DE19756232C1

DE19756232C1 - Adjustable tool

Info

Publication number: DE19756232C1
Application number: DE1997156232
Authority: DE
Inventors: Hartmut Prof Dr Ing Hoffmann; Roland Dr Ing Golle; Dieter Loibl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: WO1999030896A1

Abstract

The invention relates to a tool comprising an upper tool and a lower tool having a punch (6) and die (4), respectively, mounted in an upper tool frame and a lower tool frame (3, 5). At least the die (4) or punch (6) can be adjusted in relation to the corresponding tool frame. The invention provides for an adjusting device which acts between the punch or die and the corresponding tool frame. Said adjusting device is set in the direction of lift for changing the position of the die (4) or punch (6) in relation to the corresponding tool frame and comprises a piezoelectric actuator (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a tool according to the preamble of claim 1.

Bei Pressen, insbesondere schnellaufenden Präge-, Schneid- und Stanzpressen ändert sich ohne besondere Vor kehrungen im Laufe der Zeit und bei unterschiedlichen Be triebszuständen aufgrund von Abnutzung des Werkzeugs oder sonstigen Einflüssen, wie unterschiedlichen Werkstoffen, unterschiedlichen Materialdicken und Materialkennwerten, sowie dynamischen Effekten von Werkstück, Werkzeug und Ma schine die Eindringtiefe des Werkzeugs in das Werkstück, so daß das Arbeitsergebnis zeitabhängig ist. Hinzu kommt, daß die Hubzahl der Presse Einfluß auf die Eindringtiefe des Werkzeugs haben kann.For presses, especially high-speed stamping, Cutting and punching presses change without any special advance Conversions over time and at different loading operating conditions due to tool wear or other influences, such as different materials, different material thicknesses and material parameters, as well as dynamic effects of workpiece, tool and dimensions seem the depth of penetration of the tool into the workpiece, so that the work result is time-dependent. On top of that the number of strokes of the press influences the depth of penetration of the Can have tools.

Es ist daher erforderlich, das Werkzeug verstellbar zu machen und die Eindringtiefe des Werkzeugs zu steuern oder zu regeln.It is therefore necessary to adjust the tool make and control the depth of penetration of the tool or to regulate.

Hierzu ist es bekannt (DE-OS 27 31 084), die Verstel lung eines Schneidwerkzeugs mittels einer Verstellspindel und einer Verstellmutter über einen Motor mit Untersetzungs getriebe vorzunehmen.For this purpose, it is known (DE-OS 27 31 084), the Verstel a cutting tool by means of an adjusting spindle and an adjusting nut via a motor with reduction gear gearbox.

Eine ähnliche Verstellvorrichtung ist aus DE 41 09 795 A1 bekannt.A similar adjustment device is from DE 41 09 795 A1 known.

Diese bekannten Verstellvorrichtungen sind insofern nicht voll befriedigend, als sie mechanisch aufwendig und platzraubend sind. Die dabei erreichbaren Verstellgenauig keiten liegen im Bereich von hundertstel Millimeter.In this respect, these known adjustment devices are not fully satisfactory when it is mechanically complex and are bulky. The adjustment that can be achieved speeds are in the range of hundredths of a millimeter.

