EP0953438B1 - Stanzpresse, insbesondere Schnelläuferpresse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanzpresse, insbesondere Schnelläuferpresse, mit einem Pressenrahmen, mit mindestens einem Stössel zur Aufnahme von Werkzeugen zur Bearbeitung eines in einer Bandlaufrichtung entlang einer Bandlaufebene schrittweise vorgeschobenen bandförmigen Materials, welche Presse eine parallel zur Vorschubrichtung verlaufende Antriebswelle aufweist, die über Antriebsglieder mit dem Stössel antriebsverbunden ist, welcher Stössel bei mindestens einer Stelle zwischen der Antriebswelle und der Bandlaufebene durch obere Stösselführungen im Pressenrahmen geführt ist.

Unter Schnelläuferpressen versteht die Fachwelt Maschinen, die mit Hubzahlen von bis zu über 1000 Hübe/Min. arbeiten, dies im Gegensatz zu z.B. Blechscheren oder Filterpressen, die beispielsweise in Früchteverarbeitungswerken Anwendung finden. Stanzpressen weisen mindestens einen Stössel zur Aufnahme von Werkzeugen auf, die üblicherweise Oberwerkzeuge genannt werden, welche mit Werkzeugen zusammenwirken, die relativ zum Pressenrahmen feststehend sind und üblicherweise Unterwerkzeuge genannt werden.

Mittels diesen Werkzeugen wird ein schrittweise vorgeschobenes Band, üblicherweise aus Metall, bearbeitet. Es werden Stanz-, Präge und Biegeoperationen durchgeführt, Gewinde geformt, Fügearbeiten und Schweissarbeiten (Laser) durchgeführt, es wird auch genietet, um einige der auf dem Band durchgeführten Verarbeitungsvorgänge zu nennen.

Bei solchen Maschinen wird unter anderem zwischen Querwellen-Stanzmaschinen und Längswellen-Stanzmaschinen unterschieden. Dabei versteht der Fachmann unter dem Begriff "Welle" die Antriebswelle der Maschine, die z.B. exzentrische Abschnitte aufweist oder als Kurbelwelle ausgebildet ist, welche über Antriebsglieder mit einem Stössel zur Aufnahme von Werkzeugen verbunden ist, der Hubbewegungen mit Hubzahlen bis zu über 1000 Hübe/Minute durchführt, um ein in einer sogenannten Bandlaufrichtung schrittweise vorgeschobenes Band zu bearbeiten.

Verläuft die Antriebswelle parallel zur Bandlaufrichtung spricht der Fachmann von einer Längswellen-Maschine, verläuft die Antriebswelle quer zur Bandlaufrichtung spricht der Fachmann von einer Querwellen-Maschine.

Die im Betrieb eine Hubbewegung durchführende Stössel der Schnelläufer-Maschinen werden weitgehend durch lineare Rundführungen geführt, d.h. die Führungsglieder weisen eine kreisrunde Querschnittsform auf. Dabei werden lineare Rundführungen in Form von Gleit- oder Wälzlagerführungen eingesetzt.

Grundsätzlich sind immer zwei Führungsebenen vorhanden. Als Führungsebene wird diejenige Ebene definiert, die durch die Orte der Führungen bestimmt ist.

Der Stössel ist fest mit Führungssäulen verbunden, über welche er im Pressenrahmen geführt ist, womit eine erste Führungsebene bestimmt ist.

Die Antriebswelle ist über Pleuel mit dem Stössel verbunden. Der Stössel ist weiter an einer Stelle zwischen demselben und der Antriebswelle, d.h. oberhalb der Bandlaufebene geführt, womit eine zweite Führungsebene bestimmt ist. Diese oberen Führungen übernehmen dabei hauptsächlich die aus der Dynamik der laufenden Maschine und aus dem Bearbeitungs- z.B. Stanzvorgang auftretenden Pleuelkräfte.

Alle hier genannten Führungen sind sogenannte Rundführungen (siehe z.B. die Dokumente EP-A-0 765 735 und EP-A-0 597 212).

Bei einer (in Bandlaufrichtung) aussermittigen Stanzbelastung werden nun die Antriebswelle der Maschine, z.B. die Pleuel unterschiedlich belastet und deformiert, was zwangsläufig zu einer Stösselschiefstellung führt. Unter unterschiedlicher Belastung ist zu verstehen, dass einer der Pleuel höheren Kräften als der andere der Pleuel ausgesetzt ist, entsprechend dem Ort der Krafteinwirkung auf den Stössel. Eine Stösselschiefstellung führt zu einer gegenseitigen Lageveränderung der Werkzeuge. Die Werkzeuge (d.h. Oberwerkzeug und Unterwerkzeug) müssen äusserst genau zueinander ausgerichtet sein, da in Toleranzen von 1/1000 Millimeter gearbeitet wird. Bei z.B. einem entsprechend kleinen Schneidspalt zwischen einem Stempel und einer Matrize führt z.B. eine Stempelauslenkung zu einem höheren Verschleiss im Werkzeug oder zu Stempelausbrüchen. Werkzeuge sind äusserst teuer und ein Nachschleifen oder Ersetzen von Werkzeugen ist offensichtlich mit einem Produktionsausfall verbunden. Das heisst, dass die genannten Vorkommnisse bei einer Stösselschiefstellung zu äusserst hohen finanziellen Verlusten führt.

Die Kipp-, bzw. Schwenkbewegung des Stössels bei einer aussermittigen Stösselbelastung erfolgt offensichtlich um einen Kipp- bzw. Schwenkpunkt.

Befindet sich der Stösselkippunkt in der Bandlaufebene, treten die oben angeführten Nachteile nicht ein. Befindet sich jedoch der Stösselkippunkt ausserhalb der Bandlaufebene, treten diese genannten Nachteile in erheblichem Masse auf. Der Stösselkippunkt liegt aber nur in der Bandlaufebene, wenn oberhalb der Bandlaufebene, d.h. zwischen der Bandlaufebene und der Antriebswelle keine weiteren Führungen vorhanden sind, die eine Auslenkung des Stössels verhindern.

Bei bekannten Stanzpressen mit einer Antriebswelle, die parallel zur Bandlaufrichtung verläuft, d.h. sogenannten Längswellen-Stanzmaschinen, liegt der Stösselkippunkt immer zwischen den eingangs beschriebenen unteren und oberen Führungsebene, d.h. oberhalb der Bandlaufebene, womit die oben angeführten Nachteile entstehen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Stanzpresse mit einer parallel zur Vorschubrichtung des in derselben zu verarbeitenden Bandes verlaufenden Antriebswelle, eine sogenannte Längswellen-Stanzmaschine zu schaffen, bei welcher die oberen Stösselführungen in Bandlaufrichtung einen Freiheitsgrad aufweisen, so dass in den Werkzeugen kein hoher Verschleiss oder Ausbrüche entstehen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass der Kippunkt des Stössels in der Bandlaufebene zu liegen kommt, womit bei einer Stösselschiefstellung weder ein erhöhter Verschleiss noch Ausbrüche bei Werkzeugen auftreten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Längswellen-Stanzmaschine,

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Figur 1,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1,

Figur 4 ein sogenanntes Drahtmodell des Stösselantriebes bei Stanzbeginn, d.h. ohne einwirkende Kräfte, und

Figur 5 das Drahtmodell nach Figur 4 während dem Stanzvorgang, bei einer aussermittig einwirkenden Kraft.

In den Figuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur diejenigen Teile der Längswellen-Stanzmaschine gezeigt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere nicht gezeigt sind der Antrieb mit dem Motor und die Brems/Kupplungsvorrichtung, die Stösselhöhenverstellung und sämtliche Ausgleichsgewichte und deren Antriebsglieder für den Ausgleich der Massenkräfte. Diese Bauteile sind dem Fachmann gut bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeichnete Antriebswelle 5 ist im Maschinengehäuse 13 gelagert und weist zwei Exzenterabschnitte 1, 1a auf. Auf diesen Exzenterabschnitten 1, 1a sind Pleuel 2, 2a über Pendelrollenlager 12, 12a gelagert.

