Krafteinleitung

Die Erfindung betrifft eine Stanzmaschine mit reduzierter dynamischer Verformung durch optimierte Kräfte inleitung an den Anlenkpunkten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

In Stanzmaschinen ist die Anforderung an den oberen und unteren Stanztiegel in Bezug auf die Geradheit, bzw. Planparallelität sehr hoch. So wird häufig eine Planparallelität im Hundertstelbereich (mm) gewünscht, dies bei unterschiedlichen Tonnagen und Stanzkräften von ca. 40 bis über 250 Tonnen. Bei Auftreten solch enormer Kräfte kommt es immer zu dynamischen Verformungen im Stanztiegel.

Auf der feststehenden Tiegelseite kann man durch viel Masse und Wahl des Mate- als dieser Eigendynamik entgegenwirken. Jedoch ist es vorteilhaft, wenn der bewegte Tiegel wegen der Notwendigkeit der Beschleunigung (auf / zu) von bis zu 12.000 Hüben pro Stunde möglichst leicht ist.

Die Bauweise von Stanzmaschinen (Stanzpressen oder Stanztiegeln) sieht in der Regel vor, dass eine Krafteinleitung in den beweglichen Stanz-/Pressentiegel über vier Punkte, den Anlenkpunkten (oder auch Krafteinleitungspunkten), vorgenommen wird.

Typischerweise wird diese Kraftein leitung dadurch bewerkstelligt, dass in den Stanzmaschinen im Stand der Technik unter anderem sogenannte Kniehebel wie in der EP 0 741 001 B1 eingesetzt werden oder, wie in der EP 0 596 697 A1 , die Steuerung des Pressendrucks durch vier hydraulische Zylinder in den vier Ecken der Presse bewerkstelligt wird. Diese Kniehebel oder hydraulischen Zylinder sind herkömmlicherweise unterhalb des bewegten Tiegelteils angebracht und weisen im gestreckten Zustand ihre maximale Kraft auf. Dabei sind die Krafteinleitungslinien bei maximaler Kraft parallel ausgerichtet, d.h. die Anlenkpunkte, bzw. Krafteinleitungspunkte liegen auf einer Linie. Da die Krafteinleitung durch die Kniehebel oder über eine Hydraulik üblicherweise in der Nähe der Eckpunkte des bewegten Tiegels erfolgt, hat dies zur Folge, dass beim Stanzen die flächig verteilten Schneidlinien an den genannten Angriffspunkten zuerst durchstanzt werden, da die Durchbiegung des Pressentiegels in diesen Bereichen minimal ist. Im mittleren Bereich ist die Durchbiegung stärker, so dass es in diesem Bereich vorkommen kann, dass z.B. ein Kartonbogen nicht durchgestanzt wird, d.h. es entstehen sogenannte„Löcher", Bereiche, in denen das Material nicht oder zumindest nicht vollständig durchgestanzt wird. Dies führt je nach Qualitätsanforderung jedoch zu einer schlechten Qualität am Endprodukt.

Im Stand der Technik begibt man sich heute in einen Kompromiss u. a. bezüglich des Gewichts des beweglichen Tiegelteils, d. h. das Gewicht des beweglichen Tiegelteils ist groß genug gewählt, um die dynamische Verformung möglichst gering zu halten, jedoch auch gering genug, um Energie einzusparen und eine bessere Dynamik zu erreichen, da die Masse des Tiegels mit jedem Hub beschleunigt und abgebremst werden muss. Notwendigerweise führt dieser Kompromiss jedoch immer zu einer dynamischen Verformung, d.h. es entstehen„Löcher".

Um diesen Nachteil auszugleichen, wird herkömmlicherweise mehr Stanzdruck (Kraft) gegeben. Nachteilig daran ist jedoch, dass dann die Schneiden zwar in den „Löchern" schneiden, an den„Hochstellen", d.h. an den Stellen, an denen die dynamische Verformung nicht deutlich ausgeprägt ist, die Schneiden aber zerstört werden.

