DE19953244A1

DE19953244A1 - Presse

Info

Publication number: DE19953244A1
Application number: DE1999153244
Authority: DE
Inventors: Achim Hess; Martin Gollhofer
Original assignee: ZENTRUM fur FERTIGUNGSTECHNIK; ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-17
Also published as: EP1097801A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere zum Schneiden und Formen von Kleinstbauteilen, mit einem hin- und herbewegbaren Stempel (9). DOLLAR A Um eine kleine und kompakte Presse bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist, erfolgt der Antrieb des Stempels (9) durch mindestens einen Piezoaktor (18, 19). DOLLAR A Außerdem ist zwischen dem Piezoaktor (18, 19) und dem Stempel (9) eine insbesondere hydraulische Übersetzungseinrichtung (14) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere zum Schneiden und Formen von Kleinstbauteilen, mit einem hin- und herbewegbaren Stempel.

Herkömmliche mechanische Pressen sind wegen der großen bewegten Massen für die Präzisionsbearbeitung von Kleinteilen aus dem Elektronikbereich ungeeignet oder sehr teuer in der Herstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kleine und kompakte Presse bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist.

Insbesondere soll eine Präzisionsbearbeitung im Mikrometerbereich ermöglicht werden.

Die Aufgabe ist bei einer Presse, insbesondere zum Schneiden und Formen von Kleinstbauteilen, mit einem hin- und herbewegbaren Stempel, dadurch gelöst, dass der Antrieb des Stempels durch mindestens einen Piezoaktor erfolgt, und dass zwischen dem Piezoaktor und dem Stempel eine insbesondere hydraulische Übersetzungseinrichtung angeordnet ist. Der Piezoaktor liefert den Vorteil, dass er im Vergleich zu einem mechanischen Antrieb fast keine bewegte Masse aufweist. Dadurch können mit der erfindungsgemäßen Presse sehr große Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erzielt werden. Mit herkömmlichen Pressen können ca. 2000 Teile pro Zeiteinheit hergestellt werden. Mit der erfindungsgemäßen Presse sind deutlich höhere Frequenzen und somit Stückzahlen realisierbar. Außerdem ermöglicht die Verwendung des Piezoaktors die Darstellung von beliebigen Kraft/Weg-Verläufen. Mit herkömmlichen mechanischen Pressen mit Kurbelantrieb kann dagegen nur ein sinusförmiger Kraft/Weg-Verlauf dargestellt werden.

