Nutβnstanze

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Nutenstanze, umfassend einen Rotationsantrieb zum Herbeiführen einer Drehbewegung eines Rotors um eine erste Achse und einen Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung in eine Translationsbewegung eines Stößels entlang einer zweiten Achse.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen werden zum Bearbeiten von Platinen und zur Herstellung von genuteten Blechen, z.B. Elektrobleche für Rotoren und Statoren in Generatoren, verwendet. Bei solchen Nutenstanzen wird ein Werkzeugoberteil {Stempel, Patrize) gegen ein entsprechendes Werkzeugunterteil (Matrize) bewegt und schneidet das dazwischen befindliche Werkstück. Das Werkzeugoberteil führt dabei üblicherweise eine Translationsbewegung aus. Heutige Nutenstanzen arbeiten mit Taktfrequenzen von 800 bis 1500 Hüben pro Minute und stellen hohe Anforderungen an die Präzision der in der Nutenstanze verwendeten, bzw. mit ihr zusammenwirkenden Teile. Derzeit werden häufig Exzenterpressen verwendet, welche über eine Exzenter-Hebelkonstruktion eine Rotationsbewegung eines Motors in eine Translationsbewegung eines Stößels umwandeln. Die hierbei verwendeten Hebelkonstruktionen weisen aufwändige Umlenkmechanismen auf, welche aufgrund der hohen erforderlichen Presskräfte große Lasten aufzunehmen haben. Zusätzlich wird eine Stößelverstellung benötigt, damit die Position des Stößels unabhängig von der aufwändigen Hebelkonstruktion einstellbar ist. Die Stößelverstellung zieht dabei einen zusätzlichen mechanischen Aufwand nach sich. Die starke Beanspruchung und hohe Anzahl der

verwendeten Teile führen dabei häufig zu einem erheblichen Platzbedarf der Stanzen. Zudem führt die hohe Komplexität heutiger Exzenterpressen dazu, dass sie schwierig zu warten sind. Dies gilt insbesondere deshalb, weil die zu wartenden Teile häufig schlecht zugänglich sind.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Platz sparende, präzise arbeitende, gut wartbare und verlässliche Nutenstanze zu konstruieren.

Gemäß der Erfindung verlaufen die erste Achse, d.h. die Drehachse des Rotors, und die zweite Achse, d.h. die Bewegungsrichtung des Stößels, im Wesentlichen parallel zueinander. Die erste und die zweite Achse fluchten bevorzugt im Wesentlichen miteinander.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Achsen lässt sich eine Platz sparende Nutenstanze konstruieren, welche ohne die aufwändigen Umlenkmechanismen der bekannten Exzenterpressen, insbesondere ohne Hebelkonstruktionen, auskommt. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Nutenstanze nicht nur Platz sparend, sondern auch äußert gut wartbar und zuverlässig.

Als Rotationsantrieb kann bevorzugt ein Torquemotor verwendet werden. Ein solcher Motor kann insbesondere eine präzise Winkel-Zeit-Zuordnung, die bevorzugt polynomisch beschreibbar ist, realisieren. Dadurch ist ein Torquemotor besonders geeignet, den Stößel der neuartigen Nutenstanze anzutreiben. Der Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung in die Translationsbewegung eignet sich besonders gut, um aus einem hohen Drehmoment des Torquemotors eine lineare Kraft in ausreichender Höhe auf den Stößel auszuüben. Im Gegensatz zu den aufwändigen Umlenkmechanismen des Standes der Technik ist der erfindungsgemäße Urawandlungsmechanismus besonders

