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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen unter Vibrationseinwirkung, bei dem ein als Matrize ausgebildetes Wirkelement einer Vorrichtung von einem Erreger in Schwingungen versetzt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Stanzen unter Vibrationseinwirkung mit einem als Matrize (1) ausgebildeten Wirkelement, das von einem Erreger (5, 16) in Schwingungen versetzbar ist, und einem stationären Unterteil (2) mit einem Zwischenstück.
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Stand der Technik
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Das Buch von Heinrich L. Hilbert ”Stanztechnik” Band I Schneidende Werkzeuge, Carl Hanser Verlag, München 1972 S. 406 beschreibt im letzten Absatz den Einsatz der Vibration in der Fertigung durch Stanzen, bei der ein Schneidestempel in axiale Schwingungen versetzt wird.
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Da das bekannte Verfahren an eine besondere Schwingschneidpresse angebunden ist, kann dieses nur bei dem speziellen Gebrauchszweck eingesetzt werden. Auch die sehr kurze Hublänge des Stößels der Maschine verhindert den Einsatz dieses Verfahrens für Tiefziehoperationen.
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Aus der
SU 281399 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Stanzen unter Vibrationseinwirkung bekannt. Dabei wird ein als Matrize ausgebildetes Wirkelement einer Vorrichtung von einem Erreger in Schwingungen versetzt. Dabei ist in einer mit dem als Matrize ausgebildeten Wirkelement ein Erreger bzw. Planetenvibrator in einer Hohlachse angeordnet, die mit der Matrize fest verbunden ist.
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Nachteilig dabei ist, dass die Matrize quer zu ihrer Längsachse in Schwingungen versetzt wird, die im Takt des Matrizenschwenks stets den Spalt zwischen den Wirkelementen der Vorrichtung verändern.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren und die Vorrichtung so zu verbessern, dass die oben genannten Nachteile vermieden werden.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass das Wirkelement über zwischen einem Zwischenstück und der Matrize angeordnete Kraftübertragungselemente in seiner Axialrichtung in Schwingungen versetzt wird
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Die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 2 dadurch gelöst, dass das Zwischenstück relativ zur Matrize schwenk- oder rotierbar angeordnet ist, dass in einem zwischen der Matrize und dem Zwischenstück angebrachten Separator in axialer Richtung bewegbare Kraftübertragungselemente eingesetzt sind und dass die Bewegung der Kraftübertragungselemente in ihren Sitzen von dem Zwischenstück steuerbar ist, das in seiner Stirnfläche ein Profil aufweist, in das die Kraftübertragungselemente eingreifen.
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Vorteilhafte Merkmale entwickeln den Erfindungsgegenstand weiter und sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten. Auf diese wird nun Bezug genommen.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt wird das schwingbare Wirkelement der Vorrichtung in Axialrichtung von den Kräften des funktionsgerechten Drehens des Erregerantriebsglieds zum Pendeln getrieben. Das wird durch die schwenkbare Lage des Zwischenstücks relativ zum schwingbaren Wirkelement erreicht, bei der die Beschleunigung zwischen den beiden angebrachten zur Vorrichtung zugeordneten Kraftübertragungselementen in Richtung der Matrize als Schwingsaufnehmer bewirkt wird.
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Dabei treten die Erregerkräfte beim Auftreffen der Kraftübertragungselemente auf der Matrizensohlfläche in Form der nacheinander folgenden Teilstöße auf. Das wird durch die Aufteilung der Kraftübertragungselemente untereinander erreicht, die diskret in einen Separator untergebracht und bewegbar zwischen dem Zwischenstück und der Matrize gehalten sind.
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Solche Lösung hat den Vorteil, dass die Wirklinien der axialgerichteten, die Vibration der Matrize veranlassten Stoßlängskräfte auf die zur Ebene der Bahn der Stößel der Maschine parallel liegenden Ebenen gebracht werden. Dies ermöglicht einen universellen Einsatz der Vibration im Verlauf der verschiedenen Verfahren der Stanztechnik.
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Zudem werden die Kraftübertragungselemente und das Zwischenstück in einem Keiltrieb zusammengefasst, der die von der Funktion eines Erregers erhaltenen Kräfte hochtransformieren lasst.
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Als Vorteil des erfinderischen Verfahrens sowie der Vorrichtung, werden die Flexibilität des Verfahrens und die Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung gesteigert und die Reibung sowie der Abrieb wird herabgesetzt.
