DE102022205021A1

DE102022205021A1 - Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102022205021A1
Application number: DE102022205021.5A
Authority: DE
Inventors: David Briesenick; Mathias Liewald; Sergei Senn; Adrian Schenek; Celalettin Karadogan
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Es wird ein Niederhalter (118) für ein Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs (104), vorgeschlagen. Der Niederhalter (118) umfasst mindestens eine Anlagefläche (120) zum Anliegen an einem Werkstück (102), wobei die Anlagefläche (120) zum Aufbringen einer ersten Kraft (F 1) auf das Werkstück (102) in einer ersten Kraftrichtung (122) ausgebildet ist. Der Niederhalter (118) umfasst weiterhin einen Niederhalterkörper (124), wobei der Niederhalterkörper (124) zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme (110) des Schneidwerkzeugs (100) ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper (124) derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) mittels der Anlagefläche (120) eine zweite Kraft (F2) in das Werkstück (102) in einer zweiten Kraftrichtung (138) aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung (138) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung (122) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks sowie ein Schneidwerkzeug.
Technischer Hintergrund
In vielen technischen Bereichen kommen Schneidwerkzeuge zum Einsatz. Die umformtechnische Herstellung von Blechbauteilen zählt zu den wirtschaftlichsten und effizientesten Verfahren der Produktionstechnik. Ein wesentlicher Bestandteil innerhalb dieser Prozessketten ist dabei das Scherschneiden zum Beschnitt und Lochen von Bauteilen oder Werkstücken. Bei der mechanischen Blechtrennung mittels Scherschneiden wird das Werkstück entlang einer definierten Werkzeugkontur zwischen Schneidstempel und -matrize geschert. Dabei verhindert ein neben dem Schneidstempel platzierter Niederhalter ein Abheben des Bleches während des Schneidvorgangs und Rückhub des Schneidstempels. Dabei weist jedes schergeschnittene Bauteil eine charakteristische Schnittfläche auf, welche im Wesentlichen von den Schneidparametern Schnittspalt, Stempel- und Matrizenradien und dem Halbzeugwerkstoff abhängig ist. Der Übergang zwischen elastischer Deformation nach dem Aufsetzen des Schneidstempels, dem Einsetzen der plastischen Deformation mit einem Fließen des Werkstoffes in Stempelbewegungsrichtung und dem Einsetzen der Trennung durch eine Rissbildung bei der Überschreitung der werkstoffabhängigen Schubbruchgrenze kennzeichnen dabei die Schnittflächenqualität und den Kraftbedarf des Scherschneidprozesses. Um dabei den Prozess hinsichtlich Kraftbedarf, Verschleiß oder Schnittflächenqualität (Kanteneinzug, Glattschnitt, Bruchfläche und Grat) zu optimieren, haben sich eine Vielzahl an Verfahrensvarianten in der Vergangenheit etabliert.
Im Allgemeinen weist eine hohe Schnittflächenqualität geringe Kanteneinzüge, hohe Glattschnittanteile, geringe Bruchflächenhöhen und geringe Gratbildungen auf. Ein hoher Glattschnittanteil wird insbesondere dann angestrebt, wenn es sich bei der Schnittfläche um eine Funktionsfläche, wie beispielsweise Zahnradflanke oder Passung, handelt. Gerade wenn hohe Anforderungen an die Schnittflächenqualität gestellt werden, zum Beispiel im Falle der Verwendung der Schnittfläche als Funktionsfläche in Passungen oder Verzahnungen, stößt das Normalschneiden an seine Grenzen. Solche hohen Qualitätsanforderungen können heute nur durch sogenannte Präzisionsschneidverfahren wie Feinschneiden, Genauschneiden, Nachschneiden oder Konter(nach-)schneiden erfüllt werden.
EP 2 208 552 B1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feinschneiden von Werkstücken.
Die oben genannten Verfahrensvarianten sind dadurch gekennzeichnet, dass durch einen relativ komplexen Werkzeugaufbau und/oder durch mehrstufige Fertigungsprozesse vermehrt Druckspannungen in die Scherzone eingebracht werden. Diese Druckspannungen begünstigen den Werkstofffluss in der Scherzone, wodurch wiederum geringere Bruchflächen- und damit höhere Glattschnittanteile erzielt werden können.
Neben einer hohen Schnittflächenqualität besteht ein weiteres wichtiges Auslegungsmerkmal von Scherschneidwerkzeugen darin, möglichst hohe Werkzeugstandzeiten und damit eine möglichst hohe Produktivität des Prozesses zu erreichen. Kritisch sind diesbezüglich insbesondere die hohen mechanischen Belastungen an den Schneidaktivelementen (Stempel, Matrizen), weshalb Schneidkanten vor Prozessbeginn zumeist gezielt gebrochen bzw. verrundet werden. Hinsichtlich der Werkzeugstandzeiten ist zu beachten, dass mechanische Prozessschwingungen, insbesondere Schnittschlag, einen negativen Einfluss auf die Standzeit von Schneidaktivelementen haben. Schnittschlagdämpfer oder eine Reduktion der (maximal) auftretenden Prozesskräfte können dazu beitragen, den Schnittschlag zu reduzieren. Eine bekannte Lösung zur Reduktion der Schnittkräfte besteht darin, Stempelanschliffe zu verwenden. Verglichen mit konventionellen, ebenen Schneidstempeln kann die im Schneidprozess auftretende maximale Schneidkraft durch schräggeschliffene Stempel bzw. Matrizen um etwa 30% reduziert werden, da hierbei immer nur ein bestimmter Teil des Stempels schneidet (ziehender Schnitt).
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Schneidwerkzeuge und Niederhalter beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Mit dem Verfahren des Feinschneidens können Glattschnittanteile nahe an die 100 % erzeugt werden. Diese hohen Glattschnittanteile beruhen auf der Einbringung von Druckspannungen in die Scherzone mit Hilfe einer Ringzacke im Niederhalter entlang der Schnittkontur auf der Blechoberseite. Die entstehenden Druckspannungen kompensieren hierbei die Zugspannungen in der Scherzone, so dass das Werkstoffversagen zu einem späteren Prozesszeitpunkt eintritt. Der Nachteil des Feinschneidens besteht jedoch im vergleichsweise komplexen und damit kostenintensiven Werkzeugaufbau. Das Anbringen der Ringzacke auf der Schneidplatte und / oder dem Niederhalter gestaltet sich relativ aufwändig und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die Ringzacke kann nicht nachgesetzt bzw. geschliffen werden, weshalb die Instandhaltung vergleichsweise teuer ist. Weiterhin ist für die Aufbringung der für das Feinschneiden erforderlichen Gegenhalterkraft, welche eine plastische Durchbiegung des Feinschnittteils verhindert, zumeist die Verwendung mehrfachwirkender Pressen notwendig. Weitere Nachteile des Feinschneidens bilden die vergleichsweise niedrigen Hubzahlen und die relativ geringe Werkzeuglebenszeit. Das Feinschneiden ist ferner auf sehr kleine Schneidspalte von etwa 0,5 % der Blechdicke begrenzt.
Das Genauschneiden ist prinzipiell mit dem Feinschneiden vergleichbar. Auch bei diesem Verfahren wird durch die Einbringung von Druckspannungen in die Scherzone das plastische Fließen des Werkstoffs und damit die Erzeugung eines relativ hohen Glattschnittanteils unterstützt. Die Druckspannungsinduktion in lateraler Richtung zum Schneidumriss erfolgt hierbei allerdings nicht mittels einer Ringzacke, sondern durch kleine Schneidspalte und gezielte Schneidkantenverrundungen am Schneidstempel (Lochen) bzw. an der Matrize (Ausschneiden). Das Genauschneiden stellt somit eine Vereinfachung des Feinschneidprozesses dar. Für das Aufbringen der Gegenhalterkraft müssen in der Praxis allerdings entweder mehrfachwirkende Pressen oder aufwendig gefederte Werkzeugkonzepte eingesetzt werden. Weiterhin muss beim Genauschneiden aufgrund der fehlenden Ringzacke mit höheren Kanteneinzügen als beim Feinschneiden gerechnet werden. Für das Genauschneiden werden relativ kleine Schneidspalte kleiner als 1,5% der Blechdicke verwendet, weshalb im Vergleich zum Normalschneiden höhere Genauigkeitsanforderungen an den konstruktiven Werkzeugaufbau gestellt werden
Das Nachschneiden wird in einfachwirkenden Pressen zum Beschneiden schmaler Ränder von bereits vorgelochten bzw. vorgeschnittenen Flächen (1. Prozessstufe) zur Herstellung maßhaltiger Außen- und Innenformen mit hoher Schnittflächenqualität verwendet. Nachschneiden stellt somit (mindestens) einen zweistufigen Prozess dar. Beim eigentlichen Nachschneidvorgang (2. Prozessstufe) wird der schmale Randbereich der vorgeschnittenen Kontur abgetrennt, was verglichen mit dem Normalschneiden zu einer vergleichsweise hohen Schnittflächenqualität führt. Seitens der Werkzeugkonstruktion der für das Nachschneiden erforderlichen Folgeverbundwerkzeuge muss eine möglichst exakte Positionierung des nachzuschneidenden Bauteils realisiert werden. Hinsichtlich der Prozessstabilität ist zu-dem die relativ aufwendige Abfuhr der beim Nachschneiden entstehenden Späne zu beachten.
Das Konterschneiden ist durch einen mehrstufigen Schneidprozess und mindestens eine Umkehr der Schneidrichtung charakterisiert. Dieses Schneidverfahren kann sowohl mittels einfachwirkender Folgeverbundwerkzeuge als auch mit Hilfe mehrfachwirkender Pressen durchgeführt werden. Der Blech-werkstoff wird in einer ersten (und ggfs. zweiten) Stufe mit einem Anprägestempel nur soweit angeschnitten, dass noch keine vollständige Werkstofftrennung erfolgt. Erst in der letzten Prozessstufe erfolgt die vollständige Materialtrennung. Die dadurch entstehende Schnittfläche ist insbesondere durch eine völlige Gratfreiheit und zwei Glattschnittflächen mit einer schmalen zwischenliegenden Bruchfläche gekennzeichnet. Verglichen mit dem Aufbau von Normalschneidwerkzeugen ist die konstruktive Auslegung von Konterschneidwerkzeugen sowie die allgemeine Auslegung eines robusten Fertigungsprozesses deutlich komplexer. Die Gründe hierfür liegen in der werkstoffspezifisch einzustellenden Anpräge- und Anschneidetiefen sowie der komplexeren Prozesskinematik.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass mit den genannten Präzisionsschneidverfahren höhere Schnittflächenqualitäten (höhere Glattschnittanteile oder Gratfreiheit) und höhere Fertigungsgenauigkeiten (IT- Toleranzen) als beim Normalschneiden erzielt werden können. Nachteilig an den beschriebenen Präzisionsschneidverfahren ist jedoch, dass diese deutlich komplexeren und damit kostenintensiveren Werkzeugkonstruktionen erfordern. Die komplexeren Werkzeugkinematiken beschränken darüber hinaus die erreichbaren Hubzahlen und die damit verbundenen Ausbringungsmengen. Während konventionelle Normalschneidprozesse üblicherweise bei Hubzahlen zwischen 400 bis 800 Hub/min oder sogar teilweise bei höheren Hubzahlen von 1500 bis 2000 Hub/min betrieben werden, liegen die Hubzahlen beim Fein-, Genau- und Konterschneiden deutlich darunter. Werden Stempel- oder Matrizenanschliffe zur Reduktion der (maximalen) Prozesskräfte eingesetzt, so ist zu beachten, dass durch solche Schneidaktivelemente unerwünschte Biegemomente im Schneidwerkzeug auftreten können. Außerdem lassen sich Stempel und Matrizen mit Sonderanschliffen nur sehr aufwändig nachschleifen (nachschärfen). Schnittschlagdämpfer können aufgrund deren Größe in realen Serienwerkzeugen oftmals aufgrund des verfügbaren Bauraums nicht eingebaut werden.
Aufgabe der Erfindung
Es wäre daher wünschenswert, einen Niederhalter und ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Niederhalter und Schneidwerkzeuge zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine technologisch-wirtschaftliche Lösung in Form eines Niederhalters sowie eines Schneidwerkzeugs mit mindestens einem solchen Niederhalter zur Beeinflussung des Scherschneidprozesses und der Schnittflächenqualität bereitgestellt werden.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird adressiert durch einen Niederhalter und ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen darge stellt.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf”, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks vorgeschlagen. Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um ein Blech handeln. Der Niederhalter umfasst mindestens eine Anlagefläche zum Anliegen an einem Werkstück. Die Anlagefläche ist zum Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung ausgebildet. Der Niederhalter umfasst weiterhin einen Niederhalterkörper. Der Niederhalterkörper ist zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme des Schneidwerkzeugs ausgebildet. Der Niederhalterkörper ist derart elastisch verformbar, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufbringbar ist. Die zweite Kraftrichtung ist im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung.
Die vorliegende Erfindung sieht somit einen querelastischen Niederhalter vor, der die gezielte Einflussnahme auf den Spannungszustand während des Schneidvorgangs in der Scherzone ermöglicht. Über eine Niederhalteraufnahme wird der Niederhalter durch eine erste, wie beispielsweise vertikale, Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück zwischen Schneidstempel und Matrize. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der ersten Kraft auch zu einer zweiten, wie beispielsweise horizontalen, Querverformung des Niederhalters. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters zum einen Druckkräfte in der Scherzone überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil beim Scherschneiden führen. Zum anderen kann in umgekehrter Ausrichtung eine Zugkraft in der Scherzone induziert werden und so zu einer deutlichen Reduktion der benötigten Schneidkraft führen. Um auf den Schneidprozess Einfluss zu nehmen gibt es nur beim Feinschneiden eine Ringzacke, welche sich in das Blech einprägt und ausschließlich Druckspannungen in der Scherzone bewirkt. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich eine formschlüssige laterale Kraftübertragung zwischen Niederhalter und Blech, wie beispielsweise mittels Ringzacke wie beim Feinschneiden, realisierbar ist. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt dabei in der topologieoptimierten Niederhaltergeometrie, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querverformung in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.
Der Niederhalterkörper kann bei Aufbringen der ersten Kraft in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung elastisch verformbar sein. Somit wird dabei eine topologieoptimierte Niederhaltergeometrie bereitgestellt, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querkontraktion oder Querexpansion in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.
Bei Aufbringen der ersten Kraft kann die elastische Verformung in der zweiten Richtung eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers in der zweiten Richtung umfassen. Die Querverformung des Niederhalters kann somit je nach Gestaltung entweder eine Querkontraktion oder eine Querexpansion in einer vorbestimmten Richtung sein.
Die zweite Kraft kann eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks sein. Die Richtung der Schubkraft auf die Werkstückoberfläche hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Werkstückebene bewirken.
Der Niederhalterkörper kann zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks ausgebildet sein. Diese Spannungsüberlagerung in der Scherzone wird zur Beeinflussung des Schneidprozesses in Bezug auf Schnittflächenqualität oder Kraftbedarf / Verschleiß verwendet.
Die zweite Kraftrichtung kann zu einer Scherzone des Werkstücks hin oder von einer Scherzone des Werkstücks weg orientiert sein. Entsprechend lassen sich Zug- oder Druckkräfte induzieren.
Die Anlagefläche kann an dem Niederhalterkörper angeordnet sein. Damit wird der Niederhalter kompakt realisiert.
Der Niederhalterkörper kann im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet sein. Damit werden besonders gut elastisch verformbare Formen und gerichtete Deformationen vorgesehen, da sich die Querkontraktion üblicherweise meist symmetrisch ausbildet.
Der Niederhalterkörper kann zum Anordnen angrenzend an einen Schneidstempel des Schneidwerkzeugs ausgebildet sein. Damit lässt sich der Niederhalter besonders nah an der Scherzone anordnen, um dort die gezielte Beeinflussung des Schneidprozesses vornehmen zu können.
Der Niederhalter kann weiterhin mindestens eine Aufbringungsfläche umfassen. Die Aufbringungsfläche kann zum Verbinden mit einem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt eine vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen, um diesen elastisch zu verformen. Diese vorbestimmte Kraft überträgt der Niederhalter dann in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander orientierten Komponenten auf das Werkstück.
Die Aufbringungsfläche kann an dem Niederhalterkörper angeordnet sein. Damit wird der Niederhalter kompakt realisiert.
Die Anlagefläche kann an einem ersten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet sein. Die Aufbringungsfläche kann an einem zweiten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet sein Das zweite Ende kann dem ersten Ende gegenüberliegen. Damit wird eine besonders gute Übertragung der auf den Niederhalter aufgebrachten Kraft auf das Werkstück ermöglicht.
Das erste Ende und das zweite Ende können mittels eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden sein. Der Verbindungsabschnitt kann an einem an das zweite Ende angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende angrenzenden Ende sein. Damit wird ein besonders gutes Design für die Spannungsüberlagerung vorgesehen.
Das Wirkelement kann einen Niederhalterstempel umfassen oder als Niederhalterstempel ausgebildet sein. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.
Der Niederhalterkörper kann eine Höhe und eine Breite aufweisen, wobei die Höhe und die Breite im Wesentlichen identisch sein können. Damit wird ein besonders gutes Design für die Spannungsüberlagerung vorgesehen. Es wird jedoch explizit betont, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung auch ein abweichendes Design für den Niederhalterkörper möglich ist, bei dem die Höhe größer als die Breite oder die Breite größer als die Höhe ist.
Der Niederhalter kann eine gerade, gekrümmte oder teilkreisförmige Außenkontur aufweisen. Die Außenkontur kann somit der Schnittlinie angepasst sein.
Der Niederhalter kann zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt sein, insbesondere 1.2379 oder 1.1730 gemäß DIN EN 10027 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung. Damit wird ein Werkstoff mit elastischen Eigenschaften verwendet, welcher ausreichende Festigkeiten (statisch / Streckgrenze und dynamisch /Dauerfestigkeit) besitzt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, vorgeschlagen. Das Schneidwerkzeug umfasst einen Schneidstempel, eine Matrize, eine Niederhalteraufnahme und mindestens einen Niederhalter nach einer der vorstehend beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Der Niederhalterkörper des Niederhalters ist in oder an der Niederhalteraufnahme angeordnet.
Die erste Kraft bewirkt dabei die Fixierung des Werkstücks für den Schneidvorgang in der Ebene und das Verhindern eines Abhebens des Werkstücks. Beim Rückhub des Schneidstempels unterbindet der Niederhalter ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene oder gelochte Blech vom Schneidstempel ab. Der querelastische Niederhalter ermöglicht zusätzlich im Vergleich zu herkömmlichen Niederhaltern die gezielte Einflussnahme auf den Spannungszustand während des Schneidvorgangs in der Scherzone. Über eine Niederhalteraufnahme wird der Niederhalter durch eine erste, wie beispielsweise vertikale, Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück zwischen Schneidstempel und Matrize. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der ersten Kraft auch zu einer zweiten, wie beispielsweise horizontalen, Querverformung des Niederhalters. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters zum einen Druckkräfte in der Scherzone überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil und reduzierten Kanteneinzügen beim Scherschneiden führen. Zum anderen kann in umgekehrter Ausrichtung eine Zugkraft in der Scherzone induziert werden und so zu einer deutlichen Reduktion der benötigten Schneidkraft führen. Um auf den Schneidprozess Einfluss zu nehmen gibt es nur beim Feinschneiden eine Ringzacke, welche sich in das Blech einprägt und ausschließlich Druckspannungen in der Scherzone bewirkt. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt dabei in der topologieoptimierten Niederhaltergeometrie, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querverformung in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.
Die Reibkontaktfläche des Niederhalterkörpers bzw. die Anlagefläche kann eine erhöhte Oberflächenrauheit aufweisen. Dadurch können Schubkräfte besser auf die Blechoberfläche reibungskontrolliert übertragen werden. Oberflächen mit erhöhter Rauheit oder speziell strukturierte Oberflächen erhöhen die Haftreibung, wohingegen eine geschliffene oder polierte Anlagefläche des Niederhalters den Effekt der Spannungsüberlagerung in der Scherzone deutlich reduzieren würden.
Der Niederhalter kann an den Schneidstempel angrenzend angeordnet sein. Damit lässt sich der Niederhalter besonders nah an der Scherzone anordnen, um dort die gezielte Beeinflussung des Schneidprozesses vornehmen zu können.
Der Niederhalterkörper kann eine Innenform aufweisen die einer Außenform des Schneidstempels angepasst ist. Damit lässt sich der Niederhalter der Form des Schneidstempels anpassen und besonders nah am Schneidstempel anordnen.
Die Niederhalteraufnahme kann ein Wirkelement aufweisen. Der Niederhalter kann eine Aufbringungsfläche aufweisen. Die Aufbringungsfläche kann mit dem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft verbunden sein. Damit lässt sich gezielt eine vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen, um diesen elastisch zu verformen. Diese vorbestimmte Kraft überträgt der Niederhalter dann in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander orientierten Komponenten auf das Werkstück.
Das Wirkelement kann einen Niederhalterstempel umfassen. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.
Die Niederhalteraufnahme kann mindestens ein Federelement aufweisen. Mittels des Federelements kann die erste Kraft auf den Niederhalterkörper übertragbar sein. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.
Der Niederhalter kann auf einer Oberseite des Werkstücks anordenbar sein. Der Niederhalter kann zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Alternativ kann der Niederhalter zum Bewirken einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt die Qualität des Schneidprozesses beeinflussen.
Alternativ kann der Niederhalter auf einer Unterseite des Werkstücks anordenbar sein. Der Niederhalter kann zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Alternativ kann der Niederhalter zum Bewirken einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt die Qualität des Schneidprozesses beeinflussen.
Das Schneidwerkzeug kann mindestens zwei Niederhalter umfassen. Mit anderen Worten kann das Schneidwerkzeug mehrere Niederhalter aufweisen. Diese können beispielsweise als Niederhaltersegmente gestaltet sein, um einen gesamten Niederhalter zu bilden. Die zweite Kraft kann eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks sein. Die Richtung der Schubkraft auf die Werkstückoberfläche hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Werkstückebene bewirken.
Die Niederhalter können eingerichtet sein, auf identischen Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden. Mit anderen Worten können die Niederhalter eingerichtet sein, auf einer einzigen Seite des Werkstücks angeordnet werden, wie beispielsweise auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.
Die Niederhalter können eingerichtet sein, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.
Die zweite Kraft der Niederhalter auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks kann gleichsinnig oder gegensinnig sein. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.
Die Niederhalter können zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schneidwerkzeugs gemäß einer der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Anordnen eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs auf der Matrize, Anordnen des Niederhalters an oder in der Niederhalteraufnahme, Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung mittels der Anlagefläche des Niederhalters, wobei der Niederhalterkörper derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufgebracht wird, wobei die zweite Kraftrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung ist, Bewegen des Schneidstempels zum Scherschneiden des Werkstücks.
Das Bewegen des Schneidstempels kann motorisch oder motorisch unterstützt erfolgen.
Das Verfahren kann weiterhin Lösen der ersten Kraft nach Beenden des Scherschneidens umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin Auswerfen eines durch das Scherschneiden des Werkstücks hergestellten Schnittteils umfassen.
Der Begriff „Schneidwerkzeug“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die das teilweise oder vollständige Trennen eines Werkstücks, Körpers oder Systems in zwei oder mehrere Teile erlaubt. Besonderes Merkmal einer solchen Vorrichtung ist, dass sie den Werkstoff mechanisch ohne Spanbildung bearbeitet. Ein solches Schneidwerkzeug umfasst eine Matrize, auf der das zu schneidende Werkstück angeordnet wird, und einen Schneidstempel, der den Schneidvorgang durchführt.
Der Begriff „Scherschneiden“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf das Zerteilen eines Werkstoffes durch zwei sich aneinander vorbeibewegende Schneiden beziehen. Scherschneidverfahren sind in der DIN 8588 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung näher beschrieben. Der Werkstoff wird dabei durch Scherkräfte abgeschert. In der Blechbearbeitung gehört dieses Trennverfahren zu den am häufigsten angewendeten Fertigungsverfahren. Werkzeuge für dieses Trennverfahren sind die Schere (Haushalts-Schere, Tafelschere, Blechschere, Kabelschere) sowie u. a. Stanzpresse, Rettungsschere oder Nibbler.
Der Begriff „Scherzone“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht.
Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf den Bereich eines Schneidwerkzeugs beziehen, in dem das Schneiden eines Werkstücks stattfindet und an dem der Schneidstempel das Werkstück in das Schnittteil und den Butzen teilt.
Der Begriff „Niederhalter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil beziehen, das zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks ausgebildet ist. Beim Rückhub des Schneidstempels unterbindet der Niederhalter ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene bzw. gelochte Werkstück vom Schneidstempel ab.
Der Begriff „Niederhalteraufnahme“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil beziehen, an oder in dem ein Niederhalter angeordnet werden kann und das mittels seiner Bauteiles oder Bestandteile zum Aufbringen einer vorbestimmten Kraft auf den Niederhalter ausgebildet ist, damit dieser die zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks erforderliche Kraft übertragen kann.
Der Begriff „Niederhalterstempel“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil der Niederhalteraufnahme beziehen, das zum Aufbringen einer vorbestimmten Kraft auf den Niederhalter ausgebildet ist, damit dieser die zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks erforderliche Kraft übertragen kann.
Der Begriff „Schubkraft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Kraft beziehen, die quantitativ durch das zweite und dritte Newtonsche Gesetz beschrieben wird. Wenn ein System Masse in eine Richtung ausstößt oder beschleunigt, übt die beschleunigte Masse eine Kraft gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung auf das System aus.
Der Begriff „Spannung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine mechanische Spannung beziehen, Die mechanischen Spannungen σ und τ sind ein Maß für die innere Beanspruchung eines Körpers infolge dessen Belastung von außen. Da innerhalb der Mechanik keine Verwechslungsgefahr mit der elektrischen Spannung besteht, wird sie kurz als Spannung bezeichnet. Die mechanische Normal-Spannung σ auf einer gedachten Schnittfläche A durch einen Körper ist die auf sie bezogene senkrecht auf sie wirkende Komponente F_n einer äußeren Kraft F: $σ = lim_{Δ A \to 0} \frac{Δ F_{n}}{Δ A}$
Die Diagonalelemente σ_xx, σ_yy, σ_zz in der Spannungsmatrix stellen die Normalspannungen dar, also die Spannungen, die senkrecht zur Koordinatenfläche wirken. Anders gesagt: Normalen- und Wirkrichtung stimmen überein. Normalspannungen werden je nach Vorzeichen Zugspannung (positives Vorzeichen) oder Druckspannung (negatives Vorzeichen) genannt. Druckspannung wird gelegentlich auch als Flächenpressung bezeichnet. Im Gegensatz zur Druckspannung ist Druck ausschließlich isotrop. Das heißt, Druck ist kein Vektor, sondern der negative hydrostatische Anteil des Spannungstensors. Er wirkt in allen Richtungen zugleich und ist daher der negative Mittelwert der Normalspannungen in den drei Raumrichtungen (p = - (σ_xx + σ_yy + σ_zz) / 3). Er ist bei hydrostatischem Druck positiv und bei hydrostatischem Zug negativ. Die nichtdiagonalen Elemente τ_ij werden als Schub- oder Scherspannungen bezeichnet. Sie wirken tangential zur Fläche, stellen also eine Scherbelastung dar.
Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Orientierung beziehen, die um nicht mehr als 15°, bevorzugt nicht mehr als 10° und noch bevorzugter nicht mehr als 5° von einer exakt senkrechtrechten Orientierung abweicht.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein nicht-transientes computerlesbares Medium vorgeschlagen, umfassend Instruktionen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren dazu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Daten-übertragungsnetz verteilt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:

Ausführungsform 1: Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, umfassend mindestens eine Anlagefläche zum Anliegen an einem Werkstück, wobei die Anlagefläche zum Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung 122 ausgebildet ist, einen Niederhalterkörper, wobei der Niederhalterkörper zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung ist.
Ausführungsform 2: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Niederhalterkörper bei Aufbringen der ersten Kraft in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung elastisch verformbar ist.
Ausführungsform 3: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei bei Aufbringen der ersten Kraft die elastische Verformung in der zweiten Richtung eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers in der zweiten Richtung umfasst.
Ausführungsform 4: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Kraft eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks ist.
Ausführungsform 5: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper ausgebildet ist zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks.
Ausführungsform 6: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Kraftrichtung zu einer Scherzone des Werkstücks hin oder von einer Scherzone des Werkstücks weg orientiert ist.
Ausführungsform 7: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Anlagefläche an dem Niederhalterkörper angeordnet ist.
Ausführungsform 8: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet ist.
Ausführungsform 9: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper zum Anordnen angrenzend an einen Schneidstempel des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist.
Ausführungsform 10: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend mindestens eine Aufbringungsfläche, wobei die Aufbringungsfläche zum Verbinden mit einem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft ausgebildet ist.
Ausführungsform 11: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Aufbringungsfläche an dem Niederhalterkörper angeordnet ist.
Ausführungsform 12: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Anlagefläche an einem ersten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet ist, wobei die Aufbringungsfläche an einem zweiten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet ist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt.
Ausführungsform 13: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das erste Ende und das zweite Ende mittels mindestens eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungsabschnitt an einem an das zweite Ende angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende angrenzenden Ende ist.
Ausführungsform 14: Niederhalter nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wirkelement einen Niederhalterstempel umfasst.
Ausführungsform 15: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper eine Höhe und eine Breite aufweist, wobei die Höhe und die Breite im Wesentlichen identisch sind.
Ausführungsform 16: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter eine gerade, gekrümmte oder teilkreisförmige Außenkontur aufweist.
Ausführungsform 17: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt ist, insbesondere 1.2379 oder 1.1730.
Ausführungsform 18: Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, umfassend einen Schneidstempel, eine Matrize, eine Niederhalteraufnahme und mindestens einen Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper des Niederhalters in oder an der Niederhalteraufnahme angeordnet ist.
Ausführungsform 19: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Niederhalter an den Schneidstempel angrenzend angeordnet ist.
Ausführungsform 20: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper eine Innenform aufweist, die einer Außenform des Schneidstempels angepasst ist.
Ausführungsform 21: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei die Niederhalteraufnahem ein Wirkelement aufweist, wobei der Niederhalter eine Aufbringungsfläche aufweist, wobei die Aufbringungsfläche mit dem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft verbunden ist.
Ausführungsform 22: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Wirkelement einen Niederhalterstempel umfasst.
Ausführungsform 23: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei die Niederhalteraufnahme mindestens ein Federelement aufweist, wobei mittels des Federelements die erste Kraft auf den Niederhalterkörper übertragbar ist.
Ausführungsform 24: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks anordenbar ist, wobei der Niederhalter zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung oder einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet ist.
Ausführungsform 25: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, umfassend mindestens zwei Niederhalter, wobei die zweite Kraft eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks ist.
Ausführungsform 26: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Niederhalter eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden.
Ausführungsform 27: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die zweite Kraft der Niederhalter auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks gleichsinnig oder gegensinnig ist.
Ausführungsform 28: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Niederhalter zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sind.

Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A bis 2E eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zum Betreiben des Schneidwerkzeugs;
3 eine Darstellung zur Erläuterung der Schnittflächencharakterisierung;
4A bis 4C eine Gegenüberstellung der Schnittflächenqualität verschiedener Schneidverfahren;
5 eine Darstellung zur Erläuterung des Einflusses auf den Schneidprozess durch Spannungsüberlagerung;
6 eine Gegenüberstellung des Kraftbedarfs verschiedener Schneidverfahren;
7 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
13 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schneidwerkzeug ist ausgebildet zum Scherschneiden eines Werkstücks 102. Das Werkstück 102 ist beispielsweise ein Blech 104. Das Schneidwerkzeug 100 umfasst einen Schneidstempel 106. Der Schneidstempel 106 kann beispielsweise zum Stanzen ausgebildet sein. Das Schneidwerkzeug 100 weist weiterhin eine Matrize 108 auf. Das Werkstück 102 wird zum Scherschneiden auf der Matrize 108 angeordnet. Das Schneidwerkzeug 100 weist weiterhin eine Niederhalteraufnahme 110 auf. Die Niederhalteraufnahme 110 weist ein Wirkelement 112 auf. Das Wirkelement 112 umfasst einen Niederhalterstempel 114 oder ist als Niederhalterstempel 114 ausgebildet. Die Niederhalteraufnahme 110 weist mindestens ein Federelement 116 auf. Das Federelement 116 wirkt auf das Wirkelement 112 bzw. den Niederhalterstempel 114 ein und ist zwischen Niederhalteraufnahme 110 und Wirkelement 112 bzw. Niederhalterstempel 114 angeordnet.
Das Schneidwerkzeug 100 umfasst weiterhin mindestens einen Niederhalter 118. Der Niederhalter 118 weist eine Anlagefläche 120 zum Anliegen an dem Werkstück 102 auf. Die Anlagefläche 120 ist zum Aufbringen einer ersten Kraft F 1 auf das Werkstück 102 in einer ersten Kraftrichtung 122 ausgebildet
Der Niederhalter 118 weist weiterhin einen Niederhalterkörper 124 auf. Der Niederhalterkörper 124 zum Anordnen in oder an der Niederhalteraufnahme 110 des Schneidwerkzeugs 100 ausgebildet. 1 zeigt dabei den Niederhalterkörper 124 in einem in oder an der Niederhalteraufnahme 110 des Schneidwerkzeugs 100 angeordneten Zustand. Die Anlagefläche 120 ist an dem Niederhalterkörper 124 angeordnet.
Der Niederhalter 118 umfasst weiterhin eine Aufbringungsfläche 126. Die Aufbringungsfläche 126 ist zum Verbinden mit dem Wirkelement 112 der Niederhalteraufnahme 110 zum Aufbringen der ersten Kraft F1 ausgebildet. Die Aufbringungsfläche 126 ist an dem Niederhalterkörper 124 angeordnet. Insbesondere ist die Anlagefläche 120 an einem ersten Ende 128 des Niederhalterkörpers 122 angeordnet und die Aufbringungsfläche 126 ist an einem zweiten Ende 130 des Niederhalterkörpers 122 angeordnet. Das zweite Ende 130 liegt dem ersten Ende 128 gegenüber. Das erste Ende 128 und das zweite Ende 130 sind mittels eines Verbindungsabschnitts 132 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 132 kann an einem an das zweite Ende 130 angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende 128 angrenzenden Ende sein. Der Niederhalterkörper 124 ist bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen zumindest abschnittsweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig Z-förmig ausgebildet. Entsprechend sind die Anlagefläche 120 und die Aufbringungsfläche 126 parallel zueinander orientiert. Der Niederhalterkörper 124 ist zum Anordnen angrenzend an den Schneidstempel 106 des Schneidwerkzeugs 100 ausgebildet. Der Niederhalterkörper 124 weist eine Höhe 134 und eine Breite 136 auf. Dabei sind die Höhe 134 und die Breite 136 im Wesentlichen identisch. Es wird jedoch explizit, dass sich diese voneinander unterscheiden können.
Der Niederhalter 118 ist zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt. Beispielsweise ist der Niederhalter 118 hergestellt aus Stahl 1.2379 oder 1.1730 gemäß DIN EN 10027 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung.
Der Niederhalterkörper 124 ist derart elastisch verformbar, dass bei Aufbringen der ersten Kraft F1 mittels der Anlagefläche 120 eine zweite Kraft F2 in das Werkstück 102 in einer zweiten Kraftrichtung 138 aufbringbar ist. Die zweite Kraftrichtung 138 ist im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung 122. Mittels des Federelements 116 der Niederhalteraufnahme 110 ist die erste Kraft auf den Niederhalterkörper 124 übertragbar.
Bei Aufbringen der ersten Kraft F1 ist der Niederhalterkörper 124 in einer ersten Richtung 140 parallel zu der ersten Kraftrichtung 122 und in einer zweiten Richtung 12 parallel zu der zweiten Kraftrichtung 138 elastisch verformbar. Bei Aufbringen der ersten Kraft F1 umfasst die elastische Verformung in der zweiten Richtung 142 je nach Gestaltung des Niederhalterkörpers 124 eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers 124 in der zweiten Richtung 142. Die zweite Kraft F2 ist eine Schubkraft auf eine Oberfläche 144 des Werkstücks 102. Die Richtung der Schubkraft hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters 118 ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Ebene des Werkstücks 102 bewirken. Somit ist der Niederhalterkörper 124 ausgebildet zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks 102. Die zweite Kraftrichtung 138 ist bei der gezeigten Ausführungsform zu einer Scherzone 146 des Werkstücks 102 hin orientiert. Es versteht sich, dass zur Realisierung geschlossener Schnitte mehr als ein Niederhalter 118 vorgesehen werden muss, die den Schneidstempel 106 in Umfangsrichtung umgeben, um die Querelastizität zu gewährleisten. Eine Innenform der Niederhalterkörper 124 ist in jedem Fall einer Außenform des Schneidstempels 106 angepasst. Aus diesem Grund muss der Niederhalterstempel 114 eine spezielle Aufnahme und Verbindung zu den jeweiligen Niederhaltern 118 aufweisen.
Der Niederhalter 118 kann wie folgt modifiziert werden. Der Niederhalterkörper 124 kann grundsätzlich zumindest abschnittsweise invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet sein. Der Niederhalterkörper 124 kann mehr als eine Anlagefläche 120 und/oder Aufbringungsfläche 126 aufweisen. Beispielsweise kann der Niederhalterkörper 124 zwei parallele Anlageflächen 120 und Aufbringungsflächen 126 aufweisen. Die parallelen Anlageflächen 120 und Aufbringungsflächen 126 können dabei über einen oder mehrere Verbindungsabschnitte von beliebiger querelastischer Geometrie miteinander verbunden sein, beispielsweise in Z-Form oder ähnlich eines Faltenbalgs. Die zweite Kraftrichtung 138 kann von einer Scherzone 146 des Werkstücks 102 weg orientiert sein.
Ein Verfahren zum Betreiben des Schneidwerkzeugs 100 wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die 2A bis 2E zeigen eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zum Betreiben des Schneidwerkzeugs 100. Genauer handelt es sich dabei um ein Verfahren zum Scherschneiden des Werkstücks 102. Wie in 2A gezeigt, wird zunächst das Werkstück 102 auf der Matrize 108 angeordnet. Mittels der Niederhalteraufnahme 110 und dem Niederhalterstempel 114 wird auf den an oder in der Niederhalteraufnahme 110 angeordneten Niederhalter 118 eine vorbestimmte Kraft aufgebracht. Der Niederhalterkörper 124 bringt über die Anlagefläche 120 die erste Kraft Flin der ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 auf. Die erste Kraftrichtung 122 ist dabei senkrecht zur Oberfläche 144 des Werkstücks 102. Die erste Kraft F1 dient zur Fixierung des Werkstücks 102 für den nachfolgenden Schneidvorgang in der Ebene des Werkstücks 102 und dem Verhindern eines Abhebens des Werkstücks 102. Dabei wird der Niederhalterkörper 124 elastisch verformt. Der Schneidstempel 106 wird mit einer vorbestimmten Kraft F auf das Werkstück 102 bewegt bzw. auf dieses aufgesetzt, wie durch eine erste Bewegungsrichtung 148 angedeutet ist.
Wie in 2B gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einer elastischen und plastischen Verformung des Werkstücks 102. Ohne das Aufbringen der ersten Kraft F1 durch den Niederhalter 118 käme es zu einem Abheben des Werkstücks 102, wie in 2B angedeutet ist. Dieses Abheben wird jedoch durch das Aufbringen der ersten Kraft F 1 auf das Werkstück 102 verhindert. Durch die elastische Verformung des Niederhalterkörpers 124 wird die zweite Kraft F2 in das Werkstück 102 in der zweiten Kraftrichtung 138 aufgebracht. Dabei ist die zweite Kraftrichtung 138 im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung 122. Die zweite Kraft F2 wirkt als Schubkraft auf die Oberfläche 144 des Werkstücks 102, wobei die Richtung dabei von der Gestaltung des Niederhalters 118 abhängt und entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Ebene des Werkstücks 102 bewirken kann.
Wie in 2C gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einer Scherung und Rissbildung des Werkstücks 102.
Wie in 2D gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einem Durchbrechen des Werkstücks 102.
Wie in 2E gezeigt, wird schließlich der Schneidstempel 106 in einer zweiten Bewegungsrichtung 150, die der ersten Bewegungsrichtung 148 entgegengesetzt ist, bewegt, so dass ein durch das Schneiden hergestelltes Schnittteil 152 abgestreift wird. Beim Rückhub des Schneidstempels 106 unterbindet der Niederhalter 118 ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene oder gelochte Schnittteil 152 vom Schneidstempel 106 ab. Ein anfallender Butzen 154 kann als Abfall verworfen oder anderweitig verwertet werden. Schließlich wird nach dem Abstreifen auch die auf den Niederhalter 118 aufgebrachte vorbestimmte Kraft und somit die erste Kraft F1 gelöst.
Zusammenfassend wird über die Niederhalteraufnahme 110 mittels des Federelements 116 der Niederhalter 118 durch eine vertikale Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück 102 zwischen Schneidstempel 106 und Matrize 108. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der vertikalen auch zu einer horizontalen Querkontraktion des Niederhalters 118. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück 102 wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück 102 übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters 118 zum einen Druckkräfte in der Scherzone 146 überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil beim Scherschneiden führen.
3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Schnittflächencharakterisierung, damit deutlich wird, was unter einem Glattschnittanteil zu verstehen ist. Dargestellt ist ein beispielhaft geschnittenes Werkstückstück 102. Nach dem Schneiden weist das Werkstück 102 an einer Schnittkante 156 eine Gesamthöhe s₀ auf. Die Schnittkante 156 lässt sich dabei durch eine Kanteneinzugshöhe h_E, eine Glattschnitthöhe h_S, eine Bruchflächenhöhe h_B, eine Schnittgrathöhe h_G, eine Kanteneinzugsbreite b_E, eine Schnittgratbreite b_G und einen Bruchflächenwinkel β charakterisieren. Ein erhöhter Glattschnittanteil durch den erfindungsgemä-ßen Niederhalter 118 zeichnet sich beispielsweise durch eine höhere Glattschnitthöhe hs als bei herkömmlichen Schneidprozessen aus.
Die 4A bis 4C zeigen eine Gegenüberstellung der Schnittflächenqualität verschiedener Schneidverfahren. Dargestellt ist dabei in den 4A bis 4C jeweils eine Schnittkante 156 eines beispielhaften Werkstücks 102 über eine Dicke, die als Werkstückdicke 158 in mm aufgetragen ist. Weiterhin ist dabei in den 4A bis 4C jeweils ein Grat 160, ein Bruch 162, ein Glattschnittanteil 164 und eine Kante 166 gezeigt. Die 4A zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Normalschneiden. Die 4B zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Feinschneiden. Die 4C zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Scherschneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118. Wie zu erkennen ist, ist der Glattschnittanteil 166 beim Feinschneiden deutlich höher als beim Normalschneiden. Allerdings ist das Feinschneiden sehr aufwändig und kostenintensiv. Ein erhöhter Glattschnittanteil lässt sich ebenfalls sehr gut mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118 erzielen, wie in 4C zu erkennen ist.
5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Einflusses auf den Schneidprozess durch Spannungsüberlagerung. Dargestellt ist die Spannung σ als X-Achse sowie die Scherspannung τ als Y-Achse. In der Mitte ist durch eine Kurve 168 die Auswirkung beim konventionellen Scherschneiden dargestellt. Auch die Schubfließgrenze 170 und die Schubbruchgrenze 172 ist eingezeichnet. Durch den erfindungsgemäßen Niederhalter 118 lässt sich in Abhängigkeit von der Gestaltung durch die elastische Verformung und das Aufbringen der zweiten Kraft F2 eine Druckspannungsüberlagerung erzielen, die durch eine Kurve 174 dargestellt ist. Dabei kommt es zu einem verlängerten Fließvorgang für einen erhöhten Glattschnittanteil. Alternativ lässt sich durch die elastische Verformung und das Aufbringen der zweiten Kraft F2 eine Zugspannungsüberlagerung erzielen, die durch eine Kurve 176 dargestellt ist. Dabei kommt es zu einem frühzeitigen Bruch für eine reduzierte Schneidkraft. Dies verdeutlicht, wie sich durch den erfindungsgemäßen Niederhalter 118 der Schneidprozess gezielt beeinflussen lässt.
6 zeigt eine Gegenüberstellung des Kraftbedarfs verschiedener Schneidverfahren. Auf der X-Achse 178 ist die Dicke des Werkstücks 102 in mm aufgetragen. Auf der Y-Achse 180 ist die Schneidkraft in N aufgetragen. Die Kurve 182 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Normalschneiden dar. Die Kurve 184 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Feinschneiden dar. Die Kurve 186 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Scherschneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter mit einer Druckspannungsüberlagerung dar. Wie zu erkennen ist, reduziert sich die Schneidkraft beim Normalschneiden ab einer Dicke von ungefähr 0,5 mm schlagartig. Dahingegen hat die Schneidkraft beim feinschneiden und beim Schneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118 einen annähernd ähnlichen Verlauf mit einer allmählichen Reduzierung der Schneidkraft zu einer Dicke von 1 mm hin.
7 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 1 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Optional kann das Schneidwerkzeug 100 einen dem Schneidstempel 106 gegenüberliegenden Gegenstempel 188 aufweisen. Es ist ein Niederhalter 118 auf nur einer Seite des Werkstücks 102 angeordnet, die beispielsweise die Oberseite ist. Der Niederhalter 118 ist Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist zu der Scherzone 146 hin orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die Z-förmige Ausbildung zu einer Druckspannungsüberlagerung in der Scherzone 146.
8 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 7 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Niederhalter 118 ist invers Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist von der Scherzone 146 weg orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die invers Z-förmige Ausbildung zu einer Zugspannungsüberlagerung in der Scherzone 146.
9 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 7 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind zwei Niederhalter 118 vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks 102 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die zwei Niederhalter spiegelsymmetrisch bezüglich des Werkstücks 102 zueinander angeordnet. Entsprechend befindet sich ein Niederhalter 118 auf der Oberseite des Werkstücks 102 und ein anderer Niederhalter 118 auf der Unterseite des Werkstücks 102. Entsprechend ist die Matrize 108 kleiner ausgebildet, wie beispielsweise als Matrizenhülse 190. Jeder der Niederhalter 118 ist Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist zu der Scherzone 146 hin orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die Z-förmige Ausbildung zu einer Druckspannungsüberlagerung in der Scherzone 146.
10 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 9 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Niederhalter 118 sind invers Z-förmig ausgebildet, so dass sie bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch ihre elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringen. Die zweite Kraftrichtung 138 ist von der Scherzone 146 weg orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die invers Z-förmige Ausbildung zu einer Zugspannungsüberlagerung in der Scherzone 146.
Es wird explizit betont, dass auch eine gegensinnige Anordnung der Niederhalter 118 möglich ist, so dass beispielsweise ein Niederhalter 118 eine Zugspannungsüberlagerung bewirkt und der andere Niederhalter 118 eine Druckspannungsüberlagerung bewirkt. Dadurch lässt sich insgesamt eine Scherspannungsüberlagerung bewirken.
11 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 1 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Schneidwerkzeug weist eine Stempelaufnahme 192 für den Schneidstempel 106 auf. Die Matrize 108 ist in einer Matrizenaufnahme 194 angeordnet. Es sind mindestens zwei Niederhalter 118 auf der gleichen Seite des Werkstücks 102 angeordnet. Die Niederhalter 118 grenzen an den Schneidstempel 106 an. Eine Innenkontur 196 oder Innenform der Niederhalterkörper 124 ist dabei einer Außenform des Schneidstempels 106 angepasst. Die Niederhalter 118 können an den Schneidstempel 106 zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten angrenzen. Bevorzugt sind jedoch mehrere Niederhalter 118 angeordnet, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben.
12 zeigt eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 11 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform weist der Schneidstempel 106 einen rechteckigen Querschnitt auf. Weiterhin sind insgesamt vier Niederhalter 118 vorgesehen, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben. Es ist also eine Art segmentierte Anordnung der Niederhalter 118 realisierbar. Eine Außenfläche oder Außenkontur 198 der Niederhalterkörper 124 ist jeweils gerade oder eben.
13 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 11 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform weist der Schneidstempel 106 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Weiterhin sind insgesamt acht Niederhalter 118 vorgesehen, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben. Es ist also eine Art segmentierte Anordnung der Niederhalter 118 realisierbar. Eine Außenfläche oder Außenkontur 198 der Niederhalterkörper 124 ist jeweils teilkreisförmig. So weist die Außenkontur 198 beispielsweise jeweils eine Erstreckung von 45° auf.
Bezugszeichenliste

100: Schneidwerkzeug
102: Werkstück
104: Blech
106: Schneidstempel
108: Matrize
110: Niederhalteraufnahme
112: Wirkelement
114: Niederhalterstempel
116: Federelement
118: Niederhalter
120: Anlagefläche
122: erste Kraftrichtung
124: Niederhalterkörper
126: Aufbringungsfläche
128: erstes Ende
130: zweites Ende
132: Verbindungsabschnitt
134: Höhe
136: Breite
138: zweite Kraftrichtung
140: erste Richtung
142: zweite Richtung
144: Oberfläche
146: Scherzone
148: erste Bewegungsrichtung
150: zweite Bewegungsrichtung
152: Schnittteil
154: Butzen
156: Schnittkante
158: Werkstückdicke
160: Grat
162: Bruch
164: Glattschnittanteil
166: Kante
168: Auswirkungen konventionelles Scherschneiden
170: Schubfließgrenze
172: Schubbruchgrenze
174: Druckspannungsüberlagerung
176: Zugspannungsüberlagerung
178: X-Achse
180: Y-Achse
182: Verlauf Schneidkraft für Normalschneiden
184: Verlauf Schneidkraft für Feinschneiden
186: Verlauf Schneidkraft für Scherschneiden mit erfindungsgemäßem Niederhalter
188: Gegenstempel
190: Matrizenhülse
192: Stempelaufnahme
194: Matrizenaufnahme
196: Innenkontur
198: Außenkontur
F: vorbestimmte Kraft
F1: erste Kraft
F2: zweite Kraft
s0: Gesamthöhe
hE: Kanteneinzugshöhe
hS: Glattschnitthöhe
hB: Bruchflächenhöhe
hG: Schnittgrathöhe
bE: Kanteneinzugsbreite
bG: Schnittgratbreite
β: Bruchflächenwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2208552 B1 [0004]

Claims

Niederhalter (118) für ein Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs (104), umfassend mindestens eine Anlagefläche (120) zum Anliegen an einem Werkstück (102), wobei die Anlagefläche (120) zum Aufbringen einer ersten Kraft (F1) auf das Werkstück (102) in einer ersten Kraftrichtung (122) ausgebildet ist, einen Niederhalterkörper (124), wobei der Niederhalterkörper (124) zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme (110) des Schneidwerkzeugs (100) ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper (124) derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) mittels der Anlagefläche (120) eine zweite Kraft (F2) in das Werkstück (102) in einer zweiten Kraftrichtung (138) aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung (138) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung (122) ist.
Niederhalter (118) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Niederhalterkörper (124) bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung (122) und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung (138) elastisch verformbar ist.
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kraft (F2) eine Schubkraft auf eine Oberfläche (144) des Werkstücks (102) ist.
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) ausgebildet ist zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone (138) des Werkstücks (102).
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kraftrichtung (138) zu einer Scherzone (138) des Werkstücks (102) hin oder von einer Scherzone (138) des Werkstücks (102) weg orientiert ist.
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlagefläche (120) an dem Niederhalterkörper (124) angeordnet ist.
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet ist.
Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Aufbringungsfläche (126), wobei die Aufbringungsfläche (126) zum Verbinden mit einem Wirkelement (112) der Niederhalteraufnahme (110) zum Aufbringen der ersten Kraft (F1) ausgebildet ist.
Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs, umfassend einen Schneidstempel (106), eine Matrize (108), eine Niederhalteraufnahme (110) und mindestens einen Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) des Niederhalters in oder an der Niederhalteraufnahme (110) angeordnet ist.
Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Niederhalter (118) an den Schneidstempel (106) angrenzend angeordnet ist.
Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) eine Innenform aufweist, die einer Au-ßenform des Schneidstempels (106) angepasst ist.
Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, wobei der Niederhalter (118) auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks (102) anordenbar ist, wobei der Niederhalter (118) zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung oder einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet ist.
Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei Niederhalter (118), wobei die zweite Kraft (F2) eine Schubkraft ist.
Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Niederhalter (118) eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (102) angeordnet zu werden.
Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Kraft (F2) der Niederhalter (118) auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (102) gleichsinnig oder gegensinnig ist.
Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Niederhalter (118) zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sind.