DE4443613C1 - Stanzmesser mit verrundeter Schneide - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stanzmesser nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Solche Stanzmesser werden bevorzugt aus der DE 33 17 777 C1 bekannten Art in Bandstahlstanzwerkzeugen zum Ausstanzen von Teilen beliebiger Form aus flächigen Materialien insbesondere Faltschachtelzuschnitten verwen­ det. Sie finden vermehrt auch Anwendung in Rotations­ stanzwerkzeugen für die gleichen Zwecke.

Die Stanzmesser haben drei Voraussetzungen zu erfüllen: 1. daß über die gesamte Stanzfläche das Material zuver­ lässig und völlig getrennt sein muß, damit bei den nach­ folgenden Arbeitsstufen keine Produktionsstörungen auf­ treten, 2. daß der Schnitt einwandfrei staub- und faser­ arm mit glatten Schnittkanten ausfällt und 3. daß der Schneidenverschleiß möglichst gering sein soll, was sich in der Anzahl der guten Stanzungen ausdrückt. Diese drei Forderungen sind mit den derzeitigen Schneiden nur unzu­ länglich zu erreichen.

Die Schneiden der bekannten Stanzmesser werden in der Regel durch Schleifen, Schaben z. T. durch Läppen erzeugt, ausgehend von der Vorstellung, daß die Schneidenkante möglichst scharf sein sollte. Man erreicht Schneidenkan­ ten deutlich unter 0,010 mm, die aber eine ungleichmäßige mikrosägeähnliche Kontur besitzen und denen herstellungs­ bedingt kleinste Schleifbärte anhaften. Diese Schneiden­ kanten müssen sich erst in Wechselwirkung mit dem Schneidgut egalisieren, glätten, damit danach die best­ mögliche Schnittgüte erreicht werden kann. Je nach Schneidgut sind dazu mehrere Tausend Stanzhübe erforder­ lich.

Diese sehr schmalen Schneidenkanten sind äußerst empfind­ lich gegen mechanische Belastungen, insbesondere gegen Druck. Dem kommt eine besondere Bedeutung zu, weil die übliche Arbeitsweise mit dieser gattungsgemäßen Stanz­ technik die von Stahl gegen Stahl ist, d. h. die Messer­ schneiden arbeiten gegen eine gehärtete Stanzplatte.

Die Stanzlinien haben herstellungsbedingt Höhendifferen­ zen von ± 0.02 mm. Hinzu kommen weitere Höhentoleranzen aus den Stanzmaschinen, der Werkzeugherstellung und bei der Handhabung der Stanzvorgänge.

In ungünstigen Fällen addieren sich alle Fehler, so daß Höhendifferenzen von bis 0.2 mm nicht auszuschließen sind.

Um das gesicherte Durchtrennen des Stanzgutes zu garan­ tieren, müssen die Höhendifferenzen so ausgeglichen werden, daß die sehr empfindlichen Schneiden nicht durch Überbelastung geschädigt werden.

In der Praxis wird so verfahren, daß man die Stanze auf Druck fährt, bis mindestens 50% aller Schnittstellen durchgetrennt sind. Danach werden durch Hinterkleben mit geeigneten Bändern unterschiedlicher Stärke die noch verbleibenden Höhendifferenzen ausgeglichen. Je nach Schachtelzuschnitt befinden sich in einer Bandstahlstanz­ form bis zu 100 Meter Stanzlinien, woraus folgt, daß das Ausgleichen der Höhendifferenzen, in der Fachsprache "Zurichten" genannt, sehr viel Sorgfalt, Erfahrung ver­ langt und viele Stunden in Anspruch nimmt, während der die Stanzmaschine steht. Diese Zurichtezeiten sind in manchen Fällen länger als die nachfolgende eigentliche Produktionszeit. Diese Maschinentotzeiten verursachen unproduktive Zusatzkosten. Häufig führt das dazu, die Stanze soweit zusammen zu fahren, daß der größte Teil der Stanzlinien trennt um den Preis, daß dabei ein Großteil der Schneiden beschädigt bis zerstört wird. Unter dem Überdruck wird die Schneide undefiniert verformt. Dies hat einen unsauberen Schnitt zur Folge, bei dem sich vermehrt Staub und Stanzhaare bilden, platzende Karton­ decken und Kartonrückseiten. Die Standzeit solcher Stanz­ messer ist wesentlich reduziert, so daß die Werkzeuge vorzeitig ersetzt werden müssen, also entsprechende Mehrkosten verursachen.

