DE102011122492A1

DE102011122492A1 - Presse zur Werkstückbearbeitung

Info

Publication number: DE102011122492A1
Application number: DE102011122492A
Authority: DE
Inventors: Bernd-Arno Behrens; Richard Krimm; Christian Wager; Sergej Teichrib
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Presse (100) zur Werkstückbearbeitung, mit wenigstens einem Oberwerkzeug (1), wenigstens einem Unterwerkzeug (2) und mit wenigstens einem Antriebsmechanismus, mit dem das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und durch den eine Presskraft zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) erzeugbar und auf ein zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) angeordnetes Werkstück (3) aufbringbar ist, wobei der Antriebsmechanismus wenigstens einen Elektromagnet (4, 5) aufweist, durch dessen Bestromung das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus wenigstens einen Linearmotor (6) aufweist, durch den das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, wobei der Antriebsmechanismus dazu eingerichtet ist, dass die von dem Linearmotor (6) erzeugbare Presskraft durch gleichzeitige Bestromung des Elektromagneten (4, 5) vergrößerbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Stufenpresse mit mehreren solcher Pressen, ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Presse und ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Presse zur Werkstückbearbeitung gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Stufenpresse mit mehreren solcher Pressen gemäß dem Anspruch 11, ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Presse gemäß dem Anspruch 12 und ein Computerprogramm gemäß dem Anspruch 14.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Werkstückbearbeitung mittels einer Presse in jeglicher Art. Durch solche Pressen, z. B. in Form von Hydraulikpressen oder Exzenterpressen, werden in der Regel Metallwerkstücke bearbeitet, und zwar vorwiegend Metallwerkstücke in Form dünner Bleche. Pressen werden z. B. zur Umformung, zum Trennen und teilweise auch zum Verbinden von Werkstücken verwendet. Solche Pressen haben im Bereich der Herstellung von Massenprodukten große Verbreitung gefunden, weil sie eine relativ schnelle Werkstückbearbeitung zu günstigen Kosten ermöglichen, z. B. im Vergleich zu durch Zerspanung erzeugten Produkten, die im Hinblick auf ihre Fertigungszeiten wirtschaftlich weniger rentabel sind. Auf dem Gebiet der Pressen werden immer bessere Leistungsdaten erzielt. Es gibt mittlerweile Schnellläuferpressen mit Hubzahlen von bis zum 2000 Hüben pro Minute. Abhängig von den zu fertigenden Werkstücken stellt sich bei Verwendung üblicher Exzenterpressen jedoch ein nicht unerheblicher Verschleiß am Werkzeug ein. Der Verschleiß steigt dabei mit steigender Hubzahl. Da zudem nicht alle zu fertigenden Produkte symmetrisch sind, kommen noch Kippbewegungen innerhalb des Werkzeugs hinzu, die wiederum durch auftretende Biegemomente Verschleißerscheinungen in der Pressmaschine nach sich ziehen. Der Werkzeugverschleiß wird bei hohen Hubzahlen zusätzlich durch die dem Schnittschlag folgenden Schwingungen verstärkt.
Es gibt bereits Vorschläge, die Schnittschlagproblematik mit mechanischen Schnittschlagdämpfern zu reduzieren. Allerdings wird die Pressmaschine dadurch komplexer und teurer. Es gibt auch Vorschläge, durch den Einsatz von Linearmotoren Kippbewegungen, die durch die Herstellung unsymmetrischer Bauteile entstehen, zu kompensieren. Allerdings haben linearmotorbetriebene Pressen den Nachteil, dass keine besonders hohen Umformkräfte erzeugt werden können, so dass solche Pressen in der industriellen Fertigung nur eingeschränkt einsetzbar sind. Eine Presse mit elektrischem Antrieb nach dem Linearmotorenprinzip ist z. B. aus der DE 198 06 751 A1 bekannt.
Aus der Veröffentlichung „Scherschneiden mit elektromagnetischem Stanzautomat", B.-A. Behrens, M. Javadi, B. Heimann, M. Dagen, WT Werkstatttechnik online, Jahrgang 98 (2008), Band 10, Seiten 825 bis 830 geht ein Stanzautomat hervor, bei dem mittels zweier entgegengesetzt wirkender Elektromagnete eine Relativbewegung zwischen einem Stößel und einer Matrize erzeugt werden kann. Die Einsatzmöglichkeiten des dort beschriebenen Stanzautomaten sind relativ eng begrenzt, da durch die Elektromagnete nur sehr kurze Hübe erzeugt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Presse zur Werkstückbearbeitung anzugeben, die bei einfachem und kostengünstigem Aufbau wesentlich flexibler einsetzbar ist, d. h. die für unterschiedliche mit einer Presse auszuführende Fertigungsschritte und unterschiedliche Werkstücke einsetzbar ist. Ferner soll eine Stufenpresse angegeben werden, die solche Vorteile aufweist, ein vorteilhaftes Betriebsverfahren für eine solche Presse sowie ein vorteilhaftes Computerprogramm.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Presse zur Werkstückbearbeitung mit wenigstens einem Oberwerkzeug, wenigstens einem Unterwerkzeug und mit wenigstens einem Antriebsmechanismus, mit dem das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und durch den eine Presskraft zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug erzeugbar und auf ein zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug angeordnetes Werkstück aufbringbar ist, wobei der Antriebsmechanismus wenigstens einen Elektromagnet aufweist, durch dessen Bestromung das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, wobei der Antriebsmechanismus wenigstens einen Linearmotor aufweist, durch den das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, wobei der Antriebsmechanismus dazu eingerichtet ist, dass die von dem Linearmotor erzeugbare Presskraft durch gleichzeitige Bestromung des Elektromagneten vergrößerbar ist.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass eine Presse zur Werkstückbearbeitung realisiert werden kann, die für alle möglichen Arten der Werkstückbearbeitung universell einsetzbar ist, die üblicherweise unter Verwendung einer Presse erfolgen, insbesondere für Trenn- und Fügeschritte sowie alle Arten von Umformschritten. Vorteilhaft können verschiedenste Herstellungsschritte auf ein und derselben Presse, ggf. mit angepassten Werkzeugen, erfolgen, z. B. Prägen, Schneiden, Stanzen, Tiefziehen, Biegen, Abstrecken, Streckziehen, Trennen, Fügen von Werkstücken, Clinchen. Gegenüber bisherigen Konstruktionen von Pressen ist der mechanische Aufbau vereinfacht und damit kostengünstiger und zuverlässiger realisierbar. Zudem ist der Verschleiß des Antriebsmechanismus sowie der Werkzeuge reduziert. Auch die Wartungs- und Instandsetzungskosten können dadurch reduziert werden. Die erfindungsgemäße Presse weist in Folge ihres vereinfachten Aufbaus auch weniger bewegte Massen als herkömmliche Pressen auf. Die erfindungsgemäße Presse kann daher dynamischer betrieben werden als bekannte Pressen. Es können wesentlich höhere Hubzahlen erreicht werden. Der Antriebsmechanismus kann zudem leichter an verschiedene Umform- oder sonstige Bearbeitungsschritte angepasst werden. Die Presse kann modular aufgebaut sein, wobei wenigstens ein Elektromagnet und wenigstens ein Linearmotor vorgesehen ist, jedoch nach einer Art Baukastenprinzip auch weitere Elektromagnete bzw. Linearmotoren ergänzt werden können, um der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe gerecht zu werden.
