EP4724218A1 - Tiefzieh- oder abstreckgleitziehvorrichtung und tiefzieh- oder abstreckgleitziehverfahren mit ultraschallüberlagerung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung, das eine Matrizeneinheit, eine Stempeleinheit und optional eine Gegenhaltereinheit aufweist, und wenigstens einer Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Vorspanneinrichtung für die piezoelektrische Aktoreinheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung, das eine Matrizeneinheit, eine Stempeleinheit und optional eine Gegenhaltereinheit aufweist, wobei durch wenigstens eine Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Vorspanneinrichtung für die piezoelektrische Aktoreinheit eine Schwingung auf die Matrizeneinheit und/oder die Stempeleinheit und/oder die Gegenhaltereinheit aufgebracht wird. Die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit jeweils in die Matrizeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit unter Ausbildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit, der piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Gegenmasse der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit eingebaut. Erfindungsgemäß weist die Vorspanneinrichtung mehrere um die piezoelektrische Aktoreinheit verteilt angeordnete Vorspannelemente und/oder ein durch eine in der piezoelektrischen Aktoreinheit ausgebildete Durchgangsöffnung hindurchgeführtes Vorspannelement auf.

Description

Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung und Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren mit Ultraschallüberlagerung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehrichtung, das eine Matrizeneinheit, eine Stempeleinheit und optional eine Gegenhal- tereinheit aufweist, und wenigstens einer Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Vorspanneinrichtung für die piezoelektri- sche Aktoreinheit, wobei die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit jeweils in die Matri- zeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit unter Aus- bildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit, der Stempelein- heit oder der Gegenhaltereinheit, der piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Gegen- masse der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit eingebaut ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- richtung, das eine Matrizeneinheit, eine Stempeleinheit und optional eine Gegenhalter- einheit aufweist, wobei durch wenigstens eine Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigs- tens einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Vorspanneinrichtung für die piezoe- lektrische Aktoreinheit eine Schwingung auf die Matrizeneinheit und/oder die Stempel- einheit und/oder die Gegenhaltereinheit aufgebracht wird, wobei die jeweilige piezoelekt- rische Aktoreinheit jeweils in die Matrizeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit unter Ausbildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit, der piezoelektri- schen Aktoreinheit und einer Gegenmasse der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit eingebaut ist.

Ein Ansatz zur Erweiterung der Prozessgrenzen beim Tiefziehen ist das gezielte Ein- bringen von Ultraschallschwingungen in den Prozess. Allerdings beschränken sich die bisher bekannten Anwendungen auf Laboraufbauten.

So wird in Sang Woo Kim, Young Seon Lee (2014) „Investigations on the Effect of Ultrasonic Vibration in Cylindrical Cup Drawing Processes“ Key Engineering Materials Vols. 622-623 (Vols. 622-623): 1152-7 die Wirkung von Ultraschall beim Tiefziehen von Stahl bei einer geringen und konstanten Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm/s untersucht. Es wird ein Laboraufbau zur Schwingungsanregung vorgestellt, welcher aus vier Ultra- schallwandlern besteht, die eine dünne Platte mit integrierter Matrize anregen. Im Er- gebnis konnten die Tiefziehkräfte mit der Ultraschalleinleitung reduziert werden und ent- sprechend höhere Grenzziehverhältnisse erreicht werden. Die Effekte werden im spezi- ellen Fall auf tribologische Oberflächeneffekte zurückgeführt.

In Wen T., Gao R., Chen X. (2012) „Influence of high frequency vibration on deep draw- ing process of AZ31 sheet at room temperature“, J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sei.) 17(4):456-60 wird ein Laboraufbau zum Tiefziehen mit longitudinal schwingendem Stempel und oberhalb des Stempels angeordnetem Ultraschallwandler beschrieben. Es wird das Tiefziehen von Magnesium mit einer Überlagerung bei 15 kHz und Amplituden bis 3 pm bei einer sehr geringen und konstanten Ziehgeschwindigkeit von 0,05 mm/s untersucht.

In Jimma T., Kasuga Y., Iwaki N., Miyazawa O., Mori E., Ito K., Hatano H. (1998) „An application of ultrasonic vibration to the deep drawing process“, Journal of Materials Pro- cessing Technology 80-81 :406-12 wird die radiale Anregung von Matrize und Niederhalter vorgestellt. Damit kann das Grenzziehverhältnis von rostfreiem Stahl deut- lich erhöht werden. Auch hier wird mit geringen und konstanten Tiefziehgeschwindigkei- ten von 1 ,3 mm/s bis 11 ,7 mm/s gearbeitet.

