BESCHREIBUNG
Solche Einrichtungen werden meistens als Presse bezeichnet. Eine Presse dient bekanntlich dazu, einen Stempel gegen eine Matrize zu bewegen und dadurch ein dazwischen liegendes Wersktück zu verformen. Je nach der Ausgangsform des Werkstücks, der Hublänge und den Formen von Stempel und Matrize ergibt sich am Werkstück ein Schneidevorgang oder eine Umformung oder eine Kombination von beidem. Die nötige mechanische Energie wird meistens von einem Elektromotor geliefert, und entweder mechanisch über Kurbel-, Nocken- oder Exzentergetriebe oder hydraulisch über Pumpen- und Kolbenaggregate auf einen mit dem Stempel verbundenen Stössel übertragen.
Diese Energieübertragung über mehrere Glieder ist kompliziert im Aufbau und aufwendig im Unterhalt. Vor allem kann der Hub und die längs diesem wirkende Presskraft nur schwer wechselnden Anforderungen angepasst werden.
In der 1922 veröffentlichten schweizerischen Patentschrift Nr. 94 736 ist eine magnetische Presse beschrieben, welche eine direktere Energieübertragung von ruhenden Magnetspulen über einen am Stössel befestigten Anker vorsieht.
Durch einen einfachen rotierenden Umschalter können die drei Spulensätze für Heben, Halten und Schlagen nacheinander automatisch ein- und ausgeschaltet werden, was eine hohe Produktionsleistung ermöglicht.
Der Gedanke der magnetischen Presse wurde in den deutschen Offenlegungsschriften Nr. 1 922 557 und 2 322 513 bzw. den entsprechenden USA-Patenten Nr.
3 584 496 und 3 783662 wieder aufgenommen.
Ist das Werkstück nur dünn, wie z. B. eine Metallfolie mit Bruchteilen von Millimetern, so können die erwähnten Stempelantriebe kaum mehr all diese erhöhten Anforderungen angepasst werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben und eine Einrichtung zum Ausstanzen oder Prägen von Folien oder Blechen zu schaffen, deren Betriebsparameter wie Hublänge und Presskraft einfach und mit hoher, reproduzierbarer Genauigkeit auch bei sehr dünnen Werkstücken einstellbar ist.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und die Aufgabe wird gemäss dem Kennzeichen dieses Patentanspruchs gelöst. Der Hub eines piezoelektrischen Wandlers kann sehr einfach durch Verstellen der Speisespannung den Erfordernissen angepasst werden.
Piezoelektrische Wandler sind allerdings seit langem bei andern Anwendungen bekannt. Als sog. Mikro-Aktuatoren wurden kleinste Verstellwege für optische Glieder und Geräte realisiert, ebenso für elektronische Aufzeichnungssysteme und für Präzisionsventile. Bekannt sind ferner viele Arten von schwingenden derartigen Wandlern, z. B. in der Ultraschalltechnik oder gar für eine Werkstoffprüfmaschine (DE OS 2 939 923). Wenn auch letzteres Gerät äusserlich ähnlich aussieht wie eine Presse, weichen doch Zweck und wesentliche Einzelheiten des Aufbaus und der Betriebsweise grundlegend von denjenigen der Erfindung ab
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist im abhängigen Patentanspruch umschrieben.
So ermöglichen die Vorkehren des Patentanspruchs 2 eine unkomplizierte Kombination der Funktionen eines sehr einfach aufgebauten elektromechanischen Energiewandlers zur Metallumformung mit einer hochauflösenden Wegverstelleinrichtung für diese Umformung.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels erläutert.
Die Fig. 1 zeigt vereinfacht die Ansicht bzw. Schnitt Ansicht einer Presse.
Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschema einer elektrischen Energieversorgungs- und Steuerungseinheit für die Presse Fig. 1.
Die Presse nach Fig. 1 besteht aus einem Ständer 1, in dem oben ein Antriebsaggregat 2 und darunter ein Werkzeugsatz 3 befestigt und miteinander über einen Kupplungszapfen 4 verbunden sind. Der Werkzeugsatz 3 umfasst eine Grundplatte 5 mit zwei feststehenden Säulen 6, 7, an welchen ein Oberteil 8 mit dem Stempel 9 verschiebbar gelagert ist. Die Grundplatte 5 trägt eine Matrize 10 als Gegenstück des Stempels 9. Zwei Führungsstifte 11, 12 auf der Matrize 10 führen das streifenförmige Werkstück 13 an seinen Längsseiten.
Gemäss der Erfindung besitzt nun das Antriebsaggregat 2 einen piezoelektrischen Wandler 14 zum Erzeugen der Senk- und Hubbewegungen des Stempels 9. Zwischen den einzelnen Platten dieses Wandlers 14 befinden sich leitende Zwischenlagen, von welchen abwechselnd links und rechts Verbindungen auf die beiden Sanunelleitungen mit den Anschlüssen 15 und 16 geführt sind. Der ganze Stapel des Wandlers 14 wird durch zwei Gewindezapfen 17, 18 oben und unten zusammengehalten, die in einer als Zugfeder ausgebildeten Hülse 19 eingeschraubt sind. Solche Piezoelement-Hülsen-Sätze 14 - 19 sind in verschiedenen Ausführungen auf dem Markt erhältlich.
