DE102018121518A1

DE102018121518A1 - Werkzeugbügel und Vorrichtung zum Kaltfügen

Info

Publication number: DE102018121518A1
Application number: DE102018121518.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Badent; Florian Schneider; Sascha Sommer; Frederik Freudling
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-05
Also published as: EP3846951A1; US20210220902A1; CN112839752A; EP3846951B1; CN112839752B; US11571736B2; WO2020048680A1

Abstract

Es wird ein Werkzeugbügel (1) für ein Kaltfüge-Werkzeug vorgeschlagen, wobei der Werkzeugbügel (1) zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte (2, 3) und einen Verbindungsabschnitt (4) aufweist, wobei eine Stempeleinheit (6) und eine Matrizeneinheit bereitstellbar ist, so dass die Stempeleinheit und die Matrizeneinheit (8) sich gegenüberliegen und eine Werkzeugachse vorgeben, und wobei der Werkzeugbügel (1) eine erste Flächenseite und eine zweite Flächenseite aufweist, wobei eine Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (1) durch einen Außenrand (12) des Werkzeugbügels (1) im Übergang zwischen den beiden Flächenseiten bestimmt ist. Erfindungsgemäß umfasst der Werkzeugbügel (1) einen Verstärkungsabschnitt (13), der am Außenrand (12) entlang der Außenkontur (11) des Werkzeugbügels (11) vorhanden ist, wobei über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts (13) entlang des Außenrandes (12) betrachtet, mehrere Teilabschnitte (14, 15) des Verstärkungsabschnitts (13) mit jeweils einer dazugehörigen Dickenabmessung des Teilabschnitts (14, 15) vorhanden sind, wobei eine Ausdehnung der jeweiligen Teilabschnitte (14, 15) entlang des Außenrandes (12) und parallel zu einer Flächenseite (9, 10) jeweils mindestens 30 Millimeter beträgt.

Description

Stand der Technik
Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zum Kaltumformen oder Stanzen von Werkstückabschnitten insbesondere aus einem Stahlmaterial wie beispielsweise Werkzeuge zum Nieten bzw. Vollstanz- oder Halbhohlstanznieten, Durchsetzfügen bzw. Clinchen, Einpressen oder Prägen müssen unterschiedlichen Anforderungen genügen. Solche Werkzeuge weisen regelmäßig eine Zange bzw. einen Werkzeugbügel bzw. einen sogenannten C-Rahmen oder C-Bügel auf, welcher die entsprechenden Werkzeugelemente trägt, welche am Werkstück zur Wirkung kommen.
Für die Auslegung der Werkzeuge bzw. der Werkzeugbügel sind die mit den Werkzeugen zu bewältigenden Arbeitsprozesse zugrundezulegen, wobei die Prozesse exakt definiert sind und kurze Taktzeiten bei hoher Prozesssicherheit erwünscht ist. Die Werkzeuge sollen insbesondere geringe Gewichte bei höchster Belastbarkeit aufweisen und darüber hinaus wirtschaftlich vorteilhaft herstellbar sein. Zur Erreichung dieser Ziele sind komplexe Zusammenhänge zu berücksichtigen, um moderne Werkzeuge zur Verfügung stellen zu können.
Aufgrund hoher Automatisierung werden Werkzeugbügel häufig an Industrierobotern als deren Werkzeug mobil eingesetzt.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. ein Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, wobei die Vorrichtung unterschiedlichen Anforderungsprofilen gerecht wird und variabel und prozesssicher einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
Die Erfindung geht aus von einem Werkzeugbügel für eine Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere für ein Kaltfüge-Werkzeug, wobei der Werkzeugbügel zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte und einen Verbindungsabschnitt aufweist, wobei an einem freien Ende eines ersten Schenkelabschnitts eine Stempeleinheit der Vorrichtung bereitstellbar ist und an einem freien Ende eines zweiten Schenkelabschnitts eine Matrizeneinheit der Vorrichtung bereitstellbar ist, so dass im Bereitstellungsfall die Stempeleinheit und die Matrizeneinheit sich gegenüberliegen und eine Werkzeugachse vorgeben, und wobei von den freien Enden abgewandte Enden der Schenkelabschnitte über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der Werkzeugbügel eine erste Flächenseite aufweist und eine der ersten Flächenseite gegenüberliegende zweite Flächenseite aufweist, wobei eine Außenkontur des Werkzeugbügels durch einen Außenrand des Werkzeugbügels im Übergang zwischen den beiden Flächenseiten bestimmt ist.
Zwischen der Stempeleinheit und der gegenüberliegenden Matrizeneinheit ist das mit der Vorrichtung bearbeitbare Werkstück positionierbar. Eine Antriebseinheit ist derart mit der Stempeleinheit koppelbar, dass ein Stempel der Stempeleinheit entlang einer Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar ist. Die Fügeachse ist mit der Vorrichtung definiert, die insbesondere in der Regel mit einer zentralen Längsachse des Stempels zusammenfällt. Die Antriebseinheit für den Stempel ist insbesondere ein Elektroantrieb oder ein hydraulischer oder pneumatischer oder hydropneumatischer Antrieb mit einem linear angetrieben bewegbaren Antriebsstößel, der mit dem Stempel koppelbar ist. Vorstellbar ist auch, dass die Antriebseinheit mit der Matrizeneinheit koppelbar ist, dass die Matrize entlang der Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar ist. Denkbar ist auch, dass die Antriebseinheit mit der Stempeleinheit und mit der Matrizeneinheit koppelbar ist, dass der Stempel und die Matrize entlang der Fügeachse der Vorrichtung angetrieben bewegbar sind.
Die Vorrichtung weist eine vorzugsweise programmierbare übergeordnete Kontrolleinheit zur Betriebskontrolle der Vorrichtung auf. Die Kontrolleinheit umfasst eine Rechner- bzw. Computereinheit samt Software und kommuniziert mit unterschiedlichen Komponenten wie Sensor-, Mess-, Stell- und/oder Antriebs-Einheiten der Stempel- und der Matrizeneinheit.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Werkzeugbügel einen Verstärkungsabschnitt umfasst, der am Außenrand entlang der Außenkontur des Werkzeugbügels vorhanden ist, wobei über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts entlang des Außenrandes betrachtet, mehrere Teilabschnitte des Verstärkungsabschnitts mit jeweils einer dazugehörigen Dickenabmessung des Teilabschnitts vorhanden sind, wobei eine Ausdehnung der jeweiligen Teilabschnitte entlang des Außenrandes und parallel zu einer Flächenseite jeweils mindestens 30 Millimeter beträgt. Vorzugsweise sind zumindest zwei Teilabschnitte mit unterschiedlicher Dickenabmessung vorgesehen. Der Verstärkungsabschnitt weist eine gegenüber einer in der Regel einheitlichen Mindestdicke der verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels, die insbesondere plattenförmig bzw. Teil einer gemeinsamen Platte sind, erhöhte Dicke bzw. eine größere Materialdicke bzw. eine Materialanhäufung auf.
Der Verstärkungsabschnitt bildet zum Beispiel eine zumindest nahezu geschlossene Schleife entlang des Außenrandes.