Mit dem Piezoaktor können zwar relativ große Kräfte, aber nur relativ kleine Wege realisiert werden. Die Übersetzungseinrichtung dient dazu, größere Verfahrwege des Stempels zu ermöglichen. Bei der Übersetzungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine hydraulische Übersetzungseinrichtung, da mechanische Getriebe in der Regel für die Präzisionsbearbeitung im Mikrometerbereich ein zu großes Spiel aufweisen.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung einen doppelt wirkenden Übersetzerkolben umfasst, der zwischen den Piezoaktor und dem Stempel angeordnet ist. Bei dem doppelt wirkenden Prinzip wird sowohl die Hin- als auch die Herbewegung (Druck und Zug) des Piezoaktors auf den Übersetzerkolben übertragen. Das liefert den Vorteil, dass keine Rückstelleinrichtung für den Übersetzerkolben benötigt wird.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel mit Spiel in einer ersten Kupplungshälfte aufgenommen ist, die mit einer zweiten Kupplungshälfte verspannt ist. Dadurch wird eine sogenannte schwimmende Stempelführung realisiert. Die Kupplung dient dazu, einen beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Presse eventuell auftretenden Versatz auszugleichen. Das liefert den Vorteil, dass beim Werkzeug größere Toleranzen zugelassen werden können, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel angesteuerte Piezoaktoren, insbesondere in Modulbauweise, mit der Übersetzungseinrichtung gekoppelt sind. Das liefert den Vorteil, dass mit der erfindungsgemäßen Presse auch große Wege realisiert werden können. Der modulare Aufbau der Presse ermöglicht darüberhinaus eine rasche Anpassung der Presse an unterschiedliche Produktvorgaben.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Piezoaktor ein Kraftsensor angeschlossen ist, der mit einem Regler verbunden ist, der mit der Spannungsversorgung des Piezoaktors verbunden ist. Mit dem Kraftsensor ist es möglich, die für den Bearbeitungsvorgang benötigte Kraft kontinuierlich zu messen. Wenn die Kraft im Betrieb zunimmt, kann das darauf zurückzuführen sein, dass das Werkzeug verschlissen ist und ausgetauscht werden muss. Mit der erfindungsgemäßen Presse kann der Werkzeugverschleiss überwacht werden. Dadurch kann unerwünschten Stempelbrüchen vorgebeugt werden. Darüberhinaus ist es mit der erfindungsgemäßen Presse möglich, die Stempelkraft über die Spannungsversorgung des Piezoaktors gezielt zu variieren. Es kann also regelnd in den Pressvorgang eingegriffen werden. Dadurch ist es z. B. möglich, verschiedene Materialien oder Materialdicken mit ein und demselben Werkzeug zu bearbeiten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Stempel ein Wegaufnehmer angeschlossen ist, der mit einem Regler verbunden ist, der mit der Spannungsversorgung des Piezoaktors verbunden ist. Mit dem Wegaufnehmer kann einerseits die Bewegung der Übersetzerkolben oder des Stempels überwacht werden. Andererseits kann über den Regler und die Spannungsversorgung des Piezoaktors regelnd in den Pressvorgang eingegriffen werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regler und die Spannungsversorgung des Piezoaktors mit einem Funktionsgenerator verbunden sind. Der Funktionsgenerator dient dazu, die Spannungsversorgung des Piezoaktors gezielt zu beeinflussen. Dadurch ist es möglich beliebige Kraft/Weg- Verläufe vorzugeben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Darstellung eines Schnitts durch eine erfindungsgemäße Presse; und

Fig. 2 ein Schema für eine Regelung einer erfindungsgemäßen Presse.

Die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Presse umfasst eine Grundplatte 1. Auf der Grundplatte 1 sind mehrere Säulen 2, 3 angebracht. Die Säulen 2, 3 dienen zur Befestigung einer verschiebbaren Werkzeugaufnahmeplatte 4.

Auf der Werkzeugaufnahmeplatte 4 ist eine Druckplatte 5 angeordnet. Auf der Druckplatte 5 befindet sich eine Werkzeugeinheit 6. Die Werkzeugeinheit 6 wird von einer unteren Werkzeughälfte 7 und einer oberen Werkzeughälfte 8 gebildet. In der oberen Werkzeughälfte 8 ist ein Stempel 9 axial verschiebbar geführt.

Das von der unteren Werkzeughälfte 7 abgewandte Ende des Stempels 9 ist spielbehaftet in einer unteren Kupplungshälfte 10 aufgenommen. Die untere Kupplungshälfte 10 wirkt mit einer oberen Kupplungshälfte 11 zusammen, um den Stempel 9 mit einem Stößel 12 zu koppeln. Der Stößel 12 ist in einer Bodenplatte 13 verschiebbar geführt und ragt mit seinem von dem Stempel 9 abgewandten Ende in eine hydraulische Übersetzungseinrichtung 14. Die Bodenplatte 13 gehört zu der hydraulischen Übersetzungseinrichtung 14 und wird von den Säulen 2, 3 getragen.

