mit einer Fluidübersetzung) realisiert wird, während die zweite Kraftstufe mit größerer Stanzkraft durch ein größeres Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil realisiert wird. Die hydraulische Kopplung zwischen den beiden Bauteilen, die typischer Weise als Kolbenbauteile realisiert sind, wird bei der Stanzvorrichtung durch einen geschlossenen Hydraulikkreis realisiert, d. h. es sind keine Hydraulikaggregate (Pumpen etc.) für die Erhöhung der Stanzkraft bzw. des Übersetzungsverhältnisses erforderlich.
Um bei einer solchen energieeffizienten Stanzvorrichtung eine möglichst große Hubzahl zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die relative Position bzw. Lage, welche die beiden Bauteile unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks zueinander einnehmen, zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs entlang der Hubachse einzufrieren. Mit anderen Worten werden nach dem Durchstanzen die beiden Bauteile von dem Werkstück weg bewegt, ohne dass es zu einer Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander kommt. Dies gilt sowohl für den Betrieb der Stanzvorrichtung mit dem ersten Übersetzungsverhältnis als auch für den Betrieb der Stanzvorrichtung mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis.
Der Rückhub beginnt im unteren Totpunkt der beiden Bauteile nach dem Durchstanzen des Werkstücks. Die Teilstrecke des Rückhubs, in der die relative Position der beiden Bauteile eingefroren ist, ist typischer Weise so groß gewählt, dass der Stanzstempel bzw. das Stanzwerkzeug vollständig aus dem Werkstück zurückgezogen ist, bevor das Einfrieren der relativen Position der beiden Bauteile aufgehoben wird. Durch das Einfrieren der relativen Position der beiden Bauteile kann das Stanzwerkzeug entlang dieser Teilstrecke sehr schnell vom Werkstück weg bewegt werden. Dadurch kann das Werkstück schon kurz nach dem Durchstanzen seitlich relativ zum Stanzwerkzeug verschoben und geeignet für einen nachfolgenden Stanzhub positioniert werden. Das Einfrieren der relativen Position wird typischer Weise aufgehoben, wenn das zweite Bauteil eine definierte Lage (Referenzlage) entlang der Hubachse eingenommen hat. Ist die Referenzlage erreicht, wird typsicher Weise das zweite Bauteil hydraulisch (ggf. unter zusätzlicher Zuhilfenahme einer Federkraft) eingespannt, d. h. in seiner Referenzlage entlang der Hubachse festgehalten. Das erste Bauteil wird dann mittels des Stanzantriebs relativ zum zweiten Bauteil entlang der Hubachse weiter verschoben, bis dieses den oberen Totpunkt der Pendelbewegung des Stanzwerkzeugs erreicht hat. Alternativ ist es auch möglich, einen so genannten fliegenden Reset bzw. eine fliegende Rücksetzung vorzunehmen. In diesem Fall wird während des Rücksetzens das zweite Bauteil entlang der Hubachse bewegt, d. h. es ist nicht erforderlich, das Rücksetzen an einer Rückstellposition des zweiten Bauteils vorzunehmen.
Die Stanzvorrichtung kann insbesondere ausgebildet sein, das erste und das zweite Bauteil mit einem ersten Übersetzungsverhältnis von 1:1 zu bewegen, wenn der Schwellwert der Gegenkraft nicht überschritten wird. Das zweite Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil, d. h. das Verhältnis zwischen der Strecke, welche das erste Bauteil entlang der Hubachse zurücklegt, und der Strecke, welche gleichzeitig das zweite Bauteil entlang der Hubachse zurücklegt, ist zum Erreichen der erhöhten Kraftübertragung typischer Weise größer als das erste Übersetzungsverhältnis und kann beispielsweise bei mehr als 5:1, 8:1, etc. liegen.
Ist das erste Übersetzungsverhältnis 1:1 und wird der Schwellwert der Gegenkraft bei dem Stanzhub nicht überschritten, ist keine Veränderung der relativen Position der beiden Bauteile erfolgt, so dass diese beim Rückhub mit der gleichen relativen Position zueinander zum oberen Totpunkt zurück bewegt werden, ohne dass eine Rücksetzung erforderlich ist. In diesem Fall kann nach dem Rückhub des Stanzwerkzeugs unmittelbar ein neuer Stanzhub durchgeführt werden. Ist bei dem Stanzhub eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen erfolgt, d. h. wurde der Schwellwert der Gegenkraft überschritten, so ist es zur Durchführung eines weiteren Stanzhubs erforderlich, dass die beiden Bauteile erneut die relative Position einnehmen, welche diese vor dem Umschalten auf das zweite Übersetzungsverhältnis eingenommen haben, wie oben näher beschrieben wurde.
Bei einer Ausführungsform ist in dem zweiten Bauteil ein Hohlraum gebildet, in den ein einen Kolben bildender Abschnitt des ersten Bauteils hinein ragt. Der Hohlraum bildet einen Hydraulikzylinder, in dem der den Kolben bildende Abschnitt des ersten Bauteils linear verschiebbar geführt ist. Unter einem einen Kolben bildenden Abschnitt wird im Sinne dieser Anmeldung auch ein Ende einer Kolbenstange verstanden, deren Stirnseite eine wirksame Kolbenfläche bildet. In diesem Fall ist der Durchmesser der Kolbenstange geringfügig kleiner als der Durchmesser des Hohlraums. In dem Hohlraum kann ein Absatz gebildet sein, an dem der Kolben während des Betriebs mit dem ersten Übersetzungsverhältnis anliegt. Wird in das zweite Übersetzungsverhältnis umgeschaltet, wird der Kolben von dem Absatz abgehoben. Steht der Hohlraum in diesem Fall mit einem Hydraulikzylinder in Fluidverbindung, in dem das zweite Bauteil geführt ist, kann auf diese Weise das zweite Übersetzungsverhältnis realisiert werden. Auch kann der Absatz bei einem Rückhub zur Anlage des Kolbens dienen, um das zweite Bauteil bei der Rückhub-Bewegung mitzunehmen, sofern die hydraulische Kopplung aufgrund eines Fehlers dies nicht ermöglicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das erste Bauteil einen ersten Kolben auf, der in einem ersten Hydraulikzylinder in Hubrichtung verschiebbar geführt ist. Durch die Bewegung des ersten Bauteils und somit des Kolbens in dem ersten Hydraulikzylinder kann aufgrund einer hydraulischen Kopplung mit einem zweiten Hydraulikzylinder eine Kraftübertragung auf das zweite Bauteil erfolgen, so dass dieses gemeinsam mit dem ersten Bauteil entlang der Hubachse bewegt wird, ohne dass zu diesem Zweck ein eigener Antrieb erforderlich ist. Wie weiter unten beschrieben wird, ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass das erste Bauteil einen in einem Hydraulikzylinder geführten Kolben aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Bauteil einen zweiten Kolben auf, der in einem zweiten Hydraulikzylinder in Hubrichtung verschiebbar geführt ist. Durch eine geeignete hydraulische Kopplung des zweiten Hydraulikzylinders mit dem ersten Bauteil, genauer gesagt mit dem ersten Hydraulikzylinder, in dem der Kolben des ersten Bauteils verschiebbar geführt ist, kann auf einfache Weise eine hydraulische Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilen realisiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform stimmt im Betrieb der Stanzvorrichtung mit dem ersten Übersetzungsverhältnis eine wirksame Kolbenfläche des ersten Bauteils mit einer wirksamen Kolbenfläche des zweiten Bauteils überein. Bei der hydraulischen Kopplung des ersten und zweiten Hydraulikzylinders kann beim Vorliegen gleicher wirksamer Kolbenflächen des ersten und des zweiten Kolbens ein erstes Übersetzungsverhältnis von 1:1 realisiert werden. Gegebenenfalls weisen das erste und/oder das zweite Bauteil zusätzlich zu den an dem ersten und zweiten Kolben gebildeten wirksamen Kolbenflächen noch weitere wirksame Kolbenflächen auf, beispielsweise an weiteren Kolben, die in weiteren Hydraulikzylindern verschiebbar geführt sind. Auch die Kolbenflächen dieser weiteren Kolben tragen zur wirksamen Kolbenfläche der beiden Bauteile bei.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind der erste Hydraulikzylinder und der zweite Hydraulikzylinder sowohl beim Betrieb der Stanzvorrichtung mit dem ersten Übersetzungsverhältnis als auch im Betrieb mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis als Gleichlaufzylinder ausgebildet. Bei einem Gleichlaufzylinder sind die beiden gegenüber liegenden Seiten der wirksamen Kolbenflächen gleich groß, so dass der Kolben mit derselben Geschwindigkeit auf das Werkstück zu und von diesem weg bewegt wird. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn beide Hydraulikzylinder als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind, da in diesem Fall auf das Vorsehen eine Reservoirs für Druckflüssigkeit (Tank) als Ausgleichsspeicher sowie auf Nachsaugventile vollständig verzichtet werden kann. Es ist ggf. lediglich erforderlich, während des Stanzvorganges die drucklose Seite mit einem Ausgleichsspeicher mit sehr kleinem Volumen zu verbinden, der der Kompensation des Kompressions- und des Temperaturausgleichsvolumens dient. Um die beiden Hydraulikzylinder in beiden Übersetzungsverhältnissen als Gleichlaufzylinder auszubilden, ist es erforderlich, die wirksamen Kolbenflächen der beiden Bauteile bzw. der beiden Hydraulikzylinder geeignet aufeinander abzustimmen. Es versteht sich, dass bei einer solchen Abstimmung auch ggf. vorhandene weitere wirksame Kolbenflächen, z. B. in einem Hilfszylinder (s. u.), berücksichtigt werden müssen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das erste Bauteil einen Hohlraum auf, in den ein ortsfester Kolben des ersten Hydraulikzylinders hinein ragt. Durch den Kolben kann die Hublänge des ersten Hydraulikzylinders reduziert werden. Dies ist insbesondere bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform vorteilhaft, bei welcher Gleichlaufzylinder verwendet werden, da Gleichlaufzylinder aus konstruktiven Gründen in der Regel einen erhöhten Platzbedarf benötigen.
