DE4015196C2 - Presse mit piezoelektrischen Aktuatoren und Steuerung derselben - Google Patents
Presse mit piezoelektrischen Aktuatoren und Steuerung derselbenInfo
- Publication number
- DE4015196C2 DE4015196C2 DE4015196A DE4015196A DE4015196C2 DE 4015196 C2 DE4015196 C2 DE 4015196C2 DE 4015196 A DE4015196 A DE 4015196A DE 4015196 A DE4015196 A DE 4015196A DE 4015196 C2 DE4015196 C2 DE 4015196C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- actuator
- piston
- press according
- press
- cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 58
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
- B21D28/002—Drive of the tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
- B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
- B30B15/166—Electrical control arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Press Drives And Press Lines (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere Stanzpresse, mit piezoelektrischen Aktuatoren.
Mittels Aktuatoren anderer Art kraftbetätigte Pressen sind in verschiedensten Ausführungsformen bekannt.
So offenbart die US 2,776,540 eine hydraulisch betriebene Stanzpresse mit zwei Stanzstem
peln, die in einem Niederhalter zum Festklemmen des zu stanzenden Materials an einer Matrize
geführt sind. Eine kombinierte hydraulische Aktuatoranordnung dient dem gesonderten Antrieb
einerseits der Stanzstempel und andererseits des Niederhalters.
Die US 3,643,483 offenbart eine Presse zum Tiefziehen von Metallblech, das in Form eines
Bandes zugeführt wird. Der Kraftantrieb für den Stempel dieser Presse umfaßt zwei Teile, von
denen nur einer in der Druckschrift näher beschrieben wird. Bei diesem einen Teil handelt es
sich um einen piezoelektrischen Schall- oder Ultraschallwandler, der mit einer Wechselspannung
beaufschlagt wird und eine Schall oder Ultraschallschwingung ausführt, die der von dem nicht
näher erläuterten Teil des Kraftantriebs ausgeübten Preßkraft überlagert wird. Durch diese
Schall- oder Ultraschallschwingung wird das zu bearbeitende Material zusätzlich zur Beauf
schlagung mit einer statischen Preßkraft einer dynamischen Beanspruchung ausgesetzt, was
die Verformbarkeit des Materials erleichtert und eine geringere statische Preßkraft erfordert.
Die US 1,716,414 offenbart eine Exzenterpresse, bei der die Antriebsbewegung über ein
elastisch vorgespanntes Zwischenteil vermittels eines verstellbaren Keils von dem Exzenteran
trieb auf den Stempel übertragen wird. Durch Justieren der Lage des Keils können der tiefste
und der höchste Punkt des Stempels eingestellt werden.
Die Verwendung piezoelektrischer Elemente zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung,
allerdings nicht für den Antrieb einer Presse, ist ebenfalls bekannt. So offenbart die US
4,219,755 einen speziellen Linearantrieb auf der Basis piezoelektrischer Elemente, insbesondere
als Stellglied eines Brennstoffventils. Die GB 2,193,386 A offenbart einen piezoelektrischen
Aktuator als Stellglied eines Treibstoffeinspritzventils. Die Druckschrift VDI-Z125 (1983), Nr. 7-
April (1), Seite 261 beschreibt in sehr allgemeiner Form piezokeramische Translatoren (Aktuato
ren) und nennt eine Reihe von Einsatzmöglichkeiten, unter anderem die Feinjustage von
Meßeinrichtungen oder Spiegeln, das präzise Positionieren mechanischer Bauteile mit großer
Eigenmasse, das Nachregeln der Abtastköpfe von Magnetplattenspeichern sowie das Justieren
mechanischer Bauteile mit kleiner Eigenmasse. Die Zeitschrift VDI-Z130 (1988), Nr. 6-Juni,
Seite 90-96 befaßt sich mit der Anwendung von Piezotranslatoren im Werkzeugmaschinen
bau. Neben dem grundsätzlichen Aufbau und den Eigenschaften der Translatoren werden als
Anwendungsbeispiele in erster Linie Stellglieder zur Positionierung erwähnt.
Aus der Druckschrift Werkstatt und Betrieb 119 (1986) 5, Seite 380 ist eine Konterschneid
presse zum Durchführen eines sogenannten dreistufigen Konterschneidens bekannt. Von zwei
an gegenüberliegenden Seiten eines zu schneidenden Materials angreifenden Stanzstempeln
wird zunächst einer zum Anschneiden angetrieben, dann der andere zum Gegenschneiden und
schließlich der erste zum Durchschneiden.
Die Patentinhaberin selbst hat eine in den Fig. 14 und 15 schematisch dargestellte Presse mit
piezoelektrischem Aktuator vorgeschlagen, bei der der Aktuator in einem zylindrischen Gehäuse
81 ein piezoelektrisches Element 82 enthält, dessen eine Seite direkt mit der Stirnfläche eines
Stempels 83 der Presse gekoppelt ist, wobei der Stempel durch Schwingungen des Aktuators
angetrieben wird. Dabei empfängt der Aktuator wiederholt Impulsspannungen von einer
Spannungsquelle 87, um so das Bearbeitungsgut 86 zu stanzen, während es in einem Werk
zeug 85 gehalten wird. Zwischen dem zylindrischen Gehäuse 81 und einem Flansch des
Stempels 83, der an das geschichtet ausgeführte piezoelektrische Element 82 anstößt, ist eine
Schraubenfeder 84 eingefügt. Die Schraubenfeder 84 spannt den Stempel 83 in die Ausgangs
lage vor und beaufschlagt das piezoelektrische Element 82 außerdem mit einer konstanten
Druckspannung. Der Grund dafür, daß die konstante Druckspannung auf das piezoelektrische
Element 82 aufgebracht wird, besteht darin, daß dieses gegenüber Zugspannungen mechanisch
schwach ist, da es aus einer Vielzahl piezoelektrischer Scheiben aufgebaut ist. Bei dieser
Presse läßt sich die Hubbewegung des Stempels 83 bei gutem Ansprechverhalten (in der
Größenordnung von µm) variabel steuern, indem von der Spannungsquelle 87 eine selektiv
gesteuerte Spannung zugeführt wird, derzufolge eine Schlagschwingung mit hoher Geschwin
digkeit auf das Bearbeitungsgut 86 einwirkt. Auf diese Weise werden an den Schnittflächen
Brüche und Grate verhindert, und das Bearbeitungsgut läßt sich mit hoher Genauigkeit und
glatter Schnittfläche abscheren und stanzen.
Die oben erläuterte von der Patentinhaberin vorgeschlagene Presse hat einen komplizierten, in
den Figuren nicht näher dargestellten Werkzeugschließmechanismus und leidet außerdem an
dem Problem, daß es Schwierigkeiten bereitet, den zeitlichen Ablauf des über den piezoelektri
schen Aktuator elektrisch erfolgenden Antriebs des Stempels mit demjenigen des hydraulisch
oder pneumatisch angetriebenen Werkzeugschließmechanismus in Einklang zu bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Presse mit einem das zu bearbeitende Material fixierenden
Aktuator zu schaffen, der rasch auf elektrische Signale anspricht und mit dem der Preß- oder
Stanzbetrieb der Presse in direktem zeitlichen Zusammenhang mit den elektrischen Signalen
durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Presse gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Ansprechzeit ist viel kürzer als bei einer Maschine mit einem hydraulischen oder pneumati
schen Zylinder zum Fixieren des Bearbeitungsguts, so daß der Betrieb der Maschine direkt und
exakt von den elektrischen Signalen gesteuert werden kann.
