Die Erfindung bezieht sich auf eine Stanzvorrichtung und auf ein Stanzverfahren nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche sowie auf eine Stanzmaschine mit einer entsprechenden Stanzvorrichtung.

Stanzmaschinen zum Stanzen oder Trennen verschiedener Materialien sind vielfältig im industriellen und gewerblichen Einsatz verbreitet. Die zu stanzenden oder trennenden Bauteile sind vorwiegend aus Metall ausgebildet, etwa flächige Bleche. Bei derartigen und ähnlichen Materialien kann es bei gewöhnlichen Stanzmaschinen oder Stanzverfahren vorkommen, dass entlang des Materials im Ergebnis unerwünschte Verformungen auftreten, etwa können Wölbungen entlang eines großen flächigen gestanzten Blechs auftreten. Das Bearbeitungsergebnis entspricht als Folge hieraus nicht in jedem Fall den gestellten Qualitätsanforderungen. Im Stand der Technik ist zum Beheben der Verformungen vorgeschlagen, ein gestanztes Werkstück nach dem Stanzen oder Trennen in einem weiteren Bearbeitungsschritt zu richten, entweder in derselben verwendeten Stanzmaschine oder in einer weiteren zugeordneten Maschine.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Stanzvorrichtung für eine Stanzmaschine und ein Stanzverfahren bereitzustellen, welches hohe Qualitätsanforderungen erfüllt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine kostengünstige Stanzvorrichtung für eine Stanzmaschine und ein kostengünstiges Stanzverfahren bereitzustellen.

Zum Lösen dieser Aufgaben ist vorgesehen eine Stanzvorrichtung mit einem Stempel zum Aufbringen einer Kraft FP an ein Werkstück gegen eine zugeordnete Matrize für das Stanzen oder Trennen des Werkstücks, wobei die Matrize ein feststehendes Matrizenteil und ein bewegliches Matrizenteil umfasst. Außerdem ist ein Stanzverfahren für das Stanzen oder Trennen eines Werkstücks vorgesehen mit den Verfahrensschritten:

- Aufbringen einer Kraft Fpvon einem Stempel an ein Werkstück;

- Bereitstellen einer Matrize umfassend ein feststehendes Matrizenteil und ein verbundenes bewegliches Matrizenteil, welches an der entgegengesetzten Seite des Werkstücks angreift;

- Bewegen des beweglichen Matrizenteils relativ zum feststehenden Matrizenteil durch die Kraft FP im Betrieb.

Ferner ist vorgesehen eine Stanzmaschine mit einer entsprechenden Stanzvorrichtung.

Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Bei einem Beispiel der Erfindung ist das feststehende Matrizenteil mittels wenigstens einer Feder mit einer Federkraft FF mit dem beweglichen Matrizenteil verbunden, wobei im Betrieb das bewegliche Matrizenteil an das Werkstück angreift und die Federkraft FF der vom Stempel aufgebrachten Kraft FP entgegenwirkt. Die wenigstens eine Feder ist kostengünstig und erfüllt das Merkmal der Relativbewegung zwischen dem beweglichen Matrizenteil und dem damit verbundenen feststehenden Matrizenteil in geeigneter Weise.

Die kontrolliert eingebrachte Prozesskraft FP bestimmt eine Eindringtiefe des feststehenden Matrizenteils der Matrize in die Unterseite des Werkstücks, wodurch ein Spannungsgleichgewicht im Trennprozess selbst geregelt wird. Insbesondere wird durch die Eindringtiefe eine Richtwirkung geregelt.

Bei einem weiteren Beispiel sind das feststehende Matrizenteil und das bewegliche Matrizenteil kreisförmig ausgebildet und das feststehende Matrizenteil weist von einer Stanzkante an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine geneigte Fläche auf. Mit dieser Ausbildung ist eine Stanzkante an der Außenseite vorgesehen, welche an das Werkstück angreift und vorteilhafte mechanische Spannungszustände im Werkstück erzeugt.

Bei einem alternativen Beispiel der Erfindung sind das feststehende Matrizenteil und das bewegliche Matrizenteil kreisförmig ausgebildet und das feststehende Matrizenteil weist von einer Stanzkante an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine gerade verlaufende ebene Fläche auf. Mit diesem alternativen Beispiel können andere mechanische Spannungszustände im Werkstück erzeugt werden.