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Weiter kann neben der Senkung der Presskraft der Energieverbrauch reduziert werden. Außerdem wird der Einsatz von Sondermaschinen unnötig.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können, aufgrund der universellen Anwendung der mit dem Vibrationsverfahren vorgenommenen Fertigung, technologisch unterschiedliche Stanzoperationen mit in konstruktiver Gestaltung einheitlich aufgebauten Vorrichtungen durchgeführt werden.
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Dabei lässt sich das Verfahren, ausgehend von der Art des im Drehen des Erregerantriebsglieds gelegten Wirkprinzips, auf zwei Wegen ausführen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Verfahren in der Konstruktion eines Umform- und Trennwerkzeugs verwirklicht. Diese Ausführungsform charakterisiert sich dadurch, dass die geradlinigen Schwingungen der Matrize in einer vertikalen Ebene sekundär sind und von den primären, von einem Planetenvibrator durch das ungewuchtete Drehen seines Antriebgliedes erzeugten Seitenschwingungen, abgeleitet sind.
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In der zweiten Ausführungsform ist kein Vibrator vorhanden. Stattdessen werden die Schwingungen unmittelbar von einem durch das ausgewuchtete Drehen angetriebenen Erreger, der einen hochtourigen Motor darstellt, erzeugt. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel wird die Matrize direkt zu dem gewünschten Pulsstößen gebracht, ohne dazwischen primäre Schwingungen zu nutzen. Damit tritt diese Ausführungsalternative als eine reduzierte Form zum ersten Beispiel auf.
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Gemäß der zwei oben genannten Beispiele kann das erfinderische Verfahren nach der Auswahl der Art des Schwingantriebs des Erregers unterteilt werden, nämlich: Das Vibration- oder Rotierungsverfahren. Beide Werkzeugarten lassen die vom Drehen des Rotors eines Erregers herrührende Kräfte in einzelne Hauptschwingungen transformieren.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen;
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1 und 2: eine Seitensicht im Teilausschnitt der die Vorrichtungen präsentierten Werkzeuge- links von der Achslinie in 1, für das Schneid- und rechts in 2 für das Tiefziehverfahren zur Erläuterung eines Augenblickzustandes des Verfahrens beim Matrizenhochausschlag;
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3: einen Querschnitt durch einen Rotationserreger, der ein Planetenvibrator ist, um eine in der 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung kenntlich zu machen;
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4: eine vergrößerte Darstellung der Ausrisse von 1 und 2 in einer niedrigsten- links und einer höchsten- rechts von den Trennlinien gezeichneten Stellung der Kraftubertragungselemente zur Erläuterung des Umsetzvorgangs der Seitenschwingungen des Planetenvibrators in axiale Pendelschwingungen der Matrize;
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5: einen der 1 und 2 entsprechenden Querschnitt durch die geknickte Ebene „A-A”, der den einheitlichen Aufbau der Vorrichtung erläutert;
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6: eine Seitenansicht im Teilausschnitt der Vorrichtung für ihre zweite Ausführungsform, um diese zu erläutern;
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7: eine vergrößerte Darstellung eines Ausrisses von 6 mit der Gestaltung der Kreisablenkung der Laufbahn des Zwischenstücks, um die Geometrieform seines Antriebsprofils für das Pendeln der Kraftübertragungselemente verständlich zu machen und der Gang von der Umwandlung der Rotation- in Vibrationskräfte nach der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zu erklären.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den von 1, 2 und 5 gezeigten Vorrichtungen sind entsprechend einer Darstellung links von der Symmetrieachse ein Gesamtschneidwerkzeug und ein Werkzeug für das Tiefziehen, das rechts von derselben Achse, welche gleichzeitig auch als eine Trennlinie für die Abgrenzung der beiden Werkzeuge voneinander gilt, dargestellt.
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Die Darstellungsweise zeigt zum Vergleich, dass die beiden Werkzeuge ein gemeinsames Unterteil besitzen. Diese Werkzeuge sind ausgewählt, um beispielhaft zu zeigen, dass viele stanztechnischen Arbeitsverfahren sich durch Vibrationseinwirkung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ausführen lassen, wie etwa Biegen, Formstanzen, Schnittstanzen, Lochen usw.
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Gemäß einer konstruktiven Gestaltung der Vorrichtung, wie es aus den 1, 2 und 5 folgt, sind die beiden, die Vorrichtung präsentierende Werkzeuge im Unterteil ihres Gestells einheitlich ausgelegt.