Aus DE 42 12 815 A1 ist eine Presse bekannt, bei der als Antriebseinheiten für die Stempel piezoelektrische Betä tigungsglieder verwendet werden.From DE 42 12 815 A1 a press is known in which as drive units for the stamp piezoelectric actuators can be used.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß in einfacher Weise eine verbesserte Verstellgenauigkeit erreicht wird.The object of the invention is a tool of the beginning mentioned type so that a simple way improved adjustment accuracy is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein piezo elektrischer Aktor, also ein im allgemeinen geschichtet aufgebautes piezoelektrisches Element reagiert auf das Anle gen einer elektrischen Spannung mit einer Längenänderung, die erfindungsgemäß dazu verwendet wird, die Lage des Stem pels oder der Matrize in Bezug auf seinen bzw. ihren Grund körper zu verändern. Diese Verstellung kann gesteuert oder geregelt und insbesondere deshalb besonders einfach auch während des Betriebs der Maschine zwischen den einzelnen Hüben erfolgen, weil sie einfach durch die Veränderung einer, elektrischen Spannung, ohne umfangreiche mechanische Ver stellmittel, bewirkt werden kann. Die piezoelektrische Ver stellung ist der bekannten mechanischen dabei auch insofern überlegen, als die Piezoaktoren im Millisekundenbereich bei Auflösungen im Nanometerbereich positionierbar sind.According to the invention, this object is achieved by a tool solved with the features of claim 1. A piezo electrical actuator, so a generally layered assembled piezoelectric element reacts to the contact against an electrical voltage with a change in length, which is used according to the invention, the location of the stem pels or the matrix in relation to his or her reason change body. This adjustment can be controlled or regulated and therefore particularly simple during the operation of the machine between each Strokes occur because they are simply changed by a electrical voltage, without extensive mechanical ver adjusting means, can be effected. The piezoelectric ver position is the known mechanical in this respect superior than the piezo actuators in the millisecond range Resolutions in the nanometer range can be positioned.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt bzw. zeigenThe following are embodiments of the invention described with reference to the accompanying drawing. On this shows or show

Fig. 1 einen handelsüblichen piezoelektrischen Aktor schematisiert in Perspektive, Fig. 1 is a commercially available piezoelectric actuator schematically in perspective,

Fig. 2a und 2b eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Umformwerkzeugs im Vertikalschnitt und in Explosions darstellung, FIGS. 2a and 2b, an embodiment of the present invention illustration of a forming tool in vertical section and in exploded,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Folgeverbundwerkzeugs im Vertikalschnitt, Fig. 3 shows an embodiment according to the invention a progressive tool in vertical section,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Einzelwerkzeugs mit Umleitung des Kraftflusses im Verti kalschnitt, und Fig. 4 shows an embodiment of an individual tool according to the invention with redirection of the power flow in the vertical section, and

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Münzprägewerkzeugs im Vertikalschnitt. Fig. 5 shows an embodiment of a coin minting tool according to the invention in vertical section.

Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt einen handelsübli chen piezoelektrischen Aktor 1. Er enthält in einem Gehäuse einen piezokeramischen Schichtstapel, der abhängig von einer an ihn angelegten elektrischen Spannung seine Länge ändert und Verstellungen im Bereich von deutlicher unter 1 µm bis, gegebenenfalls bei Verwendung mehrerer Aktoren hinterein ander, 1000 µm gestattet. Für die Übertragung hoher Kräfte (etwa 100 bis 200 kN) und/oder zur Realisierung hoher Eigen steifigkeiten können derartige Aktoren auch parallel ge schaltet werden. Wie bereits erwähnt, sind die Piezoaktoren im Millisekundenbereich bei Auflösungen im Nanometerbereich positionierbar. Fig. 1 shows schematically a handelsübli Chen piezoelectric actuator 1st It contains a piezoceramic layer stack in a housing, which changes its length depending on an electrical voltage applied to it and allows adjustments in the range from clearly below 1 µm to 1000 µm if necessary when using several actuators in succession. For the transmission of high forces (about 100 to 200 kN) and / or for realizing high inherent stiffness, such actuators can also be connected in parallel. As already mentioned, the piezo actuators can be positioned in the millisecond range with resolutions in the nanometer range.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein Umform-Einzelwerkzeug im Schnitt und in Explosionsdarstellung. Auf einer Grundplatte 2 des Werkzeugs stützt sich umgeben von einem Unterwerkzeug rahmen 3 ein piezoelektrischer Aktor 1 ab, der mit seinem anderen Ende gegen einen verstellbaren Teil des Unterwerk zeugs (Matrize) 4 wirkt. FIGS. 2a and 2b show a single metal forming tool in section and in exploded view. On a base plate 2 of the tool is surrounded by a lower tool frame 3 from a piezoelectric actuator 1 , which acts with its other end against an adjustable part of the lower tool (die) 4 .

In einem Oberwerkzeugrahmen 5 ist ein Stempel 6 (hier als Prägestempel dargestellt) angebracht. Der obere Werk zeugrahmen ist auf Führungen 7, die hier als Vierfach-Rund führung ausgebildet sind, vertikal geführt.A stamp 6 (shown here as an embossing stamp) is attached in an upper tool frame 5 . The upper tool frame is guided vertically on guides 7 , which are designed here as a quadruple round guide.

Zwischen Matrize 4 und Stempel 6 wird durch ein (nicht dargestelltes) Vorschubsystem pro Hub des Oberwerkzeugs ein Blechstreifen 8 weitergeführt und von dem im Oberwerkzeug rahmen 5 angebrachten Stempel 6 geprägt.Between the die 4 and the punch 6 , a sheet metal strip 8 is passed through a feed system (not shown) per stroke of the upper tool and is stamped by the stamp 6 mounted in the upper tool 5 .

Die im Unterwerkzeugrahmen 3 geführte Matrize 4 kann durch Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an den Pie zoaktor 1 gegenüber dem Unterwerkzeugrahmen verstellt wer den. Auf diese Weise läßt sich die Eindringtiefe des Werk zeugs in das Werkstück beim Prägen verändern.The guided in the lower tool frame 3 die 4 can be obtained by applying an electric control voltage to the Pie zoaktor 1 adjusted relative to the die frame to who. In this way, the depth of penetration of the tool can be changed in the workpiece during embossing.

Mit Vorteil wird die Eindringtiefe des Prägewerkzeugs direkt gemessen und die Eindringtiefe über die Arbeitsvor gänge durch Lageregelung mit der an dem Piezoaktor 1 ange legten Spannung als Stellgröße konstant gehalten.Advantageously, the depth of penetration of the embossing tool is measured directly and the depth of penetration is kept constant over the work processes by position control with the voltage applied to the piezo actuator 1 as a manipulated variable.

Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der piezoelektrische Aktor 1 nur in der Unterform 4. Ebenso ist es aber auch möglich, einen piezoelektrischen Aktor 1 in der Oberform oder sowohl in der Unterform 4 als auch in der Ober form vorzusehen.In the embodiment shown, the piezoelectric actuator 1 is only in the lower mold 4 . However, it is also possible to provide a piezoelectric actuator 1 in the upper shape or both in the lower shape 4 and in the upper shape.

Fig. 3 zeigt ein Folgeverbundwerkzeug, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 2a und 2b mit den gleichen Bezugszei chen wie dort versehen sind. Beim Werkzeug der Fig. 3 bildet das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug im wesentlichen die erste Stufe, wobei in der zweiten Stufe ein Ziehvorgang und in der dritten Stufe ein Schneidvorgang erfolgt. Fig. 3 shows a progressive tool, the same parts as in Figs. 2a and 2b Chen with the same reference numerals as there are provided. In the tool of FIG. 3, the tool shown in FIG. 2 essentially forms the first stage, with a drawing operation taking place in the second stage and a cutting operation in the third stage.

Fig. 4 zeigt ein Einzelwerkzeug mit Umleitung des Kraftflusses. Gleiche Teile wie in den Fig. 2a und 2b sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 4 shows a single tool with redirection of the power flow. The same parts as in FIGS. 2a and 2b are again provided with the same reference numerals.

