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Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf für ein Preßwerkzeug zum
Halten zu biegender Stücke mit einem eine C-förmige Stempelhälfte tragenden ersten
Teil und einem eine dazu passende C-förmige Stempelhälfte tragenden zweiten Teil,
mit einer Haltevorrichtung, die den ersten Teil mit dem zweiten Teil zusammenhält,
und mit einer Vorrichtung auf der einen Seite der Haltevorrichtung, die unabhängig
von den Teilen die eine Stempelhälfte gegen die andere bewegt.
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Solche C-förmigen Arbeitsköpfe werden in z. B. hydraulisch oder pneumatisch
arbeitenden Werkzeugen gebraucht, die für die verschiedensten Zwecke, wie z. B.
das Biegen von elektrischen Verbindungsstücken, verwendet werden, wo es nicht möglich
oder zweckmäßig ist, einen O-förmigen Arbeitskopf zu verwenden, bei dem das Werkstück
in axialer Richtung entnommen werden muß. Die einander gegenüberstehenden, die Kraft
übertragenden Backen solcher C-förmigen Arbeitsköpfe sind im allgemeinen mit einem
Paar abnehmbarer Biegestempel versehen, die zur Anpassung an Werkstücke verschiedener
Größe ausgetauscht werden können. Wegen der Größe und der Art der während des Betriebes
entwickelten Kräfte haben solche C-förmigen oder seitlich offenen Arbeitsköpfe im
allgemeinen einen massiven Aufbau, um den Stempeln den notwendigen Halt und die
genügende Festigkeit zu geben und um Verbiegungen und folglich eine schlechte Ausrichtung
der Stempel zu verhindern. Diese Arbeitsköpfe sind deshalb gewöhnlich extrem schwer
ausgebildet.
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Solche C-förmigen Arbeitsköpfe sind bereits bekannt. Bei ihnen wird
das zu bearbeitende Werkstück jeweils von der Seite her zwischen die beiden Enden
des C-förmigen, aus einem Stück bestehenden Rahmens eingeführt, in dem ein Stempel
beweglich ist, durch den das eingebrachte Werkstück verformt werden kann. Der von
dem beweglichen Stempel ausgeübte Druck wird ganz von dem massiv ausgebildeten C-förmigen
Rahmen aufgenommen.
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Es sind auch bereits O-förmige Arbeitsköpfe für Preßwerkzeuge bekanntgeworden.
Solche O-förmigen Arbeitsköpfe weisen jedoch den Nachteil auf; daß das zu biegende
Werkstück senkrecht zu der O-förmigen Fläche eingeführt werden muß und daß das Werkstück,
insbesondere bei Drähten, nach der Verbiegung schwer aus dem Arbeitskopf wieder
herauszunehmen ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu- ; grunde, einen C-förmigen
Arbeitskopf für ein Preßwerkzeug anzugeben, bei dem bei gegebener Größe und gegebenem
Gewicht des Arbeitskopfes die maximal zulässige Kraft bei gleicher oder geringerer
Verbiegung des C-förmigen Aufbaus- gegenüber bekannten Arbeitsköpfen gleicher Größe
erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Arbeitskopf der obengenannten Art gelöst,
der sich erfindungsgemäß auszeichnet durch eine Vorrichtung, die im wesentlichen
auf der anderen Seite der Haltevorrichtung eine Ausgleichskraft erzeugt, die einem
Kippen der beiden Teile gegeneinander entgegenwirkt.
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Ein solcher Arbeitskopf weist den Vorteil auf, daß er bei gleicher
Leistungsfähigkeit wie bei bisher bekannten Arbeitsköpfen leichter ausgebildet sein
kann und dennoch bei der Anwendung von gleichen Druckkräften gegenüber diesen bekannten
Arbeitsköpfen eine geringere Verbiegung des C-förmigen Aufbaus und eine geringere
Verschiebung der Stempelausrichtung aufweist. Bei gleicher Größe und gleichem Gewicht
eines erfindungsgemäßen Arbeitskopfes mit einem bisher bekannten Arbeitskopf kann
jedoch durch den erfindungsgemäßen Arbeitskopf eine größere, maximal zulässige Kraft
ausgeübt werden.
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Selbst wenn jedoch während des Betriebes eine Veränderung der Haltevorrichtung
auftreten sollte, so kann die frühere genaue Funktionsfähigkeit eines erfindungsgemäßen
Arbeitskopfes sogleich dadurch wiederhergestellt werden, daß lediglich die Haltevorrichtung
oder gegebenenfalls auch noch der zweite Teil des C-förmigen Arbeitskopfes ausgewechselt
wird. Die teuren Teile des Arbeitskopfes, die z. B. aus der Druckstempeleinrichtung
bestehen, können ohne weiteres weiter verwandt werden.
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Ein solcher erfindungsgemäßer Arbeitskopf ist sowohl für mechanische
als auch für hydraulische Preßwerkzeuge anwendbar.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von in der Zeichnung
dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung
zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Kopfes für ein hydraulisches Preßwerkzeug
gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Teildraufsicht auf den C-förmigen Arbeitskopf
der F i g. 1 und F i g. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform gemäß
der Erfindung.
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Der gemäß der Erfindung vorgesehene C-Kopf ist so ausgebildet, daß
eine Ausgleichskraft erzeugt wird, die den durch die Backen des Kopfes beim Pressen
eines Werkstückes erzeugten Kräften entgegenwirkt. Wenn man eine Ausgleichskraft
an Stelle eines starren Widerlagers für die im Betrieb auftretenden Biegekräfte
anwendet, dann ist es möglich, die Masse des Preßwerkzeuges wesentlich unter die
Masse zu verringern, die allgemein bei Preßwerkzeugen mit starrem Widerlager benötigt
wird. Die Ausgleichskräfte können in ihrer Wirkung gleich den durch das Schließen
der Preßbacken erzeugten Kräften gemacht und im Verhältnis zur Last verändert werden;
andererseits können die Ausgleichskräfte so gewählt werden, daß ein spezifischer,
vorher bestimmter Wert erzielt wird, der ausreicht, die Kräfte auszugleichen, die
bei einer bestimmten Anwendung zu erwarten sind.
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In der in F i g. 1 dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform der
Erfindung besteht der Arbeitskopf mit veränderlicher Ausgleichskraft aus einem unteren
Teil 10 und einem diesem gegenüberstehenden oberen Teil 12, die durch einen
oder mehrere axiale Spannbolzen 14 miteinander verbunden sind. Bei der dargestellten
Ausführungsform sind der obere und der untere Teil durch zwei rohrförmige Abstandsstücke
16 voneinander getrennt, die koaxial zu den Spannbolzen zwischen den beiden Teilen
stehen. Es können selbstverständlich an Stelle der rohrförmigen Abstandsstücke auch
andere Abstandsstücke in Verbindung mit den Bolzen verwendet werden; die letzteren
haben aber den Vorteil geringen Gewichtes, geringerer Kosten und einfacherer Montage.
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In dem unteren Teil 10 befinden sich zwei zylindrische Bohrungen
18 und 20 zur Aufnahme des die Preßkraft übertragenden Kolbens 22 bzw. des die Ausgleichskraft
übertragenden Kolbens 24. Der Einlaß 26 für die DruckflüssiLykeit ist mit Kanälen
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und 30 zum Zuführen der Druckflüssigkeit zu den die Kraft übertragenden
Kolben in den Bohrungen 18 und 20 verbunden. Jeder der Kolben 22 und 24 kann mit
einem Kolbenring 32 bzw. 34 versehen werden, um den Kolben gegen die Bohrungswand
abzudichten.
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Der obere Teil des Kolbens 22 ist mit einem Lager 36 zur Aufnahme
der einen Hälfte 38 eines Preßstempels versehen. Das gegenüberstehende Stück des
oberen Teils 12 hat in gleicher Weise ein Lager 40 zur Aufnahme einer dazu passenden
auswechselbaren Stempelhälfte 42. Wenn Druckflüssigkeit zu dem Kolben 22 geleitet
wird, dann bewegt sich der Kolben in axialer Richtung gegen den oberen Teil 12,
um in bekannter Weise z. B. (mit strichpunktierten Linien dargestellt) ein elektrisches
Verbindungsstück 44 zwischen den im wesentlichen rinnenförmigen Stempelflächen 46
und 48 zusammenzupressen.
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Um ein Drehen des Kolbens 22 um seine eigene Achse zu verhindern und
damit zu sichern, daß die parallele Lage zwischen den Achsen der beiden Stempelhälften
beibehalten bleibt, hat der den Stempel aufnehmende obere Teil des Kolbens einen
Ansatz 50, der, wie in F i g. 2 dargestellt, zwischen die auf den Bolzen 14 befindlichen
Abstandsstücke 16 ragt. Die einander gegenüberliegenden Seitenkanten 52 des Ansatzes
50 bilden zwei Auflageflächen (von denen in F i g. 2 nur eine zu sehen ist), die
auf den Abstandsstücken oder »Hülsen« 16 gleiten und damit eine Längsbewegung des
Kolbens gestatten, während sie eine axiale Drehung verhindern.
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Wenn durch Zuführen von Druckflüssigkeit zu dem Unterteil des Kolbens
22 ein Verbindungsstück zwischen den Backen gepreßt wird, versucht die durch
das Verbindungsstück auf den oberen Teil 12 übertragene Kraft den oberen Teil gegenüber
der durch die Achse des Bolzens 14 bestimmten Ebene zu kippen. Die dem Kolben 22
zugeführte Druckflüssigkeit wird jedoch gleichzeitig auch dem Ausgleichskolben 24
zugeführt, der eine entgegenwirkende Kraft erzeugt, die den Teil 12 in die entgegengesetzte
Richtung zu kippen sucht. Die Achse des Bolzens bestimmt damit eine »neutrale Ebene«
in dem Teil 12 mit einem Biegemoment des Teils links und rechts der Ebene.
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Bei einem seitlich offenen Arbeitskopf der bisher allgemein bekannten
Art, der aus einem Stück besteht, muß der Teil des Kopfes, der dem Bereich zwischen
der Achse des Bolzens 14 und der Achse des Ausgleichskolbens 24 entspricht, zusammen
mit den oberen und unteren Teilen 10 und 12 ganz aus einer kompakten Masse bestehen.
Die neutrale Achse eines solchen Gebildes würde weit links von der tatsächlichen
neutralen Achse entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführungsform liegen. Die besagte
Masse würde rechts von der neutralen Achse unter Druck und links davon unter Zug
stehen, und die resultierende totale Verbiegung des oberen Stempelteils im Hinblick
auf den unteren Stempelteil würde dementsprechend wesentlich größer sein als bei
dem Arbeitskopf gemäß der Erfindung.
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Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung wird jede
während des Betriebes auftretende Verlängerung des Spannbolzens 14, durch die als
Folge der beim Zusammenpressen des Verbindungsstückes wirkenden Kraft der obere
Teil 12 relativ zu den Spannbolzen gekippt würde, durch eine entsprechende Verschiebung
des oberen Teils längs der Achse des die Ausgleichskraft übertragenden Kolbens vollständig
kompensiert.
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Als Faktoren für die Bestimmung der gewünschten Konstruktionsabmessungen
eines Arbeitskopfes gemäß der Erfindung sind im wesentlichen der durch jeden der
Kraftübertragungskolben bei einem gegebenen Flüssigkeitsdruck übertragene Druck
und der Abstand jedes Kolbens von der Mittelachse zu der tatsächlichen »neutralen
Achse« zu berücksichtigen. Wenn angenommen wird, daß A 22 und A 24 die den
Kolben 22 und 24 entsprechenden Flächen und D 22 und D 24 die entsprechenden
Abstände zwischen der Achse des jeweiligen Kolbens und der durch den Spannbolzen
14 bestimmten Ebene darstellen, dann wird für einen gegebenen Flüssigkeitsdruck
Biegemomentgleichgewicht erreicht, wenn die einfache Beziehung A 22 X D 22
A
24 X D 24 erfüllt ist.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten abgewandelten Form der Erfindung
besteht der Arbeitskopf aus einem unteren Teil 110 und einem oberen Teil
112, die durch einen Spannbolzen 114 verbunden sind und durch eine Abstandshülse
116 auf Abstand gehalten werden. Der Teil 110 hat eine zylindrische Bohrung
118, in der ein die Preßkraft übertragender Kolben 122 verschiebbar ist. Sowohl
in dem Kolben als auch in dem oberen Teil sitzen einander ergänzende Stempelhälften
132 bzw. 134. Preßkräfte werden auf irgendein zwischen den Stempelhälften
132 und 134 angeordnetes Verbindungsstück mit Hilfe einer Druckflüssigkeit
übertragen, die in bekannter und in Verbindung mit der Ausführungsform nach F i
g. 1 und 2 beschriebenen Weise durch eine Flüssigkeitszuleitung 126 dem Kolben 122
zugeführt wird. In der Ausführungsform nach F i g. 1 wurde nur ein rohrförmiger
Teil 16 verwendet, um die Teile 10 und 12 auf Abstand zu halten. Bei der
in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Teil 112 mit einem die Ausgleichskraft
aufnehmenden Arm 160 versehen, der auf der Oberfläche eines entsprechenden Ansatzes
162 des unteren Teils 110 ruht. Damit der Arm 160 sicher auf dem Ansatzteil
162 sitzt, ist der Spannbolzen 114 vorgespannt, indem die Spannbolzenmutter
150 über die Kraft hinaus angezogen ist, die notwendig ist, um nur den oberen und
unteren Teil zusammenzuhalten. Die durch die Vorspannung des Bolzens hervorgerufene
Anfangsverformung der gesamten Kopfanordnung wird dann während des Pressens eines
Verbindungsstückes entlastet, um dadurch die durch das Pressen hervorgerufene maximale
Gesamtverbiegung zu begrenzen. Durch diese Methode wird eine geringere Gesamtverbiegung
erzielt, als ohne die Vorspannung auftreten würde. Die in dieser Ausführungsform
bei Anwendung maximaler Preßkraft erzeugten Verbiegungskräfte werden durch den Kolben
124 im wesentlichen in gleicher Weise ausgeglichen wie diejenigen, die in
den entsprechenden Teilen der Ausführungsform nach F i g. 1 erzeugt werden. Diejenigen
Teile der Ausführungsform nach F i g. 3, die gleichen Teilen der F ig. 1 entsprechen,
sind mit gleichen in den 100er-Bereich übertragenen Zahlen bezeichnet.
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Die Vorteile der beiden hier beschriebenen Ausführungsformen gegenüber
bekannten starren C-förmigen Arbeitsköpfen bestehen in einem geringeren
Volumen
und Gewicht des verwendeten Materials, in der Möglichkeit der Wahl einer optimalen
Konfiguration für die verschiedenen Teile hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit
gegen Verbiegung und einer genaueren Einhaltung der Ausrichtung zwischen den Stempelteilen
während des Preßvorganges. Die in den Haltebolzen der beiden Ausführungsformen entwickelten
Kräfte bestehen lediglich aus Zugkräften, und diese sind leicht durch entsprechend
ausgebildete Bolzen aus irgendeinem geeigneten bekannten Material zu beherrschen.
Die erfindungsgemäßen Arbeitsköpfe können trotzdem mit Bolzen gebaut werden, die
das schwächste Glied darstellen. Bei einem Fehler oder einer dauernden Verbiegung
eines Spannbolzens können aber wesentliche Einsparungen dadurch erzielt werden,
daß die hauptsächlichsten und kostbarsten Teile des Arbeitskopfes, nämlich insbesondere
der untere Teil, weiter verwandt werden können, indem lediglich die Spannbolzen
ausgetauscht werden. Selbst wenn der obere Teil einschließlich eines oder mehrerer
Bolzen ersetzt wird, so sind dennoch die die kostbaren Zylinderbohrungen und die
Flüssigkeitsdurchlässe tragenden Teile noch nach längerem Gebrauch weiter verwendbar,
während im gleichen Zeitraum die aus einem Stück bestehenden, bisher bekannten Arbeitsköpfe
insgesamt als unbrauchbar verworfen werden müßten.
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Es ist selbstverständlich, daß die auf die Stempel übertragene Kraft
auch durch andere Mittel als die zur Erläuterung in den Zeichnungen gewählten Flüssigkeitskraftmechanismen
erzeugt werden kann. Die Kraft kann z. B. von Elektromotoren oder mechanisch betätigten
Gestängen erzeugt werden, die bekannte Methoden anwenden, um den erforderlichen
mechanischen Vorschub zu erzielen und einen Stempelteil gegenüber dem anderen zu
bewegen.