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Das, in 1, 2, 3 und 5 gezeigte, die erfinderische Vorrichtung in seine erste Ausführungsform vertretende Werkzeug, weist eine schwingbare Matrize 1 auf, die einerseits mit dem stationären Unterteil 2 des Werkzeugs gekoppelt ist und anderseits zu seinem unstationären Oberteil 3 gehört. Dieses Oberteil stellt einen wechselbaren Paketsatz 4 dar, der für die Fertigung der unter bestimmten Operationen stehenden Werkstücke zur Anwendung kommt, wie es 1 und 2 zeigen. In die 3 ist ein Planetenvibrator 5 zu sehen, der als ein in Konstruktion des Werkzeugs integrierter Schwingerreger auftritt.
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Ferner weisen 1 und 2 ein in der Grundplatte 6 des Unterteils 2 zwischen einer Unterlage 7 (unten), die ein Ring ist, und einem Separator 8 (oben) angeordnetes Zwischenstück 9 auf, das mit dem Körper 10 des Vibrators 5 mittels Schrauben 11 starr gekoppelt ist. Dabei lässt die Lage des Zwischenstücks an seinem Sitz relativ zur Matrize 1 in eine horizontale Ebene unbehindert schwenken. Das Schwenken des Zwischenstücks beruht nach dieser Ausführung der Vorrichtung auf der ungewuchteten Art des Drehens des Rotors 12 des Planetenvibrators 5. Damit stellt seine Schwenkung eine oszillierende Bewegung dar, die sich durch gleichzeitiges Drehen des Rotors um die eigene Achse und um die Achse des Erregers erklärt.
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Das Zwischenstück 9 dient für das Umsetzen von durch das destabilisierte Drehen des Rotors 12 des Planetenvibrators 5 entstehenden Zentrifugalkräften in Erregkräfte der Schwingungen in dem Sinne, dass von ihm die zum Werkzeug oder zur Vorrichtung als Gegenstand der Erfindung zugeordnete Kraftübertragungselemente 13 in der zur Ebene seiner Seitenschwingungen senkrechten Ebene in Wegrichtung zur Matrize beschleunigt und daraus entstehende Kräfte intensiviert werden. Wie sich die Intensivierung vollzieht, wird es noch weiter unten beschrieben.
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Um die Kraftübertragungselemente 13 in Bewegung zu bringen, weist die obere zur Matrize zugewandte Seite des Zwischenstücks 9 eine in gewisser Weise ausgeführte Fläche 14 auf. Die Gestaltung der Ausbau der oberen Fläche 14 vom Zwischenstück ist für die erste Ausführungsform der Vorrichtung in der 1, 2 und 4 erläutert und wird noch unten beschrieben.
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Der Separator 8 dient zum Abgrenzen der in ihm voneinander gelagerten Kraftübertragungselemente 13 sowie zum Gewähren der Letzteren in der vertikalen Richtung geführten translatorischen Bewegung, um die übertragende Kräfte aufzuspalten und unterwegs ihre Umwandlung jeweils zu multiplizieren.
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Die Kraftübertragungselemente 13 dienen in der Vorrichtung als Anschlagsmittel, und sind deswegengen Träger der von ihnen zur Matrize 1 geleiteten Kräfte, die die Matrize in Form der Pulsstöße aufnimmt. Dafür ist der Separator 8 zwischen der Matrize 1 und dem Zwischenstuck 9 angeordnet, um die Matrize von unten mit den unter der Wirkung des Zwischenstücks stehenden Kraftübertragungselementen anzugreifen. Dadurch wird die Matrize nach der Begegnung mit den Kraftübertragungselementen zu axialen Schwingungen veranlasst. Für die Aufnahme der Kraftübertragungselemente sowie zur Steuerung ihrer Bewegungsvorgänge, wie es aus den 1, 2 und 4 ersichtlich ist, ist die obere Stirnflache 14 des Zwischenstucks 9 mit einzelnen, mit konkavem Profil ausgebildeten Aushöhlungen 15 vorgesehen.
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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Kraftübertragungselemente 13 die Kugeln und die Aushöhlungen 15 in der Form der Kalotten ausgeführt. Der Durchmesser dieser kugelförmigen Versenkungen ist größer als der der Kugeln. Eine derartige Ausführung lässt die Kraftübertragungselemente in beliebiger Richtung ranggleich am Rand der Aushöhlungen während der oszillierenden Bewegung des Zwischenstücks befördern. Damit erheben sich die durch den Seitenschwung des Zwischenstücks verschobene Kugeln in den Aushöhlungen über ihren tiefsten in der 4 links bis zu ihren in der 4 rechts hingewiesenen höchsten Stellung. Dabei bleiben die in Berührung stehenden Oberflächen von den Paaren der Kugel-Kalottenaushöhlungen 13/15 unabhängig von den zueinander relativen Stellungen der eigentlichen Kugeln und des Zwischenstücks im Laufe des Verfahrens, ständig im Kontakt. Dies führt zwischen den Gliedern jedes genannten Paars zu einer Verbindung, die einen Keilantrieb mit flexibler Kupplung seiner Bestandteile darstellt.