Um eine Beschädigung des Aktors 1 durch zu hohe Prozeß kräfte zu vermeiden, sind, z. B. zwei, Hydraulikzylinder 10 horizontal angeordnet im Unterwerkzeugrahmen 3 vorgesehen und wirken über Kolben 10 gegen Reibklötze 11, die seitlich gegen die Matrize 4 gepreßt werden und so die beim Prägevor gang auf den Aktor 1 ausgeübten Prozeßkräfte um die Reibungs kraft vermindern, so daß je nach Anpreßkraft der Reibklötze 11 ein mehr oder minder großer Teil der Prozeßkraft über die Reibklötze 11 in den Unterwerkzeugrahmen 3 weitergeleitet wird. Zum Verstellen des piezoelektrischen Aktors 1 werden die Reibklötze 11 jeweils gelöst.In order to avoid damage to the actuator 1 due to excessive process forces, e.g. B. two, hydraulic cylinders 10 arranged horizontally in the lower tool frame 3 and act via pistons 10 against friction blocks 11 , which are pressed laterally against the die 4 and thus reduce the process forces exerted on the actuator 1 during embossing process by the frictional force, so that each after the contact pressure of the friction blocks 11, a more or less large part of the process force is passed on via the friction blocks 11 into the lower tool frame 3 . In order to adjust the piezoelectric actuator 1 , the friction blocks 11 are released in each case.

Fig. 5 zeigt ein Münzprägewerkzeug. Wiederum sind glei che Teile wie in den Fig. 2a und 2b mit den gleichen Bezugs zeichen wie dort versehen. Der bewegliche Teil des Unter werkzeugs 4 ist hier ein unterer Prägestempel, der wiederum durch einen piezoelektrischen Aktor 1 in der Höhe feinju stiert oder geregelt werden kann. Fig. 5 shows a Münzprägewerkzeug. Again, same parts as in FIGS. 2a and 2b are provided with the same reference signs as there. The movable part of the lower tool 4 is a lower embossing die, which in turn can be adjusted or controlled by a piezoelectric actuator 1 in height.

Das als oberer Prägestempel ausgeführte Oberwerkzeug 6 ist in einem als Stößel ausgebildeten Oberwerkzeugrahmen 5 gehaltert. Die Prägefläche des unteren Prägestempels ist von einem Prägering 11 umgeben, in den der obere Prägestempel beim Prägevorgang eintaucht. Fig. 5 zeigt das Münzprägewerk zeug im geschlossenen Zustand; die zu prägende Münze und die Mechanik, die die Münze aus dem Prägering ausstößt, sind nicht dargestellt.The upper tool 6 designed as an upper die is held in an upper tool frame 5 designed as a plunger. The stamping surface of the lower stamp is surrounded by a stamping ring 11 , into which the upper stamp dips during the stamping process. Fig. 5 shows the minting tool in the closed state; the coin to be minted and the mechanism that ejects the coin from the minting ring are not shown.

Die Münzprägung ist ein Vorgang, bei welchem eine ex akte Einstellung der Prägestempel in Richtung des Prägehubs besonders wichtig ist, so daß eine Steuerung oder Regelung der Lage des unteren Prägestempels mit Hilfe eines piezo elektrischen Aktors 1 von besonderem Vorteil ist.The coinage is a process in which an exact setting of the die in the direction of the die stroke is particularly important, so that control or regulation of the position of the lower die with the aid of a piezoelectric actuator 1 is particularly advantageous.

Claims

1. Tool with an upper tool and a lower tool, which have a punch ( 6 ) and a die ( 4 ), which are mounted in an upper tool and lower tool frame ( 3 , 5 ), at least the die ( 4 ) or Stamp ( 6 ) is adjustable relative to the associated tool frame, and an adjusting device acting between the stamp ( 6 ) and / or the die ( 4 ) and the associated tool frame is provided, which is used to change the position of the die ( 4 ) and / or the plunger ( 6 ) is set up in relation to the associated tool frame in the lifting direction, characterized in that the adjusting device has a piezoelectric actuator ( 1 ).

2. Tool according to claim 1, characterized in that a device for relieving the piezoelectric actuator ( 1 ) from the process forces is provided.