Sofern von einer Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug gesprochen wird, schließt dies ein, dass durch den Antriebsmechanismus entweder nur das Oberwerkzeug, nur das Unterwerkzeug oder beide Werkzeuge bewegt werden. Für die Erzeugung der Presskraft kommt es im Ergebnis nur auf die Relativbewegung zueinander an, so dass erfindungsgemäße Pressen wahlweise mit beweglichem Oberwerkzeug und festem Unterwerkzeug, beweglichem Unterwerkzeug und festem Oberwerkzeug oder sowohl beweglichem Oberwerkzeug als auch beweglichem Unterwerkzeug ausgebildet sein können.
Als Linearmotor kommen alle elektrisch betriebenen Linearmotoren in Frage, wobei von verschiedenen Herstellern bereits geeignete Linearmotoren verfügbar sind. Es ist vorteilhaft, solche Linearmotoren einzusetzen, die im elektrisch unbetätigten Fall nicht blockieren, sondern in der Bewegungsrichtung des Linearantriebs frei beweglich sind. Dies hat den Vorteil, dass auch bei unbetätigtem Linearmotor der der Elektromagnet ungehindert eine Presskraft erzeugen kann, d. h. ohne Behinderung durch den Linearmotor. Es können sowohl zylindrische Linearmotoren als auch Linearmotoren mit anderen Querschnitten, z. B. quadratisch oder rechteckig, verwendet werden.
Als Elektromagnet können ebenfalls alle üblichen Elektromagnete eingesetzt werden. Als Elektromagnet wird dabei eine Anordnung aus einer elektrischen Spule und einem bei elektrischer Bestromung der Spule zu der Spule magnetisch anziehbaren Anker verstanden. Zwischen der Spule und dem Anker ist, wenn die Spule nicht bestromt ist, ein Luftspalt vorhanden, der bei Bestromung der Spule verringert oder ganz aufgehoben wird. Die Spule kann als Luftspule ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es, in der Spule einen Kern aus ferromagnetischem Material, z. B. Eisen, anzuordnen, um die von dem Elektromagnet erzeugbare Kraft zu erhöhen. Sofern mehrere Elektromagnete in dem Antriebsmechanismus vorgesehen sind, können diese jeweils einzelne Anker oder auch gemeinsame Anker aufweisen, d. h. jeweils einen Anker für mehrere Spulen. Es kann auch ein einziger, gemeinsamer Anker für sämtliche Spulen vorgesehen sein. Soweit einander gegenüberliegende, sich bei Betätigung anziehende Elektromagnete vorgesehen sind, wirkt jeweils der Spulenkern und ggf. weitere Rückschlusselemente eines Elektromagneten als Anker für den gegenüberliegenden Elektromagnet.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von wenigstens einem Linearmotor und wenigstens einem Elektromagnet in dem Antriebsmechanismus werden mehrere Synergieeffekte erzielt. So kann durch den Linearmotor ein relativ großer Hub der Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug erzeugt werden, was den Vorteil hat, dass sowohl ein Werkzeugwechsel als auch ein Wechsel von Werkstücken bequem und schnell erfolgen kann. In Folge des großen Hubs können auch Umformschritte durchgeführt werden, die auf Grund des erforderlichen, relativ großen Umformwegs von einem Elektromagnet allein nicht durchführbar wären. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den Linearmotor das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander soweit aufeinander zubewegt werden können, dass die Größe des Luftspalts des Elektromagneten dann in einem Bereich liegt, der gering genug ist, dass der Elektromagnet eine Erhöhung der Presskraft erzeugen kann. So können z. B. Werkstücke, die bei der Bearbeitung einem Tiefziehschritt und einem Prägeschritt unterworfen werden sollen, besonders günstig durch die erfindungsgemäße Presse hergestellt werden. Der Tiefziehschritt kann zunächst über den Linearmotor und die von diesem erzeugte Presskraft durchgeführt werden. Für den nachfolgenden Prägeschritt ist eine wesentlich höhere Presskraft erforderlich. Hierzu wird dann der Elektromagnet eingeschaltet, um die entsprechende, höhere Presskraft zu erzeugen. Generell kann über einen oder mehrere Elektromagnete eine erheblich höhere Presskraft erzeugt werden als über Linearmotoren.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt zudem eine softwaremäßige Regelung des Pressvorgangs in erweitertem Umfang, was die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Presse noch weiter erhöht.
Ein weiterer Synergieeffekt ist, dass die Linearmotoren dabei zugleich als Lager des Antriebsmechanismus fungieren können, was den Vorteil hat, dass keine separaten Lagerelemente erforderlich sind. Die Lagerung kann über die in den Linearmotoren erzeugten Magnetfelder erfolgen. Vorteilhaft können insbesondere Linearmotoren eingesetzt werden, bei denen die Lagerung der beweglichen Aktorstange des Linearmotors allein über ringförmige Elektromagnetenpulen erfolgt. Hierdurch kann eine Reibung vermieden bzw. soweit wie möglich reduziert werden.