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Zudem dienen im ausgebildeten Keilantrieb die Kugeln 13 als angetriebener Keil und das auf sie einwirkende Zwischenstück 9 durch sein mit der bestimmten Geometrie ausgebildetem Profil als Antriebsschieber. Wobei sich das Kraftübersetzverhältnis der Paare den Keilantrieb bildenden Details 13 und 15 wegen des krummen Umrisses ihrer zusammenwirkenden Flächen von der Neigung einer durch einen gemeinsamen Angriffspunkt gezogenen Tangente ermitteln lässt. Davon ausgehend können die übertragenden Kräfte vom Zwischenstück 9 zur Matrize 1 durch den in der Anwendung gebrachten Keileffekt vielfach vergrößert werden. Das macht die Wirkung von den Erregerkräften effektiver.
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Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung bildet sich eine Schwingerkette, die sich im zeitlichen Ablauf des Verfahrenvorganges aus zwei Komponenten zusammensetzt. Die erste Komponente ist die primär gelieferte Schwingung des Erregers. Die zweite ändert sich in seiner Entwicklung mit der steigenden Intensität und stellt impulsförmige Schwingungen dar.
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Gemäß der in der 1, 2 und 5 gezeichneten Ausführungsformen verhalten sich die Kugeln beim Verfahrensvorgang so, dass sie, von den ihren Antrieb bewirkten, von durch die exzentrische Lage des Rotors 12 entstehenden Schwingungen des Zwischenstücks 9, stets ihre Bahn ändern.
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Die schnelle Folge von Hin- und Hergängen der Kugeln bestimmt eine hohe Frequenz der von den Stößen herrührenden Schwingungen.
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Bei der in den 5, 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Erreger von den Matrizenschwingungen ein konventioneller Motor 16, dessen Antriebsglied ein mit großer Drehzahl drehender einfacher Rotor 17 ist. Dabei ist der Rotor über seinen Flansch 18 mit dem Zwischenstück 9 mittels Schrauben 11 fest verbunden. Deswegen beruht die Schwenkung des Zwischenstücks auf der ausgewuchteten Art vom Drehen des Rotors vom Motor und stellt somit die in einer Ebene drehende Bewegung dar. Der Befestigungsknoten der Motorkupplung mit der Vorrichtung ist nicht gezeigt.
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Die Gestaltung des Ausbaus der oberen Fläche 14 vom Zwischenstuck 9 ist für die zweite Ausführungsform der Vorrichtung in den 6 und 7 erläutert. Diese weist kreisförmige, zueinander konzentrisch ausgebildete für den Antrieb der Kugeln 13 mit bestimmtem Profil ausgeführte Laufbahnen 19 auf. Die Geometrieform des Profils 20 von jeder Laufbahn, wie es an Hand von 7 nachzuvollziehen ist, ist aus den alternierend konvexen und konkaven aufeinanderfolgenden Bogenstücken zusammengesetzt. Dabei sind die Halbmesserabmessungen von den Bogenstücken, um die die Kugelbewegung beeinträchtigten Klemmungen oder Verzögerungen zu vermeiden, größer als der Halbmesser der Kugeln. Ferner bilden die konvexen Elemente des Profils 20 mit den Kugeln 13 einen Keilantrieb, der sich durch die schnell abwechselnden, während der verfahrengerechten Laufzeit des Vibrators balligen Stellen, vom Antriebsprofil des Zwischenstücks auszeichnet.
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Im Vergleich zur ersten Ausführungsform stützt sich das Zwischenstück 9 von unten auf die konische Walze 21. Dabei sind die im Kontakt mit der Walze stehenden Oberflächen vom Zwischenstück und der Unterlage 7 unter Übereinstimmung mit der Neigung der Walze 21 schräg ausgebildet. Solche Art von der Lagerung des Zwischenstücks im Gegensatz zur Gleitlagerung der ersten Ausführung ist stärker wirksam bei hoher Belastung des Werkzeugs durch Bearbeitung von hochfesten Werkstoffen oder von den werkstoffdicken Werkstücken sowie von Blechen.