Damit wird die Struktur des Werkzeugbügels optimiert. Einerseits ist damit eine vorteilhafte Herstellung des Werkzeugbügels, insbesondere ein automatisierter Herstellvorgang mit bekannten Verfahren unter Verwendung von gängigen Materialien für den Werkzeugbügel wie z.B. Stahlmaterialien möglich, und andererseits ist eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität bzw. eine hohe Steifigkeit bei geringster Verformung bei minimiertem Materialeinsatz realisierbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel wird praxistauglich eine maximal zulässige Schrägstellung oder ein maximal zulässiger Radialversatz der Werkzeuge am Werkzeugbügel infolge einer Aufbiegung des Werkzeugbügels eingehalten bzw. unterschritten. In der Folge lassen sich unerwünschte Querkräfte auf die Werkzeuge vermindern. Außerdem werden im nicht arbeitenden Zustand des Werkzeugbügels maximal zulässige Werkzeugversätze und Winkelfehlstellungen durch eine raumlageabhängige Verformung des Werkzeugbügels infolge seiner eigenen Gewichtskraft und der Gewichtskrafteinwirkung der am Bügel montierten Werkzeugkomponenten eingehalten.
Insbesondere können weitere Vorteile bei dem Nutzeinsatz des Werkzeugbügels erreicht werden, insbesondere da das Gewicht und Außenabmessungen des Werkzeugbügels auch bei hochbelasteten Werkzeugbügeln vergleichsweise gering gehalten werden können. Daraus resultieren eine Reihe weiterer Vorteile, welche zum Beispiel die Prozessführung bzw. den Energieverbrauch des mit dem dazugehörigen Werkzeug ausführbaren Arbeitsprozess betreffen. Der gegenüber bekannten Werkzeugbügeln in Plattenform leichtere erfindungsgemäße Werkzeugbügel kann mit schwächeren und damit preisgünstigeren Industrierobotern bedient werden bzw. es fallen geringere Betriebskosten an, da ein niedrigerer Energieverbrauch durch das Beschleunigen und Verzögern des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels mit geringerer Masse möglich ist.
Der erfindungsgemäße Werkzeugbügel nimmt trotz reduziertem Gesamtgewicht vorteilhaft vergleichsweise hohe Presskräfte auf.
Der Werkzeugbügel gemäß der Erfindung macht es außerdem möglich, die Kinematik der Aufbiegung des Werkzeugbügels, die sich in der Praxis nicht vollständig vermeiden lässt, derart zu beeinflussen, dass die resultierende räumliche Lageveränderung der Werkzeugteile im Arbeits- bzw. Belastungsfall sich in überwiegend koaxialer Richtung zur Füge- bzw. Werkzeugachse ergibt. In dieser Richtung kann eine Verformung in einem stärkeren Maße toleriert werden, da dies mit einem vergleichsweise weniger negativen, längeren Arbeitshub des Arbeitsstempels kompensierbar ist.
Vorzugsweise ist der Werkzeugbügel einstückig, insbesondere aus einem Stahlmaterial. Bevorzugt ist der Werkzeugbügel aus einem Standard-Ausgangsmaterial wie z. B. einem flachen plattenartigen Materialrohling hergestellt, zum Beispiel aus einer Materialplatte bzw. Stahlplatte hergestellt, beispielsweise aus einem Stahlrohling durch eine spanabhebende Bearbeitung des Stahlrohlings herausgearbeitet. Der Verbindungsabschnitt und die ersten und zweiten Balkenabschnitte sind demgemäß vorteilhaft einstückig ausgebildet.
Der Bereich der freien Enden des ersten Schenkelabschnitts und/oder des zweiten Schenkelabschnitts ist in Draufsicht auf die jeweilige Flächenseite zumindest angenähert trapezförmig bzw. nicht dreiecksförmig bzw. die freien Enden sind insbesondere nicht spitz zulaufend, sondern weisen eine freie Kante auf, die schräg oder parallel zur Werkzeugachse verläuft.
Mit dem erfindungsgemäß vorhandenen Verstärkungsabschnitt im Randbereich wird vorteilhaft auf eine vergleichsweise hocheffektive Weise eine auf die Gesamtausdehnung des Bügels bezogene Materialkonzentration bzw. eine Materialanhäufung an ausgewählten Bereichen des Werkzeugbügels vorgenommen. Gegenüber bekannten Werkzeugbügeln kommen bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel die zum Verstärkungsabschnitt vorhandenen weiteren Werkzeugbügel-Abschnitte entweder mit einem vergleichsweise geringeren Materialeinsatz aus, können also quer zu den Flächenseiten schlanker bzw. dünner ausgeführt sein, oder es können weitere Bereiche des Werkzeugbügels eingespart also weggelassen werden, durch materialfreie Bereiche.
Im Grenzfall bzw. als Grenzkonstruktion ist es möglich, dass der komplette Werkzeugbügel, gegebenenfalls abgesehen von vergleichsweise kleinräumigen Bereichen wie zum Beispiel Anbindungsabschnitte für die Stempeleinheit, die Matrizeneinheit, Leitungen und/oder einen Werkzeugbügelhalter, wie ein Ende eines Roboterarms, im Wesentlichen durch den Verstärkungsabschnitt gebildet ist bzw. mit nur vergleichsweise kleinflächigen Bereichen außerhalb des Verstärkungsabschnitts.
Nicht ausgeschlossen ist, dass der Werkzeugbügel aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Abschnitten hergestellt ist, z. B. durch Verschweißen aus Stahlteilen.
Für eine im Werkzeugbereich praxistaugliche Ausbildung ist eine Mindestlänge eines Verstärkungsabschnitts, insbesondere eines Teilabschnitts, von etwa mindestens 30 Millimeter und/oder etwa zumindest 5 % einer gesamten Länge des Außenrandes zugrundezulegen. Vorzugsweise sind mehrere solcher Verstärkungsabschnitte und/oder mehrere solcher Teilabschnitte eines Verstärkungsabschnitts und/oder mehrere Verstärkungsabschnitte vorhanden. Die Verstärkungsabschnitte und/oder die Teilabschnitte sind entweder alle unmittelbar benachbart zueinander, oder es sind zwei der mehreren Verstärkungsabschnitte und/oder es sind zwei der mehreren Teilabschnitte durch einen nicht verstärkten Bereich unterbrochen. Demgemäß können die mehreren Verstärkungsabschnitte und/oder die mehreren Teilabschnitte entweder unmittelbar aneinander angrenzend benachbart oder mit einem Abstand durch einen gegenüber einer Mindestdicke des Werkzeugbügel-Materials nicht verstärkten Zwischenabschnitt vorhanden sein.
Der zumindest nahezu gesamte Außenrand kann gleichartig verstärkt sein und/oder der Verstärkungsabschnitt ist über die nahezu gesamte Außenkontur des Werkzeugbügels durchgehend ausgebildet, insbesondere durchgehend einheitlich ausgebildet, was die Dicke und/oder die Breite des Verstärkungsabschnitts angeht. Vorzugsweise weist der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt ein sich im Verlauf des Außenrandes z.B. kontinuierlich und/oder z.B. stufenartig änderndes Dicken- und/oder Breitenmaß auf, z. B. angepasst an in verschiedenen Bereichen des Werkzeugbügels jeweils unterschiedlich starke Belastungen im Werkzeugeinsatz. Vorzugsweise liegt die Breite des Verstärkungsabschnitts in einem Bereich zwischen 5mm und 150mm.