In weiterer Ausgestaltung dieser Lösung ist es ferner Aufgabe der Erfindung, eine Presse zu
schaffen, die austauschbare, leicht freilegbare Teile besitzt und baulich weiter ausgestaltet ist.
Bei Ausbildung der Presse gemäß Anspruch 2 können die Aktuatoren im Fall einer Beschädi
gung oder Verschleißes ohne Freilegung der Werkzeuggruppe leicht ersetzt werden. Auch ein
Ausbau des Stanzstempels etwa zum Nachschleifen ist leicht möglich. Weiterhin braucht der
als Stanzantriebsquelle dienende Aktuator bei einem Werkzeugaustausch nicht entfernt zu
werden, so daß mühelos Werkstücke unterschiedlicher Form abgeschert bzw. gestanzt werden
können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aktuatoren in der Ausbildung gemäß Anspruch 3 in sich
geschlossene Einheiten darstellen, die mit wenigen Handgriffen ohne weiteren Eingriff in die
Presse selbst ersetzt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile werden nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht eines Einstellmechanismus zum Positionieren des Kolbens in
dem in Fig. 1 dargestellten Aktuator;
Fig. 3 eine Schnittansicht, die die Unterbringung eines Isolierzylinders bei dem in Fig. 1 darge
stellten Aktuator veranschaulicht;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Isolierzylinders nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht des Aufbaus des Aktuators nach Fig. 1;
Fig. 6 ein Impulsdiagramm der an den in Fig. 1 dargestellten Aktuator angelegten
Spannungsimpulse;
Fig. 7 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 (A) und (B) Querschnittansichten, die den Aufbau der Anordnung nach Fig. 7 von der
Seite darstellen;
Fig. 9 eine Längsschnittansicht, die im Detail einen Pressenmechanismus als Abwandlung der
zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 10(A), (B) und (C) Schnittansichten, die einen einzelnen Stanzvorgang gemäß der Erfin
dung darstellen;
Fig. 10(D), (E) und (F) Schnittansichten, die den durch die vorliegende Ausführungsform der
Erfindung realisierten Flach-Stanzvorgang darstellen;
Fig. 11 eine Längsschnittansicht eines Teiles einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 und 13 Längsschnittansichten von Abwandlungen der Ausführungsformen von Fig. 11;
Fig. 14 und 15 Längsschnittansichten, die den Aufbau anderer Pressen darstellen;
Fig. 16 eine Längsschnittansicht einer Abwandlung eines Aktuators, und
Fig. 17 eine Längsschnittansicht einer weiteren Abwandlung eines Aktuators.
Fig. 1 zeigt als eine erste Ausführungsform der Erfindung eine Stanzpresse, die zwei piezoelek
trische Aktuatoren 100 für den Antrieb zweier Stanzstempel 12, 27 aufweist.
Zunächst soll der Aktuator 100 erläutert werden. An dem einen Ende eines hohlen zylindri
schen Gehäuses oder Zylinders 1 ist ein Deckel 2 mit mehreren Schrauben 3 befestigt. Ein
piezoelektrisches Element ist durch Aufeinanderschichten vieler piezoelektrischer Keramikschei
ben aus beispielsweise Bariumtitanat-Porzellan gebildet. Das piezoelektrische Element 4 ist in
dem Gehäuse 1 angeordnet. Wie an sich bekannt ist, zeigt ein piezoelektrisches Element bei
Anlegen eines elektrischen Feldes eine Verformung abhängig von der Richtung des elektrischen
Feldes. Wählt man den Aufbau so, daß die Richtung der Verformung, d. h. der auf den piezo
elektrischen Effekt zurückzuführenden Längenänderung in Übereinstimmung mit der Schich
tungsrichtung der piezoelektrischen Keramikscheiben ist, so addieren sich die Änderun
gen der einzelnen Scheiben, und man erhält insgesamt eine relativ starke Längenänderung
für das piezoelektrische Element insgesamt.
In dem Gehäuse 1 befindet sich ein axial verschiebbarer Kolben 5 mit einer Kolbenstange, die
durch ein Durchgangsloch in einer Führungsplatte 7 herausgeführt ist, um eine Längenänderung
des piezoelektrischen Elements 4 nach außen zu übertragen. Eine in dem Gehäuse 1 befindliche
Feder 6 hält den Kolben 5 in enger Anlage an dem piezoelektrischen Element 4. Die Führungs
platte 7 unterstützt die Führung von Kolben und Kolbenstange.
Nachdem der Kolben 5, die Feder 6 und ein noch zu beschreibendes bewegliches Positions-
Justierelement in dem Gehäuse 1 untergebracht sind, wird die Führungsplatte 7 in eine
Ausnehmung am Ende der Befestigungsseite des Gehäuses 1 eingesetzt und mit Schrauben
befestigt. Damit steht ein Aktuator 100 zur Verfügung, der ein separates Teil ist, das völlig
unabhängig von dem Mechanismus (hier der Stanzpresse) ist, an welchem es zu montieren ist.
Da der Aktuator 100 mit dem in seinem Gehäuse 1 befindlichen piezoelektrischen Element 4 an
einer Presse montiert werden kann, ist ein rasches Abmontieren möglich, wenn beispielsweise
das piezoelektrische Element 4 beschädigt ist oder der Kolben 6 verschlissen ist. Der Aktuator
100 wird mit mehreren Schrauben 9 an dem Gestell 8 der Presse befestigt, wozu am montage
seitigen Ende des Gehauses 1 ein Flansch vorgesehen ist.
Von einer Energiequelleneinheit 10 wird eine impulsförmige Spannung an das piezoelektrische
Element 4 gelegt. Wenn die Energiequelle 10 die impulsförmige Spannung über eine Leitung 11
an das piezoelektrische Element 4 legt, dehnt sich das piezoelektrische Element 4 in axialer
Richtung des Gehäuses 1 aus bzw. es zieht sich zusammen. Bei der Ausdehnung des piezo
elektrischen Elements 4 drückt es auf den Kolben 5, welcher seinerseits einen Stempel 12 in
der Presse nach unten drückt. Wenn das piezoelektrische Element 4 sich zusammenzieht, kehrt
der Kolben 5 durch die Federkraft der Feder 6 zurück, wobei er der Bewegung des piezoelektri
schen Elements 4 folgt. Dadurch wird der Hub des piezoelektrischen Elements 4 exakt auf den
Stempel 12 der Presse übertragen.
