DE4311092C2 - Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes, insbesonders zum Schneiden eines Kunststoffes - 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.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 39 35 625 A1 bekannt, welche Federkörper zur Werkstückhalterung aufweist. Diese Vorrichtung erlaubt es leicht biegsame Werkstücke mit geringer Materialstärke zu durchtrennen, wobei das flächige Werkstück zunächst in einem Bereich neben der vorgesehenen Trennlinie sowie quer zur Trennlinie auf Zug belastet wird und das Werkstück sodann an einzelnen sowie im Abstand voneinander befindlichen Stellen punktförmig durchtrennt und daraufhin von den punktförmig definierten Stellen ausgehend linienförmig durchtrennt wird. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für diese Trenntechnik ist die Kraftfahrzeugindustrie, weil sie ver­ schiedenartigste Bezugsstoffe für die Innenverkleidung benö­ tigt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht zur dreidimensionalen Bearbeitung von Kunststoff-Auslegeteilen für Kraftfahrzeuge geeignet.

Die Auslegeteile besitzen ihre endgültige Raumform wenn sie dem Bearbeitungsvorgang zum Ausschneiden 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 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 Raum anzuordnen, wobei die Werkzeuge in mehreren Takten die Bearbeitung durchführen, um sich nicht gegenseitig zu behindern. Je nach durchzuführender Schneid­ arbeit werden unterschiedliche Kräfte des Werkzeugs benötigt, welche durch die Auswahl und Dimensionierung der Arbeitszylin­ der 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 ausgeschnitten werden; so muß das Messer mit einer Kraft von 960 Kp beauf­ schlagt 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 Verhältnisse zwischen den erforderlichen Kräften und dem notwendigen Schnittweg zu beherrschen, besteht das Gegenlager aus einem weichen Material, beispielsweise Polyurethan, so daß das Schneidwerkzeug dort eindringen und eine Nut graben kann. Bereits nach 50 bis 100 Hüben ist vom Werkzeug eine solche Nut in das Gegenlager 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 durch­ führen, bis erneut eine Tiefe der Nut ausgegraben ist, in die sich die letzten Fasern legen, ohne vom Schneidwerkzeug er­ reicht zu werden. Es wird erkennbar, daß die Verstellung des Endanschlages keine Lösung des genannten Problems darstellt. Damit unterliegt das Gegenlager einem erhöhten Verschleiß und muß in relativ kurzen Abständen ausgetauscht werden. Das Gegenlager muß sehr sorgfältig hinsichtlich seiner Dimensio­ nierung angepaßt werden. Hinzu kommt eine relativ aufwendige Demontage des verschlissenen Gegenlagers und Montage eines neuen Teils.

Für einen idealen Schneidvorgang wäre die Verwendung eines sehr harten Gegenlagers günstig, um einen Verschleiß zu verringern. Dies würde aber bedingen, daß der Hubweg des Messers 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 Schneidwerkzeug anliegen muß, um auch die letzte noch vorliegende Faser schneiden zu können; und daß diese Kraft auf einer Strecke in der Größen­ ordnung von zehntel mm und weniger auf Null gebracht werden muß. Im anderen Fall würde sich der Verschleiß in nachteiliger Weise auf das Werkzeug verlagern.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Verschleiß des Schneidgegenlagers bei Aufrechterhaltung eines einwandfreien Bearbeitungsvorganges bei der eingangs aufgeführten Vorrich­ tung erheblich zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß der Werkzeugträger als eine flexible Werkzeugaufhängung ausge­ bildet ist, welche über mindestens eine Gleitführung mit einer mit dem Antriebszylinder fest verbundenen Kolbenplatte be­ weglich verbunden ist, wobei zwischen Werkzeugaufhängung und Kolbenplatte auswechselbare Federkörper angeordnet sind, welche aus Kunststoff bestehen und ihre Federeigenschaften zur Anpassung an die gewünschte aufzunehmende Rest-Schnittkraft dimensionierbar sind und daß die Werkzeugaufhängung mit einem Bearbeitungswerkzeug fest verbunden ist und das Werkzeuggegen­ lager aus Metall besteht. Diese Federkörper reduzieren die Überschußkräfte 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.

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 Schneidmessers 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 auszu­ bilden.

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 Schneidgegen­ 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 steue­ rungsmäßig verbunden. Die einzelnen Vorrichtungen lassen sich so koordiniert im Mehrtaktverfahren betätigen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher 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 Arbeitspha­ se;

Fig. 3 eine Schneidform 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 Werkzeug träger 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 Kunststoff­ körper 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 Rück­ stellkraft verbleibt. In diesem Augenblick erreicht das Schneidwerkzeug das Schneidgegenlager nur noch mit einer geringen Kraft, welche nicht mehr ausreicht eine Nut in das Schneidgegenlager einzugraben. Hierdurch wird der Verschleiß erheblich verringert.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung das Schneidgegen­ lager 19, welches sich in einer Schneidform 20 befindet. Diese Schneidform ist mit einer regelbaren Heizung 21 versehen, so daß das Schneidgegenlager 19, welches in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Messing besteht, geringfügig plastisch verformbar ist. Wenn das Schneidwerkzeug 16 geringfügig in das Schneidgegenlager 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 Zylin­ derhub 50 mm und die Materialdicke des Werkstückes 10 mm. Mit dem Eintauchen des Schneidwerkzeuges 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 Schneidwerk­ zeug 16 das Schneidgegenlager 19 nur noch mit geringer Kraft erreicht. Im Vergleich zum Schneidgegenlager 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 Schneidgegenlager, ohne daß der Verschleiß beim Schneid­ werkzeug erhöht wird. Insgesamt wird die Lebensdauer aller Verschleißteile erhöht und damit der Wirkungsgrad der Vor­ richtung wesentlich verbessert.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes, insbesondere zum Schneiden eines Kunststoffes in vorgefertigter Raumform oder eines Kunststoff-Verkleidungsteiles, mit einem Antriebs- oder Hubzylinder, mindestens einer Zylinderfüh­ rung mit Führungsplatte, einem vom Antriebszylinder betä­ tigbaren Werkzeugträger und einem dem Werkstück angepaßten Werkzeuggegenlager, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ zeugträger (14) als eine flexible Werkzeugaufhängung ausge­ bildet ist, welche über mindestens eine Gleitführung (12, 13) mit einer mit dem Antriebszylinder (1) fest verbundenen Kolbenplatte (9) beweglich verbunden ist, wobei zwischen Werkzeugaufhängung (14) und Kolbenplatte (9) auswechselbare Federkörper (17, 18) angeordnet sind, welche aus Kunststoff bestehen und ihre Federeigenschaften zur Anpassung an die gewünschte aufzunehmende Rest-Schnittkraft dimensionierbar sind und daß die Werkzeugaufhängung (14) mit einem Bearbei­ tungswerkzeug (16) fest verbunden ist und das Werzeuggegen­ lager (19) aus Metall besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (16) als Messer ausgebildet ist und das Werkzeuggegenlager (19) aus Messing besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Schnittkraftregulierung durch die ver­ änderbare Größe der Federn (17, 18) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß die Federkörper (17, 18) austauschbar ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitführungen (12, 13) zur Bewirkung einer flexiblen Messeraufhängung ein ausreichendes Spiel aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszylinder (1) pneumatisch oder hydraulisch antreibbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeuggegen­ lager (19) in einer Form (20) angeordnet ist, welche be­ heizbar ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bearbeiten eines dreidimensional ausgebildeten Werkstückes mehrere Vorrich­ tungen im Raum entsprechend der Raumform des Werkstückes einander zugeordnet und miteinander steuerungsmäßig ver­ bunden sind und im Mehrtaktverfahren betätigbar sind.