DE4011277A1

DE4011277A1 - Treibereinheit fuer einen piezoaktuator

Info

Publication number: DE4011277A1
Application number: DE4011277A
Authority: DE
Inventors: Tatuya Wada; Hiroshi Hikita; Nobutaka Machida; Mituharu Nonami; Yukinori Kawamura; Tomohiro Takigawa; Saburou Gotou
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1990-11-15
Also published as: DE4011277C2; JPH02297983A; JPH0831635B2; US5138217A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungs- Treibereinheit für einen Piezoaktuator, bei dem beispiels weise ein laminiertes Piezoelement als Treiberelement ein gesetzt wird.

Üblicherweise wird an einen Piezoaktuator (einen piezoelek trischen Aktuator) eine Spannung von einer Gleichspannungs quelle angelegt. Bei dieser Anordnung wird die angelegte Spannung mit Hilfe eines Kontakt-Schaltkreises oder mit Hilfe eines kontaktfreien Schaltkreises ein- und ausge schaltet, und mit Hilfe einer Entladeschaltung erfolgt eine Entladung. Wurden zwei oder mehr Spannungspegel eingesetzt, so waren für jede Spannung getrennte Energieversorgungen notwendig, oder man behalf sich mit einer Widerstands-Span nungsteileranordnung, um mit Hilfe einer Schalteinrichtung die jeweils erforderliche Teilspannung zu schalten.

Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Ausführungsform mit einer Wechselspannungsquelle 201, einem Regeltransformator 202, einem Aufwärtstransformator 203, einer Diode 204, einem Glättungskondensator 208, einem Entladeschalter 209, Lade schaltern 210, 211, einem Begrenzungswiderstand 212, einem Piezoaktuator (PZT) vom Laminierungs- oder Schichtungstyp und einer Versorgungsspannungsleitung 214, die von einer anderen Spannungsquelle kommt.

Da der Piezoaktuator 213 ebenfalls einen Kondensator bei der oben beschriebenen herkömmlichen Spannungsversorgung darstellt, ist es notwendig, den Begrenzungswiderstand 212 vorzusehen, um zu starke Ströme in der Schaltung zu begren zen. Wenn demnach der Piezoaktuator 213 bei der verfügbaren Versorgungsspannung betrieben wird, wird der in dem Piezo aktuator fließende Strom verringert aufgrund des vorhan denen Begrenzungswiderstandes, und die Hub- oder Boost geschwindigkeit des Piezoaktuators nimmt ab.

Dies bedeutet, daß der Spannungsaufbau verzögert wird. Wei terhin braucht man ein Schaltelement, welches hohe Ströme verträgt, um den Spannungsaufbau durch Verringern des Be grenzungswiderstands zu verbessern. Dies ist jedoch auch insoweit ohne Nutzen, da praktisch kein Strom fließt, nach dem die Versorgungsspannung erreicht ist, weil nämlich das Piezoelement einen Kondensator darstellt. Auch benötigt man eine Entladeschaltung zusätzlich zu der Spannungs-Anlege schaltung. Für ein Hochleistungs-Piezoelement, wie es in einer Piezopresse (also einer Presse, in der ein Piezoele ment verwendet wird) benutzt wird, benötigt man eine hohe Spannung; dies macht teure Kontaktrelais erforderlich. Wenn man den Begrenzungswiderstand herabsetzt, besteht die Möglichkeit, daß man den Schaltkreis bei einem Kurzschluß des Piezoelements zwischen den Anschlußelektroden nicht unterbrechen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungs-Treibereinheit für einen Piezoaktuator anzugeben, der die oben aufgezeig ten Probleme vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben. Die Leistungs-Treibereinheit für den Piezoaktuator nach der Erfindung weist also folgende Merkmale auf: eine Gleich spannungsquelle für eine Spannung, die höher ist als die an das Piezoelement angelegte Spannung, ein Halbleiterelement zum Anlegen der Spannung von der Gleichspannungsquelle an das Piezoelement in schaltbarer Weise, und eine Steuerein richtung, die die Spannung zwischen den Elektroden des Piezoelements erfaßt, wenn die Spannung von der Gleichspan nungsquelle angelegt wird, und die das Halbleiterelement ausschaltet, wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert er reicht.

Erfindungsgemäß wird die von der Gleichspannungsquelle ab gegebene Spannung (die höher ist als die an den Piezoaktua tor angelegte Spannung) mit Hilfe beispielsweise eines Transistors an ein Piezoelement angelegt, die Spannung zwi schen den Elektroden des Piezoelements wird erfaßt und der Transistor schaltet aus, wenn eine vorbestimmte Spannung erreicht ist. Dies treibt den Piezoaktuator an.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungs beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungs-Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Anlage;

Fig. 3 (1) ein Schaltungsdiagramm eines Hauptabschnitts in Fig. 1;

Fig. 3 (2)-(4) Diagramme von Spannungswegen für die Be triebsarten eines Piezoelements;

Fig. 3 (5) eine Ausführungsform einer Spannungsüberwacher schaltung;

Fig. 3 (6) und (8) Ausführungsformen einer Vergleicher schaltung;

Fig. 3 (7) und (9) die Beziehung zwischen der Elementspan nung und der Versetzung;

Fig. 3 (10) eine Betriebs-Wahrheitstabelle der Schaltung nach Fig. 3 (1).

Fig. 4 einen Spannungs-Versetzungs-Verlauf eines Piezoele ments bei Anlegen einer Wechselspannung;

Fig. 5 einen Spannungs-Versetzungs-Verlauf bei einem Piezoaktuator;

Fig. 6 (1) und (2) schematische Verbindungsdiagramme einer Antriebs-Spannungsquelle für eine Piezopresse sowie eine Piezopresseneinrichtung;

Fig. 6 (3) ein schematisches Diagramm der Verbindung zwi schen einem Piezoaktuator und einer Treiber-Span nungsquelle;

Fig. 7 Arbeitszustände und einen Steuerspannungsverlauf bei einer Piezopresse;

Fig. 8 einen Überblick über die Piezoaktuator-Kurzschluß feststellung und den Schaltungs-Schutzbetrieb;

Fig. 9 eine Ausführungsform einer Treiberschaltung auf Transistorbasis;

Fig. 10 (1), (4) und (5) eine Ausführungsform eines Trei bermusters zur Zeit eines Einzelschnitts; und

Fig. 10 (2) und (3) die Versetzung eines beweglichen Stanz teils und die dann vorhandene Treiberspannung.

Nach Fig. 1 wird eine Gleichspannung von einer eine Hoch spannung liefernden Gleichspannungsquelle 1 an eine bilate rale Zerhackerschaltung 2 gegeben. Die bilaterale Schaltung besitzt drei Elemente und ist an drei Piezoaktuatoren ange schlossen, die eine obere Stanze, eine untere Stanze und einen beweglichen Abstreifer einer Piezopresse 3 treiben. Die Aktuatoren der Piezopresse können auch durch einen Um schalter an eine Abrufschaltung 10 und an eine Heizschal tung 11 angeschlossen werden. Auf diese Weise erfolgt eine Repolarisation, ohne die Einheit auseinanderzunehmen, auch dann, wenn der Polarisationszustand der lamellierten Piezo elemente in den Piezoaktuatoren gestört ist.

Fig. 4 zeigt eine Spannungs-Versetzungskurve bei Anlegen einer Wechselspannung an das Piezoelement. Fig. 5 zeigt eine Spannungs-Versetzungs-Kurve für den Piezoaktuator. Es gibt einen Anfangszustand 401, einen unmittelbar vor einem dielektrischen Durchbruch auf der positiven Seite vorhan denen Zustand 402, eine Polarisations-Umkehrstelle einer negativen Seite 403, einen unmittelbar vor einem dielektri schen Durchbruch auf der negativen Seite vorhandenen Zu stand 404, eine Polarisations-Umkehrstelle für die positive Seite 405, den Versetzungs-Ursprung 406, einen Punkt 407 maximaler Verlängerung, einen Punkt 408 maximaler Konzen tration, die Versetzungsachse 409, die Spannungsachse 410, eine Spannungs-Versetzungs-Kurve 411 zur Zeit eines Span nungsabfalls, eine Spannungs-Versetzungs-Kurve 412 zur Zeit des Hochfahrens der Spannung, eine Polarisations-Umkehr spannung für die negative Seite V _{p 1}, eine Polarisations-Um kehrspannung für die positive Seite V _{p 2}, wobei V _{p 1} und V _{p 2} Spannungen des dielektrischen Durchbruchs darstellen. S _max ist die maximale Versetzung, V _n eine negative Spannung, V _D eine positive Spannung, S 1 ist eine Kontraktions-Verset zung, S 2 eine Ausdehnungs-Versetzung und S 3 die maximal nutzbare Versetzung.

Die Ladespannung des Piezoaktuators wird in einer Span nungsteilerschaltung 33 abgesenkt und durch eine Spannungs- Monitoranzeigeschaltung 18 als Spannungsausgangssignal an einem Meßanschluß angezeigt. Die bilaterale Zerhackerschal tung wird von einer bilateralen Zerhackertreiberschaltung 12 getrieben. An letztere ist ein Treiber-Muster-ROM 20 an geschlossen, und Daten aus diesem Festspeicher werden umge setzt in Signale, welche die bilaterale Zerhackerschaltung steuern. Die Treibersignale werden von einer Betriebsanzei geschaltung 26 in eine Betriebsanzeige umgesetzt.

Fig. 3(1) zeigt eine Ausführungsform einer Hochspannungs quelle, der bilateralen Zerhackerschaltung und der bilate ralen Zerhacker-Treiberschaltung nach Fig. 1. Es sind: 301 eine Wechselspannungsquelle, 302 ein Aufwärtstransformator, 303-306 Gleichrichterdioden, 307 ein Glättungskondensa tor, 308 und 309 Begrenzungswiderstände, 310 bis 313 Schalttransistoren (mit Dioden), 314 bis 321 Spannungstei lerwiderstände, 322 ein PZT, 323-326 transistorisierte Treiberschaltungen, 327 bis 334 Verbindungsanschlüsse, 335 bis 337 Betriebsart-Befehlssignal-Eingangsanschlüsse, 338 und 339 Bezugsspannungs-Eingangsanschlüsse, 340 und 341 Vergleicher, 342 bis 345 Operationsverstärker, 346 ein Spannungseinsteller für den negativen Bereich, 347 und 348 Spannungseinsteller für einen positiven Bereich, und 349 und 350 Verbindungsanschlüsse.

Fig. 3 (2) zeigt einen Spannungs-Anlegeweg für eine Posi tiv-Betriebsart des Piezoelements. Fig. 3 (3) zeigt einen Spannungs-Anlegeweg für einen Negativ-Betrieb des Piezoele ments, und Fig. 3 (4) zeigt einen Endladeweg in einem 0-V- Modus. Fig. 3 (10) zeigt eine Wahrheitstafel bezüglich des Betriebs der Schaltung nach Fig. 3 (1).

Im folgenden soll die bilaterale Zerhackerschaltung im ein zelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden. Ein Abschnitt der Schaltungsanordnung ist ein Schaltkreis mit zwei Sätzen von Transistormoduln (Transistoren 310, 311, 312 und 313), die zwei in Reihe geschaltete NPN-Transisto ren mit an dem Mittelpunkt vorhandenem Anschluß umfassen. An diese Anschlüsse 349 und 350 ist ein Piezoelement 322 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren sind an den Pluspol der Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Emitter der Transistoren sind an den Minuspol der Gleichspannungs quelle angeschlossen. Wie aus den Fig. 3 (2) und (3) her vorgeht, werden, wenn ein Satz der Transistoren auf der Pluspol-Seite der Gleichspannungsquelle der beiden Sätze von Transistormoduln eingeschaltet wird, die Transistoren auf der Minuspol-Seite der Gleichspannungsquelle im anderen Satz der Modulen eingeschaltet. Hierdurch ist es möglich, gegenläufige Spannungen oder entgegengesetzte Spannungen an das Piezoelement anzulegen. Wenn man annimmt, daß das Anle gen einer Spannung zum Umkehren des Polarisationszustands des Piezoelements im Negativ-Modus (Fig. 3 (3)) und das Ge genteil in einem Positiv-Modus (Fig. 3 (2)) erfolgt, sind sowohl Positiv- als auch Negativ-Modus möglich.

Beim Anlegen einer Spannung an das Piezoelement, die gerin ger ist als die Spannung der Gleichspannungsquelle, erhält man die Potentialdifferenz zwischen dem Pluspol-Anschluß des Piezoelements und dem Minuspol der Gleichspannungs quelle durch Spannungsteilung (Spannungsteilerschaltung 33), und die Potentialdifferenz wird verglichen mit einer voreingestellten Spannung (Vergleicherschaltung 19). Sind die Spannungen gleich, so wird der an den Pluspol der Gleichspannungsquelle angeschlossene Transistor ausgeschal tet, um das Aufladen des Piezoelements zur Erreichung einer Zielspannung anzuhalten. Wenn elektrische Ladungen des Piezoelements danach durch eine Spannungs-Erfassungsschal tung entladen werden, und wenn die Spannung unter eine ge wisse Grenze abgesenkt ist, schaltet der Transistor ein. Durch Wiederholung dieses Vorgangs ist es möglich, die La despannung aufrechtzuerhalten (bilaterale Zerhacker-Trei berschaltung).

Außerdem gibt es einen "0-V-Modus".

Wenn beide Sätze von Transistoren, die an den Minuspol der Gleichspannungsquelle bei beiden Sätzen von Transistormodu len angeschlossen sind (so daß die Potentialdifferenz an beiden Enden des Piezoelements 0 V beträgt, wie in Fig. 3 (4) gezeigt ist), eingeschaltet werden, so werden dadurch die elektrischen Ladungen des Piezoelements entladen, und es erfolgt eine Verriegelung in der Treiber-Logikschaltung. Das heißt: der an den Pluspol der Gleichspannungsquelle an geschlossene Transistor wird nicht eingeschaltet.

Die Treiberdaten für die Schaltung, wie sie oben beschrie ben worden ist, sind in dem ROM 20 gespeichert, und die Piezopresse wird durch einen Adressenbefehl gesteuert. Es ist auch möglich, Materialvorschub-Zeitsteuersignale in den ROM 20 einzuschreiben, um diese Signale einer Materialvor schubeinrichtung 4 zuzuführen. Dies ermöglicht einen syn chronen Betrieb der Pressenbewegung und der Materialvor schubbewegung. Wenn weiterhin ein elektrischer Kurzschluß des Piezoelements zwischen den laminierten Elektroden er folgt, bleibt der Transistor an der Pluspol-Seite der Gleichspannungsquelle nicht eingeschaltet. Die Zeit des Eingeschaltetseins wird festgestellt, und die Versorgungs spannung wird abgeschaltet, wenn der Einschaltzustand län ger als eine vorbestimmte Zeitspanne andauert.

Die Ladespannung des Piezoaktuators wird so gesteuert, daß die Ziel-Ladespannung beibehalten wird. Dies geschieht durch Kombinieren eines Spannungsbefehls 31 und eines Ver setzungsbefehls 32 mit einer momentan gemessenen Spannung oder dem Ausgangssignal eines Versetzungs-Gatters 5, wel ches über die Spannungsteilerschaltung innerhalb der Ver gleicherschaltung zurückgeführt wird. Auch der Anlegungszu stand wird zu der bilateralen Zerhacker-Treiberschaltung zurückgeführt. Das Versetzungs-Gatter mißt die Bewegung der Piezopresse 3, und die Ergebnisse werden auf einer Verset zungs-Anzeigeeinheit 6 dargestellt. Der Ursprung der An zeige wird durch einen Versetzungs-Ursprungsbefehl 7 zu rückgestellt.

Der Piezoaktuator hat eine begrenzte Betriebsdauer. Ein Grund dafür ist der, daß es zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden kommt, die zurückzuführen sind auf dielektrische Durchbrüche zwischen den laminierten Elektroden. Wenn dies eintritt, bleibt der Transistor der Zerhackerschaltung, der an den Pluspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, während des Spannungsanlege-Befehls leitend. Wenn der Tran sistor der Zerhackerschaltung länger als die vorbestimmte Zeitspanne eingeschaltet ist, sendet eine Kurzschluß-Detek torschaltung 15 ein Signal an eine Fehlfunktions-Anzeige schaltung 16, um einen abnormalen Kurzschluß zu signalisie ren. Dieses Signal geht auch an eine Fehlfunktions-Verar beitungsschaltung 17. Diese sendet ein Unterbrechungssignal an die bilaterale Zerhacker-Treiberschaltung, die in den 0- V-Modus übergeht. Dieser Vorgang kann die Schaltungsbau teile vor einem Durchbrennen schützen.

Die Betriebszeit des Piezoaktuators wird in einem Betriebs häufigkeits-Speicherkreis 13 gespeichert und mit der Häu figkeit des tatsächlichen Einsatzes verglichen. Eine Ele ment-Lebensdauer-Anzeigeschaltung 14 zeigt an, wenn die Be triebs-Lebensdauer vorbei ist. Das Signal von einem piezo elektrischen Lastsensor innerhalb des Piezoaktuators wird in eine Ladespannungs-Wandlerschaltung 34 eingegeben, und deren Ausgangssignal wird auf einer Lastanzeigeschaltung 35 als Betriebslast des Piezoaktuators angezeigt. Weiterhin wird, um ein Driften des Ausgangssignals des piezoelektri schen Lastwandlers zu verhindern, ein lastfreier Zustand des Piezoaktuators auf der Grundlage der von dem Treiber- Muster ROM 20 abgegebenen Ausgangsdaten bestimmt, und der Eingangsanschluß der Ladespannungs-Wandlerschaltung wird kurzgeschlossen, um beim lastfreien Zustand zurückgestellt zu werden.

Innerhalb des Treiber-Muster-ROM werden die Leseadressen durch einen Adressenzähler 21 festgelegt. Der Adreßzähler wird durch einen Bezugstakt 24 zum Zählen gebracht, welcher durch eine Frequenzteilerschaltung 25 geteilt wird, oder das Zählen erfolgt anhand eines manuellen Takts 30. Der Adreßzähler ist derart ausgestaltet, daß er wiederholt einen spezifischen Bereich des Treibermuster-ROM mit Hilfe einer Treiber-Adressenbereichs-Steuerschaltung 22 festlegt. Der Adressenzähler wird so gesteuert, daß er bei einer be stimmten Betriebshäufigkeit anhält. Diese Einstellung er folgt durch eine Betriebshäufigkeits-Steuerschaltung 23. Dieses Instrument ermöglicht es, das erforderliche Volumen exakt einzustellen. Eine Verzögerungsschaltung 27 empfängt die Treibersignale von der Materialvorschubeinrichtung 4, welche dann aus dem Treibermuster-ROM abgegeben werden. Außerdem gibt die Verzögerungsschaltung ein Signal ab, um den Zählvorgang des Adressenzählers für eine voreinge stellte Zeitspanne anzuhalten.

Eine Schnittstelle 28 vermittelt ein Steuersignal zu und von einer Piezopressen-Energiequelle 9, die eine weitere Piezopresse 8 antreibt.

Fig. 3 (5) zeigt eine Ausführungsform einer Spannungsüber wacherschaltung, in der eine Differenzschaltung 351 mit ex ternen Ausgangsanschlüssen 352 und 353 vorgesehen sind. Hier ist die Anzeige angeschlossen. Fig. 3 (6) und (8) zei gen Ausführungsbeispiele einer Vergleicherschaltung 19, die die Spannung des Bauelements mit der Bezugsspannung ver gleicht. Sie schaltet auch den Transistor ein und aus. Die Bauelementspannung und die Versetzung zu der Zeit sind in den Fig. 3 (7) und 3 (9) (a) und (b) dargestellt. Fig. 3 (9) (c) und (d) zeigen eine Ausführungsform, bei der die Steuerspannung aufgeweitet und der mechanische Reibungswi derstand herabgesetzt ist. Fig. 6 (1) und (2) zeigen in Diagrammform die Verbindung zwischen der Piezopressen-An triebsenergiequelle und der Piezopressenvorrichtung. In diesen Diagrammen erkennt man eine Gleichspannungsquelle 601, eine bilaterale Zerhackerschaltung 602, eine Steuer schaltung 603, einen Treibermuster-ROM 604, Piezoaktuatoren vom Laminierungstyp 605-607, einen Motorantrieb 608, einen Motor 609, Walzen 610 und 611, ein Werkstück 612, eine Riemenscheibe 613, eine Unterpresse 614, eine Ober presse 615, einen beweglichen Abstreifer 616 und ein Pres sengestell 617.

Fig. 6 (3) zeigt ein schematisches Diagramm der Verbindung zwischen dem Piezoaktuator und der Antriebsquelle. In dem Diagramm erkennt man eine Gleichspannungsquelle 601, eine bilaterale Zerhackerschaltung 602, eine Steuerschaltung 603, ein Gehäuse 624, einen Piezoaktuator vom Laminierungs typ 625, ein bewegliches Teil 626 und eine Rückstellfeder 627.