Eine plattenförmige Hubmeßzunge 20 dient zur Herausführung und zur Messung des Hubs der
Linearbewegung des Kolbens 5. Das hintere Ende der Hubmeßzunge durchsetzt ein Durch
gangsloch nutförmiger Gestalt in einem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1 und ist
annähernd horizontal am Kolben 5 oder der Kolbenstange befestigt. Ein Hubmesser 21 dient
zum Messen des Bewegungshubs des Kolbens 5 über die Hubmeßzunge 20 und ist dazu an
einem starren Arm 22 befestigt, der an der Außenwand des Gehäuses 1 montiert ist. Der
Hubmesser 21 kann ein üblicher mechanischer oder elektrischer Mikrometer mit einem
Meßfühler sein, der mit der Spitze der Hubmeßzunge 20 in Berührung steht. Es kann sich auch
um einen berührungsfrei arbeitenden Luft-Mikrometer oder um ein Lasermeßgerät handeln. Da
der Aufbau der Vorrichtung eine einfache und direkte Messung des Bewegungshubs des
Kolbens 5 außerhalb des Gehäuses 1 gestattet, kann eine Bedienungsperson jederzeit prüfen,
ob der Aktuator 100 korrekt arbeitet, und kann bei Bedarf die Position des Kolbens 5 bei
gleichzeitiger Beobachtung von dessen Bewegung exakt einstellen.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Einstellmechanismus, mit dessen Hilfe die innere
Position des Kolbens 5 in dem in Fig. 1 gezeigten Aktuator 100 justiert werden kann. In dem
Gehäuse 1 aufgenommen ist ein flaches Distanzstück 13, das auf dem Kopf des piezoelektri
schen Elements 4 sitzt und vorab in verschiedenen Stärken hergestellt wird. Durch Variieren
der Dicke des Distanzstücks 13 wird die Grundstellung des Kolbens 5 bezogen auf die Flansch-
Ebene der Montageseite des Gehäuses 1 einstellt. Eine mit einem Innengewinde in der Mitte
des Deckels 2 an dem Gehäuse 1 in Eingriff stehende Stellschraube 14 kann von einer Fixier
mutter festgestellt werden. Ein Keil 16 besitzt einen trapezförmigen Querschnitt, und eine L-
förmige sich verjüngende Brücke 17 besitzt eine schräge Fläche mit dem gleichen Schrägungs
winkel wie der Keil 16, wobei die Brücke länger ist als der Durchmesser des Gehäuses 1. Eine
Stellschraube 18 durchsetzt den aufrechtstehenden Kopf der Brücke und ist über einen Ring 19
und einen Stift 120 befestigt. Das Außengewinde an der Spitze der Stellschraube 18 paßt in
ein Innengewinde, welches horizontal in dem Keil 16 ausgebildet ist, und dadurch läßt sich die
Eindringtiefe der sich verjüngenden Brücke 17 einstellen, indem die Schraube gedreht wird.
In anderen Worten: Wenn man die Stellschraube 18 im Uhrzeigersinn oder nach vorn dreht,
geht sie tiefer in das Innengewinde, so daß sich die Brücke 17 in der Zeichnung nach rechts
bewegt. Wird die Stellschraube 18 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so bewegt sich die Brücke
17 nach links. Da die Kontaktflächen des Keils 16 einerseits und der Brücke 17 andererseits
abgeschrägt sind, bewegt sich der Boden der Brücke 17 in axialer Richtung des Gehäuses 1
abhängig von der Eindringtiefe der Brücke 17, wodurch eine Feineinstellung der Grundstellung
des Kolbens 5 über das Distanzstück 13 und das piezoelektrische Element vorgenommen
werden kann.
Um die Position des piezoelektrischen Elements 4 und des Kolbens 5 einzustellen, wird die
Stellschraube 14 zur Grobeinstellung gedreht und dann mit Hilfe der Mutter 15 am Deckel 2
fixiert. Ist eine weitere Einstellung erforderlich, so wird die Stellschraube 18 in den Keil 16
hineingeschraubt, um die Brücke 17 zu verschieben und die gewünschte Position einzustellen.
Dann wird der Stift 120 in ein Loch an dem Ring 19 eingesetzt, und die Stellschraube 18 wird
fixiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Grundposition des Kolbens 5 nach Bedarf einzustel
len, indem man die Grobeinstellung oder die Feineinstellung vornimmt, oder beides. Deshalb ist
der Aktuator 100 vielseitig, wartungsfreundlich und gestattet eine hochpräzise Verarbeitung.
Fig. 3 und 4 zeigen die Einzelheiten eines in Fig. 1 dargestellten Isolierzylinders 23. Der Isolierzylinder
23 besteht aus einem ziemlich starren Isolierstoff und ist in einem Freiraum zwischen
der Innenwand des Gehäuses 1 und dem piezoelektrischen Element 4 untergebracht. Er isoliert
das piezoelektrische Element 4 von dem Gehäuse 1 und positioniert und hält das piezoelektri
sche Element 4, wenn sich dieses zusammenzieht. Das piezoelektrische Element 4 enthält
beispielsweise ein oberes und ein unteres piezoelektrisches Teilelement 135 und 136. Wenn
jedes der Teilelemente durch Leitungen 137 bis 140 angeschlossen ist, besitzt der
Isolierzylinder 23 an seiner Innenseite (siehe Fig. 4) eine Nut a, in der die Leitungen 138 und
139 verlaufen, eine Nut b, in der die Leitungen 137 und 140 verlaufen, eine Kerbe c, um diese
Leitungen in Richtung auf den Deckel 2 zu führen, und eine Nut d, um die Leitungen zu führen
und aufzunehmen. Damit verhindert der zwischen dem Gehäuse 1 und dem piezoelektrischen
Element 4 liegende Isolierzylinder 23 einen Kurzschluß mit dem Gehäuse 1 im Fall eines
Isolierungs-Durchbruchs und beseitigt die Gefahr eines elektrischen Schlags. Indem die axiale
Länge des Isolierzylinders kürzer gewählt wird als diejenige des piezoelektrischen Elements 4
bei dessen Ausdehnung und indem der Isolierzylinder nicht kürzer ist als das piezoelektrische
Element 4 bei dessen Verkürzung, ist ein Positionieren und Anschlagen des Kolbens 5 möglich.
Hierdurch wird ferner die Möglichkeit eines Zusammenbruchs des piezoelektrischen Elements
bei einer plötzlichen, durch die Feder 6 bewirkten Rückkehrbewegung des Kolbens 5 beseitigt.
Fig. 5 zeigt die Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Zylindergehäuses 1. Wie aus Fig. 5
hervorgeht, handelt es sich bei dem Gehäuse 1 um einen Körper, der durch Zusammenfügen
eines oberen Gehäuseteils 134 und eines unteren Gehäuseteils 133 gebildet ist. Das Gehäuse
teil 133 besteht beispielsweise aus einem Eisen-Material, das eine größere Wärmeausdehnung
besitzt als das piezoelektrische Element 4. Das andere Gehäuseteil 134 besteht aus einem
Material mit kleinerer Wärmeausdehnung als das piezoelektrische Element 4 (z. B. aus der Legie
rung Invar, bei der es sich um eine Eisen-Nickel-Legierung handelt). Durch Verwendung solcher
Stoffe ist es möglich, daß das Gehäuse 1 eine Verlängerung aufgrund einer Umgebungstempe
raturschwankung erfährt, die genauso groß ist wie diejenige des piezoelektrischen Elements 4.
Diese Maßnahme reduziert auch eine Änderung der Grundstellung des Kolbens 5 gegenüber
dem Flanschende des Gehäuses 1 auf ein fast vernachlässigbares Maß, so daß die Justierung
mit Hilfe der Schrauben 14 und 18 nicht nötig ist. Die Gehäuseteile 134 und 133 können mit
Schrauben verbunden werden, sie können aber auch verschweißt werden. Verwendet man
außerdem für das Gehäuseteil 134 anstelle einer Invar-Legierung Keramikmaterial (um die
Längs-Elastizität höher zu machen als bei dem metallischen Material), so wird die Verlängerung
des Gehäuses 1 aufgrund der Belastung beim Betrieb des Aktuators reduziert. Die Maßnahme
verhindert auch eine Verkleinerung des Kolbenhubs und läßt eine kompakte bauliche Ausgestal
tung des Aktuators zu. Die Verwendung von Keramikmaterial hat den weiteren Vorteil, daß
keine Oberflächenbearbeitung nötig ist, um die Bildung von Rost zu vermeiden.
Wird weiterhin der Kolben 5 aus einem Stoff hergestellt, der eine höhere Längs-Elastizität
besitzt als Stahl-Werkstoffe (verwendet man zum Beispiel zementiertes Karbid oder Keramikma
terialien), so wird die Druck-Verformung des Kolbens 5 reduziert, die hervorgerufen wird durch
die beim Betrieb des Aktuators hervorgerufene Belastung. Außerdem wird verhindert, daß der
Kolbenhub kleiner wird.
Als nächstes soll der Pressenmechanismus, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, erläutert werden.
In einem Gestell 8 ist ein Werkzeug bzw. eine Werkzeuggruppe untergebracht, wobei das
Gestell 8 auf freitragenden Füßen 34 an der Unterseite des Gestells 8 steht. Ein Paar
Aktuatoren 100 wird an dem Gestell 8 mit Hilfe von Schrauben 9 sowohl oberhalb als auch
unterhalb des Gestells 8 befestigt, wobei die Kolbenstange des Kolbens 5 jedes der Aktuatoren
100 das Gestell 8 so weit durchdringt bis sie das Werkzeug erreicht, damit eine Formänderung
des piezoelektrischen Elements 4 bis dorthin übertragen wird. Die Füße 34 machen eine
Spezialvorrichtung zum Halten und Fixieren der Arbeitsmaschine überflüssig. Das in dem
Gestell 8 untergebrachte Werkzeug macht es überflüssig, die Aktuatoren 100 abzunehmen,
wenn das Werkzeug ausgetauscht wird.
Das Werkzeug umfaßt ein Oberwerkzeug 25, ein Unterwerkzeug 26, die ein zu verarbeitendes
Material 24 von oben bzw. von unten halten, sowie einen Oberstempel 12 und einen Unter
stempel 27, die von den beiden Aktuatoren angetrieben werden, um das Material 24 einer
Scherverformung zu unterziehen. In einer Kammer zwischen den Stempeln 12 und 27
und den Werkzeugteilen 25 und 26 befindet sich jeweils eine Feder 28, die den jeweiligen
Stempel mit konstantem Druck gegen die jeweilige Kolbenstange drückt. Die Werkzeugteile
oder Matrizen 25 und 26 werden gegen das Material 24 gepreßt, und sie sind elastisch gehal
ten. Ein am Umfang der Stempel 12 und 27 befindlicher Flansch (Kragen) dient als
Anschlag, der mit Abstufungen an den Werkzeugteilen 25 und 26 in Eingriff kommt. Durch
diesen Aufbau werden die Stempel 12 und 27 in den Werkzeugteilen gehalten. Durch die Feder
28 werden die Kolbenstangen und die Stempel 12 und 27 in Berührung miteinander gehalten,
wodurch die Bewegungsübertragung stattfindet. Dieser Aufbau erleichtert das ggfs. erforderli
che Austauschen der Aktuatoren 100 und erleichtert außerdem das Freilegen und Zusammen
bauen der Stempel 12 und 27 zum Zwecke des Neu-Schleifens, so daß sämtliche Wartungs-
und Reparaturarbeiten rasch durchgeführt werden können.
Für den Vorschub des zu verarbeitenden Materials 24 hebt ein Paar von unteren piezoelektri
schen Aktuatoren 29 unterhalb des Gestells 8 das Oberwerkzeug 25, das hier als Niederhalter
wirkt, nach oben an. Die Aktuatoren 29 enthalten je ein piezoelektrisches Element mit einem Anschluß 35. Wenn nach
dem Vorschub das Material 24 fixiert werden soll, ziehen sich die Kolben der unteren Aktuato
ren 29 zurück und gelangen in die Ausgangsposition. Federn 32 drücken das Oberwerk
zeug 25 über ein Paar an dem Gestell 8 mittels Muttern 31 befestigter beweglicher Stütz
schrauben 30 nach unten, um das Material 24 festzuklemmen. Damit hält die Feder 32 das
Material 24 während des Schervorgangs nachgiebig fest, und die Stempel 12 und 27 scheren
das Material ab. Dadurch wird bei dem Arbeitsvorgang die Materialverformung, insbesondere
eine Verwerfung, reduziert. Da das Gestell 8 die unteren Aktuatoren 29 trägt, brauchen die
Aktuatoren 100 das Oberwerkzeug 25 nicht anzutreiben. Dies vereinfacht die Verwendung der
Aktuatoren 100 dahingehend, daß sie nur eine Funktion wahrnehmen müssen, nämlich die
Stempel anzutreiben.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Impulszugs der Spannungsimpulse, die an die piezoelektrischen
Elemente 4 in dem Paar von Aktuatoren 100 anzulegen sind. Das Material 24 wird auf den
Werkzeugteilen 25 und 26 positioniert, und eine Energiequelle 10 liefert wiederholt eine impuls
förmige Spannung an den oberen und den unteren Aktuator, wobei die Impulse angenähert eine
netzübliche Frequenz aufweisen. Indem man die beiden Aktuatoren mit einer Phasendifferenz
180 Grad ansteuert, gelangt an den oberen Aktuator eine Spannung, die ausgehend von einer
Anfangsspannung nach und nach zunimmt, während der untere Aktuator eine ständig absin
kende Spannung empfängt, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Dies führt zu einer Folge von Schwin
gungen, bei denen sich die piezoelektrischen Elemente 4 der Aktuatoren ausdehnen und
zusammenziehen, so daß die Stempel 12 und 27 entsprechende Schwingungen vollziehen.
Wenn die Stempel 12 und 27 abwechselnd die Schwingbewegung vollziehen, wird das Material
24 von oben und von unten, also von beiden Seiten, bearbeitet, wobei der Abwärtshub von
oben nach und nach stärker wird. Als Folge davon findet der Schervorgang statt, ohne daß sich
Brucherscheinungen im Material 24 bemerkbar machen, welches schließlich auf die Unterseite
der Werkzeugteile 25 und 26 ausgestanzt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Schnittfläche nach
dem Verarbeitungsvorgang nur wenig Grate und eine kaum gebrochene Ebene aufweist. Der
Preßvorgang führt zu einem Produkt mit glatter und genau gearbeiteter Schnittfläche.
Die Steuerung der Impulsspannung für die piezoelektrischen Elemente 4 in den Aktuatoren
vermag den Betriebshub der Stempel 12 und 27 einfach und in der Größenordnung von Mikro
metern zu regulieren.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig. 7 zeigt den Gesamtaufbau der zweiten Ausführungsform. Ein beweglicher Niederhalter 33
plattenförmiger Gestalt ist in einer leeren Kammer zwischen dem Oberwerkzeug 25 und dem
Unterwerkzeug 26 innerhalb des Gestells 8 angeordnet. Der Niederhalter besitzt ein Durch
gangsloch für den Durchgang des Oberstempels 12 in der Mitte, und er wird durch eine mitt
lere Feder 28 nach unten gepreßt. Ein Paar oberer Federn 32 befindet sich in konkaven
Abschnitten des Oberwerkzeugs 25, um das zwischen dem Niederhalter und dem Unterwerk
zeug 26 befindliche Material 24 zu halten. Ein Paar piezoelektrischer Aktuatoren 29 mit
geschichteten piezoelektrischen Elementen dient zum Verstellen des Niederhalters 33 und ist
dazu in einer Nut im Unterwerkzeug 26 angeordnet, um den Niederhalter 33 von unten abzu
stützen. Die Stützschrauben 30 sind an dem Gestell 8 durch Muttern 31 befestigt und definie
ren die Lage des Oberwerkzeugs 25 und des Unterwerkzeugs 26.