Ferner ist die in Fig. 2 gezeigte Energieversorgungs- und Steuereinheit 20 zur Abgabe einer zum Erregen des Wandlers 14 geeigneten elektrischen Spannung eingerichtet. Zu diesem Zwecke besitzt sie eine einstellbare Gleichspannungsquelle 21, einen Speicherkondensator 22 mit Entladewiderstand 23, die einerseits mit dem Anschluss 16 des Wandlers 14 und mit der Ruheseite eines Relaiskontaktes 24 verbunden sind, anderseits mit der Arbeitsseite desselben Kontaktes 17. Dessen dritter Anschluss führt an den Anschluss 15 des Wandlers 14. Die Spule 25 des Relais ist über einen Schalter 26 mit einer geeigneten festen Gleichspannung verbunden.
Zum Ausführen einer Senkbewegung genügt es, den Schalter 26 zu betätigen, woraufhin die an der Gleichspannungsquelle 21 eingestellte Spannung über den nun umgelegten Relaiskontakt 24 auf den Wandler 14 gelangt und diesen erregt. Beim Loslassen des Schalters 26 schliesst das abfallende Relais 24, 25 den Wandler 14 an seinen Anschlüssen 15, 16 kurz und vernichtet die erregende Ladung. Die federnde Hülse 19 erzeugt eine Hubbewegung und zieht das Oberteil 8 mit dem Stempel 9 wieder hoch.
Normalerweise ist vor dem Bearbeiten eines Werkstücks 12 das genaue Ausmass der Senkbewegung einzustellen. Dabei sind Luftspalt und Werkstückdicke (hier übertrieben gross gezeichnet) zu berücksichtigen, und zwar derart, dass der Stempel 9 nur so wenig als absolut nötig für sauberen Schnitt in die Matrize 10 eintaucht. Jedes Zuviel erhöht die Abnützung der beiden Schnittkanten und ist zu vermeiden.
Die Einstellbarkeit der Spannungsquelle 21 ist deshalb so fein ausgeführt, dass winzige Bruchteile eines Millimeters am piezoelektrischen Antriebsaggregat 2 eingestellt werden können.
Ebenso wie im Stanzwerkzeugbau selbstverständliche Hilfsmittel wie Niederhalter oder Abstreifer sind auch die verschiedenen Befestigungsmittel wie Schrauben Stifte etc.
in der Zeichnung der besseren Übersicht halber weggelassen.
Die Dimensionierung und der Aufbau der Einrichtung Fig. 1 müssen so gewählt werden, dass die erwähnten Vorteile der genauen Wegeinstellung voll erhalten bleiben.
Dies gilt auch für denkbare Ausführungsformen der Erfindung, welche hier der Kürze halber nicht ins Einzelne dargestellt werden. So sind andere Bauarten von Antriebsaggregat 2 und Werkzeugsatz 3 möglich. besonders dann, wenn an eine automatisierte Produktion gedacht wird wie etwa zum Herstellen gedruckter Schaltungen mit Ausstanzen von Isoliersubstrat undloder leitendem Muster. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich bei feinen Prägearbeiten oder wenn dünne Mehrschichtstoffe nur bis zu einer gewissen Tiefe ausgeschnitten werden sollen wie bei Klebefolienmustern mit Schutzfolie auf der Klebeseite.
Auch die Energieversorgungs- und Steuerungseinheit kann abweichend von Fig. 2 hinsichtlich Programmierbarkeit und Energiehaushalt ausgebaut werden. Es kann dann auch ein bestimmter Zustell-, Halte-, Arbeits- und Rückzug Weg-!Zeitverlauf vorgegeben werden.
Durch einfaches Austauschen des Antriebsaggregats kann schliesslich auch die Pressenkraft den wechselnden Anforderungen angepasst werden.
DESCRIPTION
Such facilities are mostly referred to as the press. As is known, a press is used to move a punch against a die and thereby deform a work piece in between. Depending on the initial shape of the workpiece, the stroke length and the shape of the punch and die, the workpiece may be cut or shaped, or a combination of both. The necessary mechanical energy is usually supplied by an electric motor and either mechanically via crank, cam or eccentric gear or hydraulically via pump and piston units to a ram connected to the stamp.
This energy transfer over several links is complicated in structure and expensive to maintain. Above all, the stroke and the pressing force acting along it can be adjusted only with difficulty.
In Swiss Patent No. 94 736, published in 1922, a magnetic press is described which provides for a more direct energy transfer from stationary solenoids via an armature attached to the plunger.
With a simple rotating changeover switch, the three coil sets for lifting, holding and hitting can be automatically switched on and off one after the other, which enables high production output.
The idea of the magnetic press was described in German Offenlegungsschriften No. 1 922 557 and 2 322 513 and the corresponding United States Patents No.
3 584 496 and 3 783662 resumed.
Is the workpiece only thin, e.g. B. a metal foil with fractions of a millimeter, the stamp drives mentioned can hardly be adapted to all these increased requirements.
It is an object of the invention to overcome these disadvantages and to provide a device for punching or embossing foils or sheets, the operating parameters such as stroke length and pressing force can be set easily and with high, reproducible accuracy even with very thin workpieces.
The invention relates to a device according to the preamble of claim 1, and the object is achieved according to the characterizing part of this claim. The stroke of a piezoelectric transducer can be adapted to requirements very simply by adjusting the supply voltage.
However, piezoelectric transducers have long been known in other applications. The smallest adjustment paths for optical links and devices, as well as for electronic recording systems and for precision valves, have been implemented as so-called micro-actuators. Also known are many types of vibrating transducers such. B. in ultrasound technology or even for a materials testing machine (DE OS 2 939 923). Although the latter device looks externally similar to a press, the purpose and essential details of the construction and operation differ fundamentally from those of the invention
An advantageous embodiment of the invention is described in the dependent claim.
Thus, the precautions of claim 2 allow an uncomplicated combination of the functions of a very simple electromechanical energy converter for metal forming with a high-resolution displacement device for this forming.
The invention is explained below using an example.
1 shows a simplified view or sectional view of a press.
FIG. 2 shows the basic diagram of an electrical power supply and control unit for the press FIG. 1.
1 consists of a stand 1, in which a drive unit 2 and below a tool set 3 are fastened and connected to each other via a coupling pin 4. The tool set 3 comprises a base plate 5 with two fixed columns 6, 7, on which an upper part 8 with the punch 9 is slidably mounted. The base plate 5 carries a die 10 as a counterpart of the punch 9. Two guide pins 11, 12 on the die 10 guide the strip-shaped workpiece 13 on its long sides.
According to the invention, the drive unit 2 now has a piezoelectric transducer 14 for generating the lowering and lifting movements of the plunger 9. Between the individual plates of this transducer 14 there are conductive intermediate layers, of which connections to the two sanitary lines with the connections 15 alternate left and right and 16 are guided. The entire stack of the converter 14 is held together by two threaded pins 17, 18 above and below, which are screwed into a sleeve 19 designed as a tension spring. Piezo element sleeve sets 14 - 19 of this type are available on the market in various designs.
Furthermore, the energy supply and control unit 20 shown in FIG. 2 is set up to emit an electrical voltage suitable for exciting the converter 14. For this purpose, it has an adjustable DC voltage source 21, a storage capacitor 22 with discharge resistor 23, which are connected on the one hand to the connection 16 of the converter 14 and to the idle side of a relay contact 24, and on the other hand to the working side of the same contact 17. Its third connection leads to the Connection 15 of the converter 14. The coil 25 of the relay is connected via a switch 26 to a suitable fixed DC voltage.
To carry out a lowering movement, it is sufficient to actuate the switch 26, whereupon the voltage set at the DC voltage source 21 reaches the converter 14 via the relay contact 24 which has now been switched over and excites it. When the switch 26 is released, the falling relay 24, 25 short-circuits the converter 14 at its connections 15, 16 and destroys the exciting charge. The resilient sleeve 19 generates a lifting movement and pulls the upper part 8 up again with the stamp 9.
Normally, the exact extent of the lowering movement must be set before machining a workpiece 12. The air gap and workpiece thickness (exaggeratedly large here) must be taken into account, in such a way that the punch 9 dips into the die 10 only as little as absolutely necessary for a clean cut. Every too much increases the wear of the two cut edges and must be avoided.
The adjustability of the voltage source 21 is therefore so fine that tiny fractions of a millimeter can be set on the piezoelectric drive unit 2.
Just like tools that are taken for granted in punching tool construction, such as hold-down devices or wipers, the various fasteners such as screws, pins, etc.
omitted in the drawing for the sake of clarity.
The dimensioning and structure of the device Fig. 1 must be chosen so that the advantages mentioned of the exact path adjustment are fully retained.
This also applies to conceivable embodiments of the invention, which are not shown in detail here for the sake of brevity. So other types of drive unit 2 and tool set 3 are possible. especially when thinking of automated production, such as the manufacture of printed circuits with punching out of the insulating substrate and / or conductive pattern. Further application options are available for fine embossing work or if thin multilayer materials are only to be cut out to a certain depth, as is the case with adhesive film samples with a protective film on the adhesive side.
The energy supply and control unit can also be expanded, deviating from FIG. 2, with regard to programmability and energy balance. A certain delivery, stopping, work and withdrawal route can then also be specified.
By simply replacing the drive unit, the press force can finally be adapted to the changing requirements.