Die hydraulische Übersetzungseinrichtung 14 dient dazu, die Bewegung von zwei Piezoaktoren 18, 19 über zwei Übersetzerkolben 20, 21 und eine geeignete Hydraulikflüssigkeit auf den Stößel 12 zu übertragen. Die Übersetzerkolben 20 und 21 sind dreiteilig ausgebildet, um die Befestigung von Dichtringen in ihrer Mitte zu ermöglichen. Die Kolben 20 und 21 sind in Zylinderräumen 26, 27 in einem Gehäusegrundkörper 22 hin- und herbewegbar aufgenommen und mit den Piezoaktoren 18, 19 gekoppelt. Ein Hydraulikflüssigkeitskanal 23 schafft eine Verbindung zwischen der von den Piezoaktoren abgewandten Stirnfläche der Kolben 20, 21 und dem Stößel 12. An dem Stößel 12 ist ein erster Bund 24 ausgebildet, der auf der vom Werkzeug abgewandten Seite mit dem Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Außerdem ist an dem Stößel 12 ein zweiter Bund 25 ausgebildet. Der zweite Bund 25 steht auf der von dem ersten Bund 24 abgewandten Seite über Kanäle 28, 29 mit den zu den Piezoaktoren gewandten Stirnflächen der Kolben 20, 21 in Verbindung. In den Zylinderräumen 26, 27 befindet sich Hydraulikflüssigkeit.

In Fig. 1 befinden sich die Piezoaktoren 18 und 19 in ihrem ausgelenkten Zustand. Die Übersetzerkolben 20 und 21 haben sich aufeinander zubewegt. Dadurch wurden der Stößel 12 und der Stempel 9 auf die Druckplatte 5 zu bewegt.

Wenn sich die Piezoaktoren 18, 19 voneinander weg bewegen, hat dies zur Folge, dass die Übersetzerkolben 20, 21 ebenfalls voneinander wegbewegt werden. Dadurch wird die auf der den Piezoaktoren zugewandten Seite der Kolben 20, 21 in den Zylinderräumen 26 und 27 befindliche Hydraulikflüssigkeit verdrängt. Diese Verdrängerbewegung wird über die Kanäle 28, 29 auf den zweiten Bund 25 des Stößels 12 übertragen. Dadurch wird der Stößel 12 wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt.

Das in Fig. 2 dargestellte Schema verdeutlicht, wie die in Fig. 1 gezeigte Presse im Betrieb geregelt wird. Einerseits wird die Verfahrbewegung des Stempels 9 mit Hilfe eines Wegaufnehmers aufgenommen. Darüberhinaus sind die Piezoaktoren 18, 19, die auch als Piezosteller bezeichnet werden, mit Kraftsensoren ausgestattet. Der Wegaufnehmer und die Kraftsensoren liefern ihre Messwerte an einen Regler, der mit einem Funktionsgenerator und der Spannungsversorgung der Piezosteller in Verbindung steht.

Claims

1. Presse, insbesondere zum Schneiden und Formen von Kleinstbauteilen, mit einem hin- und herbewegbaren Stempel (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Stempels (9) durch mindestens einen Piezoaktor (18, 19) erfolgt, und dass zwischen dem Piezoaktor (18, 19) und dem Stempel (9) eine insbesondere hydraulische Übersetzungseinrichtung (14) angeordnet ist.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (14) einen doppeltwirkenden Übersetzerkolben (20, 21) umfasst, der zwischen dem Piezoaktor (18, 19) und dem Stempel (9) angeordnet ist.

3. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (9) mit Spiel in einer ersten Kupplungshälfte (10) aufgenommen ist, die mit einer zweiten Kupplungshälfte (11) verspannt ist.

4. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel angesteuerte Piezoaktoren (18, 19) insbesondere in Modulbauweise, mit der Übersetzungseinrichtung (14) gekoppelt sind.

5. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Piezoaktor (18, 19) ein Kraftsensor angeschlossen ist, der mit einem Regler verbunden ist, der mit der Spannungsversorgung des Piezoaktors (18, 19) verbunden ist.

6. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stempel (9) ein Wegaufnehmer angeschlossen ist, der mit einem Regler verbunden ist, der mit der Spannungsversorgung des Piezoaktors (18, 19) verbunden ist.

7. Presse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler und die Spannungsversorgung des Piezoaktors (18, 19) mit einem Funktionsgenerator verbunden sind.