DE102007020166A1

DE102007020166A1 - Werkzeughalter mit mechanischen Wirkmitteln

Info

Publication number: DE102007020166A1
Application number: DE200710020166
Authority: DE
Inventors: Andre Dr. Philipskötter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2008131879A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter, insbesondere für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse, welcher einen Werkzeughaltebereich hat, der ein Werkzeug hält, welches im Betrieb unter elastischer Verformung der Fachwerkstruktur des Werkzeughalters mit einer Betriebskraft gegen ein Werkstück oder dgl. zu pressen ist. Es ist eine erhöhte Einsatzflexibilität dadurch gegeben, dass an dem Werkzeughalter, insbesondere lösbar, anzubringende, in einem oder auf einen Verformungsbereich wirkende mechanische Wirkmittel vorgesehen sind, welche unter der Verformung vorbestimmte mechanische Eigenschaften, insbesondere Verformungseigenschaften, des Werkzeughalters in vorbestimmtem Sinne beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Werkzeughalter sind – z. B. als Zangen – insbesondere für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie für thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Handlings- oder Montageprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse bekannt.
Im Falle des Widerstandspunktschweißens bedeutet dies, dass es in der Regel eine Vielzahl von zu bearbeitenden, d. h. mittels Schweißpunkten zu verbindenden Werkstücken/-konturen gibt. Daher gibt es Schweißzangen der eingangs genannten Art als Werkzeughalter, die an zu verbindende Werkstückkonturen (bzw. Bauteilgeometrien und Zugänglichkeiten der Werkzeuge zur Füge-/Montagestelle) angepasst sind. Je nach Schweißaufgabe gibt es unterschiedliche bzw. vielfältigste Anforderungen an die Fügezange, wie zum Beispiel Schweiß- und Kraftprofil oder aber die Zugänglichkeit der Fügezange an die zu verschweißende Stelle beispielsweise im Automobil-/Karosserierohbau. Für verschiedene Arbeitsaufgaben gibt es in der Regel eine große Vielzahl von unterschiedlichen Zangen mit an die Schweißaufgabe angepasster Zangengeometrie.
Aufgrund der stark voneinander abweichenden Anforderungen an die Auslegung der Zange und der hohen Variabilität der Anforderungen zum Teil je Fügepunkt/Schweißaufgabe innerhalb einer Schweißzange/je Schweißzange/je Aufgabenbereich einer Schweißzange/je Fügespektrum einer Schweißzange sind solche Zangen in der Regel aber nur unzureichend an die jeweiligen, unterschiedlichen, individuellen, mechanischen Anforderungen angepasst, z. B. in Bezug auf das Nachsetzverhalten, die Masse oder das Verformungsverhalten der Schweißzange unter der wirkenden Elektrodenkraft/Anpreßkraft. Oft wird eine Zange nur für den gerade relevanten, konkreten Anwendungsfall dimensioniert, d. h. zum Beispiel für bestimmte zulässige Elektrodenkräfte (z. B. bis 5 kN) ausgelegt. Diese Systeme sind nicht ohne weiteres/ohne größeren Umrüstaufwand bzw. zum Teil neue Berechnungen/Konstruktion an neue, auch höhere Ansprüche wie beispielsweise Elektrodenkräfte von bis zu 8 kN, umzustellen. Andererseits bedeutet die Verwendung bestehender Zangen Nachteile für das Schweißergebnis durch die höheren Anforderungen der jeweiligen Material-/Werkstoffkombination (Elektrodenkraft, Werkzeuggenauigkeit/versätze, Aufbiegung, Nachsetzverhalten ...) bzw. das nicht angepaßte mechanische Verhalten der Zange.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeughalter der eingangs genannten Art der Art weiterzubilden, dass er vergleichsweise leicht aufgebaut sein kann und dass die relativ leichte Bauweise (Gewicht und Struktur) für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anforderungen an einen Werkzeughalter verfügbar gemacht werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeughalter der eingangs genannten Art einfacher und flexibler anwendbar auszugestalten und/oder hinsichtlich der Konfigurierbarkeit flexibler oder überhaupt erst im Hinblick auf die Anpassung an eine vorhandene Werkstück-Bearbeitungsaufgabe/Schweißaufgabe anpassen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass die für das Bearbeitungsergebnis äußerst relevanten, insbesondere mechanischen, Verformungseigenschaften nicht nur durch den Austausch des entsprechenden Werkzeughalters bewerkstelligt werden können oder müssen. Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass vielmehr an einem vorhandenen Werkzeughalter dessen Verformungseigenschaften signifikant in vorbestimmter Weise beeinflusst werden können, indem dort an den für die Verformung und das mechanische Verhalten der Zange relevanten Stellen zusätzliche, mechanische Wirkelemente bzw. Wirkmittel vorgesehen werden. Diese mechanischen Wirkmittel sind vorzugsweise lösbar anzubringen; sie können aber auch fest und unlösbar angebracht werden.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Werkzeughalter für eine Vielzahl von verschiedenen Schweißaufgaben und/oder mit einer Vielzahl von verschiedenen mechanischen Eigenschaften ausgelegt werden kann. Dies kann nachträglich geschehen. Außerdem kann er für eine Vielzahl von Betriebskräften ausgelegt sein. Er kann aber auch auf Betriebskräfte unterschiedlich reagieren, z. B. mit unterschiedlicher Aufbiegung, Nachsetzverhalten oder ähnlichem.
Dadurch werden Freiheitsgrade für die Anpassung der mechanischen Eigenschaften eines vorhandenen Werkzeughalters geschaffen, und zwar auf der Ebene von mechanischen Wirkmitteln, z. B. Maschinenelementen, die wesentlich kleiner, leichter und wesentlich leichter standardisierbar sind und zudem zu Kosteneinsparungen – sowohl im Invest als auch in den laufenden Kosten – führen.
Die mechanischen Wirkmittel sind in oder an oder nahe einem elastischen Verformungsbereich lösbar anzubringen. Sie können so angebracht werden, dass sie in dem Verformungsbereich oder auf den Verformungsbereich wirken.
Durch die Anwendung in Bezug auf den, vorzugsweise elastischen, Verformungsbereich wird gewährleistet, dass die mechanischen Wirkmittel unter der Betriebskraft auch an der mechanischen Verformung und damit an den physikalischen Verformungseigenschaften des Werkzeughalters teilhaben. Die mechanischen Eigenschaften des Werkzeughalters werden derart beeinflusst, dass die für den jeweiligen Bearbeitungsprozess relevanten Eigenschaften angepasst oder verändert sind gegenüber der Konfiguration des Werkzeughalters ohne die mechanischen Wirkmittel bzw. ohne ein mechanisches Wirkmittel.
Die oben genannten Vorteile werden damit insbesondere dadurch erreicht, dass die zusätzlich vorgesehenen, mechanischen Wirkmittel praktisch frei konfigurierbar sind und einen großen Bereich gewünschter mechanischer Eigenschaften abdecken und/oder dass die mit den Wirkmitteln resultierenden mechanischen Eigenschaften des Werkzeughalters in einem großen Bereich gewünschter Einflussgrößen bzw. Einflussgrößenbereiche veränderbar sind.
