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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug
zum mechanischen Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen,
Rohr- oder Profilteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für
eine Blechbearbeitung ist aus der
DE 197 31 222 A1 eine Vorrichtung zum Stanznieten
bekannt, bei der ein Stempel und gegebenenfalls ein Niederhalter über eine Übertragungseinheit
angetrieben wird bzw. werden. Die Übertragungseinheit wandelt
eine Rotationsbewegung einer elektromotorischen Antriebseinheit
in eine Translationsbewegung des Stempels bzw. des Niederhalters,
wodurch ein aufwendiger hydraulischer Antrieb vermieden wird. Dazu
ist der Stempel mit der Übertragungseinheit, die
ein Getriebe aufweist, über einen
Spindelantrieb verbunden. Die Übertragungseinheit
und der Spindelantrieb bedingen eine deutliche Zunahme der Werkzeuggröße und erhöhen den
konstruktiven Aufwand.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das
handlich und konstruktiv einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierdurch wird ein Werkzeug geschaffen,
bei dem eine Rotationsbewegung eines elektromotorischen Antriebs
durch eine mechanische Umwandlung in eine Translationsbewegung übertragen
wird. Die hierfür
vorgesehene Kurvenscheibe steuert eine Schwinge, die an dem Stößel eines
bewegbaren Werkzeugeinsatzträgers
angreift und durch ihre Hinundherbewegung den Stößel hebt und senkt. Der in Arbeitshubrichtung
geführte
Stößel führt also
eine Translationsbewegung aus. In einfacher Weise wird folglich
eine Rotationsbewegung von einem elektromotorischen Antrieb auf
einen Stößel übertragen,
um diesen Arbeitshübe
ausführen
zu lassen.
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Vorzugsweise ist das mit dem Stößel in Eingriff
stehende Ende der Schwinge über
eine Gleitführung
am Stößel gelagert.
Das Ende der Schwinge ist dabei zylinderförmig ausgebildet, um den Schwingenwinkel
der Schwinge auszugleichen. Ein Lagerschlitten, insbesondere eine
Lagerschale, ist vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels verschieblich
und nimmt das Ende der Schwinge gelenkartig auf. Eine verschleißarme Lagerung
des Endes der Schwinge an dem Stößel wird dadurch
sichergestellt.
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Die Schwinge wird vorzugsweise von
einem zweiarmigen, um einen festen Drehpunkt hinundherschwingenden
Hebel gebildet, wobei die Hebelarmlängen zum Einstellen eines bestimmten
Stößelweges
wählbar
sind. Die Hebelarme sind zudem vorzugsweise unterschiedlich lang
ausgebildet, damit die Zwangssteuerung durch die Kurvenscheibe über ein
kurzes Anschlußglied
erfolgt.
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Vorzugsweise umfaßt die Kurvenscheibe eine geschlossene,
nutförmige
Kurvenbahn um einen mittigen Kurvenscheibenkern. Für eine verschleißarme Zwangsführung des
Antriebsendes der Schwinge an der Kurvenscheibe ist dieses vorzugsweise
zapfenförmig
ausgebildet und sitzt in einem in der nutförmigen Kurvenbahn angeordneten,
buchsenförmigen
Gleitlager. Eine Drehachse der Kurvenscheibe verläuft vorzugsweise
senkrecht zur feststehenden Achse der Schwinge und ist derart zu
dieser räumlich
versetzt, daß in
einer Arbeitsposition des Stößels, beispielsweise
Clinchposition, die Schwinge im wesentlichen parallel zur Drehachse
der Kurvenscheibe steht. Die Übertragung
der Antriebskraft ist dann besonders verschleißarm.
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Die Kurvenscheibe ist bezüglich des
von ihr bewirkten Hubes individuell gestaltbar, so daß die Hublängen des
Stößels eines
bewegbaren Werkzeugträgereinsatzes
je nach Einsatzzweck wählbar sind.
Auch der Gradientenverlauf der Kurvenlinie der Kurvenbahn ist individuell
wählbar,
so daß der
Kraftanstieg beim Arbeitshub langsamer oder schneller erfolgen kann
als der Kraftabfall beim Zurückziehen des
Stößels. Eine
maximale Kraft kann zudem während
eines Zeitabschnitts gehalten werden.
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Bevorzugt ist der Stößel zweiteilig
ausgebildet, um einen fixierten Grundvorschub des Stößels einzustellen,
der eine effektive Längenänderung
des Stößels darstellen
kann. Der Stößel kann
dazu einen Arbeitsstößel und
einen Hubstößel umfassen,
die über
eine Verstelleinrichtung gegeneinander in Arbeitshubrichtung verschiebbar
sind. Dazu kann die Verstelleinrichtung ein Gewinde aufweisen, das
mit unterschiedlichen Gewindegängen
im Arbeitsstößel und
im Hubstößel in Eingriff
steht. Wird der Gewindegang im Bereich des Arbeitsstößels und
des Hubstößels unterschiedlich
gewählt,
führt eine
Drehung der Verstelleinrichtung zu einer Verschiebung des Arbeitsstößels gegenüber dem
Hubstößel.
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Zur Führung des Stößels in
Arbeitshubrichtung kann eine Geradführung vorgesehen sein.
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Das Werkzeug kann in die Schenkel
einer Zange eingebaut sein.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die Endung wird nachstehend anhand
der in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch einen Längsschnitt eines
ersten Ausführungsbeispiels
eines Werkzeuges zum mechanischen Bearbeiten von Werkstücken,
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2 zeigt
schematisch eine Vorderansicht des Werkzeuges gemäß 1,
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3 zeigt
schematisch einen Längsschnitt eines
zweiten Ausführungsbeispiels
eines Werkzeuges zum mechanischen Bearbeiten von Werkstücken in
einer Arbeitsposition des Werkzeugsatzes,
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4 zeigt
schematisch das Werkzeug gemäß 3 in geöffneter Stellung des Werkzeugsatzes,
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5a zeigt
vergrößert ein
Teilstück
des Werkzeuges von 3 im
Bereich der Schwinge für eine
Arbeitsposition des Werkzeuges,
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5b zeigt
einen Schnitt entlang A-A gemäß 5a,
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6a zeigt
vergrößert ein
Teilstück
des Werkzeuges von 4 im
Bereich der Schwinge für eine
geöffnete
Stellung des Werkzeuges,
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6b zeigt
einen Schnitt entlang B-B gemäß 6a,
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7 zeigt
vergrößert ein
Teilstück
des Werkzeuges von 3 im
Bereich der Schwinge mit einer Anordnung eines Arbeitsstößels in
einer obersten Stellung,
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8 zeigt
vergrößert ein
Teilstück
des Werkzeuges von 3 im
Bereich der Schwinge mit einer Anordnung eines Arbeitsstößels in
einer untersten Stellung,
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1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Werkzeuges zum mechanischen Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere
zum Fügen, Stanznieten
oder Clinchen von Blech-, Rohr- oder Profilteilen mit zueinander
bewegbaren Werkzeugeinsatzträgern 1, 2,
an deren Arbeitsenden jeweils ein Werkzeugeinsatz eines Werkzeugsatzes
befestigbar ist. Die Werkzeugeinsatzträger 1, 2 sind
relativ zueinander bewegbar. Die Bewegung erfolgt linear aufeinander
zu bzw. voneinander weg gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Doppelpfeil 3,
um den Werkzeugsatz in eine Arbeitsposition zu schließen oder
aus der Arbeitsposition zu öffnen.
Der Werkzeugsatz besteht hier aus einem Stempel 5 und einer
Matrize 4. Die Zuordnung von Stempel 5 und Matrize 4 zu
dem jeweiligen Werkzeugeinsatzträger 1, 2 ist
wählbar.
Gemäß 1 ist der Stempel 5 am
Werkzeugeinsatzträger 1 und
die Matrize 4 am Werkzeugeinsatzträger 2 befestigt. Matrize
und Stempel 4, 5 sind Niederhalter 6, 7 zugeordnet.
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Der Werkzeugeinsatzträger 2,
der an einem unteren Schenkel 11 vorgesehen ist, ist hier
feststehend ausgebildet. Der Schenkel 11 selbst kann über eine
Kippvorrichtung 34 arretierbar gegenüber einem oberen Schenkel 50 wegklappbar
sein, beispielsweise für
ein Einsetzen oder Austauschen eines Werkzeugsatzes. Der Werkzeugeinsatzträger 1,
der an dem oberen Schenkel 50 vorgesehen ist, ist an dem Arbeitsende
eines Stößels 9 angeordnet.
Zur Befestigung eines Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugeinsatzträger 1 kann
ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube 8,
vorgesehen sein. Der Stößel 9 ist
in einer vorzugsweise geschlossenen Führung, die von gegenüberliegenden
Wandungen 10 am oberen Schenkel gebildet wird, für eine geradlinige
Bewegung in einer Arbeitshubrichtung (Pfeil 3) geführt. Der
Stößel 9 umfaßt vorzugsweise
einen Arbeitsstößel 13 und
einen Hubstößel 14,
die in Arbeitshubrichtung gegeneinander verschiebbar sind, um einen Grund-Vorschub
des Stößels 9 verändern zu
können. Die
Anordnung von Hubstößel 14 und
Arbeitsstößel 13 zueinander
erfolgt derart, daß der
Hubstößel 14 eine
Innenschale bildet, auf der der Hubstößel 14 als eine Außenschale
mit größerer innerer
Schalenlänge als
die Innenschale parallel zur Führung
des Stößels 9 verschiebbar
ist. Die den Schalenflächen
abgewandten Seiten des Hubstößels 14 und
des Arbeitsstößels 13 bilden
zusammen einen schlittenartig zwischen den Wandungen 10 geführten Stößel 9.
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Der Hubstößel 14 ist mit dem
Arbeitsstößel 13 über eine
Verstelleinrichtung, die von einer Verstellspindel 15 gebildet
werden kann, verbunden. Die Verstellspindel 15 weist ein
Außengewinde
auf, das mit einem zugehörigen
Innengewinde im Arbeitsstößel 13 und
im Hubstößel 14 zusammenwirkt.
Das Gewinde der Verstellspindel 15 für den Arbeitsstößel 13 weist
eine andere Orientierung des Gewindegangs auf als das Gewinde der
Verstellspindel 15 für
den Hubstößel 14.
Zudem ist die Steigung der Verstellspindel 15 für den Arbeitsstößel größer als
die Steigung für
den Hubstößel. Durch
eine Drehung der Verstellspindel 15 nähern sich somit der Arbeitsstößel 13 und
der Hubstößel 14 in
Arbeitshubrichtung an oder werden voneinander wegbewegt. Betätigt wird
die Verstelleinrichtung durch einen von außen zugänglichen Drehknopf 35.
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Zur Verrastung der Stellung der Verstellspindel 15 kann
eine über
einen Sprengring 36 gesicherte, konzentrisch um die Verstellspindel 15 angeordnete
Rastscheibe 37 vorgesehen sein, die mit der Verstellspindel 15 in
Eingriff steht. Bei einer Drehung der Verstellspindel 15 wird
die Rastscheibe 37 gedreht. Zur Verrastung sind in der
Rastscheibe 37 umfänglich
angeordnete Ausnehmungen vorgesehen, in die eine Rastfeder 38 eingreift.
Die Rastfeder 38 ist über
einen Gewindestift 39 im Arbeitsstößel 13 fixiert.
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Das in den 3 bis 8 dargestellte
zweite Ausführungsbeispiel
des Werkzeuges unterscheidet sich von dem in 1 und 2 dargestellten
und vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch
eine andere Ausbildung der Betätigungseinrichtung
für die
Verstelleinrichtung zur Grundvorschubanpassung des Stößels 9,
die hier von einer Innensechskantschraube 40 gebildet wird. Über eine Öffnung im
Gehäuse
ist die Innensechskantschraube 40 zugänglich. Sie weist ein Außengewinde
auf, das mit einem entsprechenden Innengewinde im Arbeitsstößel 13 und
im Hubstößel 14 zusammenwirkt.
Durch eine Drehung der Innensechskantschraube 40 nähern sich
der Arbeitsstößel 13 und
der Hubstößel 14 in
Bewegungsrichtung an oder werden voneinander wegbewegt. Im Bereich
des Arbeitsstößels 13 wird
die Innensechskantschraube 40 von einer Reduziermutter 41 umgeben,
die durch einen Gewindestift 42 im Arbeitstößel 13 fixiert
ist. Die Reduziermutter 41 bildet mit dem Kopf der Innensechskantschraube 40 eine
Rasteinrichtung. Im übrigen
gelten die vorstehenden Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
hier entsprechend.
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Die nachfolgenden Ausführungen
zum Antrieb und weiteren Ausgestaltung des Werkzeuges gelten für das erste
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 ebenso wie für das zweite
Ausführungsbeispiel gemäß 3 bis 8.
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Für
einen elektromotorischen Antrieb, der zum Ausführen eines Arbeitshubes auf
den Stößel 9 des
mindestens einen Werkzeugeinsatzträgers 1 wirkt, ist
als Antriebsglied eine von einer Welle 32 eines Motors 31 treibbare
Kurvenscheibe 21 vorgesehen, die einen Zwangslauf eines
Hubgliedes steuert, das von einer Schwinge 16 gebildet
wird. Die Schwinge 16 ist um eine feststehende Achse 16.1 senkrecht zur
Arbeitshubrichtung des Stößels 9 schwenkbar gelagert.
Die Schwinge 16 ist nach Art eines zweiarmigen Hebels ausgebildet
und weist zwei Enden 17, 18 auf. Ein freies zur Übertragung
eines Arbeitshubes vorgesehenes Ende 17 der Schwinge 16 steht mit
dem Stößel 9 in
Eingriff. Die Anordnung des Endes 17 am Stößel 9 erfolgt über ein
Lager 19 in einer Gleitführung, wodurch ein Schwingungswinkel
des Endes 17 der Schwinge 16 gegenüber einem
Stößelweg in
Arbeitshubrichtung ausgeglichen wird. Dazu ist das Ende 17 der
Schwinge 16 zylinderförmig
oder kalottenförmig
ausgebildet und gelenkartig in dem Lager 19 angeordnet,
das senkrecht zur Arbeitshubrichtung des Stößels 9 gegenüber diesem
in der Gleitführung
verschiebbar ist. Bei einer Schwenkbewegung der Schwinge 16 erfährt der
geführte
Stößel 9 eine
translatorische Bewegung.
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Wird das in dem Stößel 9 gelagerte
Ende 17 der Schwinge 16 in der in 1 und 3 dargestellten
Position nach oben geschwenkt, wird der Stößel 9 nach oben bewegt.
Wenn das in dem Stößel 9 gelagerte
Ende 17 der Schwinge 16 in die in 1 und 3 dargestellte
Position wieder nach unten geschwenkt wird, wird der Stößel 9 nach
unten bewegt. Ein maximaler Hub des Stößels 9 ist durch die Schwenkbewegung
der Schwinge 16 einstellbar.
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Das in dem Stößel 9 gelagerte Ende 17 der Schwinge 16 ist
für eine
möglichst
lineare Kraftübertragung
vorzugsweise im wesentlichen mittig im Stößel 9 bezüglich einer
durch die Wandungen 10 gebildeten Führungsbahn gelagert.
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Alternativ kann der Eingriff zwischen
Schwinge und Stößel auch
dadurch erfolgen, daß der
Stößel einen
Zapfen aufweist, der von einem Ende der Schwinge aufgenommen wird.
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Die Schwinge 16 erfährt einen
Zwangslauf, der von der Kurvenscheibe 21 gesteuert wird.
Dazu wälzt
sich das andere Ende 18 der Schwinge 16 in einer
Kurvenbahn 20 um einen Kurvenscheibenkern 12 der
Kurvenscheibe 21 ab. Dieses Ende 18 der Schwinge 16 ist
dazu vorzugsweise zapfenförmig ausgebildet
und in einem Innenring 22 über Nadelrollen 23 gelagert.
Der Innenring 22 ist in einer vorzugsweise nutförmig ausgebildeten
Kurvenbahn 20 aufgenommen. Der Innenring 22 und
die Nadelrollen 23 bilden für das zapfenförmige Ende
ein buchsenförmiges
Wälzlager.
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Die Schwinge 16 kann Enden 17, 18 aufweisen,
die an unterschiedlich langen Armen befestigt sind. Vorzugsweise
ist der Arm der Schwinge 16, der das mit dem Stößel 9 in
Eingriff stehende Ende 17 trägt, kürzer ausgebildet als der Arm,
der das an der Kurvenscheibe 21 zwangsgeführte Ende 18 der Schwinge 16 trägt.
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Die Kurvenscheibe 21 ist
um eine feststehende Drehachse 26 drehbar angeordnet, die
senkrecht zur Arbeitshubrichtung des Stößels 9 liegt und vorzugsweise
senkrecht zur Schwenk-Achse 16.1 der Schwinge 16 liegt.
Die Kurvenbahn 20 verläuft geschlossen
um die Drehachse 26 der Kurvenscheibe 21. Die
Kurvenbahn 20 besitzt einen vom Kurvenscheibenkern 12 definierten
Hub H für
das Ende 18 der Schwinge 16. Da die feststehende
Achse 16.1 der Schwinge 16 versetzt zur Drehachse 26 der
Kurvenscheibe 21 angeordnet ist, besitzt die Kurvenbahn 20 auch
eine unterschiedliche Inklination bezüglich der Drehachse 26 der
Kurvenscheibe 21.
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Durch einen Hub H kann der Stößelweg für einen
Arbeitshub eingestellt werden. Durch einen wählbaren Versatz der Achse 16.1 der
Schwinge 16 gegenüber
der Drehachse 26 der Kurvenscheibe 21 in Arbeitshubrichtung
kann erreicht werden, daß am Ende
des Arbeitshubs, d.h. beim Erreichen des maximalen Vorschubs des
Stößels 9,
die Schwinge 16 im wesentlichen senkrecht zur Arbeitshubrichtung geschwenkt
ist, d.h. gemäß 1 und 3 im wesentlichen horizontal steht.
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Mit der Ausgestaltung der Kurvenbahn 20 der
Kurvenscheibe 21 ist die Schwenkbewegung der Schwinge 16 und
damit die lineare Bewegung des Stößels 9 im Arbeitshub
beeinflußbar.
Durch die Führung
des in der Kurvenscheibe 21 gelagerten Endes 18 der
Schwinge 16 ist es möglich,
die Bewegung des Stößels 9 vorzugeben,
und zwar bezüglich
des Vorschubweges als auch der Vorschubgeschwindigkeit, wodurch
beispielsweise eine schnellere Kraftentlastung gegenüber einer
Kraftbelastung im Arbeitshub oder umgekehrt erfolgen kann. Neben
dem maximalen Hub H des Kurvenscheibenkerns 12 kann nämlich der
Gradient der Kurve individuell gewählt werden, wofür die Kurvenverlaufabschnitte 12.1 und 12.2 benachbart
des maximalen Hubs H genutzt werden können.
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5a und 5b zeigen die Schwinge 16 am Ende
eines Arbeitshubes in der Arbeitsposition. Dazu ist das Ende 18 vom
maximalen Hub N entlang des Kurvenabschnitts 12.2 abgewälzt worden.
Der Kurvenabschnitt 12.2 zeigt ausgehend von dem plateauförmigen Kurvenabschnitt 12.3 des
maximalen Hubs H einen zunächst
steilen Anstieg, der bis zu dem in 5b dargestellten
Ende des Arbeitshubes dann abgeflacht und in einem Kurvenstück 12.4 endet,
das in 5b das Ende des
Arbeitshubes definiert, nämlich
Rückstellung
aus dem maximalen Hub H. Der Kurvenabschnitt 12.1 ist gegenüber 12.2 insgesamt
steil. Hierdurch kann erreicht werden, daß dann, wenn große Kraftmomente
aufzubringen sind, der Vorschub langsamer erfolgt als der Rückhub. Außerdem können werkstückbedingte
Eigenschaften der zu bearbeitenden Werkstücke durch Gestaltung des Verlaufs
der Kurvenbahn 20 berücksichtigt
werden. Vorzugsweise umfaßt
die Kurvenbahn 20 nur einen maximalen Hub H. Alternativ
können
auch mehrere maximale Hübe
bei einer Umdrehung vorgesehen sein.
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Die Kurvenscheibe 21 ist
vorzugsweise über einen
Nadelkranz 24 in einem Lagerring 25 um eine Drehachse 26 gelagert.
Die Kurvenscheibe 21 ist ortsfest über eine Anlaufscheibe 27 und
einen Klemmflansch 28 in einem Gehäuse fixiert.
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Die Kurvenscheibe 21 weist
einen um den Mittelpunkt umlaufenden Innenzahnkranz 29 auf,
der mit einem Zahnrad 30 in Eingriff steht. Das Zahnrad 30 ist
von einem als Getriebemotor ausbildbaren Motor 31 über eine
Welle 32 drehbar. Die relative Lage des Zahnrads 30 und
des Motors 31 ist vorzugsweise ortsfest. Dazu kann der
Motor 31 fixiert und das mit der Welle 32 verbundene
Zahnrad 30 über
ein Wälzlager 33 ortsfest
gelagert sein.
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Gemäß einer nicht dargestellten
Ausbildung der Erfindung kann die Kurvenscheibe auch eine Kurvenbahn
aufweisen, die von einem Nockenfolger an dem der Kurvenscheibe zugewandten
Ende abgetastet wird. In diesem Falle ist die Schwinge gegen die Kurvenscheibe
federvorgespannt.
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3 zeigt
das Werkzeug mit einer Schwinge 16, die sich am Ende des
Arbeitshubes befindet, wie dies auch die 5a und 5b zeigen.
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4 zeigt
das Werkzeug mit einer Schwinge 16, die aus dem Arbeitshub
zurückbewegt
ist und bei der der Werkzeugsatz geöffnet ist. Die Öffnung des
Werkzeugsatzes ist zusammen mit dem Arbeitshub des Stößels 9 über den
Schwenkwinkel der Schwinge 16 gesteuert durch die Kurvenscheibe 21 einstellbar.
In dieser Position können
zu bearbeitende Werkstücke
zwischen die Werkzeugeinsätze 4, 5 der
Werkzeugeinsatzträger 1, 2 gebracht
werden.
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7 zeigt
das Werkzeug mit einem Stößel 9,
dessen Arbeitsstößel 13 in
eine oberste Stellung gegenüber
dem Hubstößel 14 verschoben
ist und damit eine kleinste einstellbare Grundvorschubstellung des
Stößels 9 für einen
Arbeitshub definiert.
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8 zeigt
das Werkzeug mit einem Stößel 9,
dessen Arbeitsstößel 13 in
eine unterste Stellung gegenüber
dem Hubstößel 14 verschoben
ist und damit eine größte einstellbare
Grundvorschubstellung des Stößels 9 für einen
Arbeitshub definiert.