Es ist somit ersichtlich, dass die Pleuel 2, 2a in einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Antriebswelle 5 schwenken, bzw. pendeln können.

Bei ihrem von den Pendelrollenlagern 12, 12a entfernten Ende sind die Pleuel 2, 2a über Kugelgelenke 8, 8a am Stössel 3 angelenkt. Die Kugelgelenke 8, 8a sind ihrerseits in Führungen 4, 4a des Stössels angeordnet. Es ist ersichtlich, dass diese Führungen 4, 4a an einem Ort zwischen dem Stössel 3 und der Antriebswelle 5 angeordnet sind, d.h. oberhalb des Stössels. Der Fachmann nennt diese Führungen 4, 4a die oberen Stösselführungen.

Insbesondere aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass diese Führungen 4, 4a, also die oberen Stösselführungen ein Führen des Stössels 3 in der Richtung des Hubes durchführen, mit Einschränkungen, die weiter unten noch erläutert werden.

Der Stössel 3 weist vier Führungssäulen auf, die insgesamt mit der Bezugsziffer 9 angedeutet sind. Diese Führungssäulen 9 sind mit dem Stössel 3 fest verbunden und in Rundführungen 6 geführt, die mit dem Gehäuse 13 verbunden sind. Der Ausdruck "Rundführung" ist dahingehend zu verstehen, dass der Querschnitt der Führungssäulen 9 und des Innenraumes der Rundführungen 6 kreisrund ist, das heisst, dass der Stössel 3 in Richtung seines Hubes bewegbar ist und gegen eine Bewegung senkrecht zur Richtung des Hubes geführt ist. Diese beschriebenen Führungen werden in der Fachwelt als untere Stösselführungen bezeichnet.

Der Stössel 3 trägt verschiedene Werkzeuge, von welchen beispielsweise ein Stempel 10 eingezeichnet ist. Dieser Stempel 10 wirkt mit einer Matrize 11 zusammen, die relativ zum Maschinengehäuse 13 feststehend ist, wie dies dem Fachmann bekannt ist.

Weiter ist in der Figur 1 die Bandlaufebene B angedeutet. Diese Bandlaufebene B ist hier als die Grenzfläche zwischen der Unterseite des zu verarbeitenden Metallbandes 14 und der Oberseite der Matrize 11 definiert, auf welcher das Metallband 14 aufliegt.

Zur Vereinfachung der Erklärung ist nur der unmittelbar auf der Matrize 11 aufliegende Abschnitt des Metallbandes 14 mit einer dicken Linie dargestellt.

Die Bandlaufrichtung, d.h. Vorschubrichtung des schrittweisen Vorschiebens des Metallbandes ist mit dem Pfeil A aufgezeigt.

Es ist ersichtlich, dass die Antriebswelle 5 parallel zur Vorschubrichtung A verläuft, und aus diesem Grund wird die vorliegende Stanzmaschine als "Längswellen-Stanzmaschine" bezeichnet.

Es wird nun wieder auf die Führungen in der Stanzmaschine Bezug genommen.

Im Gegensatz zu den unteren Stösselführungen 6, 9, die als Rundführungen ausgebildet sind, sind die oberen Stösselführungen 4, 4a als Flachführungen ausgebildet, d.h. ihre Führungsflächen sind ebenflächig ausgebildet.

Aus den Figuren 1-3 geht hervor, dass die oberen Stösselführungen 4, 4a in der Bandlaufrichtung A einen Freiheitsgrad aufweisen. Insbesondere lässt sich aus den Figuren 1 und 3 erkennen, dass sich diese Stösselführungen 4, 4a und somit die unteren Enden der Pleuel 2, 2a bei den Kugelgelenken 8 in Bandlaufrichtung A bewegen können. Aufgrund der Pendellager 12, 12a können sich also die Pleuel 2, 2a und folglich auch der Stössel 3 in der Bandlaufrichtung A hin- und herbewegen, es liegt also ein Freiheitsgrad der Bewegung in der Bandlaufrichtung A vor.

Weiter ist jedoch eine Bewegung senkrecht oder auch schief zur Bandlaufrichtung A nicht möglich, wie dies aus den Figuren 2 und 3 deutlich hervorgeht, durch die Stösselführungen 4, 4a, d.h. den Flachführungen werden irgendwelche resultierende Pleuelkräfte FQ (siehe Fig. 2) quer zur Bandlaufrichtung A abgestützt.

Man nehme nun an, dass beim Stössel 3 eine aussermittige Belastung F im Abstand X vom Stösselmittelpunkt auftrete, wie in der Figur 1 dargestellt ist. Beim Anstanzvorgang tritt grundsätzlich immer eine solche aussermittige Belastung F auf.

Es wird nun auf die Drahtmodelle nach Fig. 4 und Fig. 5 hingewiesen, in welchen die nun zu diskutierenden Bauglieder rein schematisch gezeichnet sind.

Die Figur 4 zeigt die Bauglieder, d.h. Pleuel 2, 2a und 3 in der Stellung, bei welcher eine erste Berührung zwischen dem Stempel 10 und dem Metallband 14 auf der Matrize 11 stattfindet. F₁ und F₂ bezeichnen die Belastungen der Antriebselemente, unter anderem die Pleuel 2, 2a

In diesem Zeitpunkt beträgt die aussermittige Kraft F = 0.

Es wird nun auf die Figur 5 verwiesen. Trifft der Stempel 10 auf das Metallband 14, beginnt der Stössel 3 um den Punkt K, den Kippunkt zu kippen und bewegt sich von der strichtpunktiert gezeichneten Stellung in die mit ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung. (Die Verschiebung der Lage des Stössels 3 ist in der Figur 5 übertrieben gross gezeichnet).

Dadurch, dass sich die Führungen 4, 4a seitlich verschieben können, werden die Pleuel 2, 2a in die gezeichneten Stellungen ausgeschwenkt. Dabei sind die Belastungen F₁ und F₂ der Antriebsglieder unterschiedlich gross.

Bei aussermittigen Belastungen erfolgt nicht nur eine Schrägstellung des Stössels, sondern es können auch kleine, jedoch auf die Präzision eine Einwirkung habende Deformation desselben erfolgen. Bevorzugterweise ist der Stössel 3 daher auch bei den Führungssäulen 9 in der Bandlaufebene B geführt. Und damit bleibt der Stempel 10 mit der Matrize 11 auch bei einer aussermittigen Belastung ausgerichtet.

Selbstredend ist die gezeigte Ausführung nicht nur auf Stanzpressen mit nur einem Stössel beschränkt. Es können auch Stanzpressen mit mehreren Stösseln mit den erfindungsgemässen Führungen ausgerüstet sein.

Claims (5)

1. Stanzpresse, insbesondere Schnelläuferpresse, mit einem Pressenrahmen, mit mindestens einem Stössel (3) zur Aufnahme von Werkzeugen zur Bearbeitung eines in einer Bandlaufrichtung (A) entlang einer Bandlaufebene (B) schrittweise vorgeschobenen bandförmigen Materials, welche Presse eine parallel zur Bandlaufrichtung verlaufende Antriebswelle (5) aufweist, die über Antriebsglieder mit dem Stössel antriebsverbunden ist, welcher Stössel bei mindestens einer Stelle zwischen der Antriebswelle und der Bandlaufebene durch obere Stösselführungen (4, 4a) im Pressenrahmen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Stösselführungen einen Freiheitsgrad der Bewegung in der Bandlaufrichtung aufweisen.
2. Stanzpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel in der Bandlaufebene durch untere Stösselführungen (6, 9) in Hubrichtung des Stössels bewegbar geführt ist.
3. Stanzpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsglieder bei einem Ende auf der Antriebswelle exzentrisch gelagerte und beim entgegengesetzten Ende über jeweils ein Kugelgelenk am Stössel angelenkte Pleuel (2, 2a) aufweisen.
4. Stanzpresse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsglieder bei einem Ende in Bandlaufrichtung pendelnd auf der Antriebswelle gelagerte Pleuel aufweisen.
5. Stanzpresse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsglieder bei einem Ende über Pendelrollenlager (12, 12a) in Bandlaufrichtung pendelnd auf der Antriebswelle exzentrisch gelagert Pleuel aufweisen.

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