DE19505111B4

DE19505111B4 - Schneidwerkzeug und Verfahren zum Herstellen von Löchern in Hohlkörpern

Info

Publication number: DE19505111B4
Application number: DE19505111A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dungs
Original assignee: KVT Technologies Inc
Current assignee: KVT Technologies Inc
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: US5735645A; DE19505111A1

Abstract

Schneidwerkzeug zum Herstellen von Löchern, insbesondere in Wandungen von Hohlkörper aus Kunststoff, mit einem drehbar angetriebenen und einem axialen Vorschub ausführenden Halter (7) für ein Schneidmesser (8) zum Ausschneiden eines Loches und mit einem zentrisch zum Lochumfang in die Lochscheibe greifenden Festhalter (12) zum Sichern und Zurückziehen der ausgeschnittenen Lochscheibe, wobei zentrisch innerhalb des Halters (7) der Festhalter (12) unabhängig vom Halter (7) axial verschiebbar und drehbar angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) ein selbstschneidendes Gewindeprofil aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es vor dem Schneidvorgang des Schneidmessers (8) in die Lochscheibe eintritt und diese durch Ausformen eines Gewindes am Festhalter (12) hält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotations-Schneideinheit zum Herstellen von Löchern, insbesondere in Wandungen von Hohlkörpern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Loches gemäß Anspruch 12.
Kunststoff-Kraftstofftanks werden mittels Blasverfahren hergestellt und anschließend weiter bearbeitet, beispielsweise mit Löchern versehen, welche für die Montage von Entlüftungsnippeln, Ventilen, Tankgeber, usw., erforderlich sind. Während der Herstellung dieser Löcher dürfen weder Späne entstehen, noch darf die ausgeschnittene Scheibe in den Tank fallen.

Aus der DE 34 11 557 C2 ist ein Schneidwerkzeug zum Herstellen von Löchern in Hohlkörpern bekannt geworden, bei dem ein Ritz-Schneidmesser mit in der Werkzeugachse angeordnetem Dorn als Festhalter vorgesehen ist.

Nachteil dieses Systems ist, daß der Festhalter, der die Scheibe nach dem Ausschneiden halten und aus dem geschnittenen Loch herausheben soll, fest mit dem rotierenden Schneidkopf verbunden ist und die geschnittene Scheibe lediglich über Reibung gehalten wird.

Während des Vorschubes des rotierenden Schneidmessers in die Wandung wird der Festhalter ebenfalls in Vorschubrichtung durch die Wandung geschoben, s daß nach dem Durchstoßen des Messers durch die Wandung und dem Ausschneiden der Scheibe die Gefahr besteht, daß die Scheibe in den Hohlkörper gedrückt wird, insbesondere dann, wenn der axiale Vorschub des Schneidwerkzeuges nach dem Ausschneiden der Scheibe nicht sofort gestoppt wird. Da die geblasenen Kunststoff-Kraftstoffbehälter hohe Toleranzen untereinander aufweisen, somit die Wandungen, in die Löcher eingebracht werden sollen, unterschiedlich weit vom Startpunkt des Schneidwerkzeuges entfernt und die Wandungen unterschiedlich dick sind, ist es erforderlich, daß ein gewisser Sicherheitsweg des axialen Vorschubes des Schneidmessers und des Festhalters durch die Wandung vorgesehen werden muß, so daß die ausgeschnittene Scheibe, insbesondere durch das geschnittene Loch in den Hohlkörper geschoben wird. Wird jetzt das Schneidwerkzeug mit der Scheibe aus dem Loch zurückgezogen, bleibt die Scheibe an der Wandung des Loches hängen, wird vom Festhalter abgestreift und fällt in den Tank.

Während des Schneidvorganges wirken teilweise, je nach zu schneidendem Durchmesser und Materialhärte des Tanks, hohe Schneid- und Verformungskräfte auf die Tankoberfläche. Die Folge ist ein Durchbiegen der Wandung in Schneidvorschub-Richtung. Nach dem Durchstoßen des Schneidmessers durch die Wandung springt diese in ihre Ausgangslage zurück, die Innenwand des geschnittenen Loches ist nicht mehr parallel zur Rotationsachse des Schneidwerkzeuges und das rotierende Schneidmesser erzeugt Schneidspäne an dem Innen- oder Außenrand des geschnittenen Loches. Diese Späne fallen in den Tank und führen zu Betriebsstörungen nach dem Einbau des Tanks in ein Kraftfahrzeug.

Auch die in der DE 34 11 557 C2 erwähnten Schrägeinstellungen des Schneidmessers lösen nicht die obengenannten Probleme.

Im Gegenteil, das zur Rotationsachse unter einem Winkel angestellte Schneidmesser erzeugt lediglich konische Löcher, wobei die Schrägstellung des Schneidmessers kein Schneiden, sondern ein spanabhebendes Schälen erzeugt.