einfach, und erlaubt durch eine direktere Kopplung eines Torguemotors mit dem Stößel eine besonders hohe Präzision. Durch die direkte Kopplung zwischen dem Torquemotor und dem Stößel lässt sich die Position des Stößels durch die hervorragend steuerbare Stellung des Torquemotors sehr genau und zugleich sehr einfach einstellen. Aufgrund der trotz hoher Taktfrequenz erreichten Präzision, mit der der Stößel ansteuerbar ist, wird auch die Gefahr einer Beschädigung oder eines erhöhten Verschleißes des Unterwerkzeugs stark reduziert. Wegen der guten Einstellbarkeit der Position des Stößels über die Steuerung des Torquemotors lassen sich vielfältige Bewegungsmuster des Stößels erreichen. Insbesondere lassen sich „Leerhübe", die bei der Verwendung von herkömmlichen Exzenterpressen durch aufwändige Mechaniken realisiert werden mussten, durch die Motorsteuerung nahezu beliebig programmieren. Dies gilt in gleicher Weise für die Bewegung des Stößels, die zu Zeiten eines Werkzeugwechsels oder -einbaus erforderlich ist. Eine separate Stößelverstellung ist ebenfalls nicht mehr nötig.

Mit Vorteil ist der Umwandlungsmechanismus ein Gewindetrieb, bevorzugt ein Kugelgewindetrieb. Ein solcher Gewindetrieb stellt eine besonders zuverlässige und stabile Möglichkeit zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung dar. Damit ist der Gewindetrieb zusätzlich besonders wartungsarm. Ein Kugelgewindetrieb zeichnet sich zudem durch besonders kleine Reibungskräfte und damit verbunden niedrigen Verschleiß aus. Dies ist besonders für hohe Taktfrequenzen und Presskräfte von Vorteil. Insbesondere lassen sich Spindeln, bevorzugt Schwerlastspindeln für diese Anwendung einsetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umwandlungsmechanismus durch ein Befestigungselement fixierbar, durch welches die Position des

Umwandlungsmechanismus entlang der zweiten Achse einstellbar ist. Ein derartiges Befestigungselement ermöglicht also eine

Anpassung an besondere Bedingungen des Umwandlungsmechanismus . Solche Erfordernisse können beispielsweise durch Verschleiß entstehen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass keine aufwändigen Arbeiten an der Nutenstanze vorgenommen werden müssen, sondern lediglich ein Einstellen des Befestigungselements ausreicht. Das Befestigungselement ist mit Vorteil direkt von außen zugänglich.

Falls der Umwandlungsmechanismus ein Kugelgewindetrieb ist, kann die Belastung der Kugel im Kugelgewindetrieb durch das Anpassen des Befestigungselements besser verteilt werden. Die Kugeln im Kugelgewindetrieb werden an immer wieder neuen Druckstellen besonders belastet und die Lebensdauer des Mechanismus durch die ausgeglichenere Verteilung der Belastung deutlich erhöht. In der Folge können die Betriebskosten der Nutenstanze gesenkt werden. Bei einer im industriellen Maßstab üblichen Nutzung der Nutenstanze ist der Befestigungsmechanismus etwa halbjährlich anzupassen. Alternativ kann auch die Position des Motors selbst verstellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotationsantrieb einen Rotor, der in Richtung der ersten Achse verschiebbar ist . Durch einen derart ausgeführten Rotationsantrieb kann der Rotor unmittelbar mit einem Element verbunden sein, welches eine Translationsbewegung in Richtung der Rotationsachse ausführt.

Alternativ kann auch ein Rotationsantrieb vorgesehen sein, dessen Rotor nicht in Richtung der ersten Achse verschiebbar ist. In diesem Fall umfasst die Nutenstanze eine Drehrnomentwelle, die mit dem Rotor rotationsgekoppelt ist, ein Translationsbewegungselement , das mit dem Stößel translationsgekoppelt ist und eine Drehkopplung, welche die Drehmomentwelle und das Translationsbewegungselement in Rotationsrichtung koppelt aber in Translationsrichtung

entkoppelt. Die Drehkopplung schafft somit eine Verschiebbarkeit des Translationsbewegungselements in Richtung der Achsen. Eine solche Drehkopplung überträgt die Drehbewegung des Rotors und kann dabei bezüglich der Drehmomentwelle und damit des Rotors in Richtung der Drehachse verschiebbar sein. Die Drehkopplung kann auch bezüglich des Translationsbewegungselements und damit des Stößels in Richtung der zweiten Achse verschiebbar sein, wobei sie dies alternativ oder zusätzlich zu ihrer Verschiebbarkeit bezüglich der Drehmomentwelle und des Rotors sein kann. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Drehkopplung macht dabei eine Verschiebbarkeit des Rotors des Rotationsantriebs unnötig.

Daneben kann auch eine bezüglich des Rotors translationεfeste Spindel, auf oder integral mit der Drehmomentwelle ausgeformt sein, welche mit einer Spindelmutter auf oder im Stößel zusammenwirkt. Aufgrund der Führung des Stößels kann die Spindelmutter rotationsfest und translationsbeweglich sein und im Zusammenwirken mit der mit dem Rotor wirkverbundenen Spindel zur Bewegungsübertragung dienen. Alternativ kann auch eine Spindelmutter auf oder integral mit der Drehmomentwelle ausgeformt sein, die mit einer Spindel auf oder in dem Stößel zusammenwirkt. Der Torquemotor muss in diesem Fall nicht verschiebbar sein. Es ist dabei möglich, einen einfachen Riemen- oder Kettenantrieb oder ein Zahnradgetriebe zur Bewegungsübertragung zwischen dem Rotor und der Spindel oder Spindelmutter vorzusehen, statt eine direkt an dem Rotor des Torquemotors angebrachte Drehmomentwelle zu verwenden. Ferner muss es sich bei dem Antrieb in diesem Fall nicht um einen Torquemotor handeln. Vielmehr kann ein beliebiger Antrieb, wie zum Beispiel ein Servomotor, gegebenenfalls mit einem Getriebe, wie zum Beispiel einem Planetengetriebe, einem Riementrieb oder einem ähnlichen Mechanismus zur Kraftübertragung verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform, in der die Spindel in der Drehmomentwelle ausgeformt ist, tritt der Vorteil zutage, dass der Aufbau, nämlich im Wesentlichen die Drehmomentwelle, der Torquemotor und die hierzu nötigen Peripheriegeräte, leichter ausführbar ist, weil keine Spindelmutter mitgedreht werden muss. Diese befindet sich auf oder in dem Stößel, für den eine eigene Lagerung und Führung vorgesehen sind. Zudem bieten diejenigen Ausführungsformen der Mutenstanze, bei denen der Rotor translationsfest ausgeführt ist, die Möglichkeit eines besonders leichten Einbaus eines Drehgebers für den Rotationsmotor.

Mit Vorteil umfasst die Nutenstanze ein Kalibrationselement zum Kalibrieren einer Ausgangsposition des Stößels. Ein solches Kalibrationselement hat den Vorteil, dass die absolute Position des Stößels und damit auch des Werkzeugs, insbesondere eines Stempels oder einer Patrize, auch nach dem Einspannen des Werkzeugs präzise eingestellt werden kann. Auch ein Nachjustieren der Stößelposition, das aufgrund von Verschleiß nötig werden kann, lässt sich durch das Kalibrationselement einfach bewerkstelligen. Es ist auch möglich, die absolute Position des Werkzeugs bei der Montage des Werkzeugs auf dem Stößel festzulegen. Zum Beispiel kann das Kalibrationselement durch ein Handrad gebildet werden, das leicht von außen zugänglich ist.

Mit Vorteil umfasst die Nutenstanze ein

Positionserfassungselement zum Erfassen einer aktuellen Winkelpoεition des Rotors. Bevorzugt handelt es sich bei dem Positionserfassungselement um einen Drehgeber. Ein solches Positionserfassungselement ist dazu in der Lage, einer Steuerungseinheit Echtzeitinformationen über die tatsächliche Winkelposition des Rotors zu liefern. Aus der Winkelposition des Rotors ist dann auch die Position des Stößels ableitbar. Somit liefert ein solches Positionserfassungselement stets aktuelle Informationen über den Zustand der Nutenstanze, was

für deren Betrieb und Steuerung, insbesondere im Automatikbetrieb, von großem Vorteil ist.