Während der Umformung unsymmetrischer Bleche kommt es des Weiteren auf Grund der elastomechanischen Eigenschaften der im Kraftfluss befindlichen Pressenkomponenten zu einer elastischen Verformung des Gestells, was wiederum die Fertigungsqualität negativ beeinflussen kann. Darüber hinaus kann es hierdurch zu Überbeanspruchungen der Pressen- und Werkzeugkomponenten und dadurch im Laufe der Zeit zu deren vorzeitigen Versagen kommen. Durch die Kombination aus Linearmotor und elektromagnetischer Aktorik kann einer solchen außermittigen Belastung aktiv entgegengewirkt werden, indem z. B. während des Umformprozesses auf den das Oberwerkzeug tragenden Stößel eine geeignete Kraftverteilung mittels der Linearmotoren bzw. der Elektromagnete aufgebracht wird, so dass eine möglichst geringe Stößelverlagerung eintritt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist, wobei die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung der Linearmotoren derart eingerichtet ist, dass eine vorgegebene örtliche Kraftverteilung der Presskraft über die Oberflächen des Oberwerkzeugs bzw. des Unterwerkzeugs erzeugt ist. Durch solche mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren kann die insgesamt durch die Linearmotoren erzeugbare Presskraft erhöht werden, nämlich als die Summe der einzelnen von einem Linearmotor erzeugten Kräfte. Zudem kann durch geeignete, bewusst ungleichmäßige Ansteuerung der Linearmotoren eine vorgegebene örtliche Kraftverteilung der Presskraft erzeugt werden. Hierbei wird vorteilhaft eine elektronische Regelungseinrichtung zur Ansteuerung der Linearmotoren verwendet, z. B. eine Regelungseinrichtung mit einem Mikroprozessor, der ein entsprechendes Regelungsprogramm zur Ansteuerung der Linearmotoren ausführt. Durch entsprechende ungleichmäßige Ansteuerung der Linearmotoren kann die Kraftverteilung beispielsweise derart eingestellt werden, dass bei Werkstücken, die vor oder nach dem Pressvorgang unsymmetrisch sind, an denjenigen Stellen zwischen den Oberflächen des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs erhöhte Presskräfte erzeugt werden, wo dies zur gewünschten Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist, z. B. an Stellen erhöhter Materialdicke des Werkstücks oder an Stellen, an denen besonders kraftverzehrende Herstellschritte auszuführen sind, wie z. B. das Prägen.
Soweit von einem Linearmotor die Rede ist, gilt dies sinngemäß auch für eine Presse, bei der mehrere Linearmotoren vorhanden sind. Soweit von einem Elektromagnet die Rede ist, gilt dies sinngemäß auch für eine Presse, bei der mehrere Elektromagnete vorhanden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Elektromagnete aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist, wobei die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung der Elektromagnete derart eingerichtet ist, dass eine vorgegebene örtliche Kraftverteilung der Presskraft über die Oberflächen des Oberwerkzeugs bzw. des Unterwerkzeugs erzeugt ist. Es können hierdurch vergleichbare Vorteile wie durch mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren erzielt werden, wobei die durch die Elektromagnete erzeugbaren Kräfte noch größer sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Elektromagnete nebeneinander verteilt angeordnet sind, insbesondere in einer Matrixanordnung, wobei durch deren jeweilige Bestromung das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die insgesamt durch die Elektromagnete erzeugbare Presskraft größer ist als bei nur einem Elektromagnet, nämlich die Summe aus den durch alle Elektromagnete erzeugbaren Kräften. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Elektromagnete ungleichmäßig stark bestromt werden können, um ungleichmäßige Kräfte zu erzeugen. Hierdurch kann auf die Verkippung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug eingewirkt werden, entweder derart, dass eine Verkippung vermieden wird oder auf gewünschte Werte ausgeregelt wird. Hierbei können die Elektromagnete ebenfalls über eine elektronische Regelungseinrichtung angesteuert werden. Ebenso ist es möglich, durch ungleichmäßige Ansteuerung der Elektromagnete eine vorgegebene örtliche Kraftverteilung der Presskraft über die Oberflächen des Oberwerkzeugs bzw. des Unterwerkzeugs zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist, wobei die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung der Linearmotoren derart eingerichtet ist, dass eine Verkippung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug vermieden ist oder auf gewünschte Werte ausgeregelt ist. Neben den zuvor genannten Vorteilen mehrerer nebeneinander verteilt angeordneter Linearmotoren entsteht der weitere Vorteil, dass durch entsprechend aufeinander abgestimmte Ansteuerung der Linearmotoren die bislang nicht oder nur schwer beherrschbare Verkippung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug vermieden werden kann oder, sofern sie in Einzelfällen gewünscht ist, auf gewünschte Werte ausgeregelt werden kann. Eine Verkippung kann z. B. bei unsymmetrischen Werkstücken, z. B. bei unterschiedlicher Dicke des Werkstücks, erwünscht sein. Zumindest können unerwünschte Verkippungseffekte weitestgehend vermieden werden. Hierdurch werden die gesamte Presse sowie die Werkzeuge geschont.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Elektromagnete aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist, wobei die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung der Elektromagnete derart eingerichtet ist, dass eine Verkippung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug vermieden ist oder auf gewünschte Werte ausgeregelt ist. Es können hierdurch vergleichbare Vorteile wie durch mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren erzielt werden, wobei die durch die Elektromagnete erzeugbaren Kräfte noch größer sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung des Linearmotors bzw. der Linearmotoren und/oder des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete derart eingerichtet ist, dass ein beim Pressvorgang auftretender Schnittschlag gedämpft ist. Dies hat den Vorteil, dass keine gesonderten Bauteile für die Schnittschlagdämpfung erforderlich sind, wie z. B. mechanische Stoßdämpfer. Die Schnittschlagdämpfung kann allein durch geeignete softwaremäßige Ansteuerung des Linearmotors bzw. der Linearmotoren und/oder des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete erfolgen. Die mit dem Schnittschlag zusammenhängenden Effekte sind relativ umfassend erforscht. Der auftretende Schnittschlag ist daher eine bekannte Größe, die vorhergesehen werden kann. Daher kann durch entsprechende softwaremäßige Ansteuerung der genannten Komponenten mittels der elektronischen Regelungseinrichtung sozusagen präventiv der Schnittschlag weitestgehend vermieden werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Schnittschlag dadurch gedämpft werden, dass bereits vor oder bei Beendigung eines Schnitts, d. h. kurz vor dem Auftreten des Schnittschlags, der Linearmotor bzw. die Linearmotoren in geeigneter, ggf. alternierender Richtung betätigt werden, so dass Werkzeug- und Maschinenteile derart in Schwingungen versetzt werden, dass aufgrund der folgenden Überlagerung mit den sonst ungedämpften, aus dem Schnittschlag resultierenden Schwingungen eine schwingungsarme, gedämpfte Bewegung der Werkzeug- bzw. Maschinenteile entsteht. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass zum Dämpfen des Schnittschlags der Elektromagnet bzw. die Elektromagnete unmittelbar nach dem durchgeführten Schnitt abgeschaltet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Presse wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung des Linearmotors bzw. der Linearmotoren und/oder des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete zur Erzeugung einer mit einer Schwingung überlagerten Presskraft und/oder eines mit einer Schwingung überlagerten mittleren Weg-Zeit-Verlaufs eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch Herstellschritte, die durch eine Schwingungsüberlagerung begünstigt werden, mit derselben Presse ohne zusätzliche mechanische Komponenten durchgeführt werden können. Die Schwingung kann z. B. in der Art einer Vibration oder als sonstiges pulsierendes Signal überlagert werden. Die Schwingungsüberlagerung kann allein durch geeignete Ansteuerung des Linearmotors bzw. der Linearmotoren und/oder des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete realisiert werden, d. h. die Schwingungsüberlagerung kann allein durch entsprechende Anpassung einer Ansteuerungssoftware in der elektronischen Regelungseinrichtung realisiert werden. Zur Erzeugung der Schwingungsüberlagerung kann die elektronische Regelungseinrichtung z. B. zur Nachbildung einer mit Schwingungen überlagerten Stößelkinematik mit einer geeigneten Bewegungskurve eingerichtet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einer, mehrere oder jeder der Linearmotoren als segmentierter Linearmotor ausgebildet sind, insbesondere als in Längsbetätigungsrichtung segmentierter Linearmotor und/oder als in Umfangsrichtung segmentierter Linearmotor. Dies hat den Vorteil, dass die Linearmotoren in nicht-selbstblockierender Ausführungsform im Handel erhältlich sind. Linearmotoren dieser Art können zudem auf einfache Weise mit jeweils einem handelsüblichen Frequenzumrichter angesteuert werden. Die Ausführungsform als in Umfangsrichtung segmentierter Linearmotor hat den weiteren Vorteil, dass durch entsprechend angepasste, ungleichmäßige Betätigung der einzelnen Spulensegmente in Umfangsrichtung Horizontalverlagerungen der Aktorstange des Linearmotors kompensiert werden können. Die entsprechende Kompensation der Horizontalverlagerungen kann z. B. auch durch entsprechende softwaremäßige Steuerung über eine elektronische Regelungseinrichtung erfolgen.
Wie bereits erwähnt, weist der Antriebsmechanismus wenigstens einen Elektromagnet auf, durch dessen Bestromung das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist. Die Anordnung der Komponenten des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete ist daher derart vorzusehen, dass durch deren Betätigung eine Kraft oder zumindest eine Kraftkomponente erzeugt werden kann, durch die das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander aufeinander zu bewegt werden kann und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugt werden kann. Dabei kann wahlweise die elektrische Spule sowie, sofern vorgesehen, deren Kern und weitere magnetische Rückschlusselemente an einer festen, unbeweglichen Bodenplatte der Presse oder an beweglichen Teilen der Presse, insbesondere an von dem Linearmotor beweglichen Teilen, angeordnet sein. Im zuletzt genannten Fall kann eine feste, unbewegliche Bodenplatte der Presse zugleich als Ankerplatte dienen und den oder die Anker der Elektromagnete bilden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Linearmotor mit wenigstens einer durch den Linearmotor bewegbaren Ankerplatte gekoppelt ist, die als Anker des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Kopplung zwischen dem Linearmotor und dem Elektromagnet einfach und robust ausgebildet werden kann und nur wenige Bauteile erforderlich sind. Sofern mehrere Linearmotoren bzw. Elektromagnete vorhanden sind, können diese auch jeweils mit einer einzigen Ankerplatte gekoppelt sein, die als Anker der Elektromagnete ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Linearmotor mit wenigstens einer durch den Linearmotor bewegbaren elektrischen Spule des Elektromagneten bzw. der Elektromagnete gekoppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können als Elektromagnete auch sich gegenüberliegende, sich gegenseitig anziehende Elektromagnete vorgesehen sein. Einer oder mehrere beweglich angeordnete Elektromagnete können dabei mit dem Linearmotor gekoppelt und durch den Linearmotor bewegbar sein. Einer oder mehrere fest angeordnete Elektromagnete können dann z. B. mit einer Bodenplatte der Presse fest verbunden sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die elektronische Regelungseinrichtung zur Ansteuerung des Linearmotors bzw. der Linearmotoren derart eingerichtet ist, dass eine Kollision zwischen dem Anker des Elektromagneten und dessen Spule oder deren Kern vermieden wird. Hierdurch werden Beschädigungen an dem Elektromagnet vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Antriebsmechanismus wenigstens einen weiteren Elektromagnet auf, durch dessen Bestromung das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug relativ zueinander voneinander fort bewegbar ist. Statt eines einzigen weiteren Elektromagneten können auch mehrere weitere Elektromagnete der erläuterten Art vorgesehen sein. Mittels des weiteren Elektromagneten bzw. der weiteren Elektromagnete kann eine definierte Arretierung der Presse in dem geöffneten Zustand, d. h. in einem Zustand, in dem das Oberwerkzeug von dem Unterwerkzeug fort gefahren ist, realisiert werden. Eine ständige gleichzeitige Betätigung der Linearmotoren ist dabei nicht erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass einer unnötigen Erwärmung und damit einer Schädigung der Linearmotoren entgegengewirkt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Pressentisch, auf dem das Unterwerkzeug angeordnet ist, zwischen dem Elektromagnet und dem weiteren Elektromagnet angeordnet.
Die Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 11 gelöst durch eine Stufenpresse, die aus mehreren nebeneinander angeordneten Pressen der zuvor erläuterten Art gebildet ist. Eine solche Stufenpresse hat im Vergleich zu Stufenpressen bekannter Bauart den Vorteil, dass die einzelnen Pressen separat voneinander aufgebaut sind und eine gegenseitige Beeinflussung effektiver vermieden werden kann.
Die Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 12 gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Presse der zuvor erläuterten Art, bei der vorgesehen ist, dass

a) für einen Pressvorgang zunächst der Linearmotor soweit betätigt wird, bis die gewünschte Presskraft erreicht ist oder bis der Luftspalt des Elektromagneten so gering ist, dass durch Bestromung des Elektromagneten die Presskraft erhöht werden kann,
b) dann eine Betätigung des Elektromagneten erfolgt, wenn die Presskraft erhöht werden soll,
c) dann ein Abschalten des Elektromagneten erfolgt, wenn dieser betätigt war,
d) dann ein Bewegen des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs relativ zueinander voneinander fort durch Betätigung des Linearmotors erfolgt.

Hierbei kann in dem Schritt b) eine automatische Kompensation horizontaler Kräfte zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug und/oder eine Schnittschlagdämpfung durch modulierte Betätigung des Linearmotors und/oder des Elektromagneten durchgeführt werden.
Die Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 14 gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, insbesondere ein auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertes Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens der zuvor erläuterten Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine schnelle und kostengünstige Anpassung der Funktion der Presse an neue Einsatzgebiete erfolgen kann, indem einfach das Computerprogramm ausgetauscht oder geändert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 – eine erste Ausführungsform einer Presse in Seitenansicht und
2 – die Presse gemäß 1 in einer isometrischen Ansicht und
3 – eine zweite Ausführungsform einer Presse in Seitenansicht und
4 – die Presse gemäß 3 in einer isometrischen Ansicht und
5 – einen Linearmotor in Seitenansicht und
6 – einen Linearmotor in Draufsicht und
7 – eine Stufenpresse in Seitenansicht und
8 – eine Ausführungsform einer Presse mit einer elektronischen Regelungseinrichtung in schematischer Darstellung.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Presse 100 zur Werkstückbearbeitung nachfolgend näher erläutert. Erkennbar ist ein Gestell aus einer Kopfplatte 8, einer Bodenplatte 10 und einem zwischen der Kopfplatte 8 und der Bodenplatte 10 angeordneten Pressentisch 9. Der Pressentisch 9 ist mit der Kopfplatte 8 und der Bodenplatte 10 über Verbindungsstangen 11 verbunden. Die Kopfplatte 8, der Pressentisch 9 und die Bodenplatte 10 sind zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet und bei üblicher Betriebsart der Presse 100 horizontal angeordnet. Entsprechend verlaufen die Verbindungsstangen 11 in vertikaler Richtung.
Der Pressentisch 9 ist gegenüber der Kopfplatte 8 bzw. der Bodenplatte 10 fixiert, d. h. unbeweglich angeordnet. In dem durch die Kopfplatte 8, die Bodenplatte 10 sowie die Verbindungsstangen 11 umschlossenen Raum befindet sich ein Umformwerkzeug, das aus einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2 gebildet ist. Das Oberwerkzeug 1 kann z. B. als Stempel, insbesondere als Tiefziehstempel, ausgebildet sein, das Unterwerkzeug 2 z. B. als Matrize. Zwischen dem Oberwerkzeug 1 und dem Unterwerkzeug 2 befindet sich ein Werkstück 3, z. B. eine Blechplatte, die durch das Umformwerkzeug bearbeitet werden soll. Das Oberwerkzeug 1 ist an einem relativ zu dem Pressentisch 9 beweglichen Stößel 13, der plattenförmig ausgebildet sein kann, befestigt. Das Unterwerkzeug 2 ist an dem Pressentisch 9 befestigt. Der Stößel 13 ist über Koppelstangen 14 mit einer Ankerplatte 4 fest gekoppelt. Die Ankerplatte 4 folgt daher im Wesentlichen den Bewegungen des Stößels 13.
Unterhalb der Ankerplatte 4 befinden sich mehrere elektrische Spulen 5 mit darin angeordneten Spulenkernen. Die Spulen 5 bilden zusammen mit der Ankerplatte 4 einen jeweiligen Elektromagnet. Die Spulen 5 können jeweils separat voneinander elektrisch angesteuert werden, wofür eine später anhand der 8 noch erläuterte elektronische Regelungseinrichtung vorgesehen ist. Wie insbesondere in der 2 erkennbar ist, sind vier Reihen von jeweils drei nebeneinander angeordneten Spulen 5 vorhanden, so dass eine Matrixanordnung aus vier mal drei Spulen vorhanden ist, so dass auch eine Matrix von vier mal drei Elektromagneten zur Verfügung steht. Allerdings ist dies nur eine beispielhafte Ausführung. Auch andere Anzahlen und Kombinationen können je nach Anwendungsfall sinnvoll sein und sind von der vorliegenden Erfindung umfasst.
An der Kopfplatte 8 sind vier Linearmotoren 6 befestigt. Die Linearmotoren 6 können z. B. an der Oberseite der Kopfplatte 8 angeordnet sein oder, bei entsprechend geänderter konstruktiver Ausführung, auch an der Unterseite der Kopfplatte 8, so dass sie nicht nach oben herausstehen. Die Linearmotoren 6 weisen Aktorstangen 15 auf, die in Linearrichtung entlang der Y-Achse gemäß dem in 1 dargestellten Koordinatensystem durch elektrische Beaufschlagung der Linearmotoren 6 bewegbar sind. Je nach elektrischer Beaufschlagung können die Aktorstangen 15 in der einen oder der anderen Vorzeichenrichtung entlang der Y-Achse bewegt werden. Die Aktorstangen 15 sind mit dem Stößel 13 fest gekoppelt.
Durch entsprechende Betätigung der Linearmotoren 6 kann der Stößel 13 in positiver oder negativer Y-Richtung bewegt werden. Wird der Stößel 13 in der Darstellung gemäß 1 nach unten bewegt, nähert sich auch die Ankerplatte 4 den Spulen 5. Sobald der Luftspalt zwischen der Ankerplatte 4 und den Spulen 5 einen unteren Mindestwert unterschreitet, kann durch elektrische Betätigung von einer oder mehrerer der Spulen 5 eine Anziehungskraft auf die Ankerplatte 4 ausgeübt werden, so dass die Ankerplatte 4 weiter zu den Spulen 5 hingezogen wird und dabei eine entsprechende Betätigung der Linearmotoren 6 unterstützt.
Durch entsprechendes Herunterfahren des Stößels 13 nähert sich das Oberwerkzeug 1 dem Unterwerkzeug 2 und erzeugt dabei eine Presskraft auf das Werkstück 3. Das Werkstück 3 wird entsprechend der durch die Werkzeuge 1, 2 vorgegebenen Form umgeformt oder anderweitig bearbeitet. Je nach Presskraftbedarf können dabei einer oder mehrere der Elektromagnete 4, 5 betätigt werden. Nach Abschluss des Pressvorgangs werden die Elektromagnete 4, 5, sofern sie betätigt waren, abgeschaltet und der Stößel 13 mittels der Linearmotoren 6 nach oben gefahren. Danach kann das bearbeitete Werkstück 3 entnommen werden und ein neues Werkstück eingesetzt werden.
An der Kopfplatte 8 ist zudem eine weitere elektrische Spule 12 mit darin angeordnetem Kern befestigt. Die weitere Spule 12 bildet zusammen mit der Kopfplatte 13, die zumindest in dem Bereich der weiteren Spule 12 aus magnetisch leitfähigem Material gefertigt ist, einen weiteren Elektromagnet. Durch elektrische Betätigung des weiteren Elektromagneten kann der Stößel 13 in der in 1 dargestellten oberen Position gehalten werden, ohne dass die Linearmotoren 6 betätigt sein müssen.
Wie insbesondere in der 2 erkennbar ist, ist die Ankerplatte 4 mit Ankerpaketen 20 bestückt, die in entsprechenden Ausschnitten der Ankerplatte 4 angeordnet sind. Die Ankerpakete 20 sind jeweils oberhalb einer Spule 5 angeordnet. Die Ankerpakete 20 sind aus ferromagnetischem Material gefertigt, was den Vorteil hat, dass die durch die Elektromagnete erzeugbare Betätigungskraft und damit die maximal erzeugbare Presskraft weiter erhöht wird.
Die Spulen 5 sowie die weitere Spule 12 können zur weiteren Erhöhung der Magnetkraft zusätzlich von Rückschlussringen aus ferromagnetischem Material umgeben sein.
Wie in der 2 ebenfalls erkennbar ist, ist der Stößel 13 sowie der Pressentisch 9 jeweils mit einer Mehrzahl von T-förmigen Nuten versehen, die als Befestigungsmittel für das Oberwerkzeug 1 bzw. das Unterwerkzeug 2 dienen. Hierdurch ist ein schneller Wechsel der Werkzeuge 1, 2 möglich.
Durch unterschiedliche Betätigung der einzelnen Linearmotoren 6 und/oder der Elektromagnete 4, 5 kann z. B. einer außermittigen Belastung oder einer unerwünschten Verkippung der Werkzeuge 1, 2 aktiv entgegengewirkt werden, indem z. B. während des Umformprozesses auf den Stößel 13 eine geeignete Kraftverteilung mittels der Linearmotoren bzw. der Elektromagnete aufgebracht wird, so dass eine möglichst geringe Stößelverlagerung eintritt. Als Verkippung wird hierbei die Abweichung von der parallelen Lage zwischen dem Oberwerkzeug 1 und dem Unterwerkzeug 2 verstanden. Als Stößelverlagerung werden Abweichungen von der Soll-Lage des Stößels 13, die durch die Konstruktion der Presse vorgegeben ist, in Horizontalrichtung verstanden.
Anhand der 3 und 4 wird eine zweite Ausführungsform einer Presse 100 erläutert, die sich von der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 wie folgt unterscheidet. Gemäß den 3 und 4 sind vier Linearmotoren 6, die als so genannte segmentierte Linearmotoren ausgebildet sind, zwischen dem Stößel 13 und der Ankerplatte 4 angeordnet. Die Linearmotoren 6 sind mit einer im Wesentlichen runden Querschnittsform ausgebildet und weisen jeweils einen Spulenblock 32 und eine innerhalb des Spulenblocks 32 angeordnete längsverschiebliche Aktorstange 30 auf. Die Aktorstange 30 ist gegenüber dem Spulenblock 32 bei elektrischer Betätigung des Linearmotors 6 in Längsrichtung vor- und zurückbewegbar. Der Spulenblock 32 weist eine Vielzahl von in Längsrichtung des Linearmotors 6 hintereinander angeordneten elektrischen Spulen auf. Die Aktorstange 30 ist an ihrem Außenumfang mit einer Vielzahl von ringförmigen Permanentmagneten 31 belegt, die nach Art von Segmenten in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Durch elektrische Beaufschlagung der Spulen des Spulenblocks 32 kann die Aktorstange 30 bewegt werden. Der Spulenblock 32 ist dabei an dem Pressentisch 9 befestigt. Die Aktorstangen 30 sind an ihrem einen Ende jeweils an dem Stößel 13 und an ihrem anderen Ende jeweils an der Ankerplatte 4 befestigt. Der Stößel 13 und die Ankerplatte 4 folgen daher den Längsbewegungen der Aktorstangen 30.
Wie erkennbar ist, hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass der gesamte Aufbau der Presse 100 sehr kompakt ist und insbesondere die Linearmotoren 6 nicht nach oben herausstehen. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine gesonderten Lagerelemente für die Lagerung des Stößels 13 und der Ankerplatte 4 erforderlich sind, da die Lagerung direkt über die Linearmotoren erfolgt, was besonders reibungsarm ist. Zudem können die gesonderten Koppelstangen 14 eingespart werden.
Die in den Ausführungsbeispielen an der Bodenplatte 10 befestigten elektrischen Spulen 5, deren Kernen und ggf. vorhandenen weiteren magnetischen Rückschlusselementen können alternativ auch an der Ankerplatte 4 befestigt sein, die dann nur als Befestigungsplatte und ggf. als magnetisches Rückschlusselement dient. In diesem Fall wirkt die gegenüberliegende Bodenplatte 10 als Anker der Elektromagnete. Es können auch zusätzlich zu den in den Ausführungsbeispielen an der Bodenplatte 10 befestigten elektrischen Spulen 5, deren Kernen und ggf. vorhandenen weiteren magnetischen Rückschlusselementen an der Ankerplatte 4 befestigte zusätzliche Spulen 5, deren Kerne und ggf. vorhandene weitere magnetische Rückschlusselemente vorgesehen sein. In diesem Fall wird eine Anordnung aus einander gegenüberliegenden, sich gegenseitig anziehenden Elektromagneten gebildet. Hierdurch kann die durch die Elektromagnete erzeugte Presskraft weiter gesteigert werden.
Die 5 zeigt einen in Längsrichtung segmentierten Linearmotor 6, der einen Spulenblock 32 sowie eine innerhalb von mehreren Ringspulen 33 des Spulenblocks 32 angeordnete Aktorstange 30 aufweist. Zur besseren Erkennbarkeit der einzelnen Ringspulen 33 sind diese ohne das an sich vorhandene äußere Gehäuse dargestellt. Erkennbar sind wiederum hintereinander angeordnete ringförmige Permanentmagnete 31.
Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines segmentierten Linearmotors in einer Draufsicht auf die Aktorstange 30. Erkennbar ist, dass die Spulen des Linearmotors 6 nicht, wie in 5 bei den Ringspulen 33 dargestellt, vollständig den Umfang der Aktorstange 30 umgeben, sondern in Umfangsrichtung als segmentierte Spulen 60 ausgebildet sind, z. B. in Form von drei Spulen 60, die jeweils einen Umfangswinkel von etwa 120 Grad abdecken. Die Verwendung solcher Linearmotoren für eine erfindungsgemäße Presse hat den Vorteil, dass durch entsprechend unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Spulensegmente 60 gezielt Horizontalverlagerungen des Stößels 13 kompensiert werden können, oder wenn dies erwünscht ist, gezielte Horizontalverlagerungen erzeugt werden können.
Die in den 5 und 6 dargstellten Linearmotoren 6 können in allen Ausführungsformen der Presse 100 verwendet werden.
Die dargestellten Ausführungsformen der Presse 100 weisen jeweils vier an vier Eckpunkten des Antriebsmechanismus angeordnete Linearmotoren 6 auf. Die erfindungsgemäße Presse kann jedoch auch mit jeder anderen Anzahl von Linearmotoren realisiert werden, z. B. mit einem, zwei oder drei Linearmotoren. Selbstverständlich kann auch eine höhere Anzahl von Linearmotoren vorgesehen sein. Das Gleiche gilt für die Anzahl der vorgesehenen Elektromagnete 4, 5. Ebenso kann statt der Vierpunktlagerung des Stößels 13 bzw. der Ankerplatte 4 über vier Koppelstangen 14 oder vier Aktorstangen 30 auch eine Zweipunkt- oder Dreipunktlagerung vorgesehen sein.
Die 7 zeigt eine Stufenpresse 70, die aus vier einzelnen Pressen 100 aufgebaut ist, die nach der zuvor erläuterten Art ausgebildet sind. Bei jeder einzelnen Presse 100 ist jeweils ein Linearmotor 6 vorgesehen, der auf der Oberseite einer gemeinsamen Kopfplatte 8 befestigt ist. Bei jeder Presse 100 ist zudem ein Elektromagnet 4, 5 mit einer einzigen Spule 5 vorgesehen. Die Spulen 5 sind an einer gemeinsamen Bodenplatte 10 befestigt. Die Kopfplatte 8 ist über Stützen 71 gegenüber der Bodenplatte 10 abgestützt. Auf einem zwischen der Kopfplatte 8 und der Bodenplatte 10 angeordneten Pressentisch 9 befinden sich jeweils Unterwerkzeuge 2 der einzelnen Pressen 100. Jeweilige Oberwerkzeuge 1 der Pressen 100 sind an einem jeweiligen Tragrahmen 72 befestigt. Der Tragrahmen 72 ist an seiner Oberseite mit der jeweiligen Aktorstange 15 eines Linearmotors 6 und an seiner Unterseite mit einer jeweiligen Ankerplatte 4 eines Elektromagneten 4, 5 verbunden.
Die einzelnen Pressen 100 werden nach dem zuvor beschriebenen Verfahren betrieben. Durch die Hintereinanderanordnung mehrerer Pressen 100 kann ein Werkstück 3 stufenweise in mehreren Herstellschritten bearbeitet werden, z. B. zunächst einem Stanzschritt oder Abtrennschritt unterworfen werden, dann einem Tiefziehschritt und dann einem Prägeschritt.
Die 8 zeigt in schematischer Darstellung eine elektrische Anordnung zum Betrieb einer Presse der zuvor beschriebenen Art. Dargestellt ist eine elektronische Regelungseinrichtung 80, mit der die einzelnen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten der Presse 100 elektrisch verbunden sind. Es kann eine gemeinsame Regelungseinrichtung für sämtliche elektrische Komponenten vorgesehen sein, oder mehrere einzelne elektronische Regelungseinrichtungen, die z. B. miteinander zum Datenaustausch verbunden sein können. Die elektronische Regelungseinrichtung 80 weist z. B. einen Rechner in Form eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers auf, der ein in einem Speicher abgelegtes Computerprogramm ausführt. Durch das Computerprogramm ist die Steuerung der einzelnen Komponenten der Presse 100 festgelegt.
Die einzelnen Linearmotoren 6 der Presse 100 sind über Frequenzumrichter 81, 82, 83, 84 mit der elektronischen Regelungseinrichtung 80 gekoppelt. Es können hierbei Frequenzumrichter eingesetzt werden, die zur Ansteuerung von Linearmotoren im Handel erhältlich sind. Die Frequenzumrichter 81, 82, 83, 84 sind zudem mit elektrischen Versorgungsleitungen, z. B. einem Drehstromnetz, verbunden, was in der 8 jedoch nicht explizit dargestellt ist. Die Linearmotoren 6 weisen ferner Positionssensoren 85, 86, 87, 88 auf, durch die die jeweilige Position des beweglichen Teils eines Linearmotors 6 erfasst werden kann. Die Positionssensoren 85, 86, 87, 88 sind ebenfalls mit der elektronischen Regelungseinrichtung 80 verbunden. Die elektronische Regelungseinrichtung 80 empfängt die entsprechenden Sensorsignale der Positionssensoren 85, 86, 87, 88 und berücksichtigt diese in einem Regelungsverfahren.
Die elektronische Regelungseinrichtung 80 ist ferner über elektrische Leitungen mit den einzelnen Spulen 5 der Elektromagnete 4, 5 verbunden. Die Ansteuerung der Spulen 5 erfolgt z. B. über in der elektronischen Regelungseinrichtung 80 vorgesehene, geeignete Stromregelschaltungen.
Die Presse 100 weist weitere Sensoren 89, 90, 91 auf, die in der 8 lediglich beispielhaft dargestellt sind. Es können Sensoren für die Erfassung der Position des Stößels 13, der Stößelgeschwindigkeit, der Stößelverlagerung, von Umformkräften, von Betätigungsströmen der Linearmotoren 6 und/oder der Elektromagnete 4, 5, sowie deren Betätigungsspannungen und Betätigungsfrequenzen als weitere Sensoren 89, 90, 91 vorgesehen werden. Das in der elektronischen Regelungseinrichtung vorgesehene Computerprogramm ist zur Ausführung eines Regelkreises derart ausgebildet, dass die von den Sensoren 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91 erfassten Messgrößen mit Sollwerten verglichen werden, die ermittelten Abweichungen einem z. B. softwaremäßig realisierten Regler zugeführt werden und die von dem Regler ausgegebenen Steuergrößen wiederum auf die vorhandenen Aktoren, d. h. die Linearmotoren 6 und die Elektromagnete 4, 5 ausgegeben werden. Die Regelstrecke wird dabei durch die Presse 100 bzw. deren Antriebsmechanismus gebildet. Der Regler kann z. B. als Mehrgrößenzustandsregler ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19806751 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Scherschneiden mit elektromagnetischem Stanzautomat”, B.-A. Behrens, M. Javadi, B. Heimann, M. Dagen, WT Werkstatttechnik online, Jahrgang 98 (2008), Band 10, Seiten 825 bis 830 [0004]

Claims

Presse (100) zur Werkstückbearbeitung, mit wenigstens einem Oberwerkzeug (1), wenigstens einem Unterwerkzeug (2) und mit wenigstens einem Antriebsmechanismus, mit dem das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und durch den eine Presskraft zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) erzeugbar und auf ein zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) angeordnetes Werkstück (3) aufbringbar ist, wobei der Antriebsmechanismus wenigstens einen Elektromagnet (4, 5) aufweist, durch dessen Bestromung das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus wenigstens einen Linearmotor (6) aufweist, durch den das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist, wobei der Antriebsmechanismus dazu eingerichtet ist, dass die von dem Linearmotor (6) erzeugbare Presskraft durch gleichzeitige Bestromung des Elektromagneten (4, 5) vergrößerbar ist.
Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren (6) aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist, wobei die Presse (100) wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung (80) aufweist, die zur Ansteuerung der Linearmotoren (6) derart eingerichtet ist, dass eine vorgegebene örtliche Kraftverteilung der Presskraft über die Oberflächen des Oberwerkzeugs (1) bzw. des Unterwerkzeugs (2) erzeugt ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus mehrere nebeneinander verteilt angeordnete Linearmotoren (6) aufweist, durch die jeweils das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu und voneinander fort bewegbar ist, wobei die Presse (100) wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung (80) aufweist, die zur Ansteuerung der Linearmotoren (6) derart eingerichtet ist, dass eine Verkippung zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) vermieden ist oder auf gewünschte Werte ausgeregelt ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presse (100) wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung (80) aufweist, die zur Ansteuerung des Linearmotors (6) bzw. der Linearmotoren (6) und/oder des Elektromagneten (4, 5) bzw. der Elektromagnete (4, 5) derart eingerichtet ist, dass ein beim Pressvorgang auftretender Schnittschlag gedämpft ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presse (100) wenigstens eine elektronische Regelungseinrichtung (80) aufweist, die zur Ansteuerung des Linearmotors (6) bzw. der Linearmotoren (6) und/oder des Elektromagneten (4, 5) bzw. der Elektromagnete (4, 5) zur Erzeugung einer mit einer Schwingung überlagerten Presskraft und/oder eines mit einer Schwingung überlagerten mittleren Weg-Zeit-Verlaufs eingerichtet ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer, mehrere oder jeder der Linearmotoren (6) als segmentierter Linearmotor ausgebildet ist, insbesondere als in Längsbetätigungsrichtung (1) segmentierter Linearmotor und/oder als in Umfangsrichtung segmentierter Linearmotor.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektromagnete (4, 5) nebeneinander verteilt angeordnet sind, insbesondere in einer Matrixanordnung, wobei durch deren jeweilige Bestromung das Oberwerkzeug (1) und/oder das Unterwerkzeug (2) relativ zueinander aufeinander zu bewegbar ist und wenigstens ein Teil der Presskraft erzeugbar ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (6) mit wenigstens einer durch den Linearmotor (6) bewegbaren Ankerplatte (4) gekoppelt ist, die als Anker des Elektromagneten (4, 5) bzw. der Elektromagnete (4, 5) ausgebildet ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (6) mit wenigstens einer durch den Linearmotor (6) bewegbaren elektrischen Spule (5) des Elektromagneten (4, 5) bzw. der Elektromagnete (4, 5) gekoppelt ist.
Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet zum Durchführen von einem, mehreren oder allen der folgenden Herstellungsschritte: Prägen, Schneiden, Stanzen, Tiefziehen, Biegen, Abstrecken, Streckziehen, Trennen, Fügen von Werkstücken, Clinchen.
Stufenpresse (70), gebildet aus mehreren nebeneinander angeordneten Pressen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Presse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a) für einen Pressvorgang zunächst der Linearmotor (6) soweit betätigt wird, bis die gewünschte Presskraft erreicht ist oder bis der Luftspalt des Elektromagneten (4, 5) so gering ist, dass durch Bestromung des Elektromagneten (4, 5) die Presskraft erhöht werden kann, b) dann eine Betätigung des Elektromagneten (4, 5) erfolgt, wenn die Presskraft erhöht werden soll, c) dann ein Abschalten des Elektromagneten (4, 5) erfolgt, wenn dieser betätigt war, d) dann ein Bewegen des Oberwerkzeugs (1) und/oder des Unterwerkzeugs (2) relativ zueinander voneinander fort durch Betätigung des Linearmotors (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) eine automatische Kompensation horizontaler Kräfte zwischen dem Oberwerkzeug (1) und dem Unterwerkzeug (2) und/oder eine Schnittschlagdämpfung durch modulierte Betätigung des Linearmotors (6) und/oder des Elektromagneten (4, 5) durchgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertes Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.