Zur optimalen Abstimmung des Werkzeugbügels ist es vorzugsweise so, dass sich der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt in Richtung und/oder entlang des Außenrandes kontinuierlich und/oder absatzartig an einer oder an mehreren Stellen des Außenrandes verändert. Z.B. verändert sich der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt in seiner Dickenabmessung und/oder in seiner Breitenabmessung. Beispielsweise verändert sich der Verstärkungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt in eine Richtung normal auf die Flächenseiten und/oder in einer Ausdehnung in Richtung vom Rand weg nach innen zu den Flächenseiten hin. Der Verstärkungsabschnitt und/oder der Teilabschnitt weist demgemäß eine räumliche Ausdehnung mit einer Ausdehnungsrichtung in Richtung einer Dicke des Werkzeugbügels auf, also quer und/oder normal zu den Flächenseiten, und eine Breiten-Ausdehnung in Richtung der von den Flächenseiten aufgespannten Ebenen auf.
Als Außenkontur kann ein Verlauf einer Außenlinie des Grundrisses des Werkzeugbügels verstanden werden.
Die mechanisch verstärkende Wirkung des Verstärkungsabschnitts basiert insbesondere auf einer Dickenerhöhung des Materials im Randbereich, gegenüber einer mittleren Dicke der restlichen Bereiche der Flächenseiten. Die Fläche des Verstärkungsabschnitts auf einer jeweiligen Flächenseite beträgt zum Beispiel auf diese Flächenseite bezogen vorzugsweise circa 5 % bis circa 10 % der gesamten Flächenseite unter der Annahme, dass zur Flächenseite auch materialfreie Bereiche innerhalb der Außenkontur des Werkzeugbügels gerechnet werden.
Vorteilhafterweise weisen die zum Verstärkungsabschnitt verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels durchgehend oder im Mittel eine geringere Dicke auf als der Verstärkungsabschnitt.
Auch gegebenenfalls vorhandene punktuelle, linienförmige oder andere kleinflächige Bereiche mit erhöhter Dicke im Nicht-Randbereich, wie beispielsweise Rippen, Noppen usw. bedeuten in der Regel, dass die verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels trotzdem im rechnerischen Mittel eine geringere Dicke aufweisen als der Verstärkungsabschnitt.
Vorzugsweise ist der Verstärkungsabschnitt in Abstimmung auf die Schenkelabschnitte und den Verbindungsabschnitt derart ausgebildet, dass ein elastisches Verformungsverhalten des ersten Schenkelabschnitts und ein elastisches Verformungsverhalten des zweiten Schenkelabschnitts bei Belastung des Werkzeugbügels, die einer Belastung im Kaltfüge-Betrieb der Vorrichtung entspricht, vorgegeben ist. Die Vorgabe des elastischen Verformungsverhaltens der Schenkelabschnitte ist zum Beispiel derart, dass bei einer elastischen Verformung der Schenkelabschnitte ein Versatz zwischen der Stempelachse und der Werkzeugachse und/oder ein Versatz der Matrizenachse zur Werkzeugachse nicht auftritt oder zumindest minimiert ist. Die Verformung kann derart sein, dass die räumliche Lage der Stempelachse und die räumliche Lage der Matrizenachse sich in Betrag und/oder Richtung gleichartig, vorzugsweise identisch verändern bei Belastung des Werkzeugbügels im Betrieb.
Bei einem minimierten und in der Praxis nie vollständig ausschließbaren Versatz bleibt ein Winkel-Versatz zwischen Matrizen-und/oder Stempelachse zur Werkzeugachse im belasteten Zustand bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel vorzugsweise unter 5 Winkelgraden, vorzugsweise unter 2 Winkelgraden. Der Verstärkungsabschnitt und die Schenkelabschnitte sind so abgestimmt ausgebildet, dass ein winkliger und/oder radialer Versatz zwischen der Stempelachse und der Matrizenachse, bzw. damit zwischen der Stempelachse und der Werkzeugachse bzw. zwischen der Matrizenachse und der Werkzeugachse minimiert ist bzw. im Idealfall bzw. abhängig von der Größe der Belastung nicht praxisrelevant auftritt. Ein radialer Versatz bei paralleler Ausrichtung von Stempel- und Matrizenachse zueinander bleibt unter drei Millimetern, vorzugsweise unter einem Millimeter.
Es ist vorteilhaft, wenn der Verstärkungsabschnitt innerhalb eines Randstreifens ausgebildet ist, wobei sich der Randstreifen vom Außenrand bis zu einem Flächenseiten-Abschnitt erstreckt, wobei der Flächenseiten-Abschnitt vom Außenrand mindestens 5 Millimeter bis höchstens 150 Millimeter beabstandet ist.
Damit wird eine Breite des Verstärkungsabschnitts in Blickrichtung senkrecht auf bzw. bezogen auf die jeweilige Flächenseite des Werkzeugbügels vorgegeben. In der Regel ist die Breite an den sich entsprechenden Stellen entlang des Außenrandes auf beiden Flächenseiten gleich, kann sich aber auch unterscheiden.
Der Verstärkungsabschnitt reicht vorzugsweise bis an den Außenrand heran bzw. bildet mit seiner Außen-Längsseite den Außenrand.
Es ist aber möglich, dass der Verstärkungsabschnitt bis in die Nähe des Außenrandes reicht bzw. geringfügig davon beabstandet ist zum Beispiel um wenige Millimeter. Im Bereich des Abstandes weist der Werkzeugbügel dann eine zur Dicke des Verstärkungsabschnitts reduzierte Dicke auf, zum Beispiel eine Dicke entsprechend der Dicke der verbleibenden Flächenseite.
Anders ausgedrückt kann der Werkzeugbügel einen vergleichsweise schmalen und zum Verstärkungsabschnitt dünneren und vergleichsweise schmalen Außensaum, der in der Breite z. B. in der Größenordnung der Breite des Verstärkungsabschnitts liegt, aufweisen, der außen anschließend an den Verstärkungsabschnitt vorhanden ist.
Der Verstärkungsabschnitt weist vorteilhaft Bereiche mit unterschiedlicher aber vergleichsweise erhöhter Dicke auf, wobei die Dickenmaße jeweils über der mittleren Dicke der verbleibenden Flächenseite liegt. Der Verstärkungsabschnitt kann nicht nur bezogen auf seine Längenerstreckung, sondern gegebenenfalls auch auf seine Breite bezogen z. B. eine erste Dicke und eine zweite Dicke aufweisen, die über jeweils zum Beispiel eine halbe Breite des Verstärkungsabschnitts ausgebildet sind. Beide Dicken sind z. B. zwischen zweimal und dreimal größer als die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels.