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Die 5 zeigt, dass die beiden Ausführungen der Vorrichtungen die gleiche Anordnung von Kugeln 13 haben und in ihrem Unterteil 2, um den leichten Austausch der mit den Matrizen 1 gebundenen Paketsätze 4 zu ermöglichen, auch eine gleiche konstruktive Gestaltung aufweisen. Ein an den Tisch einer Maschine stationär eingebauten Unterteil 2 ist an ein unstationäres Oberteil 3 anpassbare.
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Gemäß der 5 enthält das Unterteil 2 vier zur Aufnahme der Paketsatze 4 eingerichtete und zum führenden Pendeln der Matrize dienende Ständer 22. Um die Austauschbarkeit von den ersetzenden Paketen lassen zu können, sind diese mit der Grundplatte 6 abnehmbar mit Hilfe der Schrauben 23 starr gekoppelt. Dadurch ergibt sich ein schneller Anschluss des wechselnden Anteils des Werkzeugs vor Ort. Die Passung dieser nicht standardisierten, kompatiblen Paketsätze des Oberteils an dauernd unablösbares, pressengebundenes Unterteil geschieht durch vier rechtwinklig zueinander vom rund ausgebildeten Flansch 24 der Matrizensohlfläche abgeschnittenen Sehnen und den mit der Angabe gleicher Zahl bezifferten Anschlussflächen 25 der Ständer 22. Dabei bilden die zueinander zugewandten Oberflächen der Ständer und die Sehnen des Matrizenflansches, paarige Führungselemente.
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Um den Separator 8, das Zwischenstück 9 und die Unterlage 7 in ihrer Zusammenstellung miteinander im Unterteil 2 des Werkzeugs zu halten, sind die obere Fläche der Grundplatte 6 sowie der Separator auf eine gleiche Ebene gebracht und sind vom Ständer 22 überdeckt, wie es aus den 1, 2 und 6 zu ersehen ist. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung in Kupplung der aufgezählten Bestandteile des Unterteils 2, die die Schwenkung des Zwischenstücks freistellt.
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Für die Durchführung der schneidenden Operationen können an Anschlussflächen 25 für die exakte Leitung des schwingbaren Elements zwischen Sehnen und den Ständern 22 zusätzlich aus dem Stand der Technik bekannte einstellbare Führungsplatten (nicht gezeigt) angebracht werden.
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Ferner weisen die Ständer 22 einstückig einen über den Flansch 24 vorstehenden Hackenabschnitt 2b auf. Durch die angebrachten zwischen den Abschnitten und dem Flansch 24 der Matrize 1 Amplitudebegrenzenden Federn 27 wird ein übermäßiger Schwung der Matrize 1 nach oben verhindert. Hiermit entsteht im Zusammenhang der Matrize 1 und den Kugeln 13 eine kraftschlüssige Verbindung und dabei wird der Anschluss des Oberteils 3 an das Unterteil 2 des Werkzeugs hergestellt.
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Um die verrückte Stellung der Ständer 22 auf der Grundplatte 6 vermeiden zu können, ist es in der Zusammenstellung der Matrize und den Ständern eine formschlüssige Sicherung dieser Teile von der gegenseitigen Verschiebung durch Stifte 28 und von der relativen Schwenkung zueinander durch die Bildung einer gemeinsamen Anschlussfläche 25 vorgesehen, wie es die 5 ferner verdeutlicht.
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Die Amplitude der Matrizenschwingungen ist in den 4 und 7 mit dem Buchstabe „h” bezeichnet. Diese setzt sich aus den oberen und unteren Stellungen Kugeln 13 im Separator 8 zusammen. Dabei sind die Stellungen der Kugeln von beiden Seiten des Separators symmetrisch und sind als halbwertige Ausschlagkomponenten von der ganzen Amplitude mit „h/2” bezeichnet.
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Um die rasche Folge von den zur Matrize 1 zugerichteten Stößen zu vermitteln, ist der Separator 8 als eine Scheibe mit mehreren in jeweils gleichen Abständen konzentrisch angeordneten Lochreihen ausgebildet. Die Löcher sind für das Abtrennen der Kugeln voneinander vorgesehen und ihre Wände dienen zum leitenden Pendeln der Kugeln.
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Die Dicke des Separators 8 wird von der ausgewählten Amplitude der Schwingungen bestimmt und deswegen müssen die Kugeln 13 so groß gewählt werden, dass sie aus ihren Kontakten mit den Löchern des Separators nicht herausfallen können.