Bei einem weiteren Beispiel sind die Matrize und der Stempel dazu ausgebildet, das Werkstück mittels Scherschneiden zu zertrennen, wobei der Stempel und die Matrize in horizontaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Mit dieser Anordnung der Stanzvorrichtung wird das Scherschneiden des Werkstücks ermöglicht, wobei der Stempel und die Matrize zwei sich aneinander vorbeibewegende Schneiden bilden, welche das Werkstück zerteilen.

Bei einem weiteren Beispiel liegt ein Abstreifer im Betrieb an der dem Stempel zugerichteten Seite am Werkstück an und wirkt mit einer Kraft FA auf das Werkstück. Bevorzugt wirkt der Abstreifer mit der Kraft FA mit der gleichen Größe wie die entgegengesetzte Federkraft FF im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht.

Bei einem weiteren Beispiel wird die vom Stempel wirkende Kraft Fpan veränderte Prozessbedingungen angepasst. Insbesondere wird die Kraft Fpan eine durch Verschleiß oder Abrieb der Schneidkante der Matrize veränderte Geometrie der Matrize angepasst. Die Prozessbedingungen ändern sich infolge geänderter Geometrien an den Schneidelementen oder der Schneidkante der Matrize. Durch die geänderten Angriffspunkte der Schneidkante am Werkstück aufgrund der verschleißten Matrize verändern sich die Spannungszustände im Werkstück während und nach dem Trennvorgang. Durch ein Anpassen der Kraft FP werden die hierdurch unerwünscht geänderten Spannungszustände ausgeglichen. Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft anhand der Zeichnungen wie folgt in Einzelheiten beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung eines Beispiels der Erfindung mit einem Stempel, einer Matrize mit einem feststehenden Matrizenteil mit einer geneigten Fläche und einem damit verbundenen beweglichen Matrizenteil sowie einem Werkstück zwischen dem Stempel und der Matrize;

Fig. 2 zeigt eine mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück während eines Stanzvorgangs mit einer Stanzvorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 zeigt eine weitere mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück während eines Stanzvorgangs ähnlich zu Fig. 2 mit einer Stanzvorrichtung eines Beispiels der Erfindung nach Fig. 1 ;