Mit den verschiedenen Dicken des Verstärkungsabschnitts in Breitenrichtung bzw. in Richtung vom Außenrand des Werkzeugbügels nach innen ist zum Beispiel ein absatzartig oder kontinuierlich sich in der Dicke ändernder Verstärkungsabschnitt eingerichtet.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass ein Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts des Werkzeugbügels größer ist, als ein mittleres Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Das Dickenmaß ergibt sich quer zu von den Flächenseiten aufgespannten Ebenen bzw. durch einen Abstand zwischen einer ersten Außenseite des Verstärkungsabschnitts auf der einen Flächenseite und einer gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Verstärkungsabschnitts auf der anderen Flächenseite. Der verbleibende Teil des Werkzeugbügels weist vorzugsweise genau eine Dickenmaß auf, ist also einheitlich in seiner Dicke über die gesamte Ausdehnung. Gegebenenfalls vorhandene einzelne bzw. wenige materialfreie Bereiche bzw. Löcher im Verstärkungsabschnitt bzw. im verbleibenden Teil des Werkzeugbügels werden zur Ermittlung des Dickenmaßes des Verstärkungsabschnitts bzw. des mittleren Dickenmaßes nicht berücksichtigt, als wären diese nicht vorhanden. Für einzelne Stellen mit erhöhter Dicke wird dies über die Zugrundelegung der mittleren Dickenmaßes herausgerechnet. Daher können wenige bzw. einzelne bzw. lokale Stellen des verbleibenden Teils des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels eine größere Dicke aufweisen als das Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts. Der Verstärkungsabschnitt weist vorzugsweise mehrere insbesondere zwischen zwei und sechs Teilabschnitte in Richtung des Längsverslaufs des Außenrandes auf, mit jeweils einem zum benachbarten Teilabschnitt unterschiedlichen Dickenmaß auf. Dabei sind die jeweiligen Dickenmaße größer als das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Es ist auch denkbar, dass zwei oder mehr der mehreren Teilabschnitte, die nicht benachbart zueinander über die Länge des Verstärkungsabschnitts vorhanden sind, die gleiche erhöhte Dicke aufweisen.
Dies schließt grundsätzlich nicht aus, dass zumindest ein insbesondere vergleichsweise kurzer Abschnitt des Außenrandes kein erhöhtes Dickenmaß gegenüber dem mittleren Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels aufweist. Es kommt vielmehr auf die mechanische Gesamtkonstellation zwischen Außenrand bzw. Verstärkungsabschnitt und verbleibendem Teil des Werkzeugbügels an.
Bei der Dicke des Verstärkungsabschnitts können demgemäß punktuell materialfreie Stellen oder andere im Material geschwächte Stellen wie z. B. einzelne Vertiefungen oder Bohrungen im Außenrand des Werkzeugbügels vorhanden sein, welche gegenüber der gesamten Dicke und/oder Länge der Randverstärkung nicht praxisrelevant ins Gewicht fallen und daher nicht bei der Dickenmaßbestimmung berücksichtigt sind. Solche Materialschwächungen sind nicht bewusst zur Materialersparnis vorgesehen, sondern dienen lediglich anderen Zwecken bzw. sind möglicherweise an einzelnen Stellen im Verstärkungsabschnitt vorhanden, um zum Beispiel Zusatzkomponenten wie beispielsweise ein Kabel am Werkzeugbügel anzubringen.
Entsprechend einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung ist der Verstärkungsabschnitt über mindestens 80 Prozent der Länge des Außenrandes des Werkzeugbügels ausgebildet, vorzugsweise über mindestens 90 Prozent der Länge des Außenrandes des Werkzeugbügels ausgebildet.
Über die Länge des z.B. schlaufenartig geschlossen vorhandenen Außenrandes, was auf die Längsrichtung des Außenrandes bezogen ist, kann zum Beispiel ein Zwischenabschnitt vorhanden sein, der kein größeres Dickenmaß aufweist bzw. entsprechend z. B. dem mittleren Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels ausgestaltet ist, z. B. in der Art einer kurzen Lücke oder Unterbrechung des Verstärkungsabschnitts.
Die Gestalt des über die Außenrandlänge betrachteten Verlaufs des Verstärkungsabschnitts kann vielfältig sein. Dies betrifft sowohl die Übergänge zwischen den Teilabschnitten mit unterschiedlicher Dicke, als auch die Form über die Länge eines betrachteten Teilabschnitts selbst.
Die Übergänge zwischen den Teilabschnitten mit unterschiedlichem Dickenmaß können zum Beispiel kontinuierlich oder diskontinuierlich bzw. sprungartig sein.
Der Verstärkungsabschnitt weist auf beiden Flächenseiten vorzugsweise jeweils flache ebene Ober- bzw. Außenseiten auf, als Bestandteil der Flächenseiten.
Nach einem anderen Vorteil der Erfindung weist der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß auf, das mindestens doppelt so groß ist wie das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Vorzugsweise weist der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß auf, das 2,5 bis 5 mal so groß ist wie das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Damit ist der Werkzeugbügel im Hinblick auf sein mechanisches Verhalten vorteilhaft konzipiert.
Es ist weiter von Vorteil, wenn der Verstärkungsabschnitt ein Dickenmaß aufweist, das mehr als circa 300 Prozent größer ist als das mittlere Dickenmaß des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels. Das Dickenübermaß liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 Prozent und 500 Prozent bezogen auf die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels, z.B. bei etwa 300% bezogen auf die mittlere Dicke des verbleibenden Werkzeugbügels. Damit sind Faktoren wie Gesamtsteifigkeit, Gesamtgewicht, Massenverteilung und/oder Verformungsverhalten des Werkzeugbügels vorteilhaft berücksichtigt.
Vorteilhafterweise weist der Werkzeugbügel eine Gesamt-Bügelhöhe auf, die sich aus dem Abstand zwischen einem freien Ende eines Schenkels und einem Punkt des Außenrandes des Werkzeugbügels in Richtung der Längsachse des Schenkels und senkrecht zur am Werkzeugbügel bereitstellbaren Werkzeugachse ergibt. Die Gesamt-Bügelhöhe beträgt abhängig vom Anwendungsfall zum Beispiel zwischen 25 Zentimeter bis circa 50 bis 200 Zentimeter.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass der Verstärkungsabschnitt einen Randbereich betrifft, welcher von der Werkzeugachse weiter entfernt ist, als eine Parallele zur am Werkzeugbügel bereitstellbaren Werkzeugachse, wobei die Parallele 20 Prozent der Bügelhöhe vorgibt.
Vorzugsweise ist der Verstärkungsabschnitt über eine zumindest wesentlichen Länge entlang des Außenrandes am Verbindungsabschnitt des Werkzeugbügels vorzugsweise über den gesamten Außenrand am Verbindungsabschnitt des Werkzeugbügels vorhanden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Dickenmaß des Verstärkungsabschnitts zwischen 30 Millimeter und 150 Millimeter liegt. Damit ist ein in der Praxis vorteilhafter Verstärkungsabschnitt gebildet.
Vorteilhafterweise beträgt eine Querschnittsfläche des Verstärkungsabschnitts zwischen 500 mm² und 7000 mm². Dies bezieht sich auf eine jeweils betrachtete Stelle entlang des Außenrandes oder auf eine mittlere Querschnittsfläche. Der Querschnitt ist als Schnitt quer zur Längserstreckung des Verlaufs entlang bzw. in Richtung des Außenrandes zu verstehen.