Alternativ dazu wird, um der dynamischen Verformung entgegenzuwirken, im Stand der Technik bei jedem Stanzauftrag die Mittendurchbiegung, d.h. die dynamische Verformung durch flächiges Unterlegen von dünnem Zurichtepapier ausgeglichen. Nachteilig daran ist jedoch, dass es bei jedem Stanzauftrag, der mit Zurichtepapier (Zurichtebögen) arbeitet, zu notweniger Rüstzeit kommt und diese Rüstzeit ökonomisch (zusätzlicher Zeit- und Materialaufwand) nicht erwünscht ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Stanzma ^¬ schine bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile nicht oder in einem geringeren Ausmaß zeigt, d.h. eine Stanzmaschine bereit zu stellen, deren bewegter Tiegelteil eine geringe bis keine dynamische Verformung zeigt und somit die oben genannten, im Stand der Technik notwenigen Maßnahmen wie z.B. erhöhten

Stanzdruck, erhöhtes Gewicht des beweglichen Tiegeiteils und /oder Verwendung von Zurichtebögen obsolet machen bzw. sie minimieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Stanzmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stanzmaschine sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Die erfindungsgemäße Stanzmaschine zum Trennen und Nuten von flächenförmi- gen Materialien besteht aus zwei Tiegelteilen, wobei mindestens ein Tiegelteil bei einem Stanzhub mittels wenigstens zweier Hubvorrichtungen in Richtung des anderen Tiegelteils bewegt wird. Dabei greifen die Hubvorrichtungen an dem einen Tiegelteil auf der dem anderen Tiegelteil abgewandten Seite an. Die Erfindung basiert nun auf der Veränderung der Krafteinleitungslinien F, d.h. die Hubvorrichtungen sind so angeordnet und ausgebildet, dass ihre Krafteinleitungslinien beim Ende des Stanzhubs in einem Winkel α zu einer Normalen N zu der dem anderen Tiegelteil zugewandten Tiegeloberfläche des einen Tiegelteils verlaufen, wobei sich die Krafteinleitungsiinien ihren Anlenkpunkten bezüglich der Hubvorrichtungen abgewandt schneiden. Diese eingebrachte Krafteinleitung an den Anlenkpunkten kann sowohl in Bezug auf die Oberfläche des quaderförmigen bewegten Tiegelteils, d.h. die Tiegeloberfläche in Längs- bzw. x-Richtung als auch in Quer- bzw. y-Richtung oder zugleich in beiden Richtungen erfolgen. Mit Berechnungen unter Zuhilfenahme der„Finiten-Elemente-Methode" kann nachgewiesen werden, dass durch die Krafteinleitung unter einem Winkel α die Durchbiegung im Mättenbereich sich dergestalt verändert, dass es bei vorhandener Geometrie des Tiegelteils und der Krafteinleitpunkte eine optimale Winkelstellung für die Krafteinleitung gibt, bei der die Durchbiegung im Mittenbereich ein Minimum einnimmt.

Erfindungsgemäß sind deshalb die Hubvorrichtungen in einem Winkel angeordnet, welcher der Durchbiegung in der Tiegelmitte entgegenwirkt. Die Verhältnisse sind so zueinander auszurichten, dass die Kraftvektoren oberhalb der bewegten Tiegeloberfläche unter separater Betrachtung in x-Richtung einen Schnittpunkt erfahren. Erfindungsgemäß ist der Winkel der Krafteinleitungslinien (F) zu der Normalen (N) zu der dem anderen Tiegelteil zugewandten Tiegeloberfläche des einen Tiegelteiis größer 0° und kleiner gleich 30°.

Erfindungsgemäß sind die Verhältnisse so zueinander auszurichten, dass die Kraftvektoren oberhalb der bewegten Tiegeloberfläche unter separater Betrachtung in x-Richtung einen Schnittpunkt erfahren.

Bevorzugt erfahren die Kraftvektoren oberhalb der bewegten Tiegeloberfiäche unter separater Betrachtung sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung einen Schnittpunkt.

Durch die erfindungsgemäße Stanzmaschine nach Anspruch 1 ergibt sich eine geringere Durchbiegung im Mittenbereich des Tiegelteils bei gleichbleibender Dicke und Geometrie des Tiegels. Da die meisten Stanzaufträge im Bereich Vorder- seite und Mittenbereich des Tiegeiteils erfolgen, bietet diese Vorgehensweise eine Rüstzeiteinsparung beim Zurichten der Stanzform. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Stanzmaschine iiegt darin, dass der Tiegel in seiner Masse reduziert werden kann, um eine gleiche Durchbiegung (wie bei herkömmlicher Vorgehensweise, d.h. bei paralleler Krafteinleitung) im Mittenbereich des Tiegels zu erzielen. Dies wiederum führt zu Energieeinsparungen und zu besserer Dynamik, da die Masse des beweglichen Tiegelteiis mit jedem Hub beschleunigt und abgebremst werden muss.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Stanzmaschine liegt darin, dass eine gezielte Verschiebung der Massenverhältnisse im Tiegel eine Reduktion im Mit- tenbereich und Verstärkung im Außenbereich des Tiegels nach sich ziehen würde. Dies würde wiederum zu einem optimalen Spannungs-Dehnungsverhaiten führen, welches dem gesamten System ein Höchstmaß an Planparallelität verleiht.

Erfindungsgemäß wird der bewegte Tiegeiteil über mindestens zwei Hubvorrich- tungen gegen einen weiteren Tiegelteil gedrückt bzw. gepresst. Dieser andere Tiegelteil kann feststehend sein. Bevorzugt können aber auch beide Tiegelteile bewegbar sein. Somit können an den Tiegelteilen gleiche, aber auch verschiedene Hubvorrichtungen ansetzen. Bevorzugt liegt der Winkel der Krafteinleitungslinien F der Hubvorrichtungen zwischen 10° und 30°. Ab einem Winkel von 10° zeigt die erfindungsgemäße Stanzmaschine eine noch geringere bis keine dynamische Verformung.

Bevorzugt liegt der Winkel der Krafteinleitungslinien F der Hubvorrichtungen zwi- sehen 10° und 20°.

Die Realisierung der Hubvorrichtungen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, so u. a. durch hydraulische Zylinder, vorzugsweise handelt es sich bei den Hubvorrichtungen um Kniegelenke.

Bei Verwendung von Kniegelenken weisen diese im gestreckten Zustand ihre maximale Kraft auf. Damit die Kniegelenke nach dem Umkehrpunkt vom geschlossenen Stanztiegel zum geöffneten Stanztiegel wieder in ihre ursprüngliche Position (zu einer Seite hin geknickten Position) zurückkehren, können die Kniegelenke in der erfindungsgemäßen Stanzmaschine nicht bis zur vollständig gestreckten Position gestreckt werden. Dadurch werden die Kniegelenke immer in die richtige Ausgangsposition geknickt. Obendrein wird so der Druck auf die Gelenke minimiert.

Maschinenbauiiche Vorgaben können jedoch dazu führen, dass die Anlenkpunkte minima! versetzt zueinander angeordnet sind. Die Versetzung der Anlenkpunkte in x- oder y-Richtung ist durch die Konstruktion der Hubvorrichtung bedingt, so z. B. durch die Anordnung von Kurbelscheiben bei Kniegeienksvorrichtungen.

Bevorzugt sind insgesamt vier Hubvorrichtungen angebracht, die den mindestens einen beweglichen Tiegelteil an den Anlenkpunkten gegen den anderen Tiegeiteil drücken Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 a) einen bewegten Tiegelteil einer Stanzmaschine nach dem Stand der Technik mit zwei Kniegelenken in nicht-gestrecktem (durchgezogene Linien) und gestrecktem Zustand (gestrichelte Linien) mit den zugehörigen Krafteinleitungslinien,

Fig. 1 b) einen erfindungsgemäßen bewegten Tiegelteil einer Stanzmaschine mit zwei Kniegelenken in nicht-gestrecktem (durchgezogene Linien) und gestrecktem Zustand (gestrichelte Linien) mit den zugehörigen Krafteinleitungslinien, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Tiegeloberfläche eines erfindungsgemäßen bewegten Tiegelteiis einer Stanzmaschine mit vier Kniegelenken in gestrecktem Zustand und den schematisch dargestellten Anlenkpunkten (durchgezogene Linien) und der schematisch dargestellten Position der Befestigung der Hubvorrichtungen an den Druckschuhen (gestrichelte Linien) zeigt, Fig. 3a) eine erfindungsgemäße Stanzmaschine mit reduzierter dynamischer Verformung durch optimierte Krafteinleitung mit Kniegelenken in nicht-gestrecktem Zustand und Fig. 3b) eine erfindungsgemäße Stanzmaschine mit reduzierter dynamischer Verformung durch optimierte Krafteinleitung mit Kniegelenken in gestrecktem Zustand zeigt. Neben den Fig. 1a), 1 b), 3a) und 3b) ist zur besseren Orientierung ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem angebracht, in diesem Koordinatensystem entspricht die z-Achse der Normalen N zur Tiegeloberfläche 1 1 des bewegten quaderförmigen Tiegelteils 12, die x-Achse verläuft parallel zur Längsseite, die y- Achse parallel zur Querseite der Tiegeloberfläche 11 des bewegten quaderförmi- gen Tiegelteils 12.

An der Unterseite des in Fig. 1 a) gezeigten bewegten Tiegelteiis 12 nach dem Stand der Technik greifen zwei Hubvorrichtungen 14, 14' in Form von zwei Kniegelenken an, die auf Druckschuhen 18 stehen, wobei im ungestreckten Zustand 15 (durchgezogene Linien) die Mittelsegmente der Kniegelenke zueinander weisen. Durch Streckung 16 der Kniegelenke 14, 14' wird der bewegte Tiegelteil 12 nach oben gedrückt und gegen den anderen Tiegelteil 13 gepresst. Die Position der Anlenkpunkte 17 liegt hier an der Unterseite des bewegten Tiegelteils 12. Sowohl die Anlenkpunkte 17 als auch die unterhalb des bewegten Tiegelteils 12 lie- gende Befestigung 19 der Hubvorrichtungen 14, 14' an den Druckschuhen 18 liegen auf einer Parallelen zur z-Achse. Dadurch sind die Krafteinleitungslinien F (siehe Pfeile) im gestreckten Zustand 16 am Ende des Stanzhubs 12, d.h. bei maximaler Kraft, parallel und in Richtung einer Normalen N zur Tiegeloberfläche 1 1 des bewegten Tiegeiteils 12 (entspricht z-Achse) ausgerichtet.

An der Unterseite des in Fig. 1 b) gezeigten erfindungsgemäßen bewegten Tiegelteils 12 greifen zwei Hubvorrichtungen 14, 14' in Form von zwei Kniegelenken an, die auf Druckschuhen 18 stehen, wobei auch hier im ungestreckten Zustand 15 (durchgezogene Linien) die ittelsegmente der Kniegelenke zueinander weisen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hubvorrichtungen 14, 14' an der Unterseite des bewegten, hier unteren Tiegelteils 12 angebracht. Durch Streckung 16 der Kniegelenke 14, 14' wird der bewegte Tiegelteil 2 nach oben gedrückt und gegen den anderen Tiegelteil 13 gepresst. Die Position der Anlenkpunkte 17 liegt auch hier an der Unterseite des bewegten Tiegelteiis 12, jedoch ist die Position der An- lenkpunkte 17 in Bezug auf die Befestigung 9 der Hubvorrichtungen 14, 14' an den Druckschuhen 18 jeweils in Richtung der Mitte des Tiegeiteiis 12 auf der x- Achse um die Strecke x verschoben. Dadurch sind die Krafteinleitungslinien F (siehe Pfeile) im gestreckten Zustand 16 beim Ende des Stanzhubs, d.h. bei maximaler Kraft, erfindungsgemäß in einem Winkel α von hier 18° zu einer Normalen N zur Tiegeloberfläche 1 des bewegten Tiegelteils 12 (entspricht z-Achse; gestrichelte Pfeile) ausgerichtet. Die Krafteinleitungslinien F schneiden sich auf der den Anlenkpunkten 17 abgewandten Seite des bewegten Tiegelteils 12, d.h. oberhalb der Tiegeloberfläche 1 1 .

Die in Fig. 2 gezeigte Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen bewegten Tiegel- tei! 12, d.h. die Tiegeloberfläche 1 1 , zeigt schematisch die Position der Befestigung 19 der Druckschuhe 18 unterhalb des bewegten Tiegels 12 (siehe gestrichel- te Kreise) und die Position der Anlenkpunkte 17 und somit der Krafteinleitung unterhalb des bewegten Tiegels 12 (geschlossene Kreise), sowie den Verlauf der Hubvorrichtungen unterhalb des bewegten Tiegels 12 (gestrichelte Linien zwischen den Kreisen). Aus Fig. 2 wird deutlich, dass die Anlenkpunkte 17 bezüglich der Position der Befestigung 19 der Hubvorrichtung 14, 14' an den Druckschuhen 18 sowohl in x- Richtung, d.h. parallel zur Längsseite der Tiegeloberfläche 1 1 als auch in y- Richtung, d.h. parallel zur Querseite der Tiegeloberfläche 1 1 erfolgen kann (siehe nebenstehendes Achsensystem). Die Position der Anlenkpunkte 17 ist somit in Bezug auf die Befestigung 19 der Hubvorrichtungen 14, 14' an den Druckschuhen 18 jeweils in Richtung der Mitte des Tiegelteils 12 sowohl in Richtung der x-Achse um die Strecke x als auch in Richtung der Y-Achse um die Strecke y verschoben.

Fig. 3a) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Stanzmaschine 10 mit redu- zierter dynamischer Verformung durch optimierte Krafteinleitung mit Kniegelenken 14, 14' in nicht-gestrecktem Zustand 15. in Vorbereitung auf die Pressung wird ein Materialbogen 30 auf die Tiegeloberfläche 1 1 des bewegten Tiegels 12 gelegt. Auf der der Oberfläche 1 1 des bewegten Tiegels 12 zugewandten Seite des anderen Tiege!teils 13 sind Schneidemesser 32 (dreieckige Form) und Riillinien (runde Form) 33 angebracht. Die Position der An!enkpunkte 17 Hegt an der Unterseite des bewegten Tiegelteils 12, die Position der Anlenkpunkte 17 ist erfindungsgemäß in Bezug auf die Befestigung 19 der Hubvorrichtungen 14, 14' an den Druck- schuhen 18 jeweils in Richtung der Mitte des Tiegelteils 12 auf der x-Achse verschoben.

Fig. 3b) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Stanzmaschine 10 mit reduzierter dynamischer Verformung durch optimierte Krafteinleitung mit Kniegelenken 16 in gestrecktem Zustand. Durch Streckung 16 der Kniegelenke 14, 14' wird der bewegte Tiegelteil 12 mit dem Materialbogen 30 auf der Tiegeloberfläche 1 1 nach oben gedrückt und gegen den anderen Tiegelteil 13 gepresst. Dabei schneiden bzw. drücken die Schneidemesser 32 und Rilllinien 33 gleichmäßig, d.h. sowohl in den Eckbereichen als auch in den mittigen Bereichen der Tiegeloberfläche 1 1 in den auf der Tiegeloberfläche 1 1 liegenden Materialbogen 30. Bereiche, in denen das Material durch eine Durchbiegung des bewegten Tiegeiteils 12 nicht oder zumindest nicht vollständig durchgestanzt bzw. durchgedrückt wird, werden somit vermieden.