Auf eine weitere Erläuterung der übrigen Elemente der zweiten Ausführungsform soll hier
verzichtet werden, da sie bereits oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform nach Fig.
1 erläutert wurden.
Das bei dieser Ausführungsform verwendete Werkzeug ist gekennzeichnet durch einen Aufbau
mit einem gesonderten Niederhalter. Wenn das Material 24 bewegt werden muß, kommen die
Aktuatoren 29 zum Einsatz, die in dem Werkzeug angeordnet sind, und drücken den Niederhal
ter 33 nach oben. Während des Schervorgangs ziehen die Aktuatoren 29 ihre Kolben in die
Ausgangsposition zurück, so daß der Niederhalter 33 von den Federn 32 nach unten gedrückt
wird und das Material 24 niederhält, damit eine Verformung des Materials beim Abscheren
durch die Stempel 12 und 27 gering gehalten wird. Weiterhin kann das Werkzeug mit den
piezoelektrischen Aktuatoren 29 den Aufbau des Pressenkörpers vereinfachen und eine
Kompaktbauweise ermöglichen.
Fig. 8(A) und (B) zeigen Seitenansichten der in Fig. 7 dargestellten Presse. Wie aus der Zeich
nung hervorgeht, wird ein zu verarbeitendes Material auf einer Art Riemenscheibe 63 in Form
eines Wickels bereitgestellt, den Spitzen der Stempel 12 und 27 in dem Gestell 8 zugeführt,
verarbeitet und durch ein Paar Förderrollen 61 und 62 geführt, wobei die Förderrollen direkt
mit einem Motor 60 gekoppelt sind, der von einem Motorantrieb 59 angetrieben wird.
Fig. 9 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 7, wobei es speziell um die Einzelhei
ten des in dem Gestell 8 aufgenommenen Werkzeugs geht.
Stempelhalter 42 und 53 stehen mit einem (nicht gezeigten) Kolben eines jeweiligen Aktuators
derart in Berührung, daß dessen Hubbewegung auf einen Oberstempel 40 bzw. einen Unter
stempel 50 übertragen wird. Eine obere Werkzeugträgerplatte 36 ist an einem oberen
Werkzeug Satz 37 befestigt und fungiert als Anschlag für ein Paar Anschlagfedern 38 und den
oberen Stempelhalter 42. Man kann die obere Werkzeugträgerplatte 36 und den oberen
Werkzeug-Satz 37 einstückig ausbilden. Um allerdings die hoch präzise Verarbeitung der als
Abstreifer dienenden Fläche zu gewährleisten, wird der Aufbau vorzugsweise separat vorge
nommen, so daß die Abstreiferfläche unabhängig geschliffen werden kann. Der Oberstempel 40
wird an dem Stempelhalter 42 durch einen Stempelandrücker 41 gehalten, wobei der Stempel
40 von einer Stempelfeder 39 über den Stempelandrücker 41 elastisch gehalten wird.
Eine an einem unteren Werkzeugsatz befestigte untere Werkzeugträgerplatte 49 fungiert als
Anschlag für ein Paar von piezoelektrischen Aktuatoren 45 und einen unteren Stempelhalter
53. Man kann die untere Werkzeugträgerplatte 49 und den unteren Werkzeug-Satz 48
einstückig ausbilden, getrennt kann man jedoch eine höhere Genauigkeit erreichen, und zwar
aus den gleichen Gründen, wie sie für das obere Werkzeug gelten. Der untere Werkzeug-Satz
48 besitzt ein Paar Führungsstifte 44 in Vertikalnuten, wobei die Führungsstifte 44 den auch
als Abstreifer wirkenden Niederhalter 43 führen. Der untere Werkzeug-Satz 48 trägt ein Unter
werkzeug 47, der obere Werkzeug-Satz 37 bzw. der Niederhalter 43 trägt ein Oberwerkzeug
46.
Die Feder 38 hält den Niederhalter 43 niedergedrückt, und das zu verarbeitende Material 51
gelangt in den Zwischenraum zwischen Oberwerkzeug 46 und Unterwerkzeug 47, und die
Feder 38 hält das Material 51 durch ihre Federkraft nieder. Die Kolbenstangen (nicht gezeigt)
der Aktuatoren drücken auf den Stempelhalter 42 bzw. 53, und das Oberwerkzeug 46 oder das
Unterwerkzeug 47 schert in Verbindung mit dem Stempel 40 oder 50 das Material 51. Das Oberwerkzeug 46 und das Unterwerkzeug 47
führen außerdem den oberen Stempel 40 bzw. den unteren Stempel 50. Zum Zuführen des
Materials 51 zu dem nächsten Schervorgang wird von einer externen Energiequelle eine impuls
förmige Spannung an die piezoelektrischen Aktuatoren 45 gelegt, um ihre piezoelektrischen
Elemente auszudehnen, damit der Niederhalter 43 nach oben gedrückt wird und das Material
51 freikommt und von einer externen Vorschubvorrichtung bewegt werden kann.
Fig. 10 verdeutlicht den Unterschied zwischen einem herkömmlichen Einzel-Stanzvorgang und
dem Flach-Stanzvorgang, wobei letzterer bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
verwendet wird.
Bei dem Einzelstanzverfahren, wie es in herkömmlichen Pressen angewendet wird (Fig. 10(A),
(B) und (C)), entstehen Grate. Um die Entstehung von Graten zu vermeiden, wird das zu verar
beitende Material in einen halb-gestanzten Zustand dem Werkzeug oder der Matrize zugeführt,
wo ein Flach-Stanzvorgang durchgeführt ist, während ein beweglicher Niederhalter das Material
niederhält, um so das Ausstanzen zu vervollständigen, wobei die gleiche Zeit wie beim Einzel-
Stanzverfahren verbraucht wird, jedoch keine Grate entstehen. Dies wird als Flachstanzverfah
ren bezeichnet.
Beim Flachstanzverfahren wird mit dem Oberstempel 40 das Material 51 zunächst halb
gestanzt, wie in Fig. 10(D) zu sehen ist. Dann werden gemäß Fig. 10(E) der Oberstempel 40,
das Oberwerkzeug 46 und der Unterstempel 50 angehoben, und das Unterwerkzeug 47 stößt
das Material aus, so daß es bewegt werden kann. Anschließend bewegt eine externe Förder
vorrichtung das Material zur nächsten Scherposition. Dann senkt sich gemäß Fig. 10(F) das
Oberwerkzeug 46, um den halbgestanzten Teil des Materials zusammenzuquetschen, wobei
Risse in einem noch nicht fertig abgescherten Teil entstehen. Es wird ein Stanzblock auf das
Material gedrückt und der Abschervorgang beendet. Dann schließt sich wieder der in Fig. 10(D)
dargestellte Schritt an, und der Zyklus wiederholt sich. Dieses Verfahren gestattet ein grat
freies Abscheren ohne Ausstanzen von Material von oberhalb und unterhalb, wobei die gleiche
Verarbeitungsgeschwindigkeit möglich ist wie beim Einzelstanzverfahren.
Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform erläutert. Fig. 11, 12 und 13 zeigen diese dritte
Ausführungsform der Erfindung und verschiedene Ausgestaltungen eines piezoelektrischen
Aktuators zum Halten und Einstellen des zu verarbeitenden Materials oder eines Teils an einer
vorbestimmten Position.
Gemäß Fig. 11 enthält das Unterwerkzeug 66 einen piezoelektrischen Aktuator 70, und das
Oberwerkzeug 65 enthält einen piezoelektrischen Aktuator 69, wobei die Aktuatoren als
Werkzeug-Öffnungsaktuatoren bzw. Werkzeug-Schließaktuatoren dienen. Die piezoelektrischen
Aktuatoren 69 und 70 sind an Ausgangsanschlüsse einer Steuerung 71 angeschlossen.
Diese Anordnung betreibt eine Presse folgendermaßen: Wenn die Steuerung 71 einen Pressen
betriebsbefehl erhält, veranlaßt die Steuerung die Energiequelle 72, eine Spannung an den
Aktuator 70 innerhalb des Unterwerkzeugs 66 zu liefern. Hierdurch dehnt sich das piezoelektri
sche Element des Aktuators 70 in Richtung der gebrochenen Pfeile, wodurch es als Antrieb
zum Öffnen des Werkzeugs arbeitet und das Oberwerkzeug 65 anhebt.
Wenn der Vorschub des zwischen Unterwerkzeug 66 und Oberwerkzeug 65 befindlichen zu
verarbeitenden Materials 68 beendet ist, beendet die Steuerung die Spannungszufuhr zu dem
Aktuator 70 und liefert gleichzeitig eine Spannung an den im Oberwerkzeug 65 befindlichen
Aktuator 69. Hierdurch wird das piezoelektrische Element des Aktuators 69 in Pfeilrichtung
länger und arbeitet als Antriebsquelle beim Schließen des Werkzeugs, so daß das Material 68
zwischen Unterwerkzeug 66 und Oberwerkzeug 65 gehalten wird.
Als nächstes stößt in diesem Zustand des geschlossenen Werkzeugs der Stempel 67 in Pfeil
richtung, um das Material 68 auszustanzen. Dieser Vorgang wird bei der Verarbeitung des
Materials 68 laufend wiederholt.
Fig. 12 und 13 zeigen Abwandlungen der Ausführungsform nach Fig. 11. Gemäß Fig. 12
beinhaltet das Unterwerkzeug 66 den piezoelektrischen Aktuator 70 als Werkzeug-Öffnungs
aktuator wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 7 und 9, wobei ein Federelement 73
im Oberwerkzeug 65 zum Schließen des Werkzeugs dient. Fig. 13 zeigt den Fall, daß das
Oberwerkzeug 65 den piezoelektrischen Aktuator 69 als Werkzeug-Schließaktuator enthält,
während eine in dem Unterwerkzeug 66 befindliche Feder dazu dient, das Werkzeug zu öffnen.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 12 und 13 werden ebenfalls piezoelektrische Aktua
toren 69 und 70 verwendet, ähnlich wie bei Fig. 11, um das Pressenwerkzeug zu öffnen und
zu schließen. Diese Aktuatoren sprechen sofort an, wenn von einer externen Energiequelle eine
Spannung angelegt wird. Dies hat den Vorteil, daß eine Kopplung mit dem Hauptpressenme
chanismus gesteuert werden kann, um den zeitlichen Ablauf in einfacher Weise mit Hilfe
elektrischer Signale zu steuern.
Da als Aktuator ein piezoelektrischer Aktuator verwendet wird, um die durch den piezoelektri
schen Effekt hervorgerufene Längenänderung dazu zu benutzen, ein Material oder ein Teil an
einer vorbestimmten Stelle einzustellen, ist der Aufbau in der Konstruktion einfacher und ist der
Betrieb schneller als bei einem herkömmlichen mechanischen Aktuator, der mit Hydraulik- oder
Luftzylinder arbeitet. Mit Hilfe von elektrischen Signalen läßt sich der zeitliche Betriebsablauf
exakter beherrschen.
Im folgenden werden Abwandlungen des piezoelektrischen Aktuators erläutert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 16 sind mehrere dünne piezoelektrische Keramikscheiben zu
einem Stapel geschichtet angeordnet, in jeder Schicht des Schichtpakets befinden sich innere
Elektrodenfolien, in einem zylindrischen Gehäuse 112 befindet sich ein geschichtetes piezoelek
trisches Element 111, dessen piezoelektrische Keramikelemente elektrisch parallel an eine
externe Elektrode geschaltet sind, während ein Kolben 113 zum Übertragen des Bewegungs
hubs an eine äußere Stelle an dem piezoelektrischen Element 111 befestigt ist. Eine Schrauben
feder 114 (Zugfeder) ist entweder durch Bolzen oder durch Verschweißung zwischen dem Kolben 113
und dem Boden des zylindrischen Gehäuses 112 angeordnet und mit einer geeigneten Länge
entspannt, und das piezoelektrische Element 111 befindet sich im Inneren der Schraubenfeder
114.
Bei dieser Ausführungsform wird das piezoelektrische Element 111 konstant mit einer Druck
kraft beaufschlagt, und darüber hinaus ist die Gesamtlänge des piezoelektrischen Aktuators mit
einem geschichteten piezoelektrischen Element der gleichen Form wie herkömmliche Elemente
offenbar kürzer als in dem Fall, bei dem eine Schraubenfeder in Reihe mit dem piezoelektrischen
Element angeordnet ist.
Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, daß eine hochgenaue Steuerung der Versetzung
möglich war, in der Größenordnung von Mikrometern, ähnlich wie bei herkömmlichen Anord
nungen, wenn eine gesteuerte Spannungsquelle 115 eine angemessene Spannung an das
geschichtete piezoelektrische Element 111 liefert.
Fig. 17 zeigt eine weitere Abwandlung eines piezoelektrischen Aktuators, welche etwa die
gleiche Funktionsweise hat wie die Ausführungsform nach Fig. 16.
Bei dieser Ausführungsform sind in einem zylindrischen Gehäuse 122 geschichtete piezoelektri
sche Elemente 121 untergebracht, während ein Kolben 123 an dem einen geschichteten piezo
elektrischen Element 121 wie bei der Ausführungsform von Fig. 16 befestigt ist. Bei dieser
Ausführungsform wird die Seitenwand des zylindrischen Gehäuses als elastisches Element
eingesetzt, indem die Wand dünn genug gemacht wird, um eine Federkonstante zu haben, die
etwa den zehnten Teil des Werts der Federkonstanten des geschichteten piezoelektrischen
Elements besitzt. Weiterhin ist ein Anschlag 124 für den Kolben 123 an dem zylindrischen
Gehäuse 122 angeschweißt, um den Kolben 123 an dem Gehause zu fixieren, während die
piezoelektrischen Elemente 121 durch den Kolben in Verbindung mit dem Gehäuse 122, 123
unter Druckbeanspruchung gehalten wird.
Bei dieser Ausführungsform wird das geschichtete piezoelektrische Element 121 konstant auf
Druck beansprucht, die Gesamtlänge des piezoelektrischen Aktuators wird noch kürzer als bei
Verwendung einer Schraubenfeder, die in Reihe mit dem piezoelektrischen Element angeordnet
ist, wie es bislang üblich war.