Eine mittlere Querschnittsfläche über die gesamte Länge bzw. Erstreckung des Verstärkungsabschnitts ergibt sich bei zwei oder mehr unterschiedlich stark ausgebildeten Abschnitten des Verstärkungsabschnitts, wobei die Längenanteile der jeweiligen Verstärkungsabschnitte berücksichtigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Erfindung besteht darin, dass der erste Schenkelabschnitt zwei erste Balkenabschnitte umfasst, welche durch einen ersten Schwächungsabschnitt im ersten Schenkelabschnitt voneinander getrennt sind. Damit wird eine optimierte Ausgestaltung des Werkzeugbügels im Hinblick insbesondere auf mechanische und herstellungstechnische Gesichtspunkte bereitgestellt. Insbesondere ist eine materialsparende Bauweise und gewichtsoptimierte Ausgestaltung erreicht gegenüber einem Werkzeugbügel ohne Schwächungsabschnitt. Eine Materialschwächung wie z. B. eine Materialaussparung bzw. ein Durchgangsloch oder materialfreies Fenster in der Flächenseite bringt einerseits eine Material- und Gewichtsersparnis und andererseits eine Stabilitätsreduzierung. Mit der Stabilitätsreduzierung kann außerdem bewusst, über die Größe, Form und/oder Positionierung der Materialaussparung am Werkzeugbügel, ein elastisches Verhalten des jeweiligen Schenkelabschnitts bzw. von dessen Balkenabschnitten beeinflusst bzw. exakt vorgegeben werden. Dies ist im Hinblick auf die Minimierung des bei Belastung auftretenden Radialversatzes und Winkelversatzes der Stempel- und der Matrizeneinheit zur idealen Ausrichtung vorteilhaft.
Der Schwächungsabschnitt und damit die Balkenabschnitte sind vorteilhaft so konzipiert, dass die Verformung der Balkenabschnitte vorgegeben ist. Die Balkenabschnitte sind vorteilhaft in ihrer Längsrichtung also gegen Zug und Druck vergleichsweise deutlich steifer als gegen Biegung durch Seitenlast. Die einander gegenüberliegenden bzw. zugewandten Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte verformen sich unter Last so, dass diese jeweils sich nach innen bzw. zum Schwächungsabschnitt hin verformen. Die beiden äußeren Balkenabschnitte verformen sich dagegen in einem vergleichsweise geringeren bzw. nicht praxisrelevanten Maß. Damit wird erreicht, dass vorteilhaft eine winklige Abweichung sowohl der Achse der Stempeleinheit als auch der Achse der Matrizeneinheit relativ zur Werkzeug- bzw. Fügeachse nicht oder nur in einem minimalen bzw. tolerierbaren Maß erfolgt. Dies wird durch die Auslegung bzw. Abstimmung der Schwächungsabschnitte und der lateral bzw. beidseitig an den jeweiligen Schwächungsabschnitt angrenzenden Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte erreicht. Die beiden Balkenabschnitte der beiden Schenkelabschnitte weisen vorzugsweise jeweils einen Verstärkungsabschnitt im Rand auf mit einem erhöhten Dickenmaß.
Für beide Schenkelabschnitte gilt, dass der innere Balkenabschnitt in seiner Längsrichtung quer zur Werkzeugachse vorzugsweise zumindest im Wesentlichen geradlinig verläuft oder nach innen zum Schwächungsabschnitt hin eingedellt bzw. nach innen leicht gebogen ist, also von außen auf die Schmalseite bzw. auf den Außenrand des Werkzeugbügels blickend konkav geformt ist.
Für beide Schenkelabschnitte gilt, dass der äußere Balkenabschnitt in seiner Längsrichtung quer zur Werkzeugachse vorzugsweise zumindest im Wesentlichen geradlinig ist oder mehrere winklig zueinander stehende geradlinige Abschnitte umfasst oder nach außen gewölbt, also von außen auf die Schmalseite bzw. auf den Außenrand des Werkzeugbügels blickend konvex geformt ist.
Damit werden die Balkenabschnitte vorgebbar so elastisch verformt unter Last, dass die an den Enden der Balkenabschnitte angebrachten Stempel- bzw. die Matrizeneinheit sich zumindest nahezu parallel bzw. entlang der Werkzeugachse bewegen und nicht oder nur in einem tolerierbaren Maß zur Werkzeugachse etwas verkippen bzw. sich schräg stellen.
Bei bekannten Werkzeugbügeln ohne Verstärkungsabschnitte und/oder ohne Materialaussparung in den Schenkelabschnitten z. B. mit massiven bzw. flächig geschlossenen Schenkelabschnitten findet ein Aufbiegen der gegenüberliegenden Enden der beiden Schenkelabschnitte und damit Verkippen der Stempel- und Matrizeneinheit in häufig einem nicht tolerierbaren bzw. nachteiligen Maß statt, so dass ein unerwünschter Winkelversatz der Stempel- und/oder der Matrizenachse zur Werkzeugachse eintritt, was unerwünscht ist. Der erfindungsgemäße Werkzeugbügel vermeidet die genannten Nachteile der bekannten Werkzeugbügel.
Ein Schwächungsabschnitt im Werkzeugbügel kann eine Materialausnehmung bzw. ein Lochbereich bzw. ein materialfreier Bereich sein. Der Schwächungsabschnitt im Werkzeugbügel kann aber auch ein in der Materialstärke vergleichsweise stark geschwächter Bereich sein, verglichen mit einem verbleibenden Teil des Werkzeugbügels ohne den Verstärkungsabschnitt. Der Schwächungsabschnitt kann demgemäß vergleichsweise dünn sein bzw. eine vergleichsweise geringe Materialdicke von z. B. 5-20 Prozent der mittleren Dicke der zum Verstärkungsabschnitt verbleibenden Bereiche des Werkzeugbügels aufweisen, zum Beispiel zwischen einem und wenigen Millimetern, zum Beispiel als dünnes Blech ausgebildet sein. Der Schwächungsabschnitt kann gegenüber den benachbarten Abschnitten des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels auch teilweise oder gänzlich ausgefüllt sein mit einem im Vergleich zum Material des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels mechanisch deutlich weniger belastbaren Material wie einem Kunststoffmaterial bzw. zum Beispiel einem Schaumstoffmaterial bzw. Füllmaterial.
Vorzugsweise ist eine Fläche der Flächenseite des Werkzeugbügels, die sich zwischen den zwei ersten Balkenabschnitten des ersten Schenkelabschnitts aufspannt, im Wesentlichen durch den Schwächungsabschnitt gebildet. Vorzugsweise von einer gesamten Fläche zwischen den zwei ersten Balkenabschnitten circa 70 bis 90 Prozent durch den Schwächungsabschnitt gebildet, also insbesondere durch eine Materialöffnung bzw. ein Materialfenster gebildet. Der Rand des Schwächungsabschnitts folgt über seine überwiegende Länge der Außenkontur bzw. dem Außenrand des Werkzeugbügels bzw. dem Außenrand im Bereich der beiden ersten Balkenabschnitte, der vorzugsweise als Verstärkungsabschnitt ausgebildet ist.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der zweite Schenkelabschnitt zwei zweite Balkenabschnitte umfasst, welche durch einen zweiten Schwächungsabschnitt im zweiten Schenkelabschnitt voneinander getrennt sind. Hierbei gilt das Vorgesagte zum ersten Schwächungsbereich bzw. zum ersten Schenkelabschnitt entsprechend.