Mit Vorteil umfasst die Nutenstanze einen Rahmen zur Stabilisierung. Ein solcher Rahmen erlaubt es auf besonders einfache Weise, die verschiedenen Elemente der Nutenstanze anzuordnen und zu befestigen. Alternativ stehen auch andere Befestigungs- und Stabilisierungsmöglichkeiten, beispielsweise ein umfassendes Gehäuse, zur Verfügung.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rahmen ein plattenförmiges Stabilisierungselement zur Aufnahme einer Stanzkraft, wobei es sich bei dem Stabilisierungselement bevorzugt um eine Stahlplatte handelt. Ein derartiges Stabilisierungselement erlaubt trotz der immensen auftretenden Stanzkräfte eine schlanke Bauweise der Nutenstanze. Alternativ sind auch anders geformte Stabilisierungselemente, wie z.B. würfel- oder stabförmige Verstärkungen, möglich.

Bevorzugt hat die Nutenstanze einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss, wobei die erste und die zweite Achse im Wesentlichen senkrecht zum Grundriss verlaufen. Die beiden Achsen verlaufen also im Wesentlichen vertikal. Die vertikale Ausrichtung der Achsen führt zu einer besonders Platz sparenden Realisierung der Nutenstanze und stellt auch im Hinblick auf benötigte Peripheriegeräte, wie beispielsweise einen Teilapparat, eine besonders gute Realisierung der Nutenstanze dar.

Aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und der Gesamtheit der Ansprüche ergeben sich weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Kurze Figurenbeschreibunq

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutenstanze.

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutenstanze.

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung durch den Stößelantrieb einer erfindungsgemäßen Nutenstanze.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutenstanze 1. In einer in der Seitenansicht im Wesentlichen rechteckigen Stahlplatte 4, die als Stabilisierungseletnent für die Nutenstanze 1 fungiert, sind ein Stößelantrieb 2 und ein Teilapparat 3 befestigt. Die Stahlplatte 4 weißt dabei auf halber Höhe eine C-förmige Aussparung in einer Längsseite auf, oberhalb derer der Stößelantrieb 2 und unterhalb derer der Teilapparat 3 an der Stahlplatte 4 befestigt sind. Der Stößelantrieb 2 bewegt einen Stößel 12, an dem ein Stempel 5 befestigt ist. Der Stempel 5 der Nutenstanze 1 befindet sich im oberen Bereich in der C-förmigen Aussparung 7. Bei einem Stanzvorgang wird der Stempel 5 gegen das Werkstück auf einer Matrize 6, welche im unteren Bereich in der C- förmigen Aussparung 7 angebracht ist, gepresst. Die Bewegungsachse, in welcher sich der Stempel 5 während des Stanzvorgangs bewegt, ist dabei vertikal ausgerichtet. Die Längsseite der in der Seitenansicht im Wesentlichen rechteckigen, mit der C- förmigen Aussparung 7 versehenen Stahlplatte 4 verläuft dabei ebenfalls vertikal. Der sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Stößelantrieb 2 ist im Bereich oberhalb der C- förmigen Aussparung 7 an der Stahlplatte 4 befestigt. Der

Stößelantrieb 2 wird mit Bezug auf Fig. 3 später näher erläutert .

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Nutenstanze in einer Vorderansicht. Aus

übersichtlichkeitsgründen wird der Teilapparat 3 in dieser Figur nicht dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die erfindungsgemäße Nutenstanze durch eine äußerst schlanke Bauweise auszeichnet. Im oberen Bereich, der Figur befindet sich der Stößelantrieb 2. Unterhalb des Stößelantriebs 2 und „hinter" den Achsen des Stößelantriebs 2 ist in Fig. 2 die Stahlplatte 4 zu erkennen, wobei die Stahlplatte 4 in ihrer Breite die Breite des Stößelantriebs 2 nicht überschreitet.

Fig. 3 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Stößelantriebs 2 in einer Schnittdarstellung. Im oberen Bereich der Figur 3 ist ein Torquemotor 8 dargestellt, dessen Rotor 9 um eine vertikale Achse rotiert, entlang derer der Rotor 9 auch verschiebbar ist . Der Rotor 9 ist mit einer Drehmomentwelle 15 verbunden, welche sich unterhalb des Motors in der Richtung der Drehachse des Rotors 9 erstreckt. Die Drehmomentwelle 15 wird dabei durch eine Spindelmutter 10 geführt, wobei die Drehmomentwelle 15 im Bereich der Spindelmutter 10 eine Kugelrollenspindel bildet. Die Spindelmutter 10 ist ihrerseits durch ein Befestigungselement 11, welches ein Zwischenblech umfasst, an der Stahlplatte 4 befestigt. Das Zwischenblech des Befestigungselements 11 lässt sich in seiner Dicke verändern, wodurch die Position der Spindelmutter 10 entlang der Achse einstellbar ist. Die Drehmomentwelle 15 ist an ihrem bezüglich des Torquemotors 8 hinter der Spindelmutter 10 befindlichen Ende mit einem Drucklager 14 versehen. Durch das Drucklager 14 wird die Translationsbewegung der Drehmomentwelle 15 auf einen Stößel 12 übertragen, welcher durch eine Führung 13 entlang der Rotationsachse des Rotors 9 geführt wird. Der Stößel 12 weist

in seinem unteren Bereich schließlich einen Stempel 5 für ein Werkzeug auf .

Die Spindelmutter 10 bildet in dieser Ausführungsform einen Umwandlungsmechanismus , der infolge der Drehbewegung der Drehmomentwelle 15, welche durch den Rotor 9 hervorgerufen wird, in eine Translationsbewegung der Drehmomentwelle 15 erzeugt. Dabei wird aus der Rotationsbewegung, welche durch den Torquemotor 8 hervorgerufen wird, eine Translationsbewegung der Drehmomentwelle 15. Gleichzeitig erzeugt das von der Drehmomentwelle 15 übertragenen Drehmoment durch den Umwandlungsmechanismus der Spindelmutter 10 eine linear wirkende Kraft. Die lineare Kraft wirkt dabei in Richtung der Rotationsachse der Drehmomentwelle 15 und des Rotors 9.

Oberhalb des Torquemotors 8 befindet sich zudem ein Positionsbeεtimmungselement in Form eines Drehgebers 16. Der Drehgeber 16 kann die jeweilige Winkelposition des Rotors 9 des Torquemotors 8 erfassen. Aus dieser Winkelposition lässt sich dann auf die Position des Stößels 12 entlang der Rotationsachse des Rotors 9 schließen. Die absolute Position des Stößels 12 entlang der Rotationsachse des Rotors 9 lässt sich zudem über ein Handrad 17 kalibrieren. Das Handrad 17 eignet sich somit dazu, eine absolute Position des Stößels 12 und damit des am Stößel 12 befestigten Werkzeugs präzise einzustellen, ohne aufwändige Umbauarbeiten am Stößelantrieb 2 vorzunehmen.

Neben der Feinjustage durch das Handrad 17 kann durch die Dicke des Zwischenblechs des Befestigungselements 11 zudem eine langfristige Nullpunkteinstellung erfolgen, indem die Dicke des Zwischenblechs des Befestigungselements 11 an den Verschleißzustand des Stößelantriebs 2 angepasst wird. Die Mullpunkteinstellung dient dabei ebenfalls einer änderung der Druckstellen an den Kugeln der Spindelrπutter 10 des Kugelgewindetriebs .