Eine Untersuchung hat gezeigt, daß sich ein Hub in der Größenordnung von Mikrometern mit
hoher Genauigkeit steuern ließ, wenn man eine
angemessene Spannung an die piezoelektrischen Elemente 121 legt, wie es beim Ausführungs
beispiel von Fig. 16 der Fall ist.
Claims (16)
1. Presse, insbesondere Stanzpresse, für dünnes Material (24, 51, 68, 86) in der
Größenordnung von Mikrometern mit einem ersten piezoelektrischen Aktuator (100) zum
Antrieb des Pressen- bzw. Stanzstempels (12, 27) und mit einem von einem zweiten
piezoelektrischen Aktuator (29, 45, 69, 70) bewegbaren Niederhalter (25, 33, 43, 65) zum
Festklemmen des Materials (24, 51, 68, 86).
2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (100, 29,
45, 69, 70) außen an dem Pressengestell (8), das die Werkzeuggruppe (12, 25, 26, 27, 33,
40, 43, 46, 47, 48, 50) umfaßt, anmontiert sind, wobei die Druckkräfte von den Aktuatoren
durch Berührungsschluß auf das oder die bewegten Werkzeuge (12, 27, 40, 50) bzw. den
Niederhalter (25, 33, 43, 65) wirken.
3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Aktuator (100, 29,
45, 69, 70) in einem Zylinder (1), der an seinem einen Ende mit einem Befestigungsflansch
versehen ist, piezoelektrische Elemente (4), die sich nach Maßgabe einer angelegten Spannung
in Axialrichtung des Gehäuses (1) ausdehnen bzw. zusammenziehen, und einen Kolben (5,
113, 123) enthält, der von einem federelastischen Element (6, 114, 122) gegen die dem
Flanschende des Gehäuses zugewandte Seite der piezoelektrischen Elemente vorgespannt ist,
wobei der Zylinder an dem Flanschende mit einer eine Kolbenstange des Kolbens führenden,
lösbar befestigten Führungsplatte (7) versehen ist.
4. Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenwand
des Zylinders (1) und den piezoelektrischen Elementen (4) ein Isolierelement (23) vorgesehen
ist, welches zugleich als Anschlag für die Axialbewegung des Kolbens (5) in der Richtung von
dessen Vorspannung wirkt.
5. Presse nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Kolben (5) des ersten Aktuators (100) eine Hubmeßzunge (20) zum Messen des Hubs des
Kolbens (5) vorgesehen ist und aus einem Schlitz in der Zylinderwand nach außen vorsteht.
6. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Aktuator (100) an dem dem Befestigungsflansch abgewandten Ende des Zylinders (1) einen
Positions-Justiermechanismus (14-19) zur Justierung der Grundposition des Kolbens (5) im
Zusammenwirken mit dem federelastischen Element (6, 114, 122) aufweist.
7. Presse nach einem der Anspruche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
temperaturbedingte Längenänderung des Zylinders (1) etwa genauso groß ist wie die
temperaturbedingte Längenänderung der piezoelektrischen Elemente (4), wobei der Zylinder (1)
teilweise aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und
teilweise aus einem Material mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der
piezoelektrischen Elemente (4) besteht.
8. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil
des Zylinders (1) aus einem Keramikmaterial besteht, welches eine Verlängerung des Zylinders
beim Betrieb des Aktuators gering hält.
9. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben
(5) aus einem Material besteht, welches zu einer geringeren Druckverformung des Kolbens (5)
als ein Stahlmaterial beim Betrieb des Aktuators führt.
10. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
federelastische Element (114) eine die piezoelektrischen Elemente (111) umschließende
Schraubenfeder (114) ist.
11. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
piezoelektrischen Elemente (121) innerhalb eines Gehäuses (122) befinden, dessen
Seitenwände das federelastische Element darstellen.
12. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Niederhalter (25, 33, 43, 46, 65) von dem zweiten Aktuator (29, 70) gegen eine elastische
Vorspannung zurückstellbar ist.
13. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Niederhalter (65) von dem zweiten Aktuator (69) gegen eine
elastische Vorspannung in die Klemmstellung bewegbar ist.
14. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in Gegenrichtung auf den Niederhalter (65) wirkende Aktuatoren (69, 70) vorgesehen sind.
15. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei von gegenüberliegenden Seiten auf das Material (24) einwirkende Stempel (12, 27)
vorgesehen sind, die von einem jeweiligen ersten Aktuator (100) antreibbar sind.
16. Steuerung einer Presse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden ersten Aktuatoren (100) zur Durchführung eines Preß- oder Stanzvorgangs jeweils mit
einer Folge von gegeneinander um 180° phasenversetzten Spannungsimpulsen beaufschlagt
werden, wobei die Spannungshöhe der den einen Aktuator beaufschlagenden Impulse zunimmt,
während die der den anderen Aktuator beaufschlagenden Impulse abnimmt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11749489A JPH02127997A (ja) | 1988-05-12 | 1989-05-12 | 圧電素子を使用したプレス加工装置 |
JP11749389 | 1989-05-12 | ||
JP1227451A JPH0389873A (ja) | 1989-05-12 | 1989-09-04 | 圧電素子を使用したアクチュエータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4015196A1 DE4015196A1 (de) | 1990-11-15 |
DE4015196C2 true DE4015196C2 (de) | 1995-02-23 |
Family
ID=27313390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4015196A Expired - Fee Related DE4015196C2 (de) | 1989-05-12 | 1990-05-11 | Presse mit piezoelektrischen Aktuatoren und Steuerung derselben |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5095725A (de) |
DE (1) | DE4015196C2 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10113645A1 (de) * | 2001-03-21 | 2002-10-02 | Siempelkamp Pressen Sys Gmbh | Umformeinheit |
DE19954310B4 (de) * | 1999-11-11 | 2007-01-18 | Thoms, Volker, Prof.Dr. | Verfahren zum schnellen Regeln von Ziehvorgängen in Pressen und hierzu geeignete Ziehpresse |
DE102005061498A1 (de) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Aktiebolaget Skf | Vorrichtung zum Verschieben eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil |
CN102490132A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-13 | 苏州科技学院 | 一种压电超声振动吸附拾取器 |
CN111085950A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-05-01 | 江苏大学 | 一种浮动自平衡超声电机的预压力施加装置 |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5320013A (en) * | 1991-06-20 | 1994-06-14 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of blanking metal foil on piezoelectric actuator operated press, and die sets for practicing the method |
JPH0729223B2 (ja) * | 1991-06-28 | 1995-04-05 | アイダエンジニアリング株式会社 | プレス機械の下死点位置補正装置 |
WO1993009911A1 (en) * | 1991-11-15 | 1993-05-27 | Yotaro Hatamura | Feed screw device and precisely positioning micromotion feed system |
US5268611A (en) * | 1992-03-16 | 1993-12-07 | Rockwell International Corporation | Anisotropic transducer |
CH690988A5 (fr) * | 1995-09-21 | 2001-03-30 | Bobst Sa | Châssis à serrage rapide pour un outil de découpe. |
GB2316222B (en) * | 1996-08-05 | 1998-07-01 | Karrai Haines Gbr | Inertial positioner |
DE19909913B4 (de) * | 1999-03-06 | 2004-01-15 | NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen | Elektromechanische Antriebsvorrichtung |