Vorzugsweise sind die beiden ersten und die beiden zweiten Schenkelabschnitte mit den jeweils zwei Balkenabschnitten derart abgestimmt, dass beide Schenkelabschnitte sich angepasst verformen, so dass sich die räumliche Lage der Stempelachse und die räumliche Lage der Matrizenachse sich in Betrag und/oder Richtung gleichartig, vorzugsweise identisch verändern bei Belastung des Werkzeugbügels im Betrieb.
Bevorzugt weit der erste und der zweite Schenkelabschnitt genau einen Schwächungsabschnitt auf.
Gemäß einem vorteilhaft ausgestalteten Werkzeugbügel weist der Verbindungsabschnitt vorzugsweise genau einen Schwächungsabschnitt auf. Der Schwächungsabschnitt im Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise anschließend an einen Teil des Außenrandes des Werkzeugbügels bzw. des Verbindungsabschnitts vorhanden, wobei über den betreffenden Teil des Außenrandes die Ränder der beiden innenliegenden Balkenabschnitte des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts miteinander verbunden sind. In den Schwächungsabschnitt kann eine Anbindungsstelle vorstehen, die zur Anbringung des Werkzeugbügels an einer Bewegungseinheit bzw. an einer Konsole zur Verbindung mit einem Roboterarm zur Bewegung des Werkzeugbügels im Nutzeinsatz dient, zum Beispiel mit Schraublöchern zum Anschrauben des Werkzeugbügels an dem Roboterarm.
Der Werkzeugbügel weist vorzugsweise drei Schwächungsabschnitte auf, die zueinander in der gleichen Größenordnung ausgebildet sind, was die Fläche der Schwächungsabschnitte angeht. Die Schwächungsabschnitte sind in der Grundrissform angenähert dreieckförmig, vorzugsweise mit jeweils abgerundet ausgebildeten Eckbereichen.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zum Kaltfügen, insbesondere auf ein Kaltfüge-Werkzeug, wobei die Vorrichtung einen Werkzeugbügel nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen aufweist, wobei an einem freien Ende eines ersten Schenkelabschnitts eine Stempeleinheit der Vorrichtung und an einem freien Ende eines zweiten Schenkelabschnitts eine Matrizeneinheit der Vorrichtung vorhanden ist. Die Stempel- und die Matrizeneinheit sind vorzugsweise lösbar aber fest an dem Werkzeugbügel anbringbar bzw. austauschbar. Die Kaltfüge-Vorrichtung ist vorzugsweise als robotergeführtes Werkzeug ausgeführt zum Beispiel ein Werkzeug zum Nieten bzw. Vollstanz- oder Halbhohlstanznieten, zum Durchsetzfügen bzw. Clinchen, zum Einpressen oder zum Prägen.
Schließlich ist es vorteilhaft, dass eine der Stempeleinheit und/oder der Matrizeneinheit zuordenbare Antriebseinheit vorgesehen ist, wobei die Antriebseinheit einen hydropneumatischen Antrieb mit Druckübersetzung und/oder einen elektrischen Antrieb umfasst.
Mit der Antriebseinheit, die eine Relativbewegung zwischen einem Stempel der Stempeleinheit und der Matrizeneinheit bewirkt, erfolgt die Arbeit der Kaltfüge-Vorrichtung. Auftretende Kräfte und Momente werden dabei vom Werkzeugbügel aufgenommen. Mit dem Verstärkungsabschnitt des Werkzeugbügels lassen sich vorteilhaft unerwünschte elastische Verformungen des Werkzeugbügels unter Nutzbelastung minimieren. Dies ist für das Gelingen des Kaltfügeprozesses notwendig. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich Nietverbindungen, Clinchverbindungen oder andere Kaltfügeprozesse vorteilhaft ausführen.
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand von in den Figuren schematisiert dargestellten erfindungsgemäßen Anordnungen erläutert.
Im Einzelnen zeigt:

1 einen erfindungsgemäßen Werkzeugbügel in einer Ansicht auf eine werkzeugabgewandte Schmalseite des Werkzeugbügels,
2 den Werkzeugbügel aus 1 in einer Ansicht auf eine Flächenseite des Werkzeugbügels,
3 den Werkzeugbügel im Schnitt gemäß der Linie A-A in 2,
4 den Werkzeugbügel gemäß der 1-3 in einer perspektivischen Ansicht und
5 den Werkzeugbügel gemäß der 1-4, an dem eine Stempeleinheit und eine Matrizeneinheit aufgenommen sind.

Ein erfindungsgemäßer Werkzeugbügel 1 für ein Kaltfüge-Werkzeug gemäß der 1 bis 4 ist vorzugsweise einstückig und beispielsweise aus einem Plattenmaterial-Rohling hergestellt, vorzugsweise aus einem Stahlmaterial zum Beispiel herausgearbeitet. Der Werkzeugbügel 1 umfasst zwei voneinander beabstandete Schenkelabschnitte 2 und 3 und einen Verbindungsabschnitt 4.
Ein freies Ende 5 des ersten Schenkelabschnitts 2 ist zur lösbaren aber festen Aufnahme einer Stempeleinheit 6 (s. 5) des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs ausgebildet. Ein freies Ende 7 des zweiten Schenkelabschnitts 3 ist zur lösbaren aber festen Aufnahme einer Matrizeneinheit 8 des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs ausgebildet. Bei dem für die Werkzeugnutzung ausgestatteten Werkzeugbügel 1 mit daran aufgenommener Stempeleinheit 6 und Matrizeneinheit 8 gemäß 5 liegen sich die Stempeleinheit 6 und die Matrizeneinheit 8 gegenüber und geben eine Werkzeugachse W des dazugehörigen Kaltfüge-Werkzeugs vor.
Eine angenähert C-förmige oder U-förmige Außenkontur 11 des Werkzeugbügels 1 ist durch einen Außenrand 12 des Werkzeugbügels 1 bestimmt. Die Außenkontur 11 ist gemäß einer außen umlaufenden Schmalseite des Werkzeugbügels 1 im Übergang zwischen zwei Flächenseiten 9 und 10 des Werkzeugbügels 1 gebildet. Im an den Außenrand 12 heranreichenden Bereich bzw. im Nahbereich des Außenrandes 12 ist ein Verstärkungsabschnitt 13 des Werkzeugbügels 1 mit einer jeweiligen Dicke D1 bzw. D2 gebildet. Die Außenkontur 11 und damit der Außenrand 12 weisen bezogen auf die Draufsicht auf die Flächenseite 9 gemäß 2 gegen den Uhrzeigersinn nacheinander folgende verschiedene Stellen S1 bis S7 auf. Dabei wird zugrundegelegt, dass die Stelle S3 mit dem freien Ende 7 und die Stelle S6 mit dem freien Ende 5 zusammenfällt.
Gemäß 2, gegen den Uhrzeigersinn entlang der Außenkontur 11 betrachtet, ist der ersten Schenkelabschnitt 2 umrandet vom Außenrand 12 zwischen den Stellen S5 und S7. Der zweite Schenkelabschnitt 3 ist umrandet vom Außenrand 12 zwischen den Stellen S2 und S4. Der Verbindungsabschnitt 4, gegen den Uhrzeigersinn entlang der Außenkontur 11 betrachtet, wird demgemäß vom verbleibenden Teil des Außenrandes 12 zwischen den Stellen S7 und S2 umrandet und zu den Schenkelabschnitten 2 und 3 begrenzt durch die Linie A-A, die durch die Stellen S2 und S7 verläuft. Die beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 sind durch den Teil des Außenrandes 12 zwischen den Stellen S4 und S5 beabstandet, wobei dieser Teil des Außenrandes 12 einen Randabschnitt des Verbindungsabschnitts 4 begrenzt.
Die von den freien Enden 5 und 7 abgewandte Enden der Schenkelabschnitte 2 und 3, auf der Linie A-A zwischen den Stellen S7 und S5 beim Schenkelabschnitt 2 und auf der Linie A-A zwischen den Stellen S4 und S2 beim Schenkelabschnitt 3, sind über den Verbindungsabschnitt 4 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 4 reicht bis an die in 2 dargestellte virtuelle Linie A-A heran bzw. wird von dieser begrenzt. Die Linie A-A verläuft parallel versetzt zur Werkzeugachse W.
Die erste Flächenseite 9 des Werkzeugbügels 1 ist in 2 in Draufsicht dargestellt, wobei die zweite Flächenseite 10 der ersten Flächenseite 9 gegenüberliegt. Der Werkzeugbügel 1 umfasst den Verstärkungsabschnitt 13, der am Außenrand 12 entlang der Außenkontur 11 des Werkzeugbügels 1 vorhanden ist. Über einen Verlauf des Verstärkungsabschnitts 13 entlang des Außenrandes betrachtet, weist der Verstärkungsabschnitt 13 mehrere hier zumindest zwei Teilabschnitte mit jeweils einer dazugehörigen Dicke quer zu den Flächenseiten 9, 10 auf. Im dargestellten Beispiel des Werkzeugbügels 1 weist der Verstärkungsabschnitt 13 zwei Teilabschnitte 14 und 15 auf. Ausgehend von der Ansicht gemäß 2 und entlang der Außenkontur 11 gegen den Uhrzeigersinn reicht der Teilabschnitt 14 von der Stelle S1 über S2 und S3 bis zur Stelle S4 mit einer dazugehörigen gleichbleibenden bzw. einheitlichen Dickenabmessung D1 des Teilabschnitts 14. Der Übergang zwischen den beiden Teilabschnitten 14 und 15 bzw. von der Dicke D1 auf die Dicke D2 ist vorzugsweise mit einer Hohlkehle ausgebildet, was insbesondere in 1 an der Stelle S1 ersichtlich ist.
Der zweite Teilabschnitt 15 reicht demgemäß von der Stelle S4 über S5, S6 und S7 bis zur Stelle S1 mit einer dazugehörigen gleichbleibenden bzw. einheitlichen Dickenabmessung D2. Die Dicke D1 beträgt etwa 70 % der Dicke D2.
Der Verstärkungsabschnitt 13 ist bezogen auf die beiden Flächenseiten 9 und 10 innerhalb eines Randstreifens 16 bzw. 17 ausgebildet bzw. eine innere Grenze des Verstärkungsabschnitts 13 fällt mit dem inneren Rand der Randstreifen 16, 17 zusammen. Der Randstreifen 16 bildet einen schlaufenförmigen außen umlaufenden Teil der ersten Flächenseite 9 und der Randstreifen 17 bildet einen Teil der zweiten Flächenseite 10. Die beiden Randstreifen 16 und 17 liegen sich gegenüber und sind beispielhaft identisch in ihrer Breite B1 und B2. Der Verstärkungsabschnitt 13 kann alternativ auf der Flächenseite 9 eine andere Breite aufweisen als auf der Flächenseite 10.
Bei dem Werkzeugbügel 1 ist die Breite des Verstärkungsabschnitts 13 bzw. die Breite B1, B2 der Teilabschnitte 14 bzw. 15 nicht gleichbleibend, sondern diese verändert sich über die Länge des betreffenden Teilabschnitts 14 bzw. 15 entlang des Außenrandes bei hier beispielhafter unveränderlicher Dicke D1 bzw. D2.
Innerhalb der Flächenseite 9 bzw. 10 erstreckt sich der Randstreifen 16 bzw. 17 mit dem Verstärkungsabschnitt 13 vom Außenrand 12 bis zu einer Linie 18, wobei die Linie 18 vom Außenrand 12 mindestens 5 Millimeter bis höchstens 150 Millimeter beabstandet ist, was einen Wertebereich für einen Maximalwert der Breite B1 bzw. B2 vorgibt.
Die Flächenseiten 9, 10 sind abgesehen vom randseitigen Verstärkungsabschnitt 13 und den freien Enden 5 und 7 flach und eben gestaltet. Vorzugsweise sind die von den Flächenseiten 9 und 10 jeweils aufgespannten Ebenen parallel zueinander ausgerichtet.
Die Dicke D1 bzw. D2 des Verstärkungsabschnitts 13 ist größer, als ein mittleres Dickenmaß Dm des verbleibenden Teils des Werkzeugbügels 13 (siehe 3).
Der Verstärkungsabschnitt 13 ist über die nahezu gesamte Länge des Außenrandes 12 des Werkzeugbügels 1 ausgebildet. Lediglich im Bereich der freien Enden 5 und 7 ist der Außenrand 12 des Werkzeugbügels 1 angepasst zur lösbaren Anbringung der Stempeleinheit 6 und der Matrizeneinheit 8. Daher kann der Außenrand 12 über einen vergleichsweise kurzen Abschnitt an den freien Enden 5 und 7 eine normale Dicke bzw. eine geringere Dicke als die Dicke D1 bzw. D2 des Verstärkungsabschnitts 13 aufweisen.
Der Werkzeugbügel 1 weist eine Gesamt-Bügelhöhe H auf, die sich aus dem Abstand zwischen der am Werkzeugbügel 1 bereitstellbaren Werkzeugachse W und einem Punkt P auf einer Mittellinie des Außenrandes 12 des Werkzeugbügels 1, wobei der Punkt P auf einer mittig zwischen den von den beiden Flächenseiten 9, 10 aufgespannten Mittelebene liegt, in welcher auch die Werkzeugachse W liegt.
Der Verstärkungsabschnitt 13 ist am Werkzeugbügel 1 vorzugsweise zumindest über den Teil am Außenrand 12 ausgebildet, der in Höhenrichtung des Werkzeugbügels 1 von der Werkzeugachse W jenseits einer zur Werkzeugachse W parallele Höhenlinie liegt, wobei die Höhenlinie einer Teilhöhe H1 entspricht, welche 20 Prozent der Gesamthöhe H ausmacht (s. 2). Dies bedeutet, dass ein Teil der Schenkelabschnitte 2, 3 im Bereich der freien Enden 5, 7 ohne Verstärkungsabschnitt 13 ausgebildet ist, was der Anbringung der Stempel- bzw. Matrizeneinheit 6, 8 geschuldet ist.