Fig. 7 zeigt einen Verarbeitungsvorgang sowie die Wellen form einer Steuerspannung für eine Piezopresse. Die Anord nung enthält ein Formunterteil oder Gesenk 701, eine untere Stanze 702, einen Rohling 703, einen beweglichen Abstreifer 704, eine obere Stanze 705 und einen Rohling 706. Man er kennt in Fig. 7 weiterhin eine Treiberspannung 707 für den beweglichen Abstreifer, ein externes Steuer-Ausgangssignal 708, eine Treiberspannung 709 für die obere Stanze, eine Treiberspannung 710 für die untere Stanze, und folgende Zu stände: Endzustand des Vortrimmens 711, Zurückziehen der Stanze 712, Materialvorschub 713, Materialfixierung 714, Halbstanzen mit der oberen Stanze 715, Ausnehmung der oberen Stanze 716, Umkehr-Trimmvorgang 717, Zurückziehen der unteren Stanze 718, und Rückstoßvorgang 719.

Fig. 8 veranschaulicht das Erfassen eines Piezoaktuator- Kurzschlusses und der Schutzbetrieb der Schaltung. Es be zeichnen: 801 einen Positiv-Modus, 802 einen Negativ-Modus, 803 einen Positiv-Modus, 804 den Zeitpunkt des Auftretens eines Kurzschlusses zwischen den laminierten Elektroden, 805 einen Kurzschlußstrom, 806 eine Schaltungs-Anhaltezeit, 807 einen Stromstoß, 808 einen Bauelementspannungs-Halte strom, 809 eine Piezoaktuator-Spannung, 810 einen Schal tungsstrom, 811 und 812 Steuersignale, 813 ein zusammenge setztes Signal, 814 einen 0-V-Modus, t 1 die längste Leitend-Zeit im Normalbetrieb, t 2 eine Kurzschluß-Erfas sungszeit und 815 eine Kurzschluß-Anhaltezeit.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der transistorisierten Treiberschaltungen 323 bis 326.

Fig. 10 (1), (4) und (5) zeigen eine Ausführungsform eines Treibermusters beim Einzel-Trimmen. Fig. 10 (2) und (3) zeigen die Versetzung des beweglichen Stanzteils und die zeitlich dazugehörige Treiberspannung. V ₁ bezeichnet eine Treiberspannung für den beweglichen Abstreifer, V ₂ ist eine Treiberspannung für die Stanze, S ist ein externes Steuer signal, V ₂₁ und V ₂₂ sind Aktuator-Treiberspannungen, S ₁ ist ein 90°-Phasensignal der Bezugsspannung, S ₂ ist eine sinus förmige Bezugsspannung, und 100 bezeichnet den Schwingungs- oder Versetzungsabschnitt bei einer Kollision des bewegli chen Teils des Aktuators.

Die obige Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Er findung läßt sich wie folgt zusammenfassen:

1. Es wird ein Signal ausgegeben, um eine an einer Presse angebrachte Materialvorschubeinrichtung an zutreiben.
2. Es gibt eine Schaltung, die Kurzschlüsse zwischen den laminierten Elektroden in einem Piezoelement erfaßt und das Anlegen einer Spannung an den Piezo aktuator stoppt.
3. Die an den Piezoaktuator angelegte Spannung wird angezeigt, und es wird eine Niedrigspannung-Überwa chungsausgabe im Verhältnis zu der angelegten Span nung erzeugt.
4. Es gibt eine Schaltung, die von außen in Form eines Spannungssignals die Betriebsgröße des Piezoaktua tors empfängt und die an den Aktuator angelegte Spannung variiert, um die voreingestellte Betriebs größe zu erreichen.
5. Die aufgelaufene Anzahl von Piezoaktuator-Betrieben wird angezeigt und gespeichert. Übersteigt die An zahl von Betriebshäufigkeiten eine voreingestellte Anzahl, so wird dies angezeigt.
6. Es gibt eine Schaltung, die eine vorbestimmte Zeit spanne wartet, ohne zum nächsten Betriebsvorgang überzugehen, nachdem ein Erfassungssignal an die Materialvorschubeinrichtung gegeben wurde. Das heißt, die Zeit läßt sich von außen variieren.
7. Das Pressen-Steuerprogramm wird in Form von Daten innerhalb eines Festspeichers (ROM) gehalten. Das Adressenumschalten ermöglicht die Verwendung unter schiedlicher Arten von Betriebsmustern.
8. Die ROM-Leseadressendaten für eine andere Piezo presse, ein interner Betriebstakt und ein Signal entsprechend einer abnormalen Betriebsbedingung können durch die Schnittstellenschaltung von außen eingegeben und nach außen ausgegeben werden.
9. Die Betriebsart des Anlegens der Spannung an den Piezoaktuator wird angezeigt.
10. Die PZT-Ladegeschwindigkeit wird unter Verwendung einer bilateralen Zerhackerschaltung erhöht.
11. Wenn die Ladespannung nach Erreichen der voreinge stellten Spannung abgesenkt wird, wird der Transi stor mit einer Spannung eingeschaltet, die eine ge wisse Hysteresebreite besitzt. Dies hält die Span nung aufrecht.
12. Die Breite der Steuerspannung wird so schmal ge macht, daß selbst bei einer pulsierenden Spannung das mechanische System des Zylinders das Pulsieren absorbieren kann.
13. Die Steuerspannung wird aufgeweitet, um Schwingun gen in der Größenordnung von 1 µm zu generieren. Dies reduziert den Reibungswiderstand des mechani schen Systems und verbessert die Genauigkeit des Zylinder-Bewegungshubs.
14. Der 0-V-Modus macht es einfacher, den Ursprung der Versetzung des Aktuators zu erhalten.
15. Die Betriebszahl, das ist die Häufigkeit der Be triebszyklen, wird vorab eingestellt, so daß der Betrieb bei Erreichen dieser Zahl anhält.
16. Man kann eine negative Spannung anlegen, um den ma ximalen Hub des Piezoelements zu erhöhen.
17. Für ein Zurückstoßen kann man zwei oder mehrere po sitive Spannungspegel anlegen.
18. Eine Schaltung, die eine Polarisationsverarbeitung für das Element durchführt, verhindert eine Beschä digung des Piezoelements. Eine Schaltung, die eine Wechselspannung ohne Polarisationsumkehr anlegt, wird dann zur Verkürzung der Polarisationszeit an gewendet. Eine selbstheizende Schaltung mit Wech selspannungsspeisung ist vorgesehen.
19. Es gibt eine Schaltung, die das Signal des piezo elektrischen Lastensensors des Piezoaktuators um setzt in ein Lastsignal und dieses zur Anzeige bringt, und es gibt eine Schaltung, die den Sensor zurücksetzt, um ihn mit dem Pressenbetrieb zu syn chronisieren.

Wie oben aufgezeigt, ermöglicht die vorliegende Erfindung das Antreiben des Piezoaktuators mit raschem Aufbau. Damit eignet sich die Erfindung bestens für eine Presse, die z.B. mit einer oberen Stanze, einem beweglichen Abstreifer und einer unteren Stanze ausgestattet ist.

Legende zu Fig. 1:

1 Hochspannungsquelle
2 bilaterale Zerhackerschaltung
3 Piezopresse
4 Materialvorschub
5 Versetzungs-Aufnehmer
6 Versetzungs-Anzeige
7 Versetzungs-Ursprung
8 Piezopresse
9 Pressenantriebsquelle
10 Abrufschaltung
11 Heizschaltung
12 bilaterale Zerhacker-Treiberschaltung
13 Betriebshäufigkeits-Speicherschaltung
14 Bauelement-Lebensdauer-Anzeige
15 Abnormalitäts-Detektor
16 Abnormalitäts-Anzeige
17 Abnormalitäts-Verarbeitung
18 Spannungs-Überwachungsanzeige
19 Vergleicher
20 Treibermuster-ROM
21 Adreß-Zähler
22 Treiberadressen-Bereichsteuerung
23 Betriebswiederholungs-Steuerung
24 Bezugstakt
25 Teilerschaltung
26 Betriebsanzeige
27 Verzögerungsschaltung
28 Schnittstelle
29=S 1 Teilungsbefehl
30=S 2 manueller Takt
31=S 3 Spannungsbefehl
32=S 4 Versetzungsbefehl
33 Potentialteiler
34 Ladespannungswandler
35 Ladeanzeige

Claims

Leistungs-Treibereinheit für einen Piezoaktuator, um fassend:
eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung höher ist als die an ein Piezoelement angelegte Spannung;
ein Halbleiterelement zum geschalteten Anlegen der Spannung von der Gleichspannungsquelle an das Piezoelement; und
eine Steuerung, die die Spannung zwischen den Elek troden des Piezoelements erfaßt, um, wenn die von der Gleichspannungsquelle angelegte Spannung einen vorbestimm ten Wert erreicht, das Halbleiterelement auszuschalten.