Die in der DE 33 21 091 A1 offenbarte Rotations-Schneidevorrichtung beinhaltet demgegenüber eine leichte Verbesserung: und zwar weist der Haltedorn zur Verbesserung der Haltewirkung eine Verdickung auf, die beim Aufspießen der ausgeschnittenen Scheibe wie ein Widerhaken wirkt. Dadurch wird die Scheibe zwar sicher auf dem Festhalterdorn gehalten, um die Scheibe aber aus dem Werkzeug wieder auszuwerfen, ist ein weiteres Bauteil vonnöten, nämlich eine axial verschiebbare, koaxial zum Festhalterdorn angeordnete Auswerferhülse. Die Auswerferhülse dient dazu, eine auf dem Festhalterdorn aufgespießte, ausgeschnittene Scheibe von diesem wieder herunterzudrücken, so dass sie aus dem Werkzeug entfernt wird. Eine andere Ausführungsform der DE 33 21 091 besitzt anstatt des Festhalterdorns nur eine axial verschiebliche Auswerferstange, mit der eine im Inneren des Schneidewerkzeugs verklemmte ausgeschnittene Scheibe herausgedrückt werden kann.

Auch die in der DE 41 22 997 A1 beschriebene Rotations-Schneidevorrichtung umfasst eine derartige Auswerfstange. Diese hat allerdings in erster Linie die Funktion eines Bohrer, mit dem vor dem Schneiden des eigentlichen Lochs ein Führungsloch in den zu schneidenden Hohlkörper gebohrt wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass es schwierig ist, die Position der Schneidevorrichtung und des Werkstückes während des Schneidevorgangs relativ zueinander konstant zu halten, wenn diese nicht fixiert werden können, wie es bei Hand-Bohrmaschinen der Fall ist. Daher weist die Schneidevorrichtung der DE 41 22 997 A1 koaxial zur Längsachse einen Bohrer auf, der relativ zur Ringschneidevorrichtung axial verschieblich ist. Beim Schneiden werden die Ringschneidevorrichtung und der Bohrer jedoch zunächst durch eine Kupplung an einer Relativbewegung gehindert, und es wird zunächst durch den Bohrer ein mittleres Führungsloch gebührt. Wenn das Führungsloch eine geeignete Tiefe erreicht hat, wird die Kupplung gelöst, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Hohlkörper und dem Bohrer zugelassen wird. Der Bohrer hört dann auf zu bohren und wird in den Hohlkörper zurück gedrückt. Dann beginnt die Ringschneidevorrichtung das Hauptloch zu schneiden und nach Vollendung des Hauptloches wird der Bohrer durch die Wirkung einer Feder aus dem Werkzeug wieder herausgedrückt und entfernt dadurch die durch die Ringschneide vorrichtung ausgeschnittene Scheibe. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt wiederum darin, dass der Bohrer die ausgeschnittene Scheibe nicht wirklich fest hält, so dass sie immer noch beim Zurückziehen des Schneidewerkzeugs in den Hohlkörper fallen kann. Außerdem erfolgt die Ausstoßung der Scheibe automatisch durch eine Federwirkung und kann daher zeitlich nicht gesteuert werden. Es ist also möglich, dass die Scheibe schon ausgestoßen wird, bevor der Bediener Zeit hatte, das Werkzeug aus dem geschnittenen Loch zurückzuziehen.

Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Schneidwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen von Löchern bereitzustellen, bei denen die ausgeschnittene Scheibe sicher fest gehalten und anschließend kontrolliert ausgeworfen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein axial verschiebbarer und drehbar angetriebener Festhalter ein selbstschneidendes Gewindeprofil besitzt. Dieses tritt vor dem Schneidvorgang in die Lochscheibe ein und hält dieses durch Ausformen eines Gewindes mit dem Gewindeprofil des Festhalters. Hierdurch wird die auszuschneidende Lochscheibe formschlüssig am Festhalter verankert und kann nach Beendigung des Schneidvorgangs vom Festhalter aus dem Loch herausgezogen werden. Vorteilhaft ist auch, dass die ausgeschnittene Lochscheibe zu einem vom Benutzer frei wählbaren Zeitpunkt ausgestoßen werden kann, indem der Festhalter in umgekehrter Drehrichtung gegenüber dem Eindringen in die Wandung aus der Scheibe herausgedreht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Schneidmesser bei festgelegtem Festhalter rotierend bis zu einer vorbestimmten Tiefe vorgeschoben und dann angehalten, daraufhin die Lochwandung vom Schneidmesser durchstoßen und durch erneutes Rotieren des Schneidmessers die Lochscheibe ausgeschnitten. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass keine Späne erzeugt werden, da das Schneidmesser nach dem Durchstoßen der Wandung nicht mehr in dem geschnittenen Loch rotiert.

Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden und die Forderung erfüllen zu können, daß während des Schneidvorganges keine Späne erzeugt werden und die ge schnittene Scheibe nicht in den Tank fällt, sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen:

1. Die Lage der Tankoberfläche zum Schneidwerkzeug muß erkannt werden.
2. Schneidmesser und Festhalter müssen unabhängig voneinander arbeiten.
3. Die geschnittene Scheibe muß formschlüssig und nicht kraftschlüssig gehalten werden.
4. Der Festhalter darf sich während des Schneidvorganges nicht axial zur Vorschubrichtung des Schneidmessers bewegen.
5. Das Schneidmesser darf nach dem Durchstoßen durch die Wandung nicht mehr in dem geschnittenen Loch rotieren, da sonst Späne erzeugt werden können.
6. Das Durchbiegen der Wandung beim Schneidvorgang muß vermieden werden.
7. Der Festhalter muß gegen andere Greifsysteme austauschbar sein, insbesondere wenn um eine vorhandene Bohrung ein im Durchmesser größeres Loch geschnitten werden muß.
8. De Festhalter selbst darf keine Späne erzeugen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 zeigt die Schneideinheit in Grundstellung und Seitenansicht.

1: Basisplatte
2: Führungsschiene
3: Führungswagen für Schneideinheit
4: Führungswagen für Festhalter-Vorschub
5: Gehäuse-Shneideinheit
6: Hohlwelle für Schneidwerkzeug
7: Schneidmesser-Halter
8: Schneidmesser
9: Antriebsmotor für Schneidwerkzeug
10: Zahnriemenantrieb
11: Welle-Festhalter
12: Festhalter
13: Steuerscheibe
14: Antriebsmotor-Festhalter
15: Vorschubeinheit-Festhalter
16: Klemmsystem für Festhalterwellen
17: Antriebsmotor-Vorschub Schneideinheit
18: Kugelrollspindel
19: Spindelmutter
20: Abfrage-Initiator: Messer = Wandung durchstoßen
21: Abfrage-Initiator: Messer = ca. 1,0 mm vor Durchstoß der Wandung
22: Abfrage-Initiator: Grundstellung Festhalter
24: Abstand zwischen Schneidmesser und nicht geschnittener Wandung
25: Wandung
27: Tiefe des geschnittenen Lochkreises

Funktionsbeschreibung
Nach dem Start der Schneideinheit wird der Festhalter 12 und die Welle 11 über die Vorschubeinheit 15 in Richtung Tank vorgefahren, bei gleichzeitiger Rotation über der Motor 14. Trifft nun der Festhalter auf die Tankoberfläche auf, drückt sich die angeformte Gewindespitze in die Wandung und formt im weiteren Ablauf aufgrund der Rotationsbewegung und besonderen Gestaltung ein Gewinde in die Wandung.
Der Vorschub 15 wird während der Gewindeformung abgeschaltet. Der Festhalter zieht sich selbständig durch die Wandung, ohne Späne zu erzeugen, da das Gewinde in der Wandung durch Verformung erzeugt wird.
Ist der Festhalter mit seiner ganzen Länge durch die Wandung gedrungen, trifft die Stirnseite der Welle 11 auf die Oberfläche, das Drehmoment des Antriebsmotors 14 steigt schlagartig an, da der Festhalter 12 und die Welle 11 nur bei einer Schraubverbindung auf Block gefahren sind.
Der Drehmomentanstieg wird ausgewertet und der Antriebsmotor 14 abgeschaltet. Das Klemmsystem 16 schließt und hält die Welle 11 und somit den in der Wandung steckenden Festhalter in dieser Position fest. 2. Auf der Welle 11 ist eine Steuerscheibe 13 in einem festen Abstand 26 zur Stirnseite der Welle 11 montiert.
Diese Steuerscheibe ist ein eindeutiges Maß für die Lager der Tankoberfläche zum Schneidmesser 8.
Nach dem Schließen der Klemmeinheit 16 wird der Motor 9 eingeschaltet und über den Zahnriemenantrieb 10 wird die Hohlwelle 6 mit dem Messerhalter 7 und das Schneidmesser 8 in Rotation versetzt.
Über den Spindelantrieb 17, 18 und 19 wird der rotierende Messerhalter zur Tankoberfläche bewegt.
Das rotierende Schneidmesser 8 wird so lange in die Wandung vorgetrieben, bis der Initiator 20 die Steuerscheibe 13 erreicht.
Der Antrieb 9 und der Spindelvorschub 17, 18, 19 werden abgeschaltet. Das Schneidmesser 8 hat jetzt einen Lochkreis mit exakt vorgegebener Tiefe 27, 3a, in die Wandung geschnitten. 3 und 3a. Die Schneidmesserspitze befindet sich in einem gewissen Abstand 24 von der nicht geschnittenen Wandung. Jetzt wird der Spindelantrieb 17, 18, 19 wieder eingeschaltet und das Schneidmesser 8 nicht rotierend durch die restliche Wandung durchgestoßen.
Diese Position wird über den Initiator 21 abgefragt. 4.
Der Antriebsmotor 9 wird eingeschaltet, das Schneidmesser führt eine 360° Kreisbewegung aus, der Antriebsmotor 9 wird abgeschaltet. Die restliche Wandung der Scheibe wird somit mit einer Umdrehung des Schneidmessers 8 ausgeschnitten.
Danach wird die Schneideinheit in Ausgangsposition über den Spindelantrieb 17, 18, 19 zurückgefahren.
Ist diese Position erreicht, wird der Festhalter 12 mit der ausgeschnittenen Scheibe aus dem Loch herausgezogen bis die Scheibe am Messerhalter 7 anliegt. 5.
Ist diese Position erreicht, wird der Antriebsmotor 14 eingeschaltet, mit umgekehrter Drehrichtung gegenüber dem Eindringen in die Tankwandung, der Festhalter dreht sich aus der Scheibe heraus und die Scheibe kann über geeignete Vorrichtungen entsorgt werden.

Claims

Schneidwerkzeug zum Herstellen von Löchern, insbesondere in Wandungen von Hohlkörper aus Kunststoff, mit einem drehbar angetriebenen und einem axialen Vorschub ausführenden Halter (7) für ein Schneidmesser (8) zum Ausschneiden eines Loches und mit einem zentrisch zum Lochumfang in die Lochscheibe greifenden Festhalter (12) zum Sichern und Zurückziehen der ausgeschnittenen Lochscheibe, wobei zentrisch innerhalb des Halters (7) der Festhalter (12) unabhängig vom Halter (7) axial verschiebbar und drehbar angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) ein selbstschneidendes Gewindeprofil aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es vor dem Schneidvorgang des Schneidmessers (8) in die Lochscheibe eintritt und diese durch Ausformen eines Gewindes am Festhalter (12) hält.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) an einer drehbar angetriebenen Welle (11) befestigt ist, die drehbar und axial verschiebbar in einer Hohlwelle (6) gelagert ist, an der der Halter (7) für das Schneidmesser (8) befestigt ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (6) in einem Gehäuse (5) drehbar gelagert ist, das den Drehantrieb (9) für das Schneidmesser (8) trägt.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Basisplatte (1) ein erster Führungswagen (3) mit einem Antrieb (17, 18, 19) für den axialen Vorschub des Halters (7) verschiebbar angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basisplatte (1) ein zweiter Führungswagen (4) mit einem Drehantrieb (14) und einem Antrieb (15) für den axialen Vorschub des Festhalters (12) angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) mit einem Klemmsystem (16) versehen ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverschiebung des Schneidmessers (8) gegenüber dem Festhalter (12) messbar ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Festhalter (12) tragende Welle (11) eine Steuerscheibe (13) trägt und der erste Führungswagen (3) mit Abfrage-Initiatoren (20, 21, 22) versehen ist, die mit der Steuerscheibe (13) zusammenwirken.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfrage-Initiator (20) für das Erreichen einer bestimmten Lochtiefe des Schneidmessers (8), ein Abfrage-Initiator (21) für das Durchstoßen der restlichen Lochscheibenwandung mit dem Schneidmesser (8) und ein Abfrage-Initiator (22) für die Grundstellung des Festhalters (12) vorgesehen sind.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) austauschbar angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Festhalter (12) einen Anschlag für die Lochscheibe aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Loches mit dem Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die auszuschneidende Lochscheibe durch Einformen des Gewindes formschlüssig am Festhalter (12) verankert wird, das Schneidmesser (8) bei festgelegtem Festhalter (12) rotierend bis zu einer vorbestimmten Tiefe (27) vorgeschoben und dann angehalten wird, die Lochwandung (24) vom Schneidmesser (8) durchstoßen wird und durch erneutes Rotieren des Schneidmessers (8) die Lochscheibe ausgeschnitten wird, worauf diese nach Lösen des Klemmsystems (16) vom Festhalter (12) aus dem Loch herausgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschneiden der Lochscheibe nach dem Durchstoßen mit einer Umdrehung des Schneidmessers (8) um 360° erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausformen des Gewindes in der Lochscheibe der Vorschubantrieb (15) für den Festhalter (12) abgeschaltet ist und der Festhalter (12) bei der Ausformung des Gewindes in die Lochscheibe eingezogen wird.