Es sind vielerlei Anstrengungen gemacht worden, das Zurichten zu vereinfachen bzw. ganz ersetzen zu können. Aus der DE 31 35 980 C1 ist ein gattungsgemäßes Band­ stahlstanzwerkzeug bekannt, in dem Stanzlinien mit ver­ formungsfähigen Messerrücken zum selbsttätigen Höhenaus­ gleich Verwendung finden.

Diese Lösung scheitert an den technologischen Möglichkei­ ten bei der Herstellung der Soll-Verformungsstellen an diesen Stanzlinien.

Die DE 39 28 916 C1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die zu hohen Schneidmesser nach hinten gegen eine weiche Metallplatte ausweichen können. Dabei wird die Platte im Druckbereich der Messerrücken kaltverfestigt, so daß sich ein stabilisierter Gleichgewichtszustand einstellt. Dieses Verfahren scheitert an den konstruktiven Gegeben­ heiten der den Markt beherrschenden Stanzmaschinen.

Bei einem aus der DE 33 17 777 C1 bekannten Bandstahl­ stanzwerkzeug sind die Rücken der Messer als gehärtete Schneiden ausgebildet und sitzen auf einer weicheren Metallplatte, in die sie unter der Einwirkung des Stanz­ druckes entsprechend der Höhendifferenz ausweichen kön­ nen. Die Herstellung dieser Linien ist kostspielig und zeigt in der Anwendung, daß die weichen Platten durch das Eingraben der gehärteten Rückenschneiden infolge Ermü­ dungsbrüchen vorzeitig unbrauchbar werden. Sie müssen deshalb relativ schnell ausgewechselt werden, wodurch kostenseitig die technischen Vorteile wieder aufgehoben wären.

In neuerer Zeit können die Schneiden zur Erhöhung der Standzeiten verschleiß- und reibungsvermindernd beschich­ tet werden. Solche Beschichtungen haben im allg. kerami­ schen Charakter mit extrem hohen Härten, sind aber ent­ sprechend spröde. Eigene Untersuchungen haben nachgewie­ sen, daß diese verschleißmindernden Schichten durch die Schneidkantenbeschädigung ebenfalls bis zur Wirkungs­ losigkeit zerstört werden.

Aus der US-PS 2 349 336 ist ein Schneidmesser zum Schnei­ den einer sich bewegenden Kartonbahn bekannt, dessen Schneidenkante eine Verrundung mit einem Radius von 0,05 bis 0,1 mm und einen Schneidenwinkel von 55° bis 80° aufweist. Durch diese Schneidenform soll erreicht werden, daß die unter einer Zugspannung stehende Kartonbahn durchtrennt wird, bevor sich die Schneidenkante ganz durch die Kartonbahn bewegt hat. Ein Stanzhub wird mit diesem Schneidmesser jedoch nicht durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stanzmesser zu schaffen, dessen Schneidenkante von Beginn an eine optimale Schnittqualität erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch ein Stanzmesser mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen des erfindungsgemäßen Stanzmessers sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Verrundung der Schneiden­ kante erzeugt das Stanzmesser von Beginn an eine optimale Schnittqualität. Außerdem kann das Stanzmesser beim Zu­ richten und Stanzen hoch belastet werden, ohne sich unter dem Stanzdruck beim Auftreffen auf die stählerne Stanz­ platte plastisch schadhaft zu verformen. Darüber hinaus ist die Zurichtezeit gering. Schließlich kann eine ver­ schleißmindernde Schneidenbeschichtung zur Erhöhung der Standzeit vorgesehen werden.

Die Schneidenkante trifft bei dem Stanzvorgang auf die Stanzplatte. Bei dieser Linienberührung findet in der Berührungsebene eine gegenseitige Abplattung statt, die man mit den Hertz′schen Gleichungen abschätzen kann und damit die entstehenden Spannungen in der Schneide. Beim Stanzen unterliegt das Stanzmesser einer schwellenden Dauerdruckbelastung und hat für einen typischen Band­ stahlstahl z. B. Ck 55 eine Grenzbelastbarkeit von ca. 1160 N/mm². Ideale Schnittbedingungen z. B. bei einem Faltschachtelkarton von 300 g/m² belasten den Stahl in der Schneide mit einem Schneidenradius von 0.010 mm mit nur ca. 350 N/mm². Bei der handelsüblichen Schneiden­ ausbildung liegt dieser Wert höher, da weder ein defi­ nierter Radius noch eine hinreichend genaue, gleichmäßige Schneidkantenbreite von 0,010 mm Breite vorliegt. Mit zunehmendem Schneidenradius nimmt die Schneidenbelastung des Stahls ab und beträgt z. B. bei einem Schneidenradius von 0,030 mm rechnerisch ca. 180 N/mm². Die Rechnung zeigt weiter, daß eine Verrundung der Schneidenkante mit 0.010 mm durch das Stanzen eine Überlastung bis zur Erreichung der kritischen Spannung von 1160 N/mm² von ca. 100 N/cm Stanzlinienlänge verträgt, ein Schneidenradius von 0,030 mm eine von ca. 330 N/cm.

Überlastet man eine handelsübliche neue Schneide entspre­ chend einer Höhendifferenz von 0.035 mm, dann verbreitert sich die Schneidenkante auf mindestens 0,015 mm und bei einer Überlastung um 0,200 mm wird die Schneide 0,050 bis 0,060 mm breit und über die Schneidenlänge ungleichmäßig abgeplattet, d. h. nicht verrundet. Die Schnittqualität wird dadurch stark beeinträchtigt.

Eine erfindungsgemäße abgerundete Schneidenkante mit einem Radius von 0,030 mm zeigt unter den gleichen Bedin­ gungen keine Schneidenveränderung und erzeugt einwand­ freie Schnittkanten im Schneidgut. Umfassende Versuche zeigen, daß die Schnittgüte z. B. an Faltschachtelkarton mit unbeschädigten Schneidenkanten bis 0,040 mm Kanten­ radien einwandfrei und nicht von Kantenradien 0,010 mm zu unterscheiden ist.

Es ist deshalb sinnvoll, die Schneidenkante 2 eines Stanzmessers 1 entsprechend der einzigen Figur mit einem bei der Herstellung definiert angebrachten Kantenradius 3 auszu­ bilden. Dieser kann nach aller Erfahrung für hohe Schnittgüte bis zu 0,040 mm liegen.

Die verrundete Schneidenkante 2 kann zusätzlich gehärtet oder oberflächenveredelt sein.

Der Schneidenwinkel 4 für die verrundete Schneidenkante kann 30 bis 60° betragen.

Die gerundeten Schneidlinien mit der vergrößerten Flä­ chenauflage reduzieren dadurch, daß sich die Schneide nicht so tief in das Stanzblech eingräbt den Abdruck, so daß der Aufwurf am Abdruck nicht so groß wird. Dies ist bei empfindlicher Stanzgutoberfläche schonend. Der ver­ ringerte Abdruck durch die vergrößerte Kontaktfläche zwischen Schneide und Stanzblech verringert die Kerb­ spannungen im Bereich der Eingrabung und damit die vor­ zeitige Entstehung von Ermüdungsbrüchen im Stanzblech.

Die Stanzmesser verlieren in Verbindung mit dem Ver­ schleiß an Höhe. Es kann daher ein Kompromiß zwischen erhöhter Belastbarkeit der Schneide und dem Verschleiß eingegangen werden. Ein Schneidenradius von 0,020 mm wird hierzu als besonders günstig angesehen.

Die Verrundung der Schneide kann mechanisch erzeugt wer­ den, durch Umschmelzen z. B. mittels Laser unter entspre­ chender Wärmeführung an Normal- und schneidengehärteten Stanzmessern, die als Bandstahllinien oder aus dem vollen gearbeitete Stanzlinien als ebene Flachwerkzeuge oder als gebogene für Rotationswerkzeuge anfallen.

Claims (4)

1. Stanzmesser zum Ausstanzen von Teilen beliebiger Form aus Papier, Karton, Pappe, Kunststoffolien, Leder, Gummi und dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidenkante (2) eine Verrundung mit einem Radius (3) von 0,005 bis 0,040 mm aufweist.

2. Stanzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verrundete Schneidenkante (2) zusätzlich gehärtet ist.

3. Stanzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verrundete Schneidenkante (2) oberflächenver­ edelt ist.

4. Stanzmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidenwinkel (4) für verrundete Schneidenkanten (2) 30 bis 60° beträgt.