Bei einer Ausführungsform umfasst der zweite Hydraulikzylinder einen Hilfszylinder, in den ein weiterer Kolben des zweiten Bauteils hinein ragt. Der beispielsweise über eine gemeinsame Trägerplatte an dem zweiten Bauteil starr befestigte weitere Kolben bewegt sich gleichförmig mit dem zweiten Kolben des zweiten Bauteils entlang der Hubachse. Der Hilfszylinder ist neben bzw. parallel zum Hauptzylinder des zweiten Hydraulikzylinders angebracht, so dass durch diesen die Hublänge des zweiten Hydraulikzylinders reduziert werden, was insbesondere für den Fall günstig ist, dass der zweite Hydraulikzylinder als Gleichlaufzylinder ausgebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform trägt das zweite Bauteil einen Stanzstempel der Stanzvorrichtung bzw. das zweite Bauteil wirkt selbst als Stößel. In diesem Fall kontaktiert das zweite Bauteil, genauer gesagt dessen Stanzstempel, das Werkstück, um dieses bei dem Stanzhub durchzustanzen. Die Stanzvorrichtung kann eine Messeinrichtung, beispielsweise in Form eines optischen oder mechanischen Sensors aufweisen, um die Position des Stanzstempels bzw. des zweiten Bauteils entlang der Hubachse zu detektieren und ggf. zu regeln oder beispielsweise eine Rückstellposition zu detektieren, bei welcher die Rückstellung erfolgen soll.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist das erste Bauteil einen Hohlraum auf, in dem ein Kolben eines Stößels der Stanzvorrichtung in Hubrichtung verschiebbar geführt ist. in diesem Fall dient nicht das zweite Bauteil als Stößel, vielmehr ist in dem zweiten Bauteil ebenfalls ein Hohlraum gebildet, durch den der Stößel in axialer Richtung hindurch geführt ist, um mit seinem dem ersten Bauteil abgewandten Ende das Werkstück durchzustanzen. Der Stößel weist in diesem Fall typischer Weise einen zweiten Kolben auf, der in dem als Hydraulikzylinder dienenden Hohlraum des zweiten Bauteils linear verschiebbar geführt ist. Eine Stanzvorrichtung mit einer solchen Bauweise hat sich insbesondere bei der Realisierung der weiter oben beschriebenen fliegenden Rücksetzung als vorteilhaft erwiesen, da in diesem Fall die Rücksetzung direkt durch eine hydraulische Kopplung zwischen zwei den Kolben des Stößels umgebenden Druckräumen des ersten Bauteils erfolgen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stanzvorrichtung mindestens ein hydraulisches Umschaltventil zum Umschalten zwischen einer Bewegung der beiden Bauteile mit dem ersten Übersetzungsverhältnis und einer Bewegung der beiden Bauteile mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis, wenn der Schwellwert der Gegenkraft des Werkstücks auf das Stanzwerkzeug überschritten wird. Das Umschaltventil schaltet typischer Weise zwischen zwei Schaltzuständen um, in denen unterschiedliche Fluidpfade für das Hydraulikfluid (typischer Weise ein Hydrauliköl) gesperrt und/oder freigegeben werden. Das Umschalten vom ersten in den zweiten Schaltzustand (und umgekehrt) kann mit Hilfe einer Steuereinrichtung der Stanzvorrichtung erfolgen, welche mit einer Sensoreinrichtung gekoppelt ist, welche die Gegenkraft misst, die das Werkstück auf das Stanzwerkzeug ausübt.
Das Umschalten vom zweiten in den ersten Schaltzustand des Umschaltventils erfolgt typischer Weise, wenn die Gegenkraft wieder unter den Schwellwert absinkt. Das Umschaltventil kann ggf. von einer Steuereinrichtung gezielt aktiviert, d. h. vom ersten in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden, auch wenn die Gegenkraft kleiner als der Schwellwert ist. Dies ist ggf. erforderlich, um beim Rückhub eine Rückstellung zu bewirken, d. h. um eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen zu ermöglichen, beispielsweise indem das zweite Bauteil in seiner Lage entlang der Hubachse fixiert wird.
Bei einer Weiterbildung weist das Umschaltventil eine hydraulische Steuerleitung auf, die mit einem druckseitigen Druckraum des Stanzwerkzeugs verbunden ist, um beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft zwischen der Bewegung der beiden Bauteile mit dem ersten Übersetzungsverhältnis und der Bewegung der beiden Bauteile mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis umzuschalten. Unter einem druckseitigen Druckraum des Stanzwerkzeugs wird ein Druckraum verstanden, der von einer Kolbenfläche eines der beiden Bauteile begrenzt wird, welche an der dem Werkstück abgewandten Seite des Bauteils angeordnet ist. In einem solchen Druckraum erhöht sich der Druck, wenn die Gegenkraft des Werkstücks auf das Stanzwerkzeug zunimmt. Das Umschaltventil bzw. die Steuerleitung sind so ausgebildet, dass das Umschaltventil automatisch umschaltet, wenn ein Druckschwellwert in dem druckseitigen Druckraum überschritten wird, der dem gewünschten Schwellwert des Gegendrucks des Werkstücks entspricht. Wird der Druckschwellwert unterschritten, schaltet das Umschaltventil automatisch in den ersten Schaltzustand zurück. Gegebenenfalls kann das Umschaltventil für den Fall, dass der Druckschwellwert unterschritten ist, mittels einer zusätzlichen Steuerleitung vom ersten in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stanzvorrichtung eine Rückstelleinrichtung mit mindestens einem hydraulischen Rückstellventil zum Verändern der relativen Position der beiden Bauteile während oder nach dem Rückhub entlang der Hubachse. Das Rückstellventil wird typischer Weise unabhängig vom Gegendruck des Werkstücks mit Hilfe einer Steuereinrichtung aktiviert. Die Steuereinrichtung kann das Rückstellventil grundsätzlich an einer beliebigen Position des Stanzwerkzeugs beim Rückhub entlang der Hubachse aktivieren, um die relative Position der beiden Bauteile zu verändern bzw. um die ursprüngliche relative Position der beiden Bauteile beim Beginn des Stanzhubs wiederherzustellen. In der Regel sollte vor dem Aktivieren des Rückstellventils die Bewegung des zweiten Bauteils entlang der Hubachse angehalten werden, d. h. das zweite Bauteil sollte sich in einer Rückstellposition befinden und sich bei der Aktivierung des Rückstellventils nicht bewegen.
Um die Rückstellung zu bewirken, wirkt das Rückstellventil auf den Hydraulikkreis der Stanzvorrichtung in geeigneter Weise ein, wobei eine Mehrzahl von Möglichkeiten für eine solche Einwirkung bestehen, wie weiter unten beschrieben wird. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, kann es ggf. erforderlich sein, ein weiteres hydraulisches Ventil zu aktivieren, um die Rückstellung zu bewirken. Bei dem weiteren Ventil kann es sich insbesondere um das Umschaltventil handeln, welches von der Steuereinrichtung gleichzeitig mit dem Rückstellventil aktiviert wird und somit selbst als Rückstellventil dient.
Bei einer Weiterbildung ist das Rückstellventil als Regelventil ausgebildet. Wird die Rückstellung nicht in einer ortsfesten Rückstellposition des zweiten Bauteils, sondern während der Bewegung des zweiten Bauteils entlang der Hubachse vorgenommen, tritt bei der Rückstellung ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten auf, mit denen das erste und das zweite Bauteil bewegt werden. In diesem Fall ist es daher günstig, ggf. sogar erforderlich, das Rückstellventil als Regelventil auszubilden. Ein Regelventil kann nicht nur zwischen zwei Schaltstellungen umgeschaltet werden, vielmehr kann zumindest in einer der Schaltstellungen den Durchfluss durch das Regelventil mittels einer Steuereinrichtung gesteuert bzw. geregelt werden. Die Regelung des Durchflusses kann derart erfolgen, dass die Rückstellung abgeschlossen ist, wenn die beiden Bauteile eine vorgegebene relative Position zueinander einnehmen, die typischer Weise der relativen Position vor dem Umschalten vom ersten in das zweite Übersetzungsverhältnis entspricht. Die Verwendung eines Regelventils hat sich insbesondere bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform als günstig erwiesen, bei welcher das erste Bauteil einen Hohlraum aufweist, in dem ein Stößel der Stanzvorrichtung verschiebbar geführt ist.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Rückstellventil ausgebildet, zum Verändern der Positionierung der beiden Bauteile relativ zueinander, d. h. in der aktiven Schaltstellung, mindestens einen Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders hydraulisch zu isolieren, d. h. eine Fluidverbindung zu dem Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders zu sperren. In einem weiteren Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders können Federn angebracht sein, welche das zweite Bauteil gegen den isolierten Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders andrücken. Auf diese Weise wird das zweite Bauteil in dem zweiten Hydraulikzylinder in seiner Position entlang der Hubachse fixiert, während das erste Bauteil bei der Rücksetzung relativ zum zweiten Bauteil verschoben wird. Alternativ zur Fixierung des zweiten Bauteils in dem zweiten Hydraulikzylinder mit Hilfe von Druckfedern ist es auch möglich, das zweite Bauteil in dem zweiten Hydraulikzylinder einzuspannen bzw. zu fixieren, indem der andere Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders ebenfalls hydraulisch isoliert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Umschaltventil ausgebildet, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft eine hydraulische Verbindung zwischen einem Druckraum des ersten Hydraulikzylinders und einem Reservoir für ein Hydraulikfluid herzustellen. In diesem Fall wird in der Schaltstellung des Umschaltventils, in dem das zweite Übersetzungsverhältnis vorliegt, ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum des ersten Hydraulikzylinders in das Reservoir (typischer Weise einen Hochdruck-Tank) gefördert. In einer ersten Schaltstellung kann das Umschaltventil dazu dienen, um eine Fluidverbindung zwischen einem Druckraum des ersten Hydraulikzylinders und einem Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders herzustellen, die beim Umschalten getrennt wird. In der nicht aktiven Schaltstellung des Rückstellventils kann dieses einen weiteren Druckraum des ersten Hydraulikzylinders mit einem Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders verbinden. Wird das Rückstellventil aktiviert und diese Verbindung unterbrochen, ist der Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders abgeschlossen bzw. hydraulisch isoliert.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Umschaltventil ausgebildet ist, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckraum des ersten Hydraulikzylinders herzustellen. In diesem Fall wird in der Schaltstellung des Umschaltventils, in dem das zweite Übersetzungsverhältnis vorliegt, ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus einem ersten Druckraum des ersten Hydraulikzylinders nicht in ein Reservoir, sondern in einen zweiten Druckraum des ersten Hydraulikzylinders gefördert. Auf diese Weise kann auf das Vorsehen eines Drucktanks bzw. eines Druckreservoirs verzichtet werden. Diese Ausführungsform kann insbesondere realisiert sein, wenn beide Hydraulikzylinder in beiden Übersetzungsverhältnissen als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Umschaltventil ausgebildet, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders zu trennen, genauer gesagt die beiden Druckräume des zweiten Hydraulikzylinders hydraulisch zu isolieren. Auf diese Weise wird das in dem zweiten Hydraulikzylinder geführte zweite Bauteil eingespannt bzw. bei der Bewegung in Hubrichtung fixiert. Bei dieser Ausführungsform dient typischer Weise ein in dem zweiten Bauteil geführter Stößel zum Durchstanzen des Werkstücks. Im ersten Schaltzustand des Umschaltventils sind typischer Weise der erste und der zweite Druckraum des zweiten Hydraulikzylinders miteinander hydraulisch verbunden.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Rückstellventil ausgebildet, zum Verändern der Positionierung der beiden Bauteile relativ zueinander eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten Druckraum und einem zweiten Druckraum des in dem ersten Bauteil gebildeten Hohlraums herzustellen. Das Rückstellventil ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt als Regelventil ausgebildet und ermöglicht es, die relative Position zwischen einem in dem Hohlraum des ersten Bauteils geführten Stößels und dem ersten Bauteil entlang der Hubachse zu verändern. Im ersten Schaltzustand des Rückstellventils trennt dieses typischer Weise die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum des Hohlraums im ersten Bauteil bzw. isoliert die beiden Druckräume hydraulisch, so dass der Stößel in dem ersten Bauteil eingespannt bzw. fixiert wird und gemeinsam mit dem ersten Bauteil ohne eine Veränderung der relativen Position zum ersten Bauteil entlang der Hubachse verschoben werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stanzvorrichtung zusätzlich eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Stanzantriebs sowie zur Ansteuerung mindestens eines Rückstellventils der Rückstelleinrichtung. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Aktivierung des mindestens einen Rückstellventils der Rückstelleinrichtung zur Veränderung der relativen Position der beiden Bauteile zueinander entweder in einer Rückstellposition erfolgen, in welcher das erste Bauteil (und somit das zweite Bauteil) nicht verschoben wird, oder die Rückstellung kann fliegend erfolgen, d. h. während die beiden Bauteile entlang der Hubachse verschoben werden. In beiden Fällen ist eine Koordination zwischen dem Stanzantrieb und der Aktivierung bzw. Deaktivierung des mindestens einen Rückstellventils erforderlich, welche die Steuereinrichtung übernimmt. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung ggf. auch zur Regelung des Stanzhubes bzw. der Bewegung des Stanzwerkzeugs dienen kann. In diesem Fall steht die Steuereinrichtung mit einem oder mehreren Sensoren in Verbindung, welche die Position des ersten Bauteils, des zweiten Bauteils und/oder des Stößels entlang der Hubachse sowie ggf. die von dem Werkstück auf das Stanzwerkzeug ausgeübte Gegenkraft messen.
Verfahren zum Stanzen eines Werkstücks, umfassend: Bewegen eines Stanzwerkzeugs, welches ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, die hydraulisch koppelbar sind, bei einem Stanzhub entlang einer Hubachse auf ein zu stanzendes Werkstück zu, wobei während des Stanzhubs das zweite Bauteil mit einem ersten Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil bewegt wird und, sobald ein Schwellwert einer Gegenkraft überschritten wird, die das zu stanzende Werkstück auf das Stanzwerkzeug ausübt, das zweite Bauteil mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil bewegt wird, Durchstanzen des Werkstücks mittels des Stanzwerkzeugs, sowie Bewegen des Stanzwerkzeugs von dem gestanzten Werkstück weg während eines Rückhubs entlang der Hubachse. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs eine unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks eingenommene Position der beiden Bauteile relativ zueinander entlang der Hubachse beibehalten wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann als erstes Übersetzungsverhältnis insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 gewählt werden. Das Verfahren kann insbesondere die weiter oben im Zusammenhang mit der Stanzvorrichtung beschriebenen Ausführungsformen als vorteilhafte Varianten umfassen.
Bei einer vorteilhaften Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Verändern der relativen Position der beiden Bauteile zueinander während des Rückhubs entlang der Hubachse zum Wiederherstellen einer relativen Position, welche die beiden Bauteile vor dem Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft zueinander eingenommen haben. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es für das Durchführen eines neuen Stanzhubs günstig bzw. erforderlich, die beiden Bauteile in eine relative Position entlang der Hubachse zu bewegen, welche diese vor dem Umschalten vom ersten in das zweite Übersetzungsverhältnis relativ zueinander eingenommen haben.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stanzvorrichtung mit einem Stanzwerkzeug mit zwei relativ zueinander entlang einer Hubachse beweglichen Bauteilen beim Beginn eines Stanzhubs,
2 eine Darstellung analog 1 mit dem Stanzwerkzeug in einem unteren Totpunkt eines Stanzhubs, in dem die beiden Bauteile eine veränderte relativen Position zueinander einnehmen,
3 eine Darstellung analog 1 und 2 mit dem Stanzwerkzeug in einer Rückstellposition, in welche die beiden Bauteile während eines Rückhubs unter Beibehaltung ihrer relativen Position entlang der Hubachse verschoben wurden,
4 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Stanzvorrichtung, in welcher die beiden Bauteile in zwei Gleichlaufzylindern in Hubrichtung verschiebbar geführt sind,
5 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Stanzvorrichtung mit zwei Bauteilen, in deren Hohlräumen eine Kolbenstange eines Stößels verschiebbar geführt ist, im Betrieb mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, und
6 eine Darstellung der Stanzvorrichtung von 5 im Betrieb mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Stanzvorrichtung 1 zum Stanzen eines plattenförmigen Werkstücks 2, welches in einer Auflageebene (XY-Ebene) auf einer Matrize 3 angeordnet ist, die in einem vorgegebenen Abstand L von einem Gehäuse 4 des oberen Teils der Stanzvorrichtung 1 angeordnet ist. Sowohl die Matrize 3 als auch das Gehäuse 4 sind im hier gezeigten Beispiel ortsfest, d. h. diese bewegen sich nicht entlang einer Hubachse (Z-Richtung) senkrecht zur Auflageebene. Dies gilt nicht für ein in 1 ebenfalls gezeigtes Stanzwerkzeug 5, welches wie alle entlang der Hubachse Z beweglichen Teile der Stanzvorrichtung 1 zur Unterscheidung gegenüber den ortsfesten Bauteilen ohne eine Schraffur dargestellt ist.
Das entlang der Hubachse Z bewegliche bzw. verschiebbare Stanzwerkzeug 5 umfasst ein erstes Bauteil 6 und ein zweites Bauteil 7, deren relative Position ΔP entlang der Hubachse Z verändert werden kann, wie weiter unten näher beschrieben wird. Das erste Bauteil 6 ist mit einem Stanzantrieb 8 gekoppelt, welcher als elektrischer Antrieb z. B. in Form eines Torque-Motors ausgebildet ist, der auf eine Gewindemutter 8a einwirkt, die eine an dem ersten Bauteil 6 gebildete Kugelrollspindel 9 in eine Drehbewegung versetzt, um das erste Bauteil 6 entlang der Hubachse Z zu verschieben.
Das erste Bauteil 6 der Stanzvorrichtung 1 weist eine Kolbenstange 10 auf, an welcher ein erster, oberer Kolben 11 gebildet ist, der in einem ersten, oberen Hydraulikzylinder 12 in Hubrichtung Z verschiebbar geführt ist. Entsprechend weist auch das zweite Bauteil 7 einen Kolben 13 auf, der in einem zweiten, unteren in dem Gehäuse 4 gebildeten Hydraulikzylinder 14 verschiebbar geführt ist. In das zweite Bauteil 7 ist ein Hohlraum 15 eingebracht, in den ein einen weiteren, unteren Kolben 16 bildender endseitiger Abschnitt der Kolbenstange 10 des ersten Bauteils 6 hinein ragt. Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, ist am unteren, dem Werkstück 2 zugewandten Ende des zweiten Bauteils 7 ein Stanzstempel 17 angebracht, weicher beim Stanzvorgang mit dem Werkstück 2 in Anlage gebracht wird.
1 zeigt das Stanzwerkzeug 5 am Beginn des Stanzvorgangs, d. h. an einem oberen Totpunkt einer Pendelbewegung, die das Stanzwerkzeug 5 in einem Stanzhub auf das Werkstück 2 zu und in einem Rückhub nach dem Durchstanzen vom Werkstück 2 weg zurücklegt. Bei der in 1 gezeigten Ausgangsstellung nehmen die beiden Bauteile 6, 7 eine relative Position ΔP entlang der Hubachse Z zueinander ein, bei welcher die Oberseite des unteren Kolbens 16 des ersten Bauteils 6 an einem axialen Absatz 18 des Hohlraums 15 des zweiten Bauteils 7 anliegt. Diese relative Position ΔP wird (willkürlich) als Nulllage festgelegt, d. h. es gilt bei der in 1 gezeigten Ausgangsstellung ΔP = 0.
Das Stanzwerkzeug 5 wird ausgehend aus der in 1 gezeigten Ausgangsstellung auf das Werkstück 2 zu bewegt, indem der Stanzantrieb 8 das erste Bauteil 6 entlang der Hubachse Z nach unten bewegt. Ein erster, oberer Druckraum D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 ist über ein in einer ersten Schaltstellung befindliches, als Rückstellventil dienendes zweites Umschaltventil UV2 mit einem zweiten, unteren Druckraum D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 hydraulisch gekoppelt. Entsprechend ist ein zweiter, unterer Druckraum D2 des ersten Hydraulikzylinders 12 über ein sich in einer ersten Schaltstellung befindliches erstes Umschaltventil UV1 mit einem ersten, oberen Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 hydraulisch gekoppelt. Der erste Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 steht mit einem in dem Hohlraum 15 des zweiten Bauteils 7 befindlichen dritten Druckraum D3' des zweiten Hydraulikzylinders 14 in permanenter hydraulischer Verbindung.
Die Kolbenfläche B3 an der Oberseite des ersten Kolbens 11 des ersten Bauteils 6 ist gleich groß wie die Kolbenfläche A3 an der Unterseite des Kolbens 13 des zweiten Bauteils 7. Entsprechend ist auch die Kolbenfläche B2 an der Unterseite des ersten Kolbens 11 des ersten Bauteils 6 so groß wie die Kolbenfläche A2 an der Oberseite des Kolbens 13 des zweiten Bauteils 7. Bei der in 1 gezeigten Ausgangsstellung, in welcher der untere Kolben 16 des ersten Bauteils 6 an dem Absatz 18 des zweiten Bauteils 7 anliegt, spielt die Kolbenfläche A3 an der Unterseite des unteren Kolbens 16 des zweiten Bauteils 7 keine Rolle. Die wirksame Kolbenfläche B3-B2 des oberen Kolbens 11 des ersten Bauteils 6 und die wirksamen Kolbenfläche A3-A2 des Kolbens 13 des zweiten Bauteils 7 sind somit gleich groß. Dies führt dazu, dass die beiden Bauteile 6, 7 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 entlang der Hubachse Z verschoben werden, d. h. die beiden Bauteile 6, 7 werden bei dem Stanzhub auf das Werkstück 2 zu bewegt, ohne dass sich deren relative Position ΔP entlang der Hubachse Z verändert.
Steigt eine Gegenkraft F, die das Werkstück 2 auf das Stanzwerkzeug 5 ausübt, nicht über einen vorgegebenen Schwellwert an, ist die Antriebskraft des elektrischen Stanzantriebs 8 ausreichend, um das Werkstück 2 durchzustanzen. In diesem Fall erfolgt sowohl der Stanzhub als auch der Rückhub des Stanzwerkzeugs 5, ohne dass sich die relative Position der beiden Bauteile 6, 7 verändert, d. h. es bleibt während der gesamten Pendelbewegung ΔP = 0.
Steigt die Gegenkraft F des Werkstücks 2 während des Stanzvorgangs und somit der Druck in dem oberen Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 so stark an, dass eine mit dem oberen Druckraum D1' in hydraulischer Verbindung stehende, druckbeaufschlagte Steuerleitung 19 das erste Umschaltventil UV1 von dem ersten, in 1 gezeigten Schaltzustand in einen zweiten, in 2 gezeigten Schaltzustand umschaltet, wird zwischen dem ersten Betriebszustand mit dem ersten Übersetzungsverhältnis (1:1) zwischen dem ersten Bauteil 6 und dem zweiten Bauteil 7 in einen zweiten Betriebszustand mit einem zweiten, größeren Übersetzungsverhältnis (z. B. ca. 5:1 oder darüber) umgeschaltet, wie nachfolgend anhand von 2 erläutert wird.
In dem zweiten Betriebszustand (Übersetzerbetrieb) verbindet das erste Umschaltventil UV1 den zweiten, unteren Druckraum D2 des ersten Hydraulikzylinders 12 mit einem Reservoir 20 für die Hydraulikflüssigkeit in Form eines Hochdrucktanks, der mit einem Druck von beispielsweise ca. 10 bar beaufschlagt ist. Das Reservoir 20 ist über drei Rückschlagventile RV1 bis RV3 mit dem oberen Druckraum D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 bzw. mit dem oberen und dem unteren Druckraum D1', D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 verbunden. Bei der Bewegung des ersten Bauteils 6 auf das Werkstück 2 zu wird im Übersetzerbetrieb das Hydraulikfluid aus dem zweiten Druckraum D2 des ersten Hydraulikzylinders 12 in das Reservoir 20 gefördert. Gleichzeitig wird Hydraulikfluid aus dem zweiten Druckraum D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 in den oberen Druckraum D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 gefördert, da beide in der zweiten Schaltstellung des ersten Umschaltventils UV1 in hydraulischer Verbindung stehen. Der untere Kolben 16 des ersten Bauteils 6 wird im Übersetzerbetrieb von dem Absatz 18 des zweiten Bauteils 7 abgehoben, so dass sich ein Übersetzungsverhältnis ergibt, welches aus der Summe der Kolbenfläche A2 des Kolbens 13 des zweiten Bauteils 7 und der Kolbenfläche A1 in dem mit dem oberen Druckraum D1' in hydraulischer Verbindung stehenden weiteren Druckraum D3' zur Kolbenfläche A1 des Kolbens 16 in dem weiteren Druckraum D3' gebildet wird, d. h. es gilt für das Übersetzungsverhältnis: A2/A1.
Bei einer kreisförmigen Kolbenfläche A1 mit einem Durchmesser von 35 cm und einer kreisförmigen Kolbenfläche A2 mit einem Durchmesser von 100 cm ergibt sich im Übersetzerbetrieb ein Übersetzungsverhältnis von ca. 8:1. Das erste Bauteil 6 legt somit die achtfache Strecke des zweiten Bauteils 7 entlang der Hubachse Z zurück, wodurch der Druck, den das zweite Bauteil 7 auf das Werkstück ausübt, sich entsprechend erhöht. Die aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Bauteile 6, 7 im Übersetzerbetrieb in der oberen Druckkammer D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 fehlende Hydraulikflüssigkeit wird über das erste Rückschlagventil RV1 aus dem Reservoir bzw. aus dem Tank 20 nachgesaugt.
2 zeigt das Stanzwerkzeug 5 im Übersetzerbetrieb in einem unteren Totpunkt der Bewegung entlang der Hubachse, an dem das Werkstück 2 vollständig durchgestanzt wurde. Aufgrund des von 1:1 verschiedenen Übersetzungsverhältnisses von 8:1 im Übersetzerbetrieb weisen die beiden Bauteile 6, 7 unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks 2 eine von Null verschiedene relative Position ΔP' auf, die von der mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis zurückgelegten Wegstrecke entlang der Hubachse Z abhängt. Es versteht sich, dass anders als in 2 gezeigt ist das Stanzwerkzeug 5 nach dem Durchstanzen des Werkstücks 2 weiter nach unten verschoben werden kann, bis der untere Totpunkt der Bewegung erreicht ist. Da nach dem Durchstanzen des Werkstücks die weitere Abwärtsbewegung mit dem Übersetzungsverhältnis von 1:1 erfolgt, verändert sich die relative Position ΔP' der beiden Bauteile 6, 7 hierbei nicht.
Wie nachfolgend beschrieben wird, wird die relative Position ΔP', welche die beiden Bauteile 6, 7 am Ende der Abwärtsbewegung zueinander einnehmen, zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs 5 in die in 1 gezeigte Ausgangsposition beibehalten, d. h. die relative Position ΔP' wird quasi „eingefroren”, bis eine als Rückstellposition bezeichnete Position entlang der Hubachse Z erreicht ist, an welcher die relative Position ΔP' der beiden Bauteile 6, 7 in die ursprüngliche relative Position ΔP = 0 übergeführt wird.
Da nach dem vollständigen Durchstanzen des Werkstücks 2 die Gegenkraft F des Werkstücks 2 und damit der Druck in der oberen Druckkammer D1' des zweiten Hydraulikkolbens 14 schlagartig abnimmt, wird das erste Umschaltventil UV1 über die Steuerleitung 19 von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand umgeschaltet. Da das Übersetzungsverhältnis in der ersten Schaltstellung des ersten Umschaltventils UV1 bei 1:1 liegt, wird bei der Bewegung des ersten Bauteils 6 mittels des Stanzantriebs 8 vom Werkstück 2 weg das zweite Bauteil 7 mit bewegt, ohne dass sich die relative Position ΔP' verändert. Es ist somit bei der Stanzvorrichtung 1 nicht erforderlich, beim Beginn des Rückhubs eine relative Bewegung zwischen dem ersten Bauteil 6 und dem zweiten Bauteil 7 im Übersetzerbetrieb durchzuführen. Eine solche Bewegung würde dazu führen, dass für das Bewegen des zweiten Bauteils 7 aus dem Werkstück 2 heraus nach oben aufgrund des Übersetzungsverhältnisses von 8:1 eine vergleichsweise große Hubbewegung des ersten Bauteils 6 und somit eine vergleichsweise große Zeitdauer erforderlich wäre. Durch die Bewegung des Stanzwerkzeugs 5 zumindest am Beginn des Rückhubs im Normalbetrieb kann das Stanzwerkzeug 5 bzw. das zweite Bauteil 7 schnell aus dem Werkstück 2 zurückgezogen werden, so dass im Bereich der Auflageebene schnell eine Neupositionierung des Werkstücks 2 für einen nachfolgenden Stanzhub erfolgen kann. Da auch das Rückstellen in die ursprüngliche relative Position ΔP nicht im Übersetzerbetrieb erfolgt, wird auch die Zeitdauer, die insgesamt für den Rückhub benötigt wird, deutlich verringert.
Um die ursprüngliche relative Position ΔP der beiden Bauteile 6, 7 zueinander wiederherzustellen, wird das Stanzwerkzeug 5 in eine in 3 gezeigte Rückstellposition gebracht, die zwischen der in 1 gezeigten Position am oberen Totpunkt und der in 2 gezeigten Position am unteren Totpunkt der Bewegung entlang der Hubachse Z liegt. Die Rückstellposition sollte so gewählt werden, dass zumindest die Teilstrecke des Rückhubs, die zum Herausziehen des Stanzstempels 17 aus dem Werkstück 2 benötigt wird, bei der Aufwärtsbewegung bereits zurückgelegt wurde. Wird die Rückstellung wie im gezeigten Beispiel dadurch erreicht, dass das zweite Bauteil 7 an einer Bewegung entlang der Hubachse Z gehindert wird, ist es typischer Weise günstig, wenn die Rückstellposition zumindest um den Betrag der relativen Position ΔP' vom oberen Totpunkt der Bewegung des Stanzwerkzeugs 5 entfernt ist.
Um die Rückstellung zu bewirken, wirkt eine elektronische Steuereinrichtung 21 der Stanzvorrichtung 1 auf den Stanzantrieb 8 ein, um das erste Bauteil 6 und somit das Stanzwerkzeug 5 in die gewünschte Rückstellposition entlang der Hubachse Z zu bewegen. Ist die gewünschte Rückstellposition erreicht, wirkt die Steuereinrichtung 21 auf das zweite Umschaltventil UV2 ein, um dieses vom ersten in einen zweiten Schaltzustand umzuschalten, in dem das zweite Umschaltventil UV2 als Rückstellventil dient. Die Steuereinrichtung 21 und das Rückstellventil UV2 bilden gemeinsam eine Rückstelleinrichtung 23 der Stanzvorrichtung 1. Die Aktivierung des Rückstellventils UV2 durch die Steuereinrichtung 21 kann beispielsweise durch eine gestrichelt dargestellte pneumatische Steuerleitung erfolgen. In der in 3 gezeigten zweiten Schaltstellung des Rückstellventils UV2 wird der untere Druckraum D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 hydraulisch isoliert. Mit Hilfe von in dem oberen Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 vorgesehenen Druckfedern 22 wird das zweite Bauteil 7 in dem zweiten Hydraulikzylinder 14 fixiert bzw. eingespannt, so dass sich dieses im zweiten Schaltzustand des Rückstellventils UV2 nicht mehr entlang der Hubachse Z verschieben lässt.
Während das zweite Bauteil 7 in Hubrichtung Z eingespannt ist, wird das zweite Bauteil 7 weiter nach oben verschoben, bis die beiden Bauteile 6, 7 ihre ursprüngliche relative Position ΔP = 0 zueinander einnehmen, bei welcher das erste und das zweite Bauteil 6, 7 an dem Absatz 18 aneinander anliegen. Bei dieser Rückstellbewegung stellt das Rückstellventil UV2 eine hydraulische Verbindung zwischen dem oberen Druckraum D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 und dem Reservoir 20 her, um das im Übersetzungsbetrieb in das Reservoir 20 geleitete Hydraulikfluid wieder in den oberen Druckraum D1 zurück zu fördern. Nach der Rückstellung kann das Rückstellventil UV2 deaktiviert werden und die beiden Bauteile 6, 7 können erneut ohne Veränderung der relativen Position ΔP = 0 entlang der Hubachse Z an den oberen Totpunkt (vgl. 1) verschoben werden. Es versteht sich, dass die Rückstellposition entlang der Hubachse Z auch so gewählt werden kann, dass nach dem Verschieben des ersten Bauteils 6 zum Erreichen der ursprünglichen relativen Position ΔP = 0 die in 1 gezeigte Ausgangsposition des Stanzwerkzeugs 5 entlang der Hubachse Z eingenommen wird.
Um das Stanzwerkzeug 5 bzw. den Stanzantrieb 8 mittels der Steuereinrichtung 21 geeignet zu steuern bzw. zu regeln, weist die Stanzvorrichtung 1 einen beispielsweise optischen Sensor 24 zur Positionsbestimmung des zweiten Bauteils 7 entlang der Hubachse Z auf. Es versteht sich, dass weitere Sensoren zur Positionsbestimmung des ersten Bauteils 6 und/oder zur Bestimmung der Gegenkraft F, welche das Werkstück 2 auf das Stanzwerkzeug 5 ausübt, in der Stanzvorrichtung 1 vorgesehen werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stanzvorrichtung 1, welche in 4 gezeigt ist, basiert auf dem weiter oben im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschriebenen Grundprinzip. Bei der in 4 gezeigten Stanzvorrichtung 1 wird das obere Bauteil 6 über einen elektrischen Stanzantrieb 8 in Form eines Linearantriebs entlang der Hubachse Z verfahren und es wird mit Hilfe des weiteren Bauteils 7 eine hydraulische Fluidübersetzung realisiert. Der wesentliche Unterschied der Stanzvorrichtung von 4 zu der weiter oben beschriebenen Stanzvorrichtung 1 besteht darin, dass bei dem in 4 gezeigten Beispiel sowohl der erste Hydraulikzylinder 12 als auch der zweite Hydraulikzylinder 14 als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind, d. h. die einander entgegen wirkenden Kolbenflächen bzw. die entsprechenden Flächen der Druckräume sind bei jedem der beiden Hydraulikzylinder 12, 14 gleich groß, wie nachfolgend beschrieben wird:
Der erste, obere Hydraulikzylinder 12 weist einen ersten, oberen Druckraum D1 auf. In dem ersten Bauteil 6 der Stanzvorrichtung 1 von 4 ist ein Hohlraum 25 gebildet, in den ein ortsfester Tauchkolben 26 des Gehäuses 4 hinein ragt und in dem ein zweiter Druckraum D2 gebildet ist. Der erste Hydraulikzylinder 12 weist auch einen unteren, dritten Druckraum D3 auf. Die hydraulisch wirksamen Flächen der Druckräume D1 bis D3 beziehungsweise die hydraulisch wirksamen Flächen des Kolbens 11 des ersten Bauteils 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass der obere Hydraulikzylinder 12 einen Gleichlaufzylinder bildet.
Der zweite, untere Hydraulikzylinder 14 weist ebenfalls einen ersten, oberen Druckraum D1' sowie einen zweiten, unteren Druckraum D2' auf, zwischen denen ein Kolben 13 des zweiten Bauteils 6 verschiebbar geführt ist. Der zweite Hydraulikzylinder 14 weist einen Hilfszylinder 27 auf, in den ein weiterer Kolben 28 des zweiten Bauteils 7 hinein ragt, um die Bauhöhe des zweiten Hydraulikzylinders 14 zu reduzieren. Der weitere Kolben 28 ist mit dem parallel geführten Kolben 13 des zweiten Bauteils 7 über eine Trägerplatte 29 starr verbunden. An der Trägerplatte 29 kann ein Stanzstempel der Stanzvorrichtung 1 angebracht sein, um ein in 4 nicht bildlich dargestelltes Werkstück 2 durchzustanzen. In dem Hilfszylinder 27 ist zudem ein dritter Druckraum D3' gebildet, welcher mit dem zweiten, unteren Druckraum D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 in permanenter hydraulischer Verbindung steht. Die hydraulisch wirksamen Flächen der Druckräume D1', D2', D3' bzw. die entsprechenden hydraulisch wirksamen Flächen des Kolbens 16 und des weiteren Kolbens 28 sind so aufeinander abgestimmt, dass der untere Hydraulikzylinder 14 ebenfalls einen Gleichlaufzylinder bildet.
Im Normalbetrieb, d. h. bei der in 4 gezeigten Stellung der beiden Umschaltventile UV1, UV2, sind sowohl der dritte Druckraum D3 als auch der zweite Druckraum D2 des oberen Hydraulikzylinders 12 mit dem oberen Druckraum D1' des unteren Hydraulikzylinders 14 hydraulisch verbunden. Die hydraulisch wirksamen Flächen der beiden Druckräume D2, D3 (bzw. der zugehörigen Kolbenflächen) des oberen Hydraulikzylinders 12 sind gleich groß wie die hydraulisch wirksame Fläche des oberen Druckraums D1' des unteren Hydraulikzylinders 14. Der erste, obere Druckraum D1 des ersten Hydraulikzylinders 12 ist dauerhaft mit dem zweiten, unteren Druckraum D2' (und somit auch mit dem dritten Druckraum D3') des zweiten Hydraulikzylinders 14 verbunden. Die hydraulisch wirksame Fläche des oberen Druckraums D1 des oberen Hydraulikzylinders 12 entspricht den hydraulisch wirksamen Flächen des zweiten und dritten Druckraums D2', D3' des unteren Hydraulikzylinders 14. Auf diese Weise wird im Normalbetrieb ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 realisiert, d. h. die beiden Bauteile 6, 7 bewegen sich im Normalbetrieb in der in 4 gezeigten relativen Position ΔP = 0, bei welcher der untere Kolben 16 des ersten Bauteils 6 an einem Absatz 18 des zweiten Bauteils 7 anliegt, entlang der Hubachse Z.
Im Übersetzerbetrieb, d. h. beim Überschreiten eines Schwellwerts der Gegenkraft F, die das Werkstück 2 auf das Stanzwerkzeug 5 ausübt, erhöht sich der Druck in der oberen Druckkammer D1' des unteren Hydraulikzylinders 14 und das erste Umschaltventil UV1 wird über die mit diesem in hydraulischer Verbindung stehende Steuerleitung 19 aktiviert und schaltet vom ersten in den zweiten Schaltzustand. Im zweiten Schaltzustand stellt das erste Umschaltventil UV1 eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Druckraum D1 und dem dritten Druckraum D3 des oberen Hydraulikzylinders 12 her und trennt die hydraulische Verbindung zwischen dem dritten Druckraum D3 des oberen Hydraulikzylinders 12 und dem ersten Druckraum D1' des unteren Hydraulikzylinders 14. Die hydraulisch wirkenden Flächen des ersten Druckraums D1 und des dritten Druckraums D3 sind gegenläufig, so dass sich als resultierende hydraulisch wirksame Fläche des ersten Hydraulikzylinders 12 die hydraulisch wirksame Fläche des zweiten Druckraums D2 ergibt, die auf die hydraulisch wirksame Fläche des ersten Druckraums D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 wirkt. Aufgrund der unterschiedlichen Größe der hydraulisch wirksamen Flächen des zweiten Druckraums D2 des ersten Hydraulikzylinders 12 und des ersten Druckraums D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 ergibt sich im Übersetzerbetrieb ein Übersetzungsverhältnis von D1'/D2, das beispielsweise bei ca. 5:1 oder darüber liegen kann.
Nach dem Durchstanzen des Werkstücks 2 fällt der Druck in dem oberen Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 schnell ab und das erste Umschaltventil UV1 schaltet in den ersten Schaltzustand zurück. Das Stanzwerkzeug 5 wird im Normalbetrieb, d. h. mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1, entlang der Hubachse Z zurückgezogen, bis eine Rückstellposition erreicht ist. In der Rückstellposition wird, wie weiter oben im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben wurde, das zweite Bauteil 7 im zweiten Hydraulikzylinder 14 eingespannt, um das erste Bauteil 6 mittels des Stanzantriebs 8 relativ zum zweiten Bauteil 7 zu verschieben und die ursprüngliche, in 4 gezeigte relative Position ΔP = 0 der beiden Bauteile 6, 7 wiederherzustellen.
Um diese Rückstellbewegung zu ermöglichen, werden sowohl das erste Umschaltventil UV1 als auch ein als Rückstellventil dienendes zweites Umschaltventil UV2 gleichzeitig vom ersten in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet, indem die Steuereinrichtung 21 auf beide Umschaltventile UV1, UV2 mittels einer jeweiligen pneumatischen Steuerleitung einwirkt. Durch die Aktivierung beider Umschaltventile UV1, UV2 wird der obere Druckraum D1' des zweiten Hydraulikzylinders 14 hydraulisch isoliert, so dass das in diesem geführte zweite Bauteil 7 nicht weiter nach oben verschoben werden kann. Gleichzeitig wird mittels des zweiten Umschaltventils UV2 eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Druckraum D1 und dem dritten Druckraum D3 des oberen Hydraulikzylinders 12 hergestellt, d. h. der obere Hydraulikzylinder wird kurzgeschlossen.
Erfolgt die Umschaltung der beiden Umschaltventile UV1, UV2 nicht exakt synchron, hat dies keine negativen Auswirkungen auf die Stanzvorrichtung 1, d. h. dies führt nicht zu Verspannungen. Die in 4 gezeigte Stanzvorrichtung 1 hat zudem den Vorteil, dass kein Drucktank oder dergleichen zur Aufnahme von Hydraulikfluid benötigt wird, da die beiden Hydraulikzylinder 12, 14 als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind und die hydraulisch wirksamen Flächen der beiden Hydraulikzylinder 12, 14 so aufeinander abgestimmt sind, dass auch im Übersetzerbetrieb, d. h. beim zweiten Übersetzungsverhältnis, der Gleichlauf gewährleistet ist. Die Abstimmung der hydraulisch wirksamen Flächen wird in 4 dadurch realisiert, dass für die Druckräume D1, D2, D3 des oberen Hydraulikzylinders 12 und für den ersten Druckraum D1' des unteren Hydraulikzylinders 14 gilt: D1' = D2 + D3. Außerdem gilt im gezeigten Beispiel: D2' = D3'. Wie in 4 zu erkennen ist, wird lediglich ein Reservoir 20' mit einem sehr geringen Fassungsvermögen benötigt, welches über zwei Rückschlagventile RV1, RV2 mit dem dritten Druckraum D3 des oberen Hydraulikzylinders 12 bzw. mit dem zweiten Druckraum D2' des unteren Hydraulikzylinders 14 (d. h. mit der drucklosen Seite) verbunden ist. Das Reservoir 20' dient als Ausgleichsvolumen, genauer gesagt als Temperaturausgleichvolumen und als Kompressionsausgleichvolumen. Insgesamt kommt die in 4 gezeigte Stanzvorrichtung 1 mit einer geringen Anzahl an Baukomponenten aus und kann daher in kompakter Bauweise realisiert werden. Zudem erfolgt bei der Flächenumschaltung, d. h. bei der Umschaltung zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis, kein Kraftsprung sondern ein stetiger Übergang, so dass der (geschlossene) Hydraulikkreislauf und insbesondere die Umschaltventile UV1, UV2 nicht zu stark beansprucht werden. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist zudem während des Rückhubs keine Kraftübertragung über den Anschlag 18 notwendig, d. h. der Anschlag 18 dient lediglich zur Sicherheit und ist für die Durchführung des Stanzhubs nicht zwingend erforderlich.
Eine weitere Ausführungsform der Stanzvorrichtung 1 wird nachfolgend anhand von 5 und 6 beschrieben. Ein wesentlicher Unterschied der in 5 und 6 beschriebenen Stanzvorrichtung 1 und den weiter oben beschriebenen Stanzvorrichtungen 1 besteht darin, dass zusätzlich ein Stößel 30 vorgesehen ist, welcher zum Stanzen des Werkstücks 2 dient und welcher relativ zu dem ersten Bauteil 6 und dem zweiten Bauteil 7 entlang der Hubachse Z verschoben werden kann. Der Stößel 30 weist eine Kolbenstange 33 auf, an der ein erster Kolben 31 und ein zweiter Kolben 32 gebildet sind. Der erste Kolben 31 des Stößels 30 ist in einem Hohlraum 25 des ersten Bauteils 6 in Hubrichtung Z verschiebbar geführt. Auch das zweite Bauteil 7 weist einen Hohlraum 15 auf, in dem der zweite Kolben 32 des Stößels 30 in Hubrichtung Z verschiebbar geführt ist. Das zweite Bauteil 7 weist an seiner Außenseite zudem einen Kolben 13 auf, der in einem zweiten bzw. einzigen Hydraulikzylinder 14 im Gehäuse 4 der Stanzvorrichtung 1 verschiebbar geführt ist. Das erste Bauteil 6 ist hingegen nicht in einem Hydraulikzylinder verschiebbar geführt, sondern wird direkt mittels eines elektrischen Stanzantriebs 8 angetrieben, der beispielsweise als Linearantrieb ausgebildet sein kann, so dass das erste Bauteil 6 als Linearaktuator wirkt.
Bei der in 5 gezeigten Stellung der beiden Bauteile 6, 7 relativ zueinander liegt der Kolben 16 des ersten Bauteils 6 mit seiner Oberseite an einem axialen Anschlag 18 des zweiten Bauteils 7 an, d. h. die beiden Bauteile 6, 7 nehmen eine relative Position ΔP = 0 zueinander ein. Im Normalbetrieb, bei dem ein erstes Umschaltventil UV1 sich in einem ersten Schaltzustand befindet, ist zwischen einem oberen Druckraum D1' und einem unteren Druckraum D2' des Hydraulikzylinders 14 eine hydraulische Verbindung hergestellt. Der Kolben 13 des zweiten Bauteils 7 bzw. der Hydraulikzylinder 14 ist als Gleichlaufzylinder ausgebildet, d. h. die obere und untere Kolbenfläche C1, C2 des Kolbens 13 sind gleich groß. Im Normalbetrieb sind ein erster, oberer Druckraum D3 des Hohlraums 15 im zweiten Bauteil 7 durch das sich in einem ersten Schaltzustand befindliche zweite Umschaltventil UV2 hydraulisch getrennt, d. h. der obere Kolben 31 des Stößels 30 ist eingespannt, so dass der Stößel 30 in einer gleichläufigen Bewegung gemeinsam mit dem ersten Bauteil 6 und mit dem zweiten Bauteil 7 entlang der Hubachse Z verschoben wird.
6 zeigt die Stanzvorrichtung 1 im Übersetzungsbetrieb, bei dem der Schwellwert der Gegenkraft F des Werkstücks 2 überschritten wurde, so dass der Druck in einem oberen Druckraum D3' des Hohlraums 13 in dem unteren Bauteil 7 so weit angestiegen ist, dass das erste Umschaltventil UV1 über die Steuerleitung 19 in die zweite Schaltstellung umgeschaltet hat. In der zweiten Schaltstellung sind der obere Druckraum D1' und der untere Druckraum D2' des Hydraulikzylinders 14 hydraulisch getrennt, so dass das zweite Bauteil 7 in dem Hydraulikzylinder 14 eingespannt ist. Das erste, als Linearaktuator wirkende Bauteil 6 wird im Übersetzerbetrieb mittels des Stanzantriebs 8 weiter nach unten verschoben, bis das Werkstück vollständig durchgestanzt wurde und die beiden Bauteile 6, 7 die in 6 gezeigte Position ΔP' entlang der Hubachse Z zueinander einnehmen. Aufgrund der kleineren wirksamen Kolbenfläche A1 des Kolbens 16 des ersten Bauteils 6 relativ zur wirksamen Kolbenfläche B1 an der Oberseite des unteren Kolbens 32 des Stößels 30 wird im Übersetzerbetrieb ein Übersetzungsverhältnis von B1/A1 erzeugt. Hierbei wird ausgenutzt, dass der untere Druckraum D4' des Hohlraums 15 des zweiten Bauteils 15 mit einem oberen Druckraum D3 des Hohlraums 25 des oberen Bauteils 6 permanent hydraulisch verbunden ist.
Um bei einem Rückhub das erste Bauteil 6 relativ zum zweiten Bauteil 7 zu verschieben und hierbei wieder die in 5 gezeigte relative Position ΔP = 0 der beiden Bauteile 6, 7 zu erzeugen, wird während des Rückhubs, d. h. während der Bewegung des ersten Bauteils 6 entlang der Hubachse das zweite, als Rückstellventil dienende Umschaltventil UV2 in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet. Im zweiten Schaltzustand verbindet das zweite Umschaltventil UV2 den oberen Druckraum D3 mit dem unteren Druckraum D4 des Hohlraums 25 des ersten Bauteils 6.
Bei dem zweiten Umschaltventil UV2 handelt es sich um ein Regelventil, bei dem die Durchflussmenge in dem zweiten Schaltzustand mittels der Steuereinrichtung 21 abhängig von der Rückstellgeschwindigkeit eingestellt bzw. geregelt werden kann. Auf diese Weise kann während der Bewegung des ersten Bauteils 6 entlang der Hubachse Z die Relativbewegung zwischen dem Stößel 30 und dem ersten Bauteil 6 direkt beeinflusst werden. In Abhängigkeit von der Ventilöffnung bzw. vom Durchfluss durch das als Rückstellventil dienende zweite Umschaltventil UV2 kann der Rückhub bzw. die Relativbewegung zwischen dem Stößel 30 und dem ersten Bauteil 6 bzw. zwischen dem ersten Bauteil 6 und dem zweiten Bauteil 7 geregelt werden, wodurch die Dynamik während des Rückhubs wesentlich erhöht werden kann. Die Regelung erfolgt typischer Weise derart, dass beim Abschluss der Abbremsbewegung die Rückstellung abgeschlossen ist. Die Volumendifferenz des Hydraulikfluids, die aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Stößels 30 und des ersten Bauteils 6 bzw. des zweiten Bauteils 7 in den jeweiligen Druckräumen D1', D2', D3, D4, D3', D4' auftritt, kann durch zwei Reservoire (Drucktanks) 20, 20a ausgeglichen werden, in die das entsprechende Flüssigkeitsvolumen gefördert wird bzw. aus denen das erforderliche Flüssigkeitsvolumen der Hydraulikflüssigkeit entnommen werden kann. Zu diesem Zweck sowie zur Kompensation von Leckageverlusten des Hydraulikfluids sind drei Rückschlagventile RV1 bis RV3 in der Stanzvorrichtung 1 angeordnet. Zur Rückstellung des Stößels 30 in die in 5 gezeigte relative Position ΔP = 0 ist in dem oberen Druckraum D3 des Hohlraums 25 des ersten Bauteils 6 eine erste Druckfeder 34, welche die Null-Lage des ersten Bauteils 6 relativ zum ersten Kolben 31 definiert, und in dem zweiten, unteren Druckraum D4' des zweiten Bauteils 7 eine zweite Druckfeder 35 angeordnet, welche zur Rückstellung dient und welche auf den oberen Druckraum D3' des Hohlraums 13 eine Kraft ausübt, die den Druck in dem oberen Druckraum D3' erhöht. Die zweite Druckfeder 35 beeinflusst somit den Schwellwert der Gegenkraft F, bei dem zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis umgeschaltet wird.
Es versteht sich, dass die weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Stanzvorrichtung 1 auch modifiziert werden können. Beispielsweise kann auf das Vorsehen eines Absatzes 18 an dem zweiten Bauteil 7 verzichtet werden bzw. es ist nicht zwingend ein Kolben am unteren Ende des ersten Bauteils 6 erforderlich, der mit einem solchen Absatz 18 zusammenwirkt. In diesem Fall kann beispielsweise die untere Stirnseite des als Kolbenstange ausgebildeten Abschnitts des ersten Bauteils 6 als hydraulisch wirksame Fläche dienen. Auch kann bei der in 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsform das Einspannen des zweiten Bauteils 6 auf die in 5 und 6 beschriebene Weise erfolgen, d. h. indem die beiden Druckräume D1', D2' des zweiten Hydraulikzylinders 14 hydraulisch isoliert werden, so dass der Kolben 13 des zweiten Bauteils 7 hydraulisch eingespannt wird.
Zusammenfassend kann bei den weiter oben beschriebenen Stanzvorrichtungen 1 während des Rückhubs eine hohe Dynamik erreicht werden, da insbesondere der Beginn des Rückhubs, d. h. der Beginn der Bewegung aus dem unteren Totpunkt, nicht mit dem zweiten, größeren Übersetzungsverhältnis durchgeführt wird, sondern unter Beibehaltung der relativen Position der beiden Bauteile 6, 7 bzw. mit dem ersten Übersetzungsverhältnis. Auf diese Weise kann eine hoch dynamische Stanzbewegung mit zwei (oder ggf. mehr) Kraftstufen mit einem geschlossenen, energieeffizienten Hydraulikkreislauf realisiert werden.

Claims

Stanzvorrichtung (1), umfassend: ein Stanzwerkzeug (5), welches während eines Stanzhubs entlang einer Hubachse (Z) auf ein zu stanzendes Werkstück (2) zu und während eines Rückhubs von dem gestanzten Werkstück (2) weg bewegbar ist, wobei das Stanzwerkzeug (5) ein erstes Bauteil (6) und ein zweites Bauteil (7) aufweist, die zur gemeinsamen Bewegung entlang der Hubachse (Z) hydraulisch koppelbar sind, sowie einen Stanzantrieb (8) zum Bewegen des ersten Bauteils (6) entlang der Hubachse (Z), wobei die Stanzvorrichtung (1) ausgebildet ist, während des Stanzhubs das zweite Bauteil (7) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) zu bewegen und, sofern bei dem Stanzhub ein Schwellwert einer Gegenkraft (F) überschritten wird, die das zu stanzende Werkstück (2) auf das Stanzwerkzeug (5) ausübt, das zweite Bauteil (7) mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzvorrichtung (1) ausgebildet ist, zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs (5) entlang der Hubachse (Z) eine unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks (2) eingenommene relative Position (ΔP') der beiden Bauteile (6, 7) zueinander beizubehalten.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher in dem zweiten Bauteil (7) ein Hohlraum (15) gebildet ist, in den ein einen Kolben (16) bildender endseitiger Abschnitt des ersten Bauteils (6) hinein ragt.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das erste Bauteil (6) einen ersten Kolben (11) aufweist, der in einem ersten Hydraulikzylinder (12) in Hubrichtung (Z) verschiebbar geführt ist.
Stanzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das zweite Bauteil (7) einen zweiten Kolben (13) aufweist, der in einem zweiten Hydraulikzylinder (14) in Hubrichtung (Z) verschiebbar geführt ist.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, bei welcher im Betrieb der Stanzvorrichtung (1) mit dem ersten Übersetzungsverhältnis eine wirksame Kolbenfläche (B3-B2) des ersten Bauteils (6) mit einer wirksamen Kolbenfläche (A3-A2) des zweiten Bauteils (7) übereinstimmt.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 3 und 4 oder Anspruch 5, bei welcher der erste Hydraulikzylinder (12) und der zweite Hydraulikzylinder (14) sowohl im Betrieb mit dem ersten Übersetzungsverhältnis als auch im Betrieb mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis als Gleichlaufzylinder wirken.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 3, Anspruch 3 und 4, Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei welcher das erste Bauteil (6) einen Hohlraum (25) aufweist, in den ein ortsfester Tauchkolben (26) des ersten Hydraulikzylinders (12) hinein ragt.
Stanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 oder nach den Ansprüchen 7 und 4, bei welcher der zweite Hydraulikzylinder (14) einen Hilfszylinder (27) aufweist, in den ein weiterer Kolben (28) des zweiten Bauteils (7) hinein ragt.
Stanzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das zweite Bauteil (7) einen Stanzstempel (17) der Stanzvorrichtung (1) trägt.
Stanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher das erste Bauteil (6) einen Hohlraum (25) aufweist, in dem ein Kolben (31) eines Stößels (30) der Stanzvorrichtung (1) in Hubrichtung (Z) verschiebbar geführt ist.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 2 und 10, bei welcher der Stößel (30) einen weiteren Kolben (32) aufweist, der in dem Hohlraum (15) des zweiten Bauteils (7) in Hubrichtung (Z) verschiebbar geführt ist.
Stanzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens ein hydraulisches Umschaltventil (UV1) zum Umschalten zwischen einer Bewegung der beiden Bauteile (6, 7) mit dem ersten Übersetzungsverhältnis und einer Bewegung der beiden Bauteile (6, 7) mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher das Umschaltventil (UV1), eine Steuerleitung (19) aufweist, die mit einem druckseitigen Druckraum (D1', D3') des Stanzwerkzeugs (5) verbunden ist, um beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft (F) zwischen der Bewegung der beiden Bauteile (6, 7) mit dem ersten Übersetzungsverhältnis und der Bewegung der beiden Bauteile (6, 7) mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis umzuschalten.
Stanzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Rückstelleinrichtung (23) mit mindestens einem hydraulischen Rückstellventil (UV2; UV1, UV2) zum Verändern der relativen Position (ΔP, ΔP') der beiden Bauteile (6, 7) während des Rückhubs entlang der Hubachse (Z).
Stanzvorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher das Rückstellventil (UV2) als Regelventil ausgebildet ist.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 und Anspruch 4, bei der das Rückstellventil (UV2) ausgebildet ist, zum Verändern der Positionierung der beiden Bauteile (6, 7) relativ zueinander mindestens einen Druckraum (D2') des zweiten Hydraulikzylinders (14) hydraulisch zu isolieren.
Stanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 und Anspruch 3, bei welcher das Umschaltventil (UV1) ausgebildet ist, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft (F) eine hydraulische Verbindung zwischen einem Druckraum (D1) des ersten Hydraulikzylinders (12) und einem Reservoir (20) für ein Hydraulikfluid herzustellen.
Stanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 und Anspruch 3, bei welcher das Umschaltventil (UV1) ausgebildet ist, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft (F) eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckraum (D1, D3) des ersten Hydraulikzylinders (12) herzustellen.
Stanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und Anspruch 4, bei welcher das Umschaltventil (UV1) ausgebildet ist, beim Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft (F) eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckraum (6, 7) des zweiten Hydraulikzylinders (14) zu trennen.
Stanzvorrichtung nach Anspruch 10, 14 und 19, bei welcher das Rückstellventil (UV2) ausgebildet ist, zum Verändern der Positionierung der beiden Bauteile (6, 7) relativ zueinander eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten Druckraum (D3) und einem zweiten Druckraum (D4) des in dem ersten Bauteil (6) gebildeten Hohlraums (25) herzustellen.
Stanzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 14, weiter umfassend: eine Steuereinrichtung (21) zur Ansteuerung des Stanzantriebs (8) sowie zur Ansteuerung mindestens eines Rückstellventils (UV2) der Rückstelleinrichtung (23).
Verfahren zum Stanzen eines Werkstücks (2), umfassend: Bewegen eines Stanzwerkzeugs (5), welches ein erstes Bauteil (6) und ein zweites Bauteil (7) aufweist, die hydraulisch koppelbar sind, bei einem Stanzhub entlang einer Hubachse (Z) auf ein zu stanzendes Werkstück (2) zu, wobei während des Stanzhubs das zweite Bauteil (7) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) bewegt wird und, sobald ein Schwellwert einer Gegenkraft (F) überschritten wird, die das zu stanzende Werkstück (2) auf das Stanzwerkzeug (5) ausübt, das zweite Bauteil (7) mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Übersetzungsverhältnis relativ zum ersten Bauteil (6) bewegt wird, Durchstanzen des Werkstücks (2) mittels des Stanzwerkzeugs (5), sowie Bewegen des Stanzwerkzeugs (5) von dem gestanzten Werkstück (2) weg während eines Rückhubs entlang der Hubachse (Z), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entlang einer Teilstrecke des Rückhubs des Stanzwerkzeugs (5) eine unmittelbar nach dem Durchstanzen des Werkstücks (2) eingenommene relative Position (ΔP') der beiden Bauteile (6, 7) zueinander entlang der Hubachse (Z) beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 22, weiter umfassend: Verändern der relativen Position (ΔP') der beiden Bauteile (6, 7) zueinander während des Rückhubs entlang der Hubachse (Z) zum Wiederherstellen einer relativen Position (ΔP), welche die beiden Bauteile (6, 7) vor dem Überschreiten des Schwellwerts der Gegenkraft (F) zueinander eingenommen haben.
Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte des Verfahrens nach Anspruch 22 oder 23 ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.