Fig. 4 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung mit einem Stempel, einer Matrize mit einem feststehenden Matrizenteil mit einer ebenen Fläche und einem damit verbundenen beweglichen Matrizenteil sowie einem Werkstück zwischen dem Stempel und der Matrize ähnlich zu Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung 1 eines Beispiels der Erfindung für das Stanzen oder Trennen von Werkstücken 12 in einer Stanzmaschine. Das Werkstück 12 kann aus einem beliebigen Material und mit verschiedenen Formen ausgebildet sein, hierbei ist das in Fig. 1 gezeigte Werkstück 12 ein flächiges Blech aus Metall. Das Werkstück 12 wird gewöhnlich der Stanzmaschine gesteuert auf einer Werkstückauflage zugeführt und von der Stanzvorrichtung 1 in der Stanzmaschine bearbeitet, wobei das Werkstück 12 gewöhnlich zerteilt wird, etwa wird ein Teil des Werkstücks 12 entfernt. Derart werden nahezu beliebige geometrische Figuren, etwa Löcher, in das Werkstück 12 eingebracht. Die Stanzvorrichtung 1 umfasst hierbei einen massiven Stempel 4, welcher gesteuert in senkrechter Richtung von oben mit einer Kraft FP zum Werkstück 12 geführt wird und die Kraft Fpan der Oberseite des Werkstücks 12 ausübt. An der dem Stempel 4 entgegengesetzten Unterseite des Werkstücks 12 umfasst die Stanzvorrichtung 1 eine Matrize 6. Gewöhnlich wirken bei Stanzvorrichtungen 1 der Stempel 4 und die Matrize 6 zusammen zu dem Zweck des Trennens oder Stanzens, wobei der Stempel 4 und die Matrize 6 von entgegengesetzten Seiten an das Werkstück 12 angreifen und Kräfte auf das Werkstück 12 ausüben. Die Matrize 6 umfasst im Wesentlichen die in Fig. 1 mit einer Klammer bezeichneten Bauteile. In Fig. 1 ist im Seitenschnitt nur ein Teil der Matrize 6 dargestellt, links von der strichpunktierten Linie ist die Matrize 6 entsprechend symmetrisch ausgebildet, so dass der Stempel 4 sich gewöhnlich in Richtung einer Aussparung 10 in der Matrize 6 bewegt. Die Aussparung 10 entspricht im Wesentlichen der von der Stanzvorrichtung 1 auszustanzenden Geometrie. Die Matrize 6 umfasst ein feststehendes Matrizenteil 7, welches im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 fest in der Stanzmaschine angebracht ist und nicht beweglich ist. Das feststehende Matrizenteil 7 weist bei diesem Beispiel einen flachen ersten Abschnitt 19 auf und einen höher ausgebildeten nach oben hervorstehenden zweiten Abschnitt 20 mit einer Stanzkante 11 an der Innenseite der Matrize 6, links in Fig. 1 . In Fig. 1 sind der erste Abschnitt 19 und der zweite Abschnitt 20 zum Zweck der Darstellung mit einer gestrichelten Linie getrennt. Die Stanzkante 11 greift im Betrieb an das Werkstück 12 an. Das feststehende Matrizenteil 7 weist bei diesem Bespiel eine geneigte Fläche 13 auf, welche sich von der Stanzkante 11 an der Innenseite in Richtung zur Außenseite der Matrize 6 erstreckt, so dass im Betrieb im Wesentlichen die Stanzkante 11 an der Innenseite der Matrize 6 an das Werkstück 12 angreift, während die übrigen Flächen der geneigten Fläche 13 nicht an das Werkstück 12 angreifen. Eine auf das Werkstück 12 ausgeübte Kraft wirkt folglich entlang der Stanzkante 11 . Die Matrize 6 umfasst weiter ein bewegliches Matrizenteil 8, welches im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 eine Bewegung in senkrechter Richtung nach Fig. 1 ausführt. Das bewegliche Matrizenteil 8 ist mit dem feststehenden Matrizenteil 7 verbunden, bei diesem Beispiel mit einer Feder 9 mit einer Federkraft FF. Ferner kann auch einer Mehrzahl von Federn 9 vorgesehen sein, welche das feststehende Matrizenteil 7 und das bewegliche Matrizenteil 8 miteinander mechanisch verbinden. Im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 wird das Werkstück 12 zwischen dem Stempel 4 und der Matrize 6 in horizontaler Richtung bewegt bis zu einer Position, an welcher das Werkstück 12 gestanzt wird. Kurzzeitig wird das Werkstück 12 gewöhnlich angehalten, der Stempel 4 sowie ein Abstreifer 14 oder Niederhalter werden von oben an das Werkstück 12 geführt. Der Abstreifer 14, welcher an der Oberseite des Werkstücks 12 mit einer Kraft FA angreift, ist flach ausgebildet und dient gewöhnlich dazu, bei einem Zurückfahren des Stempels 4 ein unerwünschtes senkrechtes Anheben des Werkstücks 12 zu verhindern. Hierbei im Rahmen der Offenbarung dient der Abstreifer 14 auch dazu, mittels der Kraft FA, welche der Federkraft FF entgegenwirkt, ein Spannungsgleichgewicht im Werkstück 12 zu erzielen. Der dem Werkstück 12 zugeführte Stempel 4 übt von oben eine senkrecht wirkende Kraft FP auf die Oberseite des Werkstücks 12 auf. Der Kraft FP wirkt eine entsprechend gleichgroße Gegenkraft FR durch das feststehende Matrizenteil 7 der Matrize 6 auf der Unterseite des Werkstücks 12 entgegen. An der Unterseite des Werkstücks 12 wirkt ferner die Federkraft FF in senkrechter Richtung an das bewegliche Matrizenteil 8, welches vor dem Stanzvorgang dem Werkstück 12 von unten zugeführt wird. Demnach wirken die Kraft FP vom Stempel 4 und die Kraft FA vom Abstreifer 14 der Federkraft FF entgegen. Die Kraft FP vom Stempel 4 bewirkt, dass der Stempel 4 senkrecht nach unten fährt und das Werkstück 12 an den Positionen der Stanzkante

11 zerteilt wird. Während dieses Stanzvorgangs bewegt sich auch das bewegliche Matrizenteil 8 senkrecht nach unten, wobei die Feder 9 zusammengepresst wird. Das bewegliche Matrizenteil 8 bewegt sich in Richtung des ersten Abschnitts 19 entlang der Seite des zweiten Abschnitts 20 des feststehenden Matrizenteils 7. Dabei wird die Feder 9 so lange weiter zusammengepresst und das bewegliche Matrizenteil 8 weiter nach unten gedrückt, bis die durch den Stempel 4 eingeleitete Kraft FP oder Prozesskraft und der mechanische Widerstand, den das zu bearbeitende Werkstück

12 dem mechanischen Eindringen der Schneide 11 entgegensetzt, im Gleichgewichtszustand stehen. Durch das Eindringen der Schneide 11 auf der Unterseite des Werkstücks 12 kann ein vorteilhafter Spannungsgleichgewichtszustand über die Bauteildicke des Werkstücks 12 im Trennprozess erzeugt werden. Die Eindringtiefe der Schneide 11 und die Wiederherstellung des Spannungsgleichgewichts nach dem Trennprozess wird durch die wirkende Kraft FP und dem dieser entgegensetzten mechanischen Widerstand beim mechanischen Eindringen der Schneide 11 auf der Bauteilunterseite 12 bestimmt. Aufgrund der fehlenden Kraft FP des Stempels 4, die nach dem Zertrennen nicht mehr gegen die Federkraft FF wirkt, wird das bewegliche Matrizenteil 8 von der Federkraft FF der gespannten Feder 9 nach oben bewegt. Bei dieser Bewegung des beweglichen Matrizenteils 8 nach oben in eine Ausgangslage vor dem Zertrennen wirkt nur noch die Kraft FA des Abstreifers 14 gegen die Federkraft FF. Nach dem Zertrennen des Werkstücks 12 wird der Stempel 4 nach oben in eine Ausgangslage gefahren.

Wirkungen der beschriebenen Stanzvorrichtung 1 werden im Folgenden anhand von Diagrammen dargestellt, welche mechanische Spannungsverteilungen im Werkstück 12 zeigen. Fig. 2 zeigt eine mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück 12 während eines Stanzvorgangs mit einer Stanzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Das Werkstück 12 ist im Seitenschnitt dargestellt. Die zwei Pfeile im oberen und unteren Teil des Werkstücks 12 stellen Kraftwirkungen dar, welche beim Stanzverfahren auftreten und zu der Spannungsverteilung im Werkstück 12 beitragen. Im oberen Teil wirken Kräfte hauptsächlich in die linke Richtung, mit dem linksgerichteten Pfeil dargestellt, im unteren Teil wirken Kräfte hauptsächlich in die rechte Richtung, mit dem rechtsgerichteten Pfeil dargestellt. Aufgrund solcher Kraftverteilungen und Spannungszustände können bei Stanzvorrichtungen nach dem Stand der Technik unerwünschte Verformungen im Werkstück 12 auftreten. In Fig. 2 sind drei verschiedene Materialzonen 16, 17, 18 dargestellt, welche anhand eines beispielhaften Werkstücks 12 unterschiedliche mechanische Spannungen im Werkstück 12 zeigen. Eine erste Materialzone 16 ist dunkel dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer hohen mechanischen Spannung, im Beispiel von etwa -70MPa (Megapascal) bis -100MPa, eine zweite Materialzone 17 ist geringfügig heller dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer geringeren Spannung, im Beispiel von etwa -30MPa (Megapascal) bis -40MPa, eine dritte Materialzone 18 ist hell dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer noch geringeren Spannung, im Beispiel von etwa -40MPa (Megapascal) bis 30MPa. Die mechanischen Spannungen sind abhängig von verschiedenen Einflussgrößen, etwa dem Schnittspiel, der Schnittgeschwindigkeit, der Scherfestigkeit, der Härte des Werkstoffs und der Blechdicke. Insbesondere die erste Materialzone 16 ist größtenteils im oberen Bereich des Werkstücks 12 vorhanden, während die zweite Materialzone 17 größtenteils im unteren Bereich des Werkstücks 12 auftritt. Erkennbar ist, dass die Spannungsverteilung im Werkstück 12 ungleichmäßig ist. Die dargestellte ungleichmäßige Spannungsverteilung, insbesondere zwischen dem oberen und unteren Bereich des Werkstücks 12, kann zu Verformungen des Werkstücks 12 als Folge des Stanzverfahrens führen.

Fig. 3 zeigt eine weitere mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück 12 während eines Stanzvorgangs ähnlich zu Fig. 2 mit einer Stanzvorrichtung 1 eines Beispiels der Erfindung nach Fig. 1. Erkennbar ist, dass die erste Materialzone 16, welche die vorstehend genannten hohen Spannungen kennzeichnet, im oberen Bereich des Werkstücks 12 erheblich verringert ist, insbesondere am oberen Rand des oberen Bereichs nicht vorhanden ist. Weiter ist aus dem Diagramm der Spannungsverteilung zu erkennen, dass die zweite Materialzone 17 nach Fig. 3 gleichmäßiger im Werkstück 12 vorhanden ist als die zweite Materialzone 17 nach Fig. 2 nach dem Stand der Technik. Im Ergebnis des Stanzverfahrens, welches mit der Erfindung durchgeführt wird, werden gegenläufige mechanische Spannungen im Werkstück 12 verringert und eine gleichmäßigere Verteilung von Spannungen entlang der Dicke oder Höhe des Werkstücks 12 in Richtung des Stanzhubs, welcher der Bewegungsrichtung des Stempels 4 entspricht, erreicht. Unerwünschte Verformungen am Werkstück 12 aufgrund mechanischer Kräfte beim Stanzverfahren werden weitgehend vermieden.

Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung 1 vor dem Stanzvorgang ähnlich zu Fig. 1 . Der Stempel 4 übt die Kraft Fpauf das Werkstück 12 aus, die Matrize 6 umfasst das feststehende Matrizenteil 7 und das damit mittels der Feder 9 verbundene bewegliche Matrizenteil 8. Am in der Fig. 4 links dargestellten zweiten Abschnitt 20 des feststehenden Matrizenteils 6 ist im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 an der Oberseite eine gerade oder ebene Fläche 23 ausgebildet, welche beim Stanzvorgang von unten an das Werkstück 12 angreift. Der Abstreifer 14 oder Niederhalter übt von oben die Kraft FA auf das Werkstück 12 aus. Die ebene Fläche 23 der feststehenden Matrize 6 weist keine Neigung auf wie die geneigte Fläche 13 der Ausführungsform nach Fig. 1. Folglich berührt die gesamte ebene Fläche 23 das Werkstück 12 beim Stanzvorgang. Das Stanzverfahren wird wie beschrieben durchgeführt. Der Stempel 4 wirkt gesteuert mit der Kraft Fpvon oben auf das Werkstück 12, wobei das bewegliche Matrizenteil 8 nach unten gedrückt wird gegen die Federkraft FF. Das Werkstück 12 wird entsprechend bewegt und gegen den zweiten Abschnitt 20 des hervorstehenden feststehenden Matrizenteils 7 gedrückt. Der Stempel 4 und der zweite Abschnitt 20 des feststehenden Matrizenteils 7 funktionieren hierbei als sich aneinander vorbeibewegende Schneiden. Das Werkstück 12 wird hierbei zertrennt bei der linken Kante der ebenen Fläche 23 des feststehenden Matrizenteils 7 nach Fig. 4. Das abgetrennte Teil des Werkstücks 12 fällt durch die Aussparung 10 und wird gewöhnlich in der Stanzmaschine zugeordneten Behältern oder Containern entsorgt. Aufgrund der nach dem Zertrennen fehlenden Kraft FP drückt die Federkraft FF der gespannten Feder 9 das bewegliche Matrizenteil 8 und das anliegende Werkstück 12 nach oben. Der Stempel 4 wird gesteuert nach oben gefahren in eine Ausgangsposition. Nach dem Zertrennen wird das Werkstück 12 in horizontaler Richtung weiterbewegt bis zur nächsten zu stanzenden Position. Die Stanzvorrichtung 1 in der Ausführungsform nach Fig. 4 hat ähnliche Vorteile bezüglich der Spannungsverhältnisse im Material des Werkstücks 12, wie beschrieben. Die Spannungsverteilung beim Stanzen oder Trennen im Werkstück 12 ist insbesondere zwischen den oberen und unteren Bereichen erheblich ausgeglichener, die mechanischen Spannungen sind gleichmäßiger verteilt. Als Ergebnis daraus neigt das Werkstück 12 wesentlich weniger zu Verformungen, wobei sich insbesondere größere Bleche weniger verformen. Bezugszeichenliste

Stanzvorrichtung

Stempel

Matrize feststehendes Matrizenteil bewegliches Matrizenteil Feder

Aussparung

Stanzkante

Werkstück geneigte Fläche

Abstreifer erste Materialzone zweite Materialzone dritte Materialzone erster Abschnitt zweiter Abschnitt ebene Fläche