EP1043612A3 (de) | 1999-04-09 | 2000-12-13 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Optischer Faser Verbinder |
WO2000063978A2 (en) | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Seagate Technology Llc | Electrode patterning for a differential pzt activator |
DE19953251A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Itt Mfg Enterprises Inc | Presse |
DE19953244A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Itt Mfg Enterprises Inc | Presse |
US6539853B1 (en) * | 1999-11-04 | 2003-04-01 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Smart card connector with retain and eject means |
JP3408233B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2003-05-19 | Towa株式会社 | プレス方法、プレス機構、及び樹脂成形装置 |
DE10163731A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Biochip Technologies Gmbh | Piezoaktor |
KR100849155B1 (ko) * | 2003-11-20 | 2008-07-30 | 바이킹 테크놀러지스, 엘.씨. | 전기-기계식 액추에이터를 위한 통합적 열 보상 장치 및방법 |
KR100687717B1 (ko) * | 2004-12-16 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 압전소자를 채용한 마이크로 스테이지 |
CN100358709C (zh) * | 2005-12-26 | 2008-01-02 | 西北工业大学 | 微小形零件超塑性挤压成形装置 |
JP2008043993A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Murata Mach Ltd | リニアモータ搭載プレス機械 |
CN102345702B (zh) * | 2011-09-18 | 2012-11-21 | 浙江师范大学 | 压电叠堆型自供能液压减振器 |
DE102012018606A1 (de) * | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Tiefziehwerkzeug und Verfahren zum Tiefziehen eines Werkstückes |
CN104162595B (zh) * | 2014-07-01 | 2016-01-13 | 哈尔滨工业大学 | 超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法 |
FR3031055B1 (fr) * | 2014-12-29 | 2017-01-27 | Adm28 S Ar L | Dispositif d'electro-hydroformage |
RU205272U1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-07-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Термический пресс-штамп |
CN114247805B (zh) * | 2022-01-04 | 2024-02-02 | 深圳市兴禾自动化股份有限公司 | 一种极片裁切、取料及除尘装置及其裁切取料除尘工艺 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1716414A (en) * | 1927-01-17 | 1929-06-11 | Bliss E W Co | Power punching press |
US2776540A (en) * | 1955-01-06 | 1957-01-08 | Hannifin Corp | Hydraulic punching apparatus |
US3747382A (en) * | 1967-10-19 | 1973-07-24 | Univ Ohio State | Metal working apparatus and process |
US3643483A (en) * | 1969-08-13 | 1972-02-22 | Univ Ohio State | Sonic system for deformation of sheet material |
US4219755A (en) * | 1977-03-18 | 1980-08-26 | Physics International Company | Electromotive actuator |
JPS55100059A (en) * | 1979-01-27 | 1980-07-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Linear step motor |
JPS55100835A (en) * | 1979-01-29 | 1980-08-01 | Matsutani Seisakusho:Kk | Constantly loaded staking apparatus |
JPS5943582A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Toshiba Corp | 圧電変位装置 |
US4803393A (en) * | 1986-07-31 | 1989-02-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator |
JP2500684B2 (ja) * | 1986-08-08 | 1996-05-29 | トヨタ自動車株式会社 | 圧電駆動装置 |
JPS63130174A (ja) * | 1986-11-07 | 1988-06-02 | エヌ・シー・アール・インターナショナル・インコーポレイテッド | アクチユエ−タ・ユニツト |
DE3825128A1 (de) * | 1988-07-23 | 1990-01-25 | Hilgeland Gmbh & Co Geb | Stauchpresse zum stauchen von drahtabschnitten vorbestimmter laenge zu kugeln und dgl. |
DE4318810C2 (de) * | 1993-06-07 | 1995-05-24 | Nordischer Maschinenbau | Einrichtung zum Bearbeiten von Fischen |
-
1990
- 1990-05-11 DE DE4015196A patent/DE4015196C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-11 US US07/522,183 patent/US5095725A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19954310B4 (de) * | 1999-11-11 | 2007-01-18 | Thoms, Volker, Prof.Dr. | Verfahren zum schnellen Regeln von Ziehvorgängen in Pressen und hierzu geeignete Ziehpresse |
DE10113645A1 (de) * | 2001-03-21 | 2002-10-02 | Siempelkamp Pressen Sys Gmbh | Umformeinheit |
DE102005061498A1 (de) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Aktiebolaget Skf | Vorrichtung zum Verschieben eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil |
DE102005061498B4 (de) * | 2005-12-22 | 2009-06-10 | Aktiebolaget Skf | Vorrichtung zum Verschieben eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil |
CN102490132A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-13 | 苏州科技学院 | 一种压电超声振动吸附拾取器 |
CN102490132B (zh) * | 2011-11-25 | 2013-06-19 | 苏州科技学院 | 一种压电超声振动吸附拾取器 |
CN111085950A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-05-01 | 江苏大学 | 一种浮动自平衡超声电机的预压力施加装置 |
CN111085950B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-07-20 | 江苏大学 | 一种浮动自平衡超声电机的预压力施加装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5095725A (en) | 1992-03-17 |
DE4015196A1 (de) | 1990-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4015196C2 (de) | Presse mit piezoelektrischen Aktuatoren und Steuerung derselben | |
DE3840395C2 (de) | Steuerung einer Blechbearbeitungspresse | |
DE60319843T2 (de) | Stanzsystem zur herstellung von teilen mit hohen toleranzen | |
DE3100141C2 (de) | ||
DE3623035C1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines eine scharfe Schneidkante aufweisenden Stanzwerkzeugs | |
DE19640280C2 (de) | Werkzeugkopf für das spanende Feinbearbeiten einer Fläche eines Werkstückes während einer Drehbewegung des Werkzeugkopfes oder des Werkstückes | |
DE69002143T2 (de) | Stanzmaschine. | |
EP0418779A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Werkstücken durch Schneiden, insbesondere in einem Konterschneidwerkzeug | |
DE3905728A1 (de) | Verfahren zum herstellen von z. b. angesenkten bohrungen mit kontrollierter tiefe und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens | |
EP3110611B1 (de) | Ultraschallbearbeitungsvorrichtung mit kraftsensor | |
EP2926920A1 (de) | Pressenvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks | |
DE4330783A1 (de) | Stelleinrichtung in einer Bearbeitungsmaschine | |
EP2781280A2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Stauchniet-Verbindung mit einer rotativen Pendelbewegung | |
EP3569354B1 (de) | Vorrichtung zur fixierung von werkstücken und bearbeitungsanlage. | |
DE102007033943B4 (de) | Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken | |
DE3244171C2 (de) | ||
CH671187A5 (en) | Sheet stamping machine - with electromagnetic drive made of piezoelectric stack controlled by a pulsed voltage | |
DE10248204B4 (de) | Vorrichtung zum Greifen und Spannen eines Objektes für die Mikrofertigung | |
DE60303600T2 (de) | Gesteuerter hydraulischer kolben mit gesteuertem eingebautem anschlag | |
EP0196502A1 (de) | Antriebseinrichtung für eine Werkzeugschneide | |
EP1516689A1 (de) | Ultraschallschweissvorrichtung und Verfahren zum Ultraschallverbinden von Gegenständen wie elektrischen Leitern, insbesondere von Litzen | |
WO2005021253A2 (de) | Hydraulische presse und tiefzieh-presse | |
EP2799183B1 (de) | Bearbeitungsvorrichtung mit einer Tasteinrichtung und einer Verstelleinrichtung | |
EP1287976A2 (de) | Hydraulische Presse zum Pressen von Metallpulver | |
DE19809581A1 (de) | Vorrichtung zum Bearbeiten von metallischem Material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: HOFFMANN, E., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 82166 GRAEFELFING |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |