DE4311092A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstoffes, insbesondere zum Schneiden eines Kunststoffes in vorgefertigter Raumform oder eines Kunststoff-Verkleidungs­ teiles, mit einem Antriebs- oder Hubzylinder, mindestens einer Zylinderführung mit Führungsplatte, einem vom Antriebszylinder betätigbaren Werkzeugträger und einem dem Werkstück angepaßten Werkzeuggegenlager.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt und dienen beispielsweise zur dreidimensionalen Bearbeitung von Kunst­ stoff-Auslegeteilen für Kraftfahrzeuge. Derartige Auslegeteile besitzen ihre endgültige Raumform wenn sie dem Bearbeitungsvor­ gang zum Ausschneiden und Ausstanzen der erforderlichen Öffnungen für die Bedienungs- oder Befestigungsteile des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Dadurch werden Schrumpfungen des Materials, welche durch den Bearbeitungsvorgang hervor­ gerufen werden, weitgehend aufgefangen oder vermieden. Der Stanz- oder Ausschneidvorgang gestaltet sich jedoch aus mehreren Gründen als sehr kompliziert und aufwendig.

Um den Bearbeitungsvorgang möglichst ohne Zwischentransport des Werkstückes durchführen zu können, ist es erforderlich, eine große Anzahl von Vorrichtungen der eingangs aufgeführten Art auf engstem Raumanzuordnung, wobei die Werkzeuge in mehreren Takten die Bearbeitung durchführen, um sich nicht gegenseitig zu behindern. Je nach durchzuführender Schneid- oder Stanzarbeit werden unterschiedliche Kräfte des Werkzeugs benötigt, welche durch die Auswahl und Dimensionierung der Arbeitszylinder zur Verfügung gestellt werden können.

Die benötigte Schnittkraft für einen bestimmten Kunststoff und einer bestimmten Stärke beträgt beispielsweise 80 Kp/cm. Soll eine Kreisfläche einer Umfanglänge von 12 cm ausgestanzt werden, so muß das Stanzmesser mit einer Kraft von 960 Kp beaufschlagt werden. Um einen sauberen Schnitt durchführen zu können, müssen die Kräfte jedoch in allen Fällen größer sein. Der Bewegungsablauf des Arbeits- oder Hubzylinders wird durch einen Endanschlag begrenzt, der jedoch ebenfalls so angeordnet werden muß, daß das Werkstück noch sauber bearbeitet werden kann. Dies bedeutet, daß für den Schnitt der letzten Faser noch die gesamte Kraft des Messers vorhanden ist. Um diese Verhält­ nisse zwischen den erforderlichen Kräften und dem notwendigen Schnittweg zu beherrschen, besteht das Stanzgegenlager aus einem weichen Material, beispielsweise Polyurethan, so daß das Stanz- oder Schneidwerkzeug dort eindringen und eine Nut graben kann. Bereits nach 50 bis 100 Hüben ist vom Stanzwerkzeug eine solche Nut in das Stanzgegenlager eingegraben. In diese Nut legen sich auch die untersten Fasern des zu bearbeitenden Werkstückes, so daß diese nicht mehr sauber durchschnitten werden können. Versetzt man in dieser Phase den Endanschlag des Hubzylinders, so läßt sich der Schneidvorgang für eine Anzahl Hübe wieder durchführen, bis erneut eine Tiefe der Nut ausgegraben ist, in die sich die letzten Fasern legen, ohne vom Stanzwerkzeug erreicht zu werden. Es wird erkennbar, daß die Verstellung des Endanschlages keine Lösung des genannten Problems darstellt. Damit unterliegt das Stanzgegenlager einem erhöhten Verschleiß und muß in relativ kurzen Abständen ausgetauscht werden. Das Stanzgegenlager muß sehr sorgfältig hinsichtlich seiner Dimensionierung angepaßt werden. Hinzu kommt eine relativ aufwendige Demontage des verschlissenen Stanzgegenlagers und Montage eines neuen Teils.

Für einen idealen Stanz- oder Schneidvorgang wäre die Ver­ wendung eines sehr harten Stanzgegenlagers günstig, um einen Verschleiß zu verringern. Dies wurde aber bedingen, daß der Hubweg des Stanzmesers exakt begrenzt werden kann. Der erforderliche Aufwand auf der Seite der Hydraulik oder Pneumatik läßt sich jedoch hierfür nicht rechtfertigen. Zu beachten ist dabei, daß noch eine ausreichende Überschußkraft am Stanzwerkzeug anliegen muß, um auch die letzte noch vorliegende Faser schneiden zu können, und daß diese Kraft auf einer Strecke in der Größenordnung von zehntel mm und weniger auf Null gebracht werden muß. Im anderen Fall würde sich der Verschleiß in nachteiliger Weise auf das Stanzwerkzeug verlagern.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt den Verschleiß des Stanz- bzw. Schneidgegenlagers bei Aufrechterhaltung eines einwandfreien Bearbeitungsvorganges bei der eingangs aufgeführ­ ten Vorrichtung erheblich zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß der Werkzeugträger der Vorrichtung als eine flexible Werzeugaufhängung ausgebildet ist, welche über mindestens eine Gleitführung mit einer mit dem Antriebszylinder fest ver­ bundenen Kolbenplatte beweglich verbunden ist, wobei zwischen Werkzeugaufhängung und Kolbenplatte auswechselbare Federkörper angeordnet sind. Diese Federkörper reduzieren die Überschuß­ kräfte des Arbeits- oder Hubkolbens in der letzten Arbeitsphase derart, daß noch ein sauberer Schnittvorgang gewährleistet ist, daß aber andererseits die Kräfte auf Null reduziert sind, wenn der Schnitt durchgeführt ist.

Die Werkzeugaufhängung ist mit einem Bearbeitungswerkzeug fest verbunden und das Werzeuggegenlager besteht vorteilhaft aus Metall.

In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist das Bearbeitungswerkzeug als Messer ausgebildet und das Werkzeug­ gegenlager besteht aus Messing. Dieses Metall ist wesentlich härter als der bisher verwendete Kunststoff, andererseits jedoch ist es noch weich genug, um verschleißarm Begrenzungs­ ungenauigkeiten auszugleichen, ohne daß eine Beschädigung des Stanzmessers erfolgt.

Nach der Erfindung bestehen die Federkörper aus Kunststoff, wobei ihre Federeigenschaften in Anpassung an die gewünschte aufzunehmende Rest-Schnittkraft dimensionierbar sind. So kann die gewünschte Schnittkraftregulierung durch die Veränderung der Größe der Federn erfolgen, in dem beispielsweise die Fläche und/oder Höhe der Federkunststoffteile verändert bzw. den Erfordernissen angepaßt wird.

Vorteilhaft ist es daher die Federkörper austauschbar auszubil­ den.

Die gewünschte Flexibilität der Messeraufhängung erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß die Gleitführung ein ausreichendes Spiel aufweist.

Der Antriebs- oder Hubzylinder ist vorteilhaft pneumatisch oder hydraulisch antreibbar.

Das Werkzeuggegenlager ist in einer Form angeordnet, welche beheizbar ausgebildet ist, wodurch die Härte des Stanzgegen­ lagers sich verändern läßt und durch das Werkzeug eingegrabene Nuten sich schließen lassen.

Zum Bearbeiten eines dreidimensional ausgebildeten Werkstückes sind mehrere Vorrichtungen im Raum entsprechend der Raumform des Werkstückes einander zugeordnet und miteinander steuerungs­ mäßig verbunden. Die einzelnen Vorrichtungen lassen sich so koordiniert im Mehrtaktverfahren betätigen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels naher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung mit eingefahrenem Arbeitszylinder vor dem Bearbeitungsvorgang;

Fig. 2 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 unmittelbar nach Beendigung der Arbeitsphase;

Fig. 3 eine Stanzform mit Gegenlager im Schnitt;

Fig. 4 ein Zylinder - Kraft-Weg Diagramm und

Fig. 5 ein Feder - Kraft-Weg Diagramm.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung mit eingefahrenem Arbeitszylinder 1 vor dem Bearbeitungsvorgang. Der Arbeitszylinder 1 gleitet in der Arbeits-Zylinderführung 2, welche durch die Verschraubung 3 gehalten wird. Der Arbeitszylinder 1 kann hydraulisch oder pneumatisch durch einen nicht näher dargestellten Antrieb betätigt werden.

Die Arbeitszylinderführung 2 ist mit einer Platte 4 fest verbunden, welche ihrerseits mit den Führungszylindern 5 und 6 über die Buchsen 7 und 8 gleitbar verbunden ist. Jeder Führungszylinder 5 und 6 ist ebenso wie der Arbeitszylinder 1 mit einer Kolbenplatte 9 mittels Verschraubungen 10 bzw. 11 lösbar verschraubt. Die Kolbenplatte 9 weist ihrerseits Führungszylinder 12 und 13 auf, die mit einem Werkzeugträger 14 mittels Verschraubungen 15 befestigt sind. Am Werkzeugträger 14 befindet sich das Messer 16 in starrer Verbindung. Zwischen der Kolbenplatte 9 und dem Werkzeugträger 14 sind Federn 17 und 18 angeordnet, welche als elastische Kunststoffkörper ausgebildet sind. Diese Kunststoffkörper 17 und 18 sind austauschbar, so daß Körper anderer Größen eingeführt werden können, welche unterschiedliche Kräfte auffangen.

Die Fig. 2 zeigt die gleiche Vorrichtung nach Fig. 1 jedoch in einer anderen Arbeitsphase. Hierbei ist die Kolbenplatte 9 durch den Arbeitszylinder 1 ausgefahren, wodurch die Buchsen 7 und 8 bis zum oberen Ende der Führungszylinder 5 und 6 gleiten. Dringt das Werkzeug 16 in ein nicht näher dargestell­ tes Werkstück ein, so baut sich dadurch eine Widerstandskraft auf, durch die die Federn 17 und 18 zusammengepreßt werden. Ist der Schneidvorgang beendet, so ist die Dimensionierung der Federn 17 und 18 so ausgelegt, daß noch eine geringe Rückstell­ kraft verbleibt. In diesem Augenblick erreicht das Stanzwerk­ zeug das Stanzgegenlager nur noch mit einer geringen Kraft, welche nicht mehr ausreicht eine Nut in das Stanzgegenlager einzugraben. Hierdurch wird der Verschleiß erheblich ver­ ringert.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung das Stanzgegenlager 19, welches sich in einer Stanzform 20 befindet. Diese Stanzform ist mit einer regelbaren Heizung 21 versehen, so daß das Stanzgegenlager 19, welches in dem hier vorliegenden Aus­ führungsbeispiel aus Messing besteht, geringfügig plastisch verformbar ist. Wenn das Stanzwerkzeug 16 geringfügig in das Stanzgegenlager 19 eindringt, schließt sich die eingegrabene Nut wieder durch die plastische Verformbarkeit.

Die Diagramme nach den Fig. 4 und 5 geben den Kraft-Weg- Verlauf wieder, und zwar Fig. 4 des Arbeitszylinders 1 und Fig. 5 der Federn 17 und 18. Nach Fig. 4 beträgt der Zylinderhub 50 mm und die Materialdicke des Werkstückes 10 mm. Mit dem Eintauchen des Stanzwerkzeuges in das Werkstück baut sich eine Gegenkraft auf, die am Ende des Arbeitsvorganges 20 000 Kp betragen kann. Bei Erreichen eines Schnittweges von 7 mm setzt die Federkraft ein, welche am Ende des Schnittweges die restliche Schnittkraft auffängt, so daß das Stanzwerkzeug 16 das Stanzgegenlager 19 nur noch mit geringer Kraft erreicht. Im Vergleich zum Stanzgegenlager 19 sind die Federn 17, 18 preiswerte Elemente, welche dennoch bis zu 50 000 Hüben aufnehmen können bevor sie ausgetauscht werden.

Die Erfindung ermöglicht nunmehr die Verwendung eines Metalles als Stanzgegenlager, ohne daß der Verschleiß beim Stanzwerkzeug erhöht wird. Insgesamt wird die Lebensdauer aller Verschleiß­ teile erhöht und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung wesentlich verbessert.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstoffes, ins­ besondere zum Schneiden eines Kunststoffes in vor­ gefertigter Raumform oder eines Kunststoff-Verkleidungs­ teiles, mit einem Antriebs- oder Hubzylinder, mindestens einer Zylinderführung mit Führungsplatte, einem vom Antriebszylinder betätigbaren Werkzeugträger und einem dem Werkstück angepaßten Werkzeuggegenlager, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (14) als eine flexible Werkzeugaufhängung ausgebildet ist, welche über mindestens eine Gleitführung (12, 13) mit einer mit dem Antriebszylinder (1) fest verbundenen Kolbenplatte (9) beweglich verbunden ist, wobei zwischen Werkzeugaufhän­ gung (14) und Kolbenplatte (9) auswechselbare Federkör­ per (17, 18) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufhängung (14) mit einem Bearbeitungs­ werkzeug (16) fest verbunden ist und das Werkzeuggegen­ lager (19) aus Metall besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (16) als Messer ausgebildet ist und das Werkzeuggegenlager (19) aus Messing besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkörper (17, 18) aus Kunststoff bestehen und ihre Federeigenschaften zur Anpassung an die gewünschte aufzunehmende Rest-Schnittkraft dimensionierbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünsch­ te Schnittkraftregulierung durch die veränderbare Größe der Federn (17, 18) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkör­ per (17, 18) austauschbar ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit­ führungen (12, 13) zur Bewirkung einer flexiblen Messer­ aufhängung ein ausreichendes Spiel aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebs- oder Hubzylinder (1) pneumatisch oder hydraulisch an­ treibbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug­ gegenlager (19) in einer Form (20) angeordnet ist, welche beheizbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Be­ arbeiten eines dreidimensional ausgebildeten Werkstückes mehrere Vorrichtungen im Raum entsprechend der Raumform des Werkstückes einander zugeordnet und miteinander steuerungsmäßig verbunden sind und im Mehrtaktverfahren betätigbar sind.