Die Wirkmittel können zusätzlich zu anderen Elementen, Maschinenelementen oder funktional-technischen Maßnahmen oder einfach als zusätzlich vorgesehene Bauteile ausgestaltet sein. Sie können sowohl nachträglich nachgerüstet werden als auch von vornherein – z. B. als standardisierter Baukasten – ab Werk vorgesehen und mitgeliefert werden. Dann können sie auch vorher oder nachträglich fest und unlösbar mit dem Werkzeughalter verbunden sein oder werden. Sie können aber auch lösbar daran befestigt sein.
Die Erfindung sieht vor, dass die für den jeweiligen Bearbeitungsprozess relevanten, mechanischen Eigenschaften, vor allem signifikant, in vorbestimmten Sinne zu beeinflussen sind; insbesondere sind eine Vielzahl von gewünschten Eigenschaften für eine Vielzahl bzw. die meisten vorgesehenen Bearbeitungsprozesse bereits flexibel durch die Erfindung abgedeckt, wenn zumindest eine der mechanischen Eigenschaften ausgewählt ist aus: Steifigkeit bzw. Aufbiegung, Elastizitätseigenschaften, insbesondere Elastizitäts- oder Federeigenschaften, Dämpfungseigenschaften, insbesondere Nachsetzverhalten, elastisch-plastische Eigenschaften, insbesondere Elastizitätsgrenze und dergleichen.
Die Vorteile der Erfindung kommen für eine besonders große Vielzahl oder für praktisch alle Anwendungsfälle, d. h. Arbeitsverfahren, Herstellungsverfahren, Bearbeitungsprozesse etc. in Betracht, wenn die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden im Sinne einer höheren/geringeren Aufbiegung und/oder eines schnelleren und/oder langsameren und/oder dynamischeren Nachsetzverhaltens und/oder einer höheren Presskraftbelastbarkeit und/oder einer geringeren Gesamtmasse.
Für die Erfindung kann ein passives, mechanisches Wirkmittel, z. B. ein passives Maschinenelement bzw. jedes passive Maschinenelement vorgesehen sein. Das hat den Vorteil, dass eine Anpassung der mechanischen Eigenschaften – insbesondere ohne zusätzliche Energiezuführung von außen – und nur durch das entsprechende, passive, mechanische Wirkmittel erfolgen kann. Des Weiteren hat die Verwendung passiver, mechanischer Wirkmittel den Vorteil, dass diese vergleichsweise klein und leicht aufgebaut sein können und daher auch vergleichsweise leicht einbaubar, zu befestigen oder austauschbar sind und schnell angepasst werden können.
Insbesondere ist ein weites Spektrum von vorbestimmten mechanischen Eigenschaften und ein weites Spektrum von Parametern, die in vorbestimmten Sinne beeinflusst werden, bereits dann abgedeckt, wenn zumindest ein mechanisches Wirkmittel ausgewählt ist aus: Maschinenelemente wie Federmittel, Dämpfungsmittel, Versteifungsmittel, Strebenmittel.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein aktives, mechanisches Wirkmittel, insbesondere ein hydraulischer, pneumatischer und/oder elektrischer Servoantrieb, vorgesehen ist. Dies erhöht die Flexibilität bzw. das vorgesehene Einsatzspektrum und die erreichbaren Freiheitsgrade der mechanischen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf bestimmte Kraftprofile signifikant. Im Falle des Widerstandspunktschweißens kann beispielsweise beim Aufschmelzen des Werkstoffes ein anderes Verhalten der Zange/des Werkzeughalters erforderlich sein, als beim übrigen Prozess, beispielsweise beim Erstarren der Schweißlinse.
Der Werkzeughalter kann – vorzugsweise in zumindest einem Teilbereich eines elastisch zu verformenden Bereichs – zumindest zwei starr miteinander und/oder mit Basisabschnitten des Werkzeughalters verbundene Module aufweisen. Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass eine im Prinzip leicht bauende und/oder einfach aufgebaute Fachwerkstruktur, insbesondere mit geringem Gewicht, für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anforderungen individuell, mit geringem Aufwand und geringen (Herstell-)Kosten bzw. Änderungskosten, flexibel und einfach hergestellt werden kann, wenn die Fachwerkstruktur in bestimmten, z. B. bezüglich des mechanischen, resultierenden Gesamtverhaltens maßgeblichen, Abschnitten, die zum Beispiel die mechanischen Eigenschaften maßgeblich bestimmen, modular aufgebaut und gleichzeitig die Module starr miteinander und/oder mit Basisabschnitten des Werkzeughalters verbunden sind., Der Werkzeughalter kann dabei in zumindest einem Teilbereich, aber auch in zweien oder mehreren Teilbereichen solche Module aufweisen.
Der Werkzeughalter weist vorzugsweise mindestens Abschnittsweise eine geometrische Fachwerkstruktur mit Knotenbereichen auf, in denen Strebenelemente der Fachwerkstruktur starr miteinander verbunden sind. Eine Fachwerkstruktur baut vergleichsweise leicht und hat in der Regel eine Vielzahl von Streben und somit auch eine Vielzahl von Stellen, an denen erfindungsgemäße Wirkmittel platziert werden können. Außerdem können an Strebenelementen oder statt Strebenelementen auch mechanische Wirkmittel verwendet werden. Dazu schlägt die Erfindung vor, dass zumindest eines der Strebenelemente ein mechanisches Wirkmittel aufweist und/oder praktisch durch ein mechanisches Wirkmittel gebildet ist. Dadurch ist ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter flexibel einsetzbar und die erreichbaren Parameterspektren sind erweitert.
Eine genaue, zuverlässige, reproduzierbar vorbestimmte Funktion, insbesondere Positionierung und Führung eines gehaltenen Werkzeugs, wird dadurch erreicht, dass der Werkzeughalter, insbesondere mit miteinander verbundenen Modulen, eine derartige, resultierende Fachwerkstruktur aufweist, dass bezüglich zumindest eines Knotenbereiches zumindest eine Mittellinie oder ein Abschnitt einer Mittellinie eines in diesen Knotenbereich einmündenden Strebenelementes außermittig bezüglich des Knotenbereiches ausgerichtet ist und/oder der Schnittpunkt der Mittellinien oder von Abschnitten der Mittellinien zumindest zweier in diesen Knotenbereich einmündender Strebenelemente außermittig bezüglich des Knotenbereiches angeordnet ist, so dass die strukturelle, resultierende außermittige Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches beeinflusst. Die Auslegung nach dieser „Ausrichtungsstruktur" kann nach im Stand der Technik durchweg bekannten Prinzipien erfolgen, z. B. mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Durch die Ausrichtungsstruktur werden – vereinfacht gesagt – die durch die Betriebskraft in den Werkzeughalter eingeleiteten Kräfte derart geleitet, dass der Werkzeughaltebereich eine möglichst gleichbleibende Ausrichtung – beim Widerstandspunktschweißen idealerweise senkrechte Ausrichtung der Elektroden zur Blechoberfläche der zu verschweißenden Bleche – auch unter der Betriebskraft wahrt.
Dies erhöht wiederum den möglichen Nutzen der Erfindung insbesondere dadurch, dass die mechanischen Wirkmittel als Elemente einer solchen Ausrichtungsstruktur angesetzt bzw. ausgestaltet oder eingesetzt sein können.
Die vorliegende Erfindung wird flexibler konfigurierbar, z. B. wird die Verkippung eines Werkzeughaltebereiches nach Maßgabe des jeweiligen Bearbeitungsprozesses, z. B. im Sinne einer maximal erlaubten/zulässigen Verkippung, konfigurierbar und/oder vorherbestimmbar, wenn eine Mittellinie zumindest eines Wirkmittels außerhalb oder außermittig von benachbarten Knotenbereichen verläuft, und/oder der Schnittpunkt der Mittellinien zumindest zweier einem Knotenbereich benachbarter Wirkmittel und/oder der Schnittpunkt der Mittellinie zumindest eines einem Knotenbereich benachbarten Wirkmittels mit der Mittellinie zumindest eines diesem Knotenbereich benachbarten Strebenelementes außermittig bezüglich oder außerhalb des Knotenbereiches verläuft, so dass die strukturelle, resultierende außermittige bzw. nach außerhalb verlagerte Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches beeinflusst.
Dabei – sowohl wenn die mechanischen Wirkelemente die Ausrichtungsstruktur mitbestimmen oder geben, als auch wenn diese praktisch nicht oder gar nicht an der Ausrichtungsstruktur-Eigenschaft beteiligt sind – kann vorgesehen sein, dass im Zusammenwirken mit einem Wirkelement und/oder im Zusammenwirken mit Basisabschnitten des Werkzeughalters die Fachwerkstruktur die gemäß Anspruch 10 resultierenden Eigenschaften aufweist.
Um einen größeren Bereich, insbesondere einen größeren Bereich möglicher mechanischer Eigenschaften zugänglich zu machen und/oder um die Zahl von – z. B. standardisierten – unterschiedlichen Wirkmitteln geringer zu halten, wird vorgeschlagen, dass eine resultierende, wirkungsmäßige Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung von mechanischen Wirkelementen vorgesehen ist. Dann können durch die Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung von Wirkmitteln durch einzelne Wirkmittel nicht oder nur unzureichend darstellbare, resultierende, mechanische Eigenschaften erreicht werden. Umgekehrt können durch wenige, z. B. standardisierte, mechanische Wirkelemente sehr weite Bereiche von gewünschten, mechanischen Eigenschaften abgedeckt werden. Z. B. können nur sehr wenige, verschiedene mechanische Wirkelemente vorgesehen sein, die in Kombination miteinander, z. B. in Serienschaltung oder in Parallelschaltung ein weites Spektrum von mechanischen Eigenschaften erreichen lassen. Z. B. kann im Extremfall lediglich ein mechanisches Wirkelement vorgesehen sein, welches in Kombination eine Vielzahl von Eigenschaften erreichbar macht.
Die Erfindung wird bereits für eine Vielzahl von Bearbeitungsaufgaben verwendbar, wenn der Werkzeughalter einen im wesentlichen C-förmigen, resultierenden Grundriss hat und/oder wenn er einen im wesentlichen X-förmigen, resultierenden Grundriss hat, wobei die Kreuzungsstelle der X-Form eine Lagerstelle oder ein Gelenk aufweist.
Ein- und derselbe Werkzeughalter kann für eine Vielzahl von Bearbeitungsaufgaben verwendet werden, wenn zumindest ein Wirkmittel oder alle Wirkmittel austauschbar sind. Dabei kann ein vorhandenes Wirkmittel entfernt und durch ein anderes Wirkmittel ausgetauscht werden. Anstelle eines eingesetzten Wirkmittels kann dieses auch durch ein weiteres – z. B. in Serie oder Parallel geschaltetes – Wirkmittel ergänzt werden. Außerdem kann die Standzeit einer teuren Schweißzange z. B. dadurch erhöht werden, dass die mechanische Belastung durch ein erfindungsgemäßes Wirkmittel zumindest teilweise aufgenommen oder abgefangen wird, welches dann nach seinem Verschleiß einfach, preisgünstig und schnell ausgetauscht werden kann.
Die Auslegung eines Werkzeughalters wird vereinfacht und es können im Vorfeld die Eigenschaften aller oder einiger oder der häufigsten oder regelmäßig vorkommender Be- und Verarbeitungsprozesse berücksichtigt werden, wenn ein, insbesondere standardisiertes Baukastensystem für unterschiedliche Wirkmittel vorgesehen ist. Ebenfalls alternativ oder als Bestandteil eines Baukastensystems kann vorgesehen sein, dass an dem Werkzeughalter, insbesondere an vorbestimmten, standardisierten Stellen, Befestigungsmittel für die Anbringung von Wirkmitteln vorgesehen sind. Dadurch werden Fehler bei der Anwendung ausgeschlossen bis minimiert. Zusätzlich können ab Werk vorgesehene, besonders gut geeignete Stellen im Sinne einer Verformung bzw. im Sinne der Anordnung für den Bearbeitungsprozess, vorgesehen sein.
Die hierin enthaltenen Ausführungen, inklusive Aufgaben, Vorteilen und technischen Merkmalen gelten sinngemäß auch für ein Verfahren nach Anspruch 20 und für ein Produkt nach Anspruch 21.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters, C-Zange, mit zusätzlichen Mechanikelementen bzw. Wirkmitteln,
2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer Fachwerkstruktur eines Werkzeughalters mit einem in gegenüberliegenden Langlochschwenkbohrungen eingesetzten Strebenelement,
3a eine Seitenansicht eines Werkzeughalters, C-Zange, mit Fachwerkmodulen, bei dem in ein Fachwerkmodul ein Dämpfungsmittel eingesetzt ist,
3b eine Seitenansicht eines Werkzeughalters, C-Zange, mit Fachwerkmodulen, bei dem in ein Fachwerkmodul ein Federmittel eingesetzt ist,
4a eine Seitenansicht eines Werkzeughalters, bei dem exemplarisch in den Bügeleckknoten jeweils ein mechanisches Wirkelement angeordnet ist,
4b eine Seitenansicht eines Werkzeughalters, C-Zange, mit einem Aufbau aus zwei deckend übereinander liegenden Schichten,
4c die Draufsicht, wie in 4b eingezeichnet, wobei exemplarisch die Wirkmittel in dem Zwischenraum innen zwischen den Schichten angeordnet sind,
4d eine Draufsicht auf einen Werkzeughalter, C-Zange, bei dem die Wirkmittel außen auf den jeweiligen Schichten angeordnet sind,
5 eine Seitenansicht eines modular aufgebauten Werkzeughalters, C-Zange, mit exemplarisch dargestellten Anordnungen von Wirkelementen,
6 eine Seitenansicht eines modular aufgebauten Werkzeughalters, C-Zange, wobei in einem Modul Strebenmittel vorgesehen sind,
6b unterschiedliche, exemplarische Anordnungen und geometrische Ausgestaltungen von Strebenelementen, innerhalb eines Fachwerkmoduls
6c unterschiedliche Ausgestaltungen von Strebenelementen in Seitenansicht und im Querschnitt,
7a eine X-Zange,
7b eine weitere, hebelmäßig unterschiedliche Konfiguration einer X-Zange,
8 Anordnungen von verschiedenen mechanischen Wirkmitteln an einem Werkzeughalter in X-Form in Seitenansicht,
9a eine Detailansicht eines Hebelbereichs eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters mit Schwingen und Federn,
9b eine Detailansicht eines Hebelbereichs eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters, ebenfalls mit Schwingen und Federn, aber in gegenüber der 9a abweichender Konfiguration der Federmittel und Schwingen,
10a eine Konfiguration von Federn und Schwingen und
10b wiederum eine andere Konfiguration von Federn und Schwingen, jeweils an einem Hebelende eines oberen Zangenarmes exemplarisch gezeigt.
1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters mit zusätzlichen Mechanikelementen bzw. Wirkmitteln. Es handelt sich um eine C-Zange, die hier ohne Einschränkung der Allgemeinheit als Schweißzange für Widerstandspunktschweißen gezeigt ist. Der Werkzeughalter ist aber allgemein für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraubprozesse, Einpressprozesse oder dergleichen Bearbeitungsprozesse oder Verarbeitungsprozesse vorgesehen. Der Werkzeughalter 1 hat im wesentlichen einen Bügelrücken 38 und einen oberen Zangenarm 2 und einen unteren Zangenarm 3, so dass sich insgesamt eine C-Form oder die Form eines nach links gedrehten, liegenden U oder eines Hufeisens mit einer in der 1 nach links offenen Öffnung 56 ergibt. Der Werkzeughalter 1 hat einen oberen Werkzeughaltebereich 7 und einen unteren Werkzeughaltebereich 8. In dem oberen Werkzeughaltebereich 7 ist eine obere Schweißelektrode 9 gehalten, in dem unteren Werkzeughaltebereich 8 eine untere Schweißelektrode 10.
Die Schweißelektroden 9, 10 sind länglich ausgebildet und fluchten miteinander, wobei sie zwei oder mehrere übereinander gelegte Bleche, nämlich hier ein oberes Blech 5 und ein unteres Blech 6, aufeinanderpressen bzw. fixieren. Beim Schweißprozess werden die beiden Elektroden vor, während und nach dem Stromfluss gegeneinander gedrückt mit der Betriebskraft F_B. Die Betriebskraft F_B wird durch den Antrieb 4 aufgebracht. Es kann sich dabei beispielsweise um einen elektrischen Antrieb, z. B. einen Servomotor, oder einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb handeln.
Im gezeigten Fall ist somit das obere Werkzeug, die obere Schweißelektrode 9 mit der Betriebskraft F_B gegen das Werkstück, das obere Blech 5, zu pressen. Je nach der Höhe der Betriebskraft F_B biegen sich die beiden Zangenarme 2, 3 auf. Dabei werden die obere Schweißelektrode 9 und/oder die untere Schweißelektrode 10 (die untere wird in der vorliegenden Darstellung nicht bewegt) ausgefahren und erfahren eine relative Schrägstellung durch die Zangenaufbiegung. Eine solche Schrägstellung ist für den Bearbeitungsprozess, hier das Schweißergebnis und die Standmengen der Werkzeuge/Komponenten, nachteilig. Des weiteren hat der Werkzeughalter 1 bestimmte, mechanische Eigenschaften, wie z. B. Steifigkeit bzw. Aufbiegung, Elastizitätseigenschaften, insbesondere Elastizitäts- oder Federeigenschaften, Dämpfungseigenschaften, insbesondere Nachsetzverhalten, elastisch-plastische Eigenschaften, insbesondere Elastizitätsgrenze und dergleichen. Für unterschiedliche Bearbeitungsprozesse oder Verarbeitungsaufgaben oder dergleichen können unterschiedliche mechanische Eigenschaften gewünscht sein. Der gezeigte Werkzeughalter 1 kann möglicherweise nicht ohne Modifikationen gleichzeitig alle unterschiedlichen, für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben erforderlichen, mechanischen Eigenschaften aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ sind daher an dem Werkzeughalter 1 in einem Verformungsbereich wirkende, vorzugsweise lösbar anzubringende, mechanische Wirkmittel 11, 12, 13 vorgesehen. Die mechanischen Wirkmittel sind hier beispielhaft gezeigt als Dämpfungsmittel 11, Federmittel 12 und Antriebsmittel (aktiv) 13. Die gezeigten, mechanischen Wirkmittel 11, 12, 13 sind – entlang der Längsrichtung der Öffnung 56 von außen nach innen gesehen – in folgender Reihenfolge angeordnet: Federmittel 12, Dämpfungsmittel 11, Antriebsmittel 13. Sie können auch in jeder anderen Reihenfolge vorgesehen sein, je nach den gewünschten, resultierenden mechanischen Eigenschaften. Hier sind auch der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber drei mechanische Wirkmittel in der Zangenöffnung 56 gezeigt. Es kann auch lediglich ein mechanisches Wirkmittel dort angeordnet sein, oder es können zwei oder mehr gleiche oder unterschiedliche mechanische Wirkmittel vorgesehen sein.
Jedes der mechanischen Wirkmittel 11, 12, 13 ist an Befestigungsstellen 34, 35 mit Befestigungsmitteln 36, 37 (z. B. Befestigungsösen) lösbar innerhalb der Öffnung 56 befestigt, wobei sich die Längsachse der mechanischen Wirkmittel 11, 12, 13 praktisch quer zwischen oberem Zangenarm 2 und unterem Zangenarm 3 erstreckt. Die gezeigten mechanischen Wirkelemente 11, 12, 13 würden im gezeigten Fall also insbesondere das Aufbiegen der Zangenarme 2, 3 und das entsprechende Nachsetzverhalten beeinflussen.
Vom Federmittel 12 aus weiter nach innen folgt praktisch unmittelbar angrenzend das in gleicher Weise angeordnete Dämpfungsmittel 11. Es ist hier schematisch als Kolben-Zylinder-Einheit gezeigt, die z. B. mit Luftdruck, pneumatisch oder vorzugsweise hydraulisch oder mit anderen Medien als Dämpfungsmittel arbeiten kann. Obgleich der Kolben hier geöffnet gezeigt ist kann er z. B. auch geschlossen sein, wie dies bei einem reinen hydraulischen Dämpfungskolben der Fall sein kann. Vorausgesetzt, dass – wie auch bei den anderen mechanischen Wirkmitteln 12, 13 – die Befestigung in der Öffnung praktisch starr ist, wird die Dämpfung sowohl beim Aufbiegen der Zangenarme 2, 3 als auch beim Zusammenbiegen oder beim Zurückfedern in die Ausgangsposition oder in eine weniger weit aufgebogene Konfiguration der Zangenarme 2, 3 wirksam.
Weiter nach innen bezüglich der Öffnung 56 gesehen folgt ein aktives Antriebsmittel 13., welches hier beispielhaft und – wie auch alle anderen Darstellungen – grob schematisch gehalten ist. Es hat einen Servomotor 14, der z. B. eine Spindel (oberhalb des Servomotors 14) dreht, die sich in der darüber angeordneten, ebenfalls grob schematisch dargestellten Hülse dreht und daher die Spindel-Hülsen-Kombinationen entsprechend verkürzt oder spreizt mit entsprechender Wirkung auf die beiden Zangenarme 2, 3.
3a zeigt, dass ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter 1 modular aus einzelnen, insbesondere starr, miteinander verbundenen Modulen 15, 16, 17 aufgebaut sein kann oder zumindest einzelne, solche Module 15, 16, 17 aufweisen kann. Der Werkzeughalter 1 muss nicht ausschließlich aus Modulen 15, 16, 17 bestehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bügelrücken 38 praktisch starr und nicht modular aufgebaut (er kann aber auch selber modular aufgebaut sein oder zumindest abschnittsweise Module aufweisen). Der obere Zangenarm 2 hat zwei Module 15, 16, und zwar ein äußeres Modul 15 und ein inneres Modul 16. Zwischen den Modulen 15, 16 (nicht gezeigt) und an den Anschlussstellen der Modulverbindung aus den Modulen 15, 16 ist jeweils eine mechanischen Schnittstelle 41, 42 zur starren Verbindung mit den daran anschließenden Komponenten gegeben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist am oberen Zangenarm 2 links ein weiteres Modul an der mechanische Schnittstelle 41 angeschlossen, welches den Werkzeughaltebereich 7 und den Antrieb 4 und dessen Aufnahme trägt. Rechtsseitig ist ein mechanischer Anschluss 42 an dem Bügelrücken 38 vorgesehen, wobei die Verbindung mittels einer (lösbaren) Schraubverbindung 43 erfolgt. Am unteren Zangenarm 3 ist ebenfalls ein Modul 17 vorgesehen, welches am Bügelrücken 38 mittels einer Schraubverbindung 43 wiederum befestigt ist. Linksseitig des Moduls 17 sitzt die Werkzeugaufnahme mit dem Werkzeughaltebereich 8.
Ein mechanisches Wirkmittel 11, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Dämpfungsmittel 11, ist praktisch diagonal zwischen den einander gegenüberliegenden Ecken mit den Knotenbereichen 26, 27 angeordnet. Es wirkt quasi wie eine Diagonalstrebe mit vorgegebener Steifigkeit bzw. Dämpfung. Das Dämpfungsmittel ist wiederum grob schematisch als Kombination aus Kolbenmittel 44 und Zylindermittel 45 gezeigt.
3b zeigt demgegenüber die Anordnung eines Federmittels 12 in dem Inneren der beiden Module 15, 16, nämlich dem Modul 16.
4a zeigt die Anordnung eines Federmittels 12 in einem elastisch zu verformenden Bereich 20 der auch einen Bügeleckknoten 18 bzw. ein Bügelrückenmodul 18, 19 umfasst. Im Bereich des unteren Zangenarmes ist wiederum ein Bügeleckknoten 19 angeordnet, in dem – ebenso wie in dem Bügeleckknoten 18 – ein mechanisches Wirkmittel 11 praktisch diagonal angeordnet ist. Bei dem mechanischen Wirkmittel im Bügeleckknoten 19 handelt es sich um ein Dämpfungsmittel 11. Beliebige Konstellationen sind auch hier wiederum umfasst, so können beide Wirkmittel Federn, Dämpfer oder Aktivelemente sein, oder nur eins der genannten.
4b zeigt eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels, in dem der Werkzeughalter 1, C-Zange, aus zwei deckend übereinander angeordneten Schichten 46, 47 aufgebaut ist. Dies wird in der Draufsicht nach 4c (wie in 4b gezeigt) deutlich. Dort sind die zwei Materialschichten bzw. Fachwerkschichten 46, 47 zu sehen. Diese Schichten 46, 47 sind für das mechanische Verhalten innerhalb der Zange – zunächst ohne Hinzufügung von mechanischen Wirkmitteln – maßgeblich. Wiederum grenzen die gezeigten Module 15, 16 an den mechanischen Schnittstellen 41, 42 aneinander bzw. an den Bügelrücken 38.
Zwischen den beiden Schichten 46, 47 ist ein Zwischenraum 48 vorgesehen, in dem exemplarisch im Modul 15 ein Dämpfungsmittel 11 und im Modul 16 ein Federmittel 12 angeordnet ist. Diese mechanischen Wirkmittel 11, 12 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel praktisch deckungsgleich mit den entsprechenden Streben der Fachwerkstruktur angeordnet, und zwar jeweils mit der oberen Strebe und/oder der unteren Strebe des jeweiligen Moduls 15, 16 (dies ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen offen gelassen). Diese Anordnung in den Zwischenräumen zwischen zwei voneinander durch einen Zwischenraum 48 beabstandeten Lagen hat den Vorteil, dass die mechanischen Wirkelemente 11, 12 geschützt und Platz sparend und gleichzeitig sehr wirkungsvoll untergebracht werden können. Die Fertigung/Herstellung der einzelnen (vorzugsweise ebenen) Schichten 46, 47 ist einfacher und kostengünstiger. Zudem bieten die Zwischenräume 48 Platz für die Durchleitung aller Medien oder Energieträger beispielsweise eines Schweißprozesses, wie Strom, Wasser und dergleichen.
Schließlich ist in 4d exemplarisch gezeigt, dass ein Federelement 12 jeweils auch außen auf der jeweiligen Schicht 46, 47 untergebracht sein kann. Dann sind die mechanischen Wirkmittel 12 einfacher zugänglich, z. B. für Justage, Anpassung, Montage oder Entfernung, und gleichzeitig oder alternativ bleibt der Zwischenraum 48 frei für andere Funktionen/Nutzung, z. B. die Durchführung von Kühlmittelleitungen oder Stromleitungen oder dergleichen.
5 zeigt wiederum einige exemplarische Anordnungen von mechanischen Wirkelementen 12. Es kann auch lediglich ein Federelement im ganzen Rahmen vorhanden sein oder eine beliebige Anzahl von mechanischen Wirkmitteln und deren Kombinationen.
Der Klarheit halber sei erwähnt, dass alle in allen Ausführungsbeispielen gezeigten mechanischen Wirkmittel 12, 11, 13 durch alle anderen, denkbaren mechanischen Wirkmittel 11, 13, 12 ausgetauscht sein können. Wenn z. B. bezüglich 5 lediglich von Federmitteln 12 die Rede ist, sind selbstverständlich auch Dämpfungsmittel 11 oder aktive Wirkmittel 13 oder alle anderen, dem Fachmann bekannten und/oder an anderer Stelle der Patentanmeldung genannten, mechanischen Wirkmittel impliziert.
In der 5 sind an den oberen Modulen 15, 16 jeweils an den oberen Längsstreben Federelemente 12 vorgesehen, die an Befestigungsstellen 34 mit Befestigungsmitteln 37 befestigt sind. Dabei ist für jedes Modul 15, 16 jeweils ein eigenes Federmittel 12 vorgesehen. An der unteren Strebe ist für die sich ergebende Fortsetzung der jeweils unteren Längsstrebe der Module 15, 16 lediglich ein langes Federmittel 12 vorgesehen, welches sich im wesentlichen über die gesamte Länge der zusammengesetzten Module 15, 16 erstreckt.
Im unteren Bereich ist exemplarisch lediglich ein Modul 17 vorgesehen, welches in seinem äußeren Strebenelement (Längsstrebenelement) ein durchgehendes Federmittel 12 hat. Zusätzlich ist in dem unteren Bereich gezeigt, dass ein Federmittel 12 sich von dem links äußeren Abschnitt des Moduls 17 zu dem inneren Mittelpunkt – bezogenen auf die Höhe – des Bügelrückens 38 quer oder diagonal erstreckt. Dies zeigt, dass die mechanischen Wirkmittel 11, 12, 13 sich auch zwischen verschiedenen Modulen oder von einem Modul zu Basisabschnitten des Werkzeughalters 1 erstrecken können.
6a zeigt ein in das Modul 16 eingesetztes Strebenmittel 57. Dieses ist wiederum zwischen den Knotenbereichen 26, 27 praktisch diagonal verlaufend angeordnet: Dafür sind entsprechende Aufnahmen für das – auswechselbare – Strebenelement vorgesehen. (Die angedeuteten Mittellinien zeigen dabei, dass das Strebenelement 57 praktisch die Mittellinien der jeweils in den Knotenbereich 26, 27 mündenden Streben praktisch mittig und zentral schneidet); sie können auch in Ausrichtungsstruktur ausgelegt sein.
6b zeigt ein in eine Strebenfassung 58 eingesetztes Diagonalstrebenelement 59. In der 6b ist die Mittellinie 60 des Diagonalstrebenelementes 59 der Art verschoben, dass sich eine Ausrichtungsstruktur (siehe oben, z. B. eine Struktur gemäß Anspruch 10 und/oder 11 und/oder 12) mit einem Versatz der Schnittpunkte bzw. einer außermittigen Ausrichtung der Schnittpunkte wie in der 6b am Knotenbereich 26, 27 gezeigt, ergibt. Dies wird durch einen gegenüber dem Fassungsbereich des Diagonalstrebenelementes 59, das in der Strebenfassung 58 sitzt, versetzten bzw. asymmetrisch angeordneten Längsverlauf des Längsabschnittes des Diagonalstrebenelementes 59 erreicht. In 6b sind unten beispielhaft mehrere Ausführungsvarianten von solchen Diagonalstrebenelementen 61, 62, 63 und deren Querschnitte 64, 65, 66 gezeigt. Die Verkippstrebe 61 bietet in ihrem Sitz in der Strebenfassung 58 eine gegenüber einer diagonal von Schnittpunkt links oben zu Schnittpunkt rechts unten von jeweils Längsstrebe 21, 22 und Querstrebe 23, 24 verlaufenden Mittellinie verkippte Mittellinie. Die Geradstrebe 62 bietet einen konventionellen Aufbau, könnte aber beispielsweise auch durch veränderlichen, unsymmetrischen Aufbau des Strebenquerschnittes für die favorisierte Ausrichtungsstruktur genutzt werden. Die Versatzstrebe 63 schließlich bietet eine nicht verkippte, sondern parallel zu der Diagonale zwischen den obengenannten Schnittpunkten versetzt verlaufende Mittellinie. Die Verkippstrebe 61 und die Versatzstrebe 63 sowie die in 6b gezeigte Versatzstrebe 59 bieten – bei symmetrischer Anordnung der Strebenfassungen 58 – eine Ausrichtungsstruktur oder eine konventionelle Struktur, wobei beide Strukturen je nach vorhandenen Elementen (z. B. eines Bausatzes aus verschiedenen Streben) – insbesondere hinsichtlich ihrer Verformungseigenschaften – angepasst werden kann. Zusätzlich sind in 6c unten noch mögliche Querschnitte der Streben gezeigt, so z. B. ein Doppel-T-Querschnitt 64, ein Vollprofil-Rechteckquerschnitt 65 und ein Hohlprofil-Querschnitt 66 (der beispielsweise quadratisch ausgeführt ist).
Der in der 2 gezeigte Rechteckausschnitt einer Fachwerkstruktur hat jeweils in einander diagonal gegenüberliegenden Knotenbereichen 26, 27 ein Langloch 39 bzw. 40 (das Langloch könnte auch als Schwenkbohrung bezeichnet werden). Je nach Ausrichtung einer (nicht physikalisch gezeigten) Diagonalstrebe 25, welche praktisch diagonal zwischen den Knotenbereichen 26, 27 in einer bestimmten Schwenkausrichtung anzubringen ist, liegt eine konventionelle Struktur oder eine Ausrichtungsstruktur (siehe oben, z. B. zu 6 oder eine Struktur gemäß Anspruch 10 und/oder 11 und/oder 12) vor, wobei die Asymmetrie, d. h. der Grad der "Außermittigkeit" der Strebenmittellinien 25 und der Längs- und Querstrebenmittellinien 28, 29, 30, 31 bzw. deren Schnittpunkten untereinander innerhalb der durch die Langlöcher 39, 40 vorgegebenen Grenzen einstellbar ist. Damit kann die Struktur bedarfsweise als konventionelle Struktur oder Ausrichtungsstruktur an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Je nach konkretem geometrischem Einbau innerhalb der beiden Langlöcher kann ein Längenausgleich erforderlich werden (Beispiel: Gewindestange mit Kontermuttern). Alternativ oder zusätzlich können die Langlöcher 39, 40 auch die mittlere Krümmung von Teil-Kreisbögen etwa um eine Längsmitte oder um den Längsmittelpunkt der Diagonalstrebe 25 in den unterschiedlichen Konfigurationen aufweisen. Dann ist nur ein geringer bis gar kein Längenausgleich erforderlich. Alternativ oder zusätzlich können die Langlöcher 39, 40 auch so breit ausgeführt sein, dass sie unter Berücksichtigung der Länge der Diagonalstrebe 25, der Befestigungsart der Diagonalstrebe 25 im Langloch (z. B. Verschraubung, dann: Durchmesser des Schraubenschaftes und des Abstandes der Langlöcher 39, 40 voneinander die geforderte Längentoleranz in den unterschiedlichen Einbaulagen erlauben).
7a zeigt einen Werkzeughalter 1 in Form einer X-Zange. Dabei erstrecken sich die Zangenarme 2, 3 praktisch über die jeweiligen Abschnitte im Werkzeugbereich 68 und im Antriebsbereich 67. Im Antriebsbereich 67 werden die Zangenarmbereiche durch den Antrieb 4 aufgespreizt bzw. zusammengezogen, was in einer durch das Gelenk 32 in der Kreuzungsstelle 33 zu einer gegensinnigen Bewegung der Zangenarmabschnitte auf der Werkzeugseite 68 führt. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften der Anlenkbereiche des Antriebs 4 an der Antriebsseite 67 der Zangenarme relevant. Diese Eigenschaften sollen in den folgenden Figuren vor allem anhand der mit VIII ff. bezeichneten Stelle näher beschrieben werden. 7b zeigt das gleiche an einer anderen X-Konfiguration eines Werkzeughalters 1.
8 zeigt eine Konfiguration einer X-Zange 1 nach Art eines Hebelgetriebes mit mechanischen Wirkelementen 11, 12, 12.1, 12.2 mit unterschiedlichen, alternativen oder zusätzlichen Anordnungen der Komponenten. Der Werkzeughalter 1 (die X-Zange) hat an ihrer Kreuzungsstelle/ihrem Gelenk 32 einen oberen (Kipp-)Hebel 49 und einen unteren (Kipp-)Hebel 50, die sich jeweils in vertikaler Richtung erstrecken. An dem oberen Hebel 49, ist der obere Zangenarm 2 und an dem unteren Hebel 50 der untere Zangenarm 3 starr und quer zu dem jeweiligen Hebel 49, 50 angebracht. Im folgenden erfolgt die Beschreibung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf jeweils oberen und unteren Zangenarm, soweit die Konfigurationen oben und unten praktisch identisch bzw. symmetrisch sind. An dem jeweils antriebsseitigen Abschnitt des jeweiligen Zangenarmes 2, 3 ist ein gekröpftes Hebelende 51, 52 starr befestigt (oder einstückig mit dem Zangenarm 2, 3 ausgebildet). Der Antrieb 4 ist an der Befestigungsstelle 34, 35 jeweils in praktisch einem Befestigungspunkt mit einem vertikalen Federmittel 12, 12.1 und mit einer quer dazu angeordneten Anlenkstange oder Schwinge 53, 54 verbunden, wobei die Schwinge drehbar an der Befestigungsstelle 34, 35 des Antriebs und am gekröpften Hebel 51, 52 angelenkt ist Dadurch wird eine durch das Federmittel 12, 12.1 (und/oder jedes beliebige andere Mechanikelement bzw. mechanische Wirkmittel) entsprechend im Erfindungssinne beeinflusste und durch die Schwinge 53, 54 geführte Bewegung erreicht.
Beispielhaft ist in der 8 noch gezeigt, dass der untere Zangenarm 3 (kann auch der obere Zangenarm 2 sein) mittels des mechanischen Wirkelementes 12.2 (ist hier als Feder schematisch gezeigt) komplett gefedert ist (kann auch: gedämpft oder versteift etc. sein).
9 und 10 zeigen, wie man durch den konkreten geometrischen Einbau von Standard-Maschinenelementen den effektiven Wirkbereich der Federn 12, 12.1, 12.2 (gleiches gilt auch für Dämpfer oder ähnliche Wirkmittel) anpassen kann. 9a und 9b zeigen die Konstellation aus Schwinge 55, 55.1, 55.2 und Federn 12, 12.1, 12.2, wenn der Zylinder des Antriebs 4 senkrecht zum Um-/Anlenkhebel positioniert und damit eingebaut wird. In den 10a und 10b ist der Zylinder des Antriebs 4 bei gleichen Konstellationen außermittig zum Lager angeordnet.
In den 9a, 9b, 10a, 10b stehen die kleinen Zahlen jeweils exemplarisch für verschiedene Einbaukonstellationen. Verschiedenste alternative Einbauten sind denkbar.
In 9a sind bei wiederum senkrechtem Einbau des Zylinders/Antriebs 4 und der Schwinge 55 fünf verschiedene geometrische Einbauten von Federn exemplarisch dargestellt.
In 9b sind bei wiederum senkrechtem Einbau des Zylinders/Antriebs 4 und des Federelementes 12 fünf verschiedene geometrische Einbauten der Schwinge 55.1, 55.2 (wobei die jeweiligen Schwingen unterschiedliche Längen aufweisen) exemplarisch dargestellt.
In 10a sind bei wiederum senkrechtem Einbau des Zylinders/Antriebs 4, aber unterschiedlichem, außermittigem, diagonalem Einbau der Schwinge 55.1, 55.2 zwei verschiedene geometrische Einbauten von Federn 12.1, 12.2 exemplarisch dargestellt.
In 10b sind bei wiederum senkrechtem Einbau des Zylinders/Antriebs 4, aber unterschiedlichem, außermittigem, diagonalem Einbau der Federn 12.1, 12.2 zwei verschiedene geometrische Einbauten von Schwingen 55.1, 55.2 exemplarisch dargestellt.
Wichtig ist bei allen die Kombination eines starren Elementes (Schwinge) mit einem unter Betriebskraft nachgebenden Element (Dämpfer, Feder, ...), so dass sich der effektiv wirkende Bereich unter der sich ändernden Betriebskraft ändert. Durch diese Maßnahme kann man beispielsweise verschiedene Wirkbereiche einer Feder für die verschiedenen Anforderungen des Schweißprozesses nutzen.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein sanftes Aufsetzen der Elektroden bei hoher Schließgeschwindigkeit erzielt werden, die Aufbiegung und das Nachsetzen der Zange aber mit einer ganz anderen Charakteristik verfolgt werden. Die Federkennlinie ist und bleibt linear, aber durch die Umlenkung wird die Wegänderung des Antriebes beeinflusst und damit die Änderung der Federkraft – im wesentlichen pro Zeit – und damit günstig für den Prozess.
Zudem kann der Zylinder/Antrieb 4 unter einem definierten, nicht senkrechten, Winkel eingebaut werden.

1: Werkzeughalter
2: oberer Zangenarm
3: unterer Zangenarm
4: Antrieb
5: oberes Blech
6: unteres Blech
7: oberer Werkzeughaltebereich
8: unterer Werkzeughaltebereich
9: obere Schweißelektrode
10: untere Schweißelektrode
11: Dämpfungsmittel
12: Federmittel
12.1: Federmittel
12.2: Federmittel
13: aktives Antriebsmittel
14: Servomotor
15: Modul
16: Modul
17: Modul
18: Bügeleckmodul
19: Bügeleckmodul
20: elastisch zu verformender Bereich
21: Längsstrebe
22: Längsstrebe
23: Querstrebe
24: Querstrebe
25: Diagonalstrebenelement bzw. Mittellinie
26: Knotenbereich
27: Knotenbereich
28: Mittellinie
29: Mittellinie
30: Mittellinie
31: Mittellinie
32: Kreuzungsstelle bzw. Gelenk
33: Kreuzungsstelle bzw. Gelenk
34: Befestigungsstelle
35: Befestigungsstelle
36: Befestigungsmittel
37: Befestigungsmittel
38: Bügelrücken
39: Langlochschwenkbohrung
40: Langlochschwenkbohrung
41: mechanische Schnittstelle
42: mechanische Schnittstelle
43: Schraubverbindung
44: Kolbenmittel
45: Zylindermittel
46: Materialschicht bzw. Fachwerkschicht
47: Materialschicht bzw. Fachwerkschicht
48: Zwischenraum
49: oberer Hebel
50: unterer Hebel
51: oberer gekröpfter Hebel
52: unterer gekröpfter Hebel
53: Um-/Anlenkstange
54: Um-/Anlenkstange
55: Schwinge
55.1: Schwinge
55.2: Schwinge
56: Öffnung des Werkzeughalters
57: Strebenmittel
58: Strebenfassung
59: Diagonalstrebenelement
60: Mittellinie
61: Verkippstrebe
62: Geradstrebe
63: Versatzstrebe
64: Doppel-T-Querschnitt
65: Vollprofil-Rechteckquerschnitt
66: Hohlprofil-Querschnitt
67: Antriebsseite
68: Werkzeugseite

Claims

Werkzeughalter (1), insbesondere für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse, welcher einen Werkzeughaltebereich (7, 8) hat, der ein Werkzeug (9, 10) hält, welches im Betrieb unter elastischer Verformung des Werkzeughalters (1) mit einer Betriebskraft gegen ein Werkstück (5, 6) oder dgl. zu pressen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeughalter (1), insbesondere lösbar, anzubringende, in einem oder auf einen Verformungsbereich wirkende mechanische Wirkmittel (11, 12, 13) vorgesehen sind, welche unter der Verformung vorbestimmte mechanische Eigenschaften, insbesondere Verformungseigenschaften, des Werkzeughalters (1) in vorbestimmtem Sinne beeinflussen.
Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mechanischen Eigenschaften ausgewählt ist aus: Steifigkeit bzw. Aufbiegung, Elastizitätseigenschaften, insbesondere Elastizitäts- oder Federeigenschaften, Dämpfungseigenschaften, insbesondere Nachsetzverhalten, elastisch-plastische Eigenschaften, insbesondere Elastizitätsgrenze und dergleichen.
Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden im Sinne einer höheren/geringeren Aufbiegung und/oder eines schnelleren und/oder langsameren und/oder dynamischeren Nachsetzverhaltens und/oder einer höheren Presskraftbelastbarkeit und/oder einer geringeren Masse.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein/mehrere passive(s), mechanische(s) Wirkmittel (11, 12) vorgesehen ist/sind.
Werkzeughalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mechanisches Wirkmittel ausgewählt ist aus: Maschinenelemente wie Federmittel (12), Dämpfungsmittel (11), Versteifungsmittel, Strebenmittel.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein/mehrere aktive(s), mechanische(s) Wirkmittel (13), insbesondere ein hydraulischer Antrieb, pneumatischer Antrieb und/oder elektrischer Servoantrieb, vorgesehen ist/sind.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er in zumindest einem Teilbereich eines elastisch zu verformenden Bereichs (20) zumindest zwei starr miteinander und/oder mit Basisabschnitten des Werkzeughalters verbundene Module (15–19) aufweist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (1) zumindest abschnittsweise eine geometrische Fachwerkstruktur mit Knotenbereichen (26, 27) aufweist, in denen Strebenelemente (21–25) der Fachwerkstruktur starr miteinander verbunden sind.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Strebenelemente (21–25) ein mechanisches Wirkmittel (11–13) aufweist und/oder praktisch durch ein mechanisches Wirkmittel (11–13) gebildet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser, insbesondere mit miteinander verbundenen Modulen (15–19), eine derartige, resultierende Fachwerkstruktur aufweist, dass bezüglich zumindest eines Knotenbereiches (26, 27) zumindest eine Mittellinie (28–31) oder ein Abschnitt einer Mittellinie eines in diesen Knotenbereich (26, 27) einmündenden Strebenelementes (21–25) außermittig bezüglich des Knotenbereiches (26, 27) ausgerichtet ist und/oder der Schnittpunkt der Mittellinien (28–31) oder von Abschnitten der Mittellinien (28–31) zumindest zweier in diesen Knotenbereich einmündender Strebenelemente (21–25) außermittig bezüglich des Knotenbereiches (26, 27) angeordnet ist, so dass die strukturelle, resultierende außermittige Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches (7, 8) beeinflusst.
Werkzeughalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenwirken mit einem Wirkmittel (11–13) und/oder im Zusammenwirken mit Basisabschnitten des Werkzeughalters (1) die Fachwerkstruktur die gemäß Anspruch 10 resultierenden Eigenschaften aufweist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittellinie (28–31) zumindest eines Wirkmittels (11–13) außerhalb oder außermittig von benachbarten Knotenbereichen (26, 27) verläuft, und/oder der Schnittpunkt. der Mittellinien (28–31) zumindest zweier einem Knotenbereich (26, 27) benachbarter Wirkmittel (11–13) und/oder der Schnittpunkt der Mittellinie (28–31) zumindest eines einem Knotenbereich (26, 27) benachbarten Wirkmittels (11–13) mit der Mittellinie (28–31) zumindest eines diesem Knotenbereich (26, 27) benachbarten Strebenelementes (21–25) außermittig bezüglich oder außerhalb des Knotenbereiches (26, 27) verläuft, sodass die strukturelle, resultierende außermittige bzw. nach außerhalb verlagerte Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft (F_B) die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches (7, 8) beeinflusst.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine resultierende, wirkungsmäßige Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung von mechanischen Wirkmittel (11–13) vorgesehen ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er einen im wesentlichen C-förmigen, resultierenden Grundriss hat.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er einen im wesentlichen X-förmigen, resultierenden Grundriss hat, wobei die Kreuzungsstelle (32, 33) der X-Form eine Lagerstelle oder ein Gelenk aufweist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er modular aus einzelnen, insbesondere starr, miteinander verbundenen Modulen (15–19) aufgebaut ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wirkmittel (11–13) oder alle Wirkmittel (11–13) austauschbar sind.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere standardisiertes, Baukastensystem für unterschiedliche Wirkmittel (11–13) vorgesehen ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeughalter (14), insbesondere an vorbestimmten, standardisierten Stellen (34, 35), Befestigungsmittel (36, 37) für die Anbringung von Wirkmitteln (11–13) vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung und/oder Verarbeitung eines Produktes, insbesondere von widerstandspunktgeschweißten Blechen, unter Verwendung eines Werkzeughalters nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Produkt, insbesondere mit widerstandspunktgeschweißtem Blech, unter Verwendung eines Werkzeughalters nach einem der Ansprüche 1 bis 19.