Der Werkzeugbügel 1 weist einen Schwächungsabschnitt 19 im ersten Schenkelabschnitt 2 und einen Schwächungsabschnitt 20 im zweiten Schenkelabschnitt 3 und einen weiteren Schwächungsabschnitt 21 im Verbindungsabschnitt 4 auf. Die jeweils als materialfreier Bereich bzw. als Materialausnehmung oder Öffnung ausgebildete Schwächungsabschnitte 19-21 ermöglichen eine Material- und damit Gewichtsersparnis des Werkzeugbügels 1 bei keiner praxisrelevanten nachteiligen Auswirkung hinsichtlich der mechanischen Stabilitätswerte des erfindungsgemäßen Werkzeugbügels 1 im Werkzeug-Nutzeinsatz. Die mit den Schwächungsabschnitten 19-20 einhergehende reduzierte Stabilität wird durch den Verstärkungsabschnitt zumindest kompensiert bzw. es wird eine zusätzliche vorteilhafte Eigenschaft eines vorgebbaren Elastizitätsverhaltens des Werkzeugbügels bzw. der Schenkelabschnitte im Nutzeinsatz des damit gebildeten Werkzeugs erreicht.
Mit den Schwächungsabschnitten 19 und 20 ergibt sich ein Aufbau der beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 mit jeweils zwei Balkenabschnitten 22, 23 bzw. 24, 25.
So weist der erste Schenkelabschnitt 2 zwei erste Balkenabschnitte 22 und 23 und der zweite Schenkelabschnitt 3 zwei zweite Balkenabschnitte 24 und 25 auf.
Die Schwächungsabschnitte 19-21 reichen nicht bis in den Verstärkungsabschnitt 13 hinein. Die Schwächungsabschnitte 19-21 weisen zu dem Verstärkungsabschnitt 13 überwiegend einen Abstand auf. Lediglich der Schwächungsabschnitte 21 grenzt über kurze Strecken an den Verstärkungsabschnitt 13 zwischen den Stellen S4 und S5 heran.
An dem Verstärkungsabschnitt 13 zwischen den Stellen S4 und S5 ist eine Anbringstelle 26 wie beispielsweise ein flacher Flanschabschnitt 27 zum Beispiel für die Verbindung mit einem Roboterarm vorgesehen.
5 zeigt an dem Werkzeugbügel 1 für einen Einsatz bei einem Kaltfüge-Werkzeug die Stempeleinheit 6 mit einem Stempelelement 28, das in Richtung R1 und R2 reversibel linear mit einer Antriebseinheit 30 antreibbar ist. Gegenüber ist die Matrizeneinheit 8 mit einem Matrizenelement 29 vorhanden. Ein mit dem Kaltfüge-Werkzeug bearbeitbares Werkstück wie zwei oder mehr Blechlagen, die zur Bearbeitung zwischen einem freien Ende des Stempelelements 28 und dem Matrizenelement 29 einklemmbar ist, ist in 5 nicht dargestellt.
In 5 ist das elastische Verformungsverhalten des mit der Stempel- und Matrizeneinheit 6, 8 ausgestatteten Werkzeugbügels 1 im Werkzeug-Praxisbetrieb zum Beispiel bei einem Niet- oder Clinchprozess angedeutet.
Unter Belastung des Werkzeugbügels 1 bei arbeitendem Werkzeug verformen sich die beiden Schenkelabschnitte 2 und 3 bzw. deren jeweilige Balkenabschnitte 22, 23 bzw. 24, 25 derart, dass ein Aufbiegungseffekt des Werkzeugbügels 1 bzw. der Schenkelabschnitte 2, 3 in der Praxis nicht nachteilig zur Geltung kommt.
Die Verformung der Balkenabschnitte 22-15 ist in 5 stark schematisiert bzw. unrealistisch in einem verstärkten Maß bzw. gestrichelt angedeutet. Die Verformung V22 für die Verformung des Balkenabschnitts 22, die Verformung V23 für die Verformung des Balkenabschnitts 23, die Verformung V24 für die Verformung des Balkenabschnitts 24 und die Verformung V25 für die Verformung des Balkenabschnitts 25.
Durch die Verformungen V22 bis V25, die im Wesentlichen bestimmt sind durch die Ausbildung und gegenseitige Abstimmung der Schwächungsabschnitte 19, 20 und 21 und den Verstärkungsabschnitt 13, verbiegen sich die Balkenabschnitte 22-25 so, dass vorteilhaft ein Werkzeugversatz und eine Schrägstellung bzw. ein Achsversatz geringer ist als bei bekannten Werkzeugbügeln im Werkzeugeinsatz. Eine absolute Verformung der Schenkelabschnitte 2, 3 in Kraftrichtung bzw. entlang der Werkzeugachse W kann bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugbügel 1 im Werkzeugeinsatz vergleichsweise größer sein als bei bekannten Anordnungen, was aber unkritisch ist bzw. durch einen etwas längeren angetriebenen Bewegungsweg des Stempelelements 28 kompensierbar ist.
Aufgrund der angedeuteten Verformungen V22-V25 der Balkenabschnitte 22-25 bewegt sich im Werkzeugeinsatz die Stempeleinheit 6 und damit das Stempelelement 28, in der Regel überlagert zur angetriebenen Bewegung des Stempelelements 28 in Richtung R1 bzw. R2, nahezu linear bzw. parallel zur Werkzeugachse W in Richtung R6 und wieder zurück entgegen R6 bzw. ohne praxisrelevante Schrägstellung der Längsachse des Stempelelements 28 zur Werkzeugachse W.
Entsprechend bewegt sich im Werkzeugeinsatz die Matrizeneinheit 8 und damit das Matrizenelement 29 in Richtung R8 und wieder zurück entgegen R8, nahezu linear bzw. parallel zur Werkzeugachse W bzw. ohne praxisrelevante Schrägstellung der Längsachse des Matrizenelements 29 zur Werkzeugachse W.
Die Verformungen V22 des inneren Balkenabschnitts 22 und die Verformung V24 des inneren Balkenabschnitts 24 sind bezogen auf den unbelasteten Zustand gemäß der 2 nach innen zum Schwächungsabschnitt 19 bzw. zum Schwächungsabschnitt 20 hin bzw. konkav gebogen. Eine entsprechende Verformung bzw. Ausbeulung in die gleiche Richtung weist der äußere Balkenabschnitt 23 des ersten Schenkelabschnitts 2 und der äußere Balkenabschnitt 25 des zweiten Schenkelabschnitts 3 auf, also nach außen ausbeulend.
Bei bekannten Werkzeugbügeln insbesondere in einheitlich plattenförmiger Konstruktion ohne insbesondere bewusst dahingehend ausgebildete Schwächungsabschnitte verformen sich die Schenkelabschnitte gerade anders herum mit einer nach innen gebogenen bzw. nach innen konvexen Ausbeulung von inneren Schmalseiten von Schenkelabschnitten der bekannten Bügel.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugbügel
2: Schenkelabschnitt
3: Schenkelabschnitt
4: Verbindungsabschnitt
5: Ende
6: Stempeleinheit
7: Ende
8: Matrizeneinheit
9: Flächenseite
10: Flächenseite
11: Außenkontur
12: Außenrand
13: Verstärkungsabschnitt
14: Teilabschnitt
15: Teilabschnitt
16: Randstreifen
17: Randstreifen
18: Linie
19: Schwächungsabschnitt
20: Schwächungsabschnitt
21: Schwächungsabschnitt
22: Balkenabschnitt
23: Balkenabschnitt
24: Balkenabschnitt
25: Balkenabschnitt
26: Anbringstelle
27: Flanschabschnitt
28: Stempelelement
29: Matrizenelement
30: Antriebseinheit

Claims

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