In Huang Y.M., Wu Y.S., Huang J.Y. (2014) „The influence of ultrasonic vibration- assisted micro-deep drawing process“, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 71 (5-8): 1455-51 wird gezeigt, dass beim Tiefziehen von dünnen rostfreien Folien positive Effekte erzielt wer- den können. Das Grenzziehverhältnis wird gesteigert und die Reibung reduziert. Der genutzte Versuchsaufbau besteht aus einer Zug-Druck-Prüfmaschine und einem Ultra- schallwandler, welcher die Matrize in Schwingungen von etwa 20 kHz bei maximalen Amplituden von 8,6 pm versetzt. Die Tiefziehgeschwindigkeit ist wiederum mit 0,2 mm/s konstant und sehr gering.

In Malekipour E., Heidary H., Majd N.S., Mazdak S., Sharifi E. (2020) „Effect of resonant frequency variation on the ultrasonically assisted deep drawing process: numerical and experimental study“, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 106(5-6):2243-64 wird ein Schwinger für eine Matrize mit Amplitudenverstärkung und Wandler entworfen. Der Fokus liegt da- bei auf der Untersuchung der Rückwirkungen des Prozesses auf die Schwingungseigen- schaften des Gesamtsystems. Auch hier können Reduktionen der Umformkräfte und Erhöhungen der möglichen Umformgrade erzielt werden. Die angewendete Tiefziehge- schwindigkeit ist auch hier mit 0,17 mm/s konstant und sehr gering.

Allen vorgestellten Arbeiten gemein ist, dass es sich um reine Laboruntersuchungen mit entsprechenden Aufbauten handelt. Die Versuche werden, soweit beschrieben, mit Prüfmaschinen, bei welchen der jeweilige Ultraschallwander mit Abstand zu den Aktivtei- len der Vorrichtung angeordnet ist, und sehr geringen und vor allem konstanten Ziehge- schwindigkeiten durchgeführt. Das heißt, die verwendeten Prüfmaschinen verfahren über den gesamten Hub mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit. Dies ist jedoch praxis- fern, da bei herkömmlichen Pressen entlang des Hubes Geschwindigkeitsprofile ähnlich einer Sinusfunktion entstehen. Dabei ist die Tiefziehgeschwindigkeit an den oben und unten befindlichen Totpunkten Null und durchläuft dazwischen ein Geschwindigkeitsma- ximum, das typischerweise über 100 mm/s liegt. Die bekannten Laborverfahren sind da- her nicht auf industrielle Prozesse übertragbar.

Die Schwingungserzeugung erfolgt zudem bei den oben angegebenen Veröffentlichun- gen in allen Fällen mit gesonderten Ultraschallwandlern, welche jeweils von außen an eine Maschinenkomponente montiert sind. Damit handelt es sich ausschließlich um La- boraufbauten ohne die Möglichkeit einer Anwendung in realen industriellen Prozessen mit den bereits platzspezifisch ausgereizten Gegebenheiten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mechanisch stabile Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung zur Verfügung zu stellen, an der ein Tiefziehen mit Schwingungsüberlagerung bei praxisüblichen Tiefziehgeschwindigkeiten und Geschwin- digkeitsverläufen möglich ist. Dabei sollen die mit der Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtung in den Prozess eingebrachten Schallschnellen in oder oberhalb der Grö- ßenordnung der Tiefziehgeschwindigkeiten liegen.

Die Aufgabe wird durch eine Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung mit einem Tief- zieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung, das eine Matrizeneinheit, eine Stempeleinheit und optional eine Gegenhaltereinheit auf- weist, und wenigstens einer Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoe- lektrischen Aktoreinheit und einer Vorspanneinrichtung für die piezoelektrische Aktoreinheit wobei die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit jeweils in die Matrizenein- heit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit unter Ausbildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit, der piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Gegenmasse der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit eingebaut ist, gelöst, wobei die Vorspanneinrichtung mehrere um die piezoelektrische Aktoreinheit verteilt an- geordnete Vorspannelemente und/oder ein durch eine in der piezoelektrischen Aktoreinheit ausgebildete Durchgangsöffnung hindurchgeführtes Vorspannelement auf- weist.

Dass die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung optional eine Gegenhaltereinheit aufweist, heißt, dass sie eine Gegenhaltereinheit aufweisen kann, aber nicht muss.

Bei der vorliegenden Erfindung weist die Matrizeneinheit und/oder die Stempeleinheit und/oder die gegebenenfalls vorhandene Gegenhaltereinheit jeweils ein Aktivteil und eine Gegenmasse auf, wobei die piezoelektrische Aktoreinheit zwischen dem Aktivteil und der Gegenmasse angeordnet ist und die Gegenmasse, die piezoelektrische Aktoreinheit und das Aktivteil gestapelt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung ist eine oder sind mehrere als Ultraschallwandler fungierende piezoelektrische Aktoreinheit(en) in dem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung integriert.

Die piezoelektrische(n) Aktoreinheit(en) wird/werden bei der vorliegenden Erfindung durch die um die piezoelektrische(n) Aktoreinheit(en) verteilt angeordnete Vorspannele- mente, die beispielsweise Vorspannbolzen oder -schrauben sind, und/oder durch das zentral durch die piezoelektrische(n) Aktoreinheit(en) hindurchgehende Vorspannele- ment, das beispielsweise eine zentrale Hülse oder ein zentraler Bolzen oder eine zentra- le Schraube sein kann, vorgespannt. Beispielsweise kann die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung einen aus mehreren piezoelektrischen Aktoren bestehenden Aktorstapel mit zwischen den jeweiligen Aktoren angeordneten und nach außen geführten Versorgungselektroden aufweisen. Die piezoelektrischen Aktoren wandeln eine der jeweiligen Arbeitsfrequenz entsprechende elektrische An- steuerung in mechanische Schwingungen um. Die Aktoren als auch die Versorgungs- elektroden können beispielsweise ringförmig ausgebildet sein.

Bei der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung sind die Aktoren der wenigstens einen piezoelektrischen Aktoreinheit jeweils direkt an einem Aktivteil des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs angebracht, wodurch die mit der wenigstens einen piezoelektrischen Aktoreinheit erzeugten Schwingungen nahe der jeweiligen Wirk- stelle in die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung eingekoppelt werden.

Während die eingangs beschriebenen Laborprüfmaschinen keine Werkzeugmaschinen bzw. keine mechanischen oder Servopressen sind, ist die Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtung eine tatsächliche Presse mit den für herkömmliche Pressen typischen hohen und nicht konstanten Tiefziehgeschwindigkeiten. Das heißt, die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung der vorliegenden Erfindung arbeitet typischerweise mit Tief- ziehgeschwindigkeiten von über 500 mm/s mit einem sinusähnlichen Geschwindigkeits- profil entlang des Hubes.

Im Gegensatz zu den oben angeführten Laborprüfmaschinen, bei welchen genug Zeit zur Verfügung steht, um eine Schwingung aufzubauen und die Schnellen der Schwin- gung entsprechend der geringen Tiefziehgeschwindigkeit gering sein können, um Effekte zu erzielen, ist das Tiefziehen mit der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehvorrichtung ein schlagartiger Prozess, bei dem die wenigstens eine piezoelektri- sche Aktoreinheit starken mechanischen Belastungen ausgesetzt ist und bei dem des weiteren Auslenkung und Frequenz der Ultraschallschwingung an die hohe Tiefziehge- schwindigkeit angepasst sein müssen.

Die erfindungsgemäße Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung wird beiden Anforde- rungen dadurch gerecht, dass sie aufgrund ihrer kompakten, gedrungenen Struktur mit den Aktoren nahe der Wirkstelle sehr robust ausgebildet ist. Dadurch wird bei der erfin- dungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung eine robuste Schwingungs- mode nahe an der jeweiligen Wirkstelle angeregt, wodurch sich die erzeugte Schwin- gungsmode - im Gegensatz zu den oben beschriebenen Laborprüfmaschinen, bei wel- chen sich die erzeugte Schwingungsmode über weitere Strukturen erstreckt und weiter entfernt von der jeweiligen Wirkstelle angeregt wird - durch Einflüsse wie Prozesslasten, Temperaturänderungen oder Montageschwankungen kaum verstimmt, da bei der vorlie- genden Erfindung die Freiheitsgrade der Schwingungsmode minimiert sind.

Entsprechend ist bei der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung im Vergleich zu den bekannten Laborprüfmaschinen die Wahrscheinlichkeit, dass mit der piezoelektrischen Anregung eine nicht gewollte Schwingform, also eine andere Schwin- gungsmode als am Aktivteil benötigt, erzeugt wird, minimiert.

Vorzugsweise werden bei der vorliegenden Erfindung mehrere dünne Aktoren als Aktor- stapel mit dazwischenliegenden, wechselseitig gepolten Elektroden zur elektrischen Spannungsversorgung genutzt. Mit diesem Aufbau werden die benötigten Feldstärken mit verhältnismäßig geringen elektrischen Spannungen erzielt.

Mit der jeweiligen piezoelektrischen Aktoreinheit wird jeweils wenigstens ein Aktivteil des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeuges in Schwingungen versetzt, das an wenigs- tens einer Wirkstelle in Kontakt mit einem Werkstück tritt und zu diesem eine Relativbe- wegung ausführt. Erfindungsgemäß können Aktivteile, wie die Matrize der Matrizenein- heit und/oder ein Stempel der Stempeleinheit und/oder ein Gegenhalter der Gegenhal- tereinheit, in Schwingungen versetzt werden. Dabei ist auch eine gleichzeitige Anregung mehrerer der Aktivteile möglich.

Vorzugsweise liegt die longitudinale Schwingungsrichtung dieser Schwingungen in Rich- tung der Tiefziehbewegung relativ zwischen der Stempeleinheit und der Matrizeneinheit. Dabei geht eine longitudinale Schwingung eines begrenzten Festkörpers stets mit einem transversalen Schwingungsanteil einher (quasi-longitudinale Schwingung), sodass schon allein daraus andere Schwingungsanteile auftreten. Außerdem kann/können bei der vor- liegenden Erfindung die jeweilige(n) piezoelektrische(n) Aktoreinheit(en) auch so in das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug integriert werden, dass auch andere Schwin- gungsrichtungen als in Ziehrichtung gezielt erzeugt und genutzt werden. Weiterhin wird die an der wenigstens einen Wirkstelle des oder der Aktivteils/e, also des Stempels der Stempeleinheit und/oder der Matrize der Matrizeneinheit und/oder des Ge- genhalters der Gegenhaltereinheit, der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung vor- herrschende Schwingungsrichtung nicht allein durch die Richtung der Schwingungsan- regung bestimmt. Die mechanische Struktur, die sich zwischen der piezoelektrischen Aktoreinheit und der wenigstens einen Wirkstelle der Aktivteile befindet, beeinflusst die wirkende Schwingungsrichtung in der wenigstens einen Wirkstelle durch ihre Geometrie und die darin bestehenden Verteilungen von Steifigkeiten, Massen und Dämpfungen. Damit können bei der vorliegenden Erfindung Schwingungsrichtungen und deren Ampli- tuden gezielt zwischen Schwingungsanregung und Wirkstelle modifiziert werden.

Durch die Schwingungsüberlagerung werden beim Tiefziehen Prozesskräfte reduziert und Grenzziehverhältnisse von Werkstoffen erweitert. Die Ultraschallüberlagerung mit reduzierten Kräften und reduzierter Reibung kann Vorteile bezüglich der erzielten Bau- teilqualitäten bringen. So können verbesserte Verteilungen von Wandstärken, Umform- graden und Eigenspannungen sowie eine geringere Rückfederung erreicht werden.

In Zusammenhang mit der verbesserten Tribologie ergeben sich Vorteile in der Oberflä- chenqualität der Bauteile. Rauheiten können reduziert werden, womit Anforderungen spezieller Funktionsflächen erfüllt werden können. Das betrifft z. B. gefertigte Dichtflä- chen oder den verbesserten Rauheitseinfluss auf Bauteilfestigkeiten.

Die Dauerfestigkeit von Bauteilen wird außerdem stark von der Eigenspannungsvertei- lung beeinflusst. Diese kann durch den Einsatz der Erfindung verbessert werden, sodass Eigenspannungsspitzen reduziert werden und damit die Dauerfestigkeit von Bauteilen erhöht werden kann.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein industriell nutzbares Umformwerkzeug zur Ver- fügung gestellt. Der angedachte Zweck der Erfindung ist ihr Einsatz in Folgeverbund- und Transferwerkzeugen. Durch die Integration der Ultraschallwandlereinrichtung in we- nigstens eine der genannten Werkzeugkomponenten bzw. Aktivteile kann die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung insgesamt kompakt ausgebildet werden, sodass der jeweils für die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung zur Verfügung stehende, sehr begrenzte Bauraum effektiv genutzt werden kann. Ferner ist die Ultraschallwandler- einrichtung der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung durch ihren Einbau in wenigstens eine der genannten Werkzeugkomponenten bzw. Aktivteile geschützt, sodass die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung insgesamt eine hohe Robustheit und Betriebsfestigkeit aufweist. Dabei kann die Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtung ohne Weiteres kompatibel zu bestehenden Werkzeug- und Maschinen- standards ausgebildet werden.

Das Maß der mit der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung erzielbaren Effekte hängt primär vom Verhältnis zwischen Tiefziehgeschwindigkeit und dem Maximum der Schallschnelle ab. Die Schallschnelle ist dabei die Momentan- geschwindigkeit, mit der die in Schwingungen versetzten Teilchen um ihre Ruhelage schwingen, und ändert ihren Betrag und ihre Richtung entsprechend der angeregten Frequenz. Das Maximum der Schallschnelle ergibt sich aus dem Produkt aus der Teil- chenauslenkung und der angeregten Kreisfrequenz. Wird im Weiteren von Schallschnel- le geschrieben, ist damit deren Maximum gemeint.

Beide Geschwindigkeiten müssen mindestens in der gleichen Größenordnung liegen bzw. sollte die Schallschnelle oberhalb der Ziehgeschwindigkeit liegen. Typische Hub- zahlen in betreffenden Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugen liegen bei Transfer- werkzeugen bei oberhalb von 40 Hub/min und bei Folgeverbundwerkzeugen bei ober- halb von 100 Hub/min bei Hublängen in Millimeter- und einstelligen Zentimeterbereichen. Daraus leitet sich ein technisch sinnvoller Bereich der einzubringenden Schwingungen beginnend bei Frequenzen von 15 kHz und Amplituden im einstelligen, vorzugsweise zweistelligen pm-Bereich ab, wobei die Effekte mit gesteigerten Schwingungsparametern gesteigert werden können.

Die erfindungsgemäße Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung eignet sich insbeson- dere für das mehrstufige Tiefziehen mit Ultraschallüberlagerung, wobei sich erhebliche technologische als auch wirtschaftliche Vorteile im Rahmen ökologischer Nachhaltig- keitsorientierung ergeben.

Aus der Erweiterung der Prozessgrenzen/Ziehverhältnisse ergibt sich ein Potential zum Erreichen höherer Umformgrade an einzelnen Stufen, das zum einen komplexere Geo- metrien oder wahlweise die Einsparung von Prozessstufen ermöglicht. Außerdem erge- ben sich dadurch Freiheiten in Bezug auf das Bauteilgrößenfenster und die Pressen- auswahl. Zudem können gegebenenfalls neue, bis dato schwierig umformbare Werkstof- fe für die mehrstufige Tiefziehtechnologie erschlossen werden.

In Bezug auf Schmierstoffe kann die vorliegende Erfindung eine Reduzierung der Schmiermittelmengen und bei rostfreien Werkstoffen den Übergang von bis dato chlo- rierten Ölen zu chlorfreien Tiefziehölqualitäten ermöglichen. Die Gefahr von thermisch bedingten Verkokungen des eingesetzten Schmiermittels als auch von thermisch beding- ten Verfärbungen wird reduziert. Derartige optische Qualitätsmerkmale sind teils ent- scheidend für die Prozessstabilität von Folgeprozessen, beispielsweise in der Montage. Werden Tiefziehbauteile optisch gescannt, können optische Mängel extrem störend sein. Hierzu zählen auch tribologisch bedingte Oberflächenfehler, welche ebenfalls durch die Erfindung minimiert werden können.

Um die piezoelektrische Aktoreinheit in die Matrizeneinheit zu integrieren, kann bei- spielsweise die Matrizeneinheit in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung des Tief- zieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs nacheinander eine Matrize, die jeweilige piezoe- lektrische Aktoreinheit und eine Matrizengegenmasse aufweisen, wobei die Vorspann- einrichtung um die Matrizeneinheit angeordnete und parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung ausgerichtete Vorspannbolzen oder-schrauben aufweist, die in ein parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung bewegliches und auf der Mat- rizengegenmasse aufliegendes Druckübertragungselement geschraubt sind.

Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Vorspanneinrichtung auch parallel zur Tief- zieh- oder Abstreckgleitziehrichtung in einer zentralen Bohrung der piezoelektrischen Aktoreinheit angeordnet sein.

Durch Spannen der Vorspanneinrichtung kann über das Druckübertragungselement Druck auf die piezoelektrischen Aktoren aufgebracht, wodurch diese vorgespannt wer- den. Wird nun die piezoelektrische Aktoreinheit über deren Elektroden mit einer Wech- selspannung versorgt, schwingen die piezoelektrischen Aktoren der piezoelektrischen Aktoreinheit mechanisch. Diese mechanischen Schwingungen werden direkt auf die Mat- rizeneinheit übertragen. Um gezielt Schwingungen in die Wirkstelle des Prozesses einzukoppeln, werden natürli- che Eigenmoden in Eigenresonanz und damit stehende Wellen angeregt (Resonanzan- regung). Typischerweise liegen nutzbare Eigenmoden aufgrund der Massen- und Stei- figkeitsverteilung betreffender Strukturen im Frequenzbereich des Ultraschalls und kön- nen zudem durch konstruktive Maßnahmen optimiert und angepasst werden. Eine Ei- genmode ist gekennzeichnet durch Bereiche der sogenannten Schwingungsbäuche mit maximaler Auslenkung und gleichzeitig minimaler Dehnung. Entgegengesetzte Bereiche mit minimaler mechanischer Auslenkung und maximaler mechanischer Dehnung werden als Schwingungsknoten bezeichnet.

Es hat sich gezeigt, dass die Platzierung der jeweiligen als Schwingungswandler fungie- renden piezoelektrischen Aktoreinheit die erzielbaren Schwingungsparameter bestimmt. Daher werden in besonders vorteilhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Aktoren der jeweiligen piezoelektrischen Aktoreinheit für die anzuregende Eigenmo- de nahe eines Schwingungsknotens positioniert. Dabei liegt die mechanische Wirkungs- richtung der Aktoren in Richtung der dominierenden Dehnung der Schwingungsmode an der Position der Aktoren.

Wenn die Vorspanneinrichtung um die piezoelektrische Aktoreinheit verteilt angeordnete Vorspannelemente aufweist, ist es von Vorteil, wenn das Druckübertragungselement in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung gegen eine seitliche Auskragung der Matri- zengegenmasse drückt und die Matrize eine seitliche Auskragung aufweist, die an einen Anschlag eines Werkzeugblocks des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs an- grenzt, wobei die beiden seitlichen Auskragungen in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung einen Abstand von einem Schwingungsknoten der in die Matri- zeneinheit eingebauten piezoelektrischen Aktoreinheit haben, der kleiner als ein Achtel einer Wellenlänge einer von der piezoelektrischen Aktoreinheit angeregten Eigenmode der Matrizeneinheit ist. Die Wellenlänge der von der piezoelektrischen Aktoreinheit er- zeugten resonanten Schwingung wird im Folgenden mit A bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Vorspannung der piezoelektrischen Aktoreinheit über die beiden seitlichen Auskragungen nahe des Schwingungsknotens eingeleitet. Durch die geeignete Positionierung des Schwingungsknotens kann die Schwingung gegenüber der Umgebung entkoppelt und eine unerwünschte Schwin- gungsübertragung auf andere Maschinen und Werkzeugkomponenten der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung vermieden werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst der gesamte Schwinger eine halbe Wellenlänge der angeregten resonanten lon- gitudinalen Schwingung. Vorteile der Anregung in Resonanz sind beispielsweise die Möglichkeit der örtlichen Trennung der Aktorik zur Wirkstelle des Prozesses, die Beibe- haltung einer verhältnismäßig hohen Steifigkeit der Struktur und der hohe Wirkungsgrad zur Erzeugung der Schwingungsamplituden in der Wirkstelle des Prozesses.

Eine weitere Möglichkeit der Entkopplung der Schwingung gegenüber der Umgebung ist das Vorsehen entsprechender Entkopplungsgeometrien.

Um die von den Aktoren der piezoelektrischen Aktoreinheit erzeugten mechanischen Schwingungen auf die anzuregenden Werkzeugkomponenten der Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung übertragen zu können, muss die piezoelektrische Aktoreinheit auf Druck vorgespannt werden. Die Vorspannung muss dabei ausreichend hoch sein, um ein gegenseitiges Abheben der einzelnen Aktoren der piezoelektrischen Aktoreinheit zu verhindern. Außerdem sollte sichergestellt werden, dass die aufgebrachte Vorspan- nung homogen auf den Schwingungswandler wirkt.

Letzteres wird in der oben erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung da- durch erreicht, dass die beiden seitlichen Auskragungen jeweils von der piezoelektri- schen Aktoreinheit weg gewölbte Krempen sind. Die Steifigkeitsverteilung zwischen den gewölbten Krempen und den Kontaktflächen zu der piezoelektrischen Aktoreinheit ist so gestaltet, dass Verformungen vorgehalten und der Kraftfluss so auf die piezoelektrische Aktoreinheit gelenkt wird, dass sich eine homogene Verteilung der Vorspannung ergibt. Damit wird eine inhomogene Verteilung der Vorspannung, welche zu lokaler Überlastung der Bauteile der piezoelektrischen Aktoreinheit als auch zum lokalen Abheben der Bau- teile der piezoelektrischen Aktoreinheit führen könnte, weitgehend vermieden. Entspre- chend können durch diese Ausführungsform der Erfindung lokale Relativbewegungen der Bauteile der piezoelektrischen Aktoreinheit, welche sich sowohl auf deren Dauerfes- tigkeit als auch auf ihre Effektivität auswirken und hohe Verlustleistungen mit einherge- henden Temperaturerhöhungen bewirken können, vermieden werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Stempeleinheit einen Stempel und eine in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung, weg von der Matrizen- einheit verlaufende, ein Gewinde aufweisende Stempelverlängerung auf, auf die die je- weilige piezoelektrische Aktoreinheit, ein Druckelement und eine als die Vorspannein- richtung fungierende Vorspannmutter aufgebracht sind.

Vorzugsweise weist die Stempeleinheit eine seitlich auskragende Anbindung zu einem Werkzeugblock des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs auf, die im oder in einem Bereich von einem Achtel der Wellenlänge der von der piezoelektrischen Aktoreinheit angeregten jeweiligen Eigenmode der Stempeleinheit um den Schwingungsknoten der in der Stempeleinheit angeregten jeweiligen Eigenmode angeordnet ist.

Dabei wird bei der vorliegenden Erfindung unter der Eigenmode die jeweils angeregte bzw. betriebene Eigenmode des Aktivteils, dem mittels der jeweiligen piezoelektrischen Aktoreinheit die Ultraschallschwingung überlagert wird, verstanden.

Zur Versorgung der Aktoren der jeweiligen piezoelektrischen Aktoreinheit mit einer elekt- rischen Wechselspannung in gewünschter Anregungsfrequenz wird bei der erfindungs- gemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung ein Ultraschallgenerator genutzt. Die Anregungsfrequenz liegt dabei nahe der Resonanzfrequenz der anzuregenden Ei- genmode. Dabei ist die Resonanzfrequenz in gewissen Bereichen abhängig von Einflüs- sen wie beispielsweise Temperatur und wirkender Prozesskraft. Um stets in einem güns- tigen Arbeitsbereich der Frequenz und mit hohem Wirkungsgrad anzuregen, ist es von Vorteil, wenn der Generator über eine Frequenzregelung verfügt. Damit kann die ausge- gebene Anregungsfrequenz der veränderlichen Resonanzfrequenz des Systems nach- geführt werden.

Vorzugsweise wird außerdem bei der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtung die Ultraschallleistung geregelt, sodass unabhängig von der Belastung die gewünschten Amplituden in den Prozess eingebracht werden können. Entsprechend der Prozessgeschwindigkeit beim Tiefziehen, die typischerweise einige hundert Hub je Minute bzw. mehr als 500 mm/s beträgt, und der damit verbundenen Lastwechsel, ist es von Vorteil, wenn die Regelung von Frequenz und Amplitude entsprechend in einer hö- heren Dynamik erfolgt. Zur Regelung der Schwingungsamplitude und zum Nachführen der Anregungsfrequenz ist es daher von Vorteil, wenn die tatsächliche Schwingung im Werkzeug in Frequenz und Amplitude erfasst werden kann. Dies wird in einer besonders vorteilhaften Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung dadurch realisiert, dass die jeweilige piezoelektri- sche Aktoreinheit mit einer piezoelektrischen Sensoreinheit zu einer piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit gestapelt ist, die jeweils in die Matrizeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit eingebaut ist.

Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine mittelbare Messung, welche Rückschlüsse auf die Schwingung in der Wirkstelle zulässt. Die piezoelektrische Sen- soreinheit kann, unter Annahme der richtigen angeregten Eigenmode, die Istwerte zur Schwingung in der Wirkstelle liefern. Als piezoelektrische Sensoren dieser Sensoreinheit können beispielsweise Piezokeramiken innerhalb der Ultraschallwandlereinrichtung ein- gesetzt werden, von denen ein Spannungssignal abgegriffen werden kann.

Anhand der Amplitude des Sensorsignals kann die Leistung zum Regeln der Amplitude geregelt werden. Anhand der Phase zwischen Sensorsignal und Anregungssignal des Generators kann die Anregungsfrequenz der Resonanzfrequenz nachgeführt werden.

In einer vereinfachten und alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auf einen Sensor in der Ultraschallwandlereinrichtung verzichtet werden. Die Regelung der Anre- gungsfrequenz kann in diesem Fall anhand der Phase zwischen Strom und Spannung an der Ultraschallwandlereinrichtung erfolgen. Die Amplitude kann in einer solchen ver- einfachten Ausführungsform der Erfindung über die eingebrachte Leistung geregelt wer- den, wobei dadurch keine konstante Amplitude gehalten werden kann, sondern lediglich eine Leistungsvorgabe realisiert werden kann, welche eine bestimmte Amplitude zur Folge hat und welche von wirkenden Störgrößen abhängt.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug gelöst, das eine Matrizeneinheit, eine Stem- peleinheit und optional eine Gegenhaltereinheit aufweist, wobei durch eine Ultraschall- wandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Vor- spanneinrichtung für die piezoelektrische Aktoreinheit eine Schwingung auf die Matri- zeneinheit und/oder die Stempeleinheit und/oder die Gegenhaltereinheit aufgebracht wird, wobei die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit jeweils in die Matrizeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit unter Ausbildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit, der piezoelektrischen Aktoreinheit und einer Gegenmasse der Matri- zeneinheit, der Stempeleinheit oder der Gegenhaltereinheit eingebaut ist, wobei durch mehrere um die piezoelektrische Aktoreinheit verteilt angeordnete Vorspannelemente und/oder ein durch eine Durchgangsöffnung der piezoelektrischen Aktoreinheit hindurch- geführtes Vorspannelement eine Vorspannung auf die piezoelektrische Aktoreinheit auf- gebracht wird.

Die oben angegebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtung gelten auch für das erfindungsgemäße Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehverfahren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Matrizeneinheit in einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung nacheinander eine Mat- rize, die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit und eine Matrizengegenmasse auf, wobei die Vorspanneinrichtung um die Matrizeneinheit angeordnete und parallel zu der Tief- zieh- oder Abstreckgleitziehrichtung ausgerichtete Vorspannbolzen oder -schrauben aufweist, die in ein gegen die Matrizengegenmasse drückendes Druckübertragungsele- ment geschraubt sind, wobei das Druckübertragungselement in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung gegen eine seitliche Auskragung der Matrizengegenmasse drückt und die Matrize eine seitliche Auskragung aufweist, die an einen Anschlag eines Werkzeugblocks des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs anschlägt, und wobei die beiden seitlichen Auskragungen in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung einen Abstand von einem Schwingungsknoten einer Eigenmode, die durch die in die Matrizen- einheit eingebaute piezoelektrische Aktoreinheit angeregt wird, haben, der kleiner als ein Achtel der Wellenlänge der jeweils von der piezoelektrischen Aktoreinheit angeregten Eigenmode der Matrizeneinheit ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Stempeleinheit einen Stempel und eine entgegen einer Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung verlaufende, ein Gewin- de aufweisende Stempelverlängerung auf, auf die die jeweilige piezoelektrische Aktor- einheit, ein Druckelement und eine als die Vorspanneinrichtung fungierende Vor- spannmutter aufgebracht sind, wobei die Stempeleinheit eine seitlich auskragende An- bindung zu einem Werkzeugblock der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung auf- weist, die im Schwingungsknoten der in die Stempeleinheit eingebauten piezoelektri- schen Aktoreinheit angeordnet ist.

Besonders bevorzugt werden mit wenigstens einer in die Matrizeneinheit und/oder in die Stempeleinheit und/oder in die Gegenhaltereinheit eingebauten piezoelektrischen Sen- soreinheit Schwingungen erfasst.

Die mit Hilfe der piezoelektrischen Sensoreinheit erfassten Werte können direkt zur Pro- zessregelung, insbesondere zur Regelung der Schallschnelle eingesetzt werden. Dabei soll einerseits die Schallschnelle nicht zu hoch eingestellt sein, da sich hierdurch insbe- sondere thermische Verluste ergeben, die beispielsweise zu Aufschweißungen führen können. Andererseits soll die Schallschnelle nicht zu gering sein, da sich sonst keine Wirkungen aus der Ultraschallüberlagerung beim Tiefziehprozess ergeben.

Während eines Arbeitshubes beim Tiefziehen entfällt nur ein Teilbereich der gesamten Taktzeit auf den tatsächlichen Umformprozess. Die Erfindung sieht deshalb die Möglich- keit eines gepulsten Betriebes der Ultraschalleinleitung vor. So werden in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der wenigstens einen Ultra- schallwandlereinrichtung nur in einem Zeitbereich einer tatsächlichen Umformung durch das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug Schwingungen in dieses eingekoppelt. Diese werden in Zeitbereichen des Leerlaufs heruntergefahren bzw. abgeschaltet. Die Pulsbreite der Ultraschalleinkopplung kann dabei 0% bis 100% der Taktzeit umfassen.

Dabei kann die eingebrachte Ultraschallleistung über die Taktzeit und die darin wirkende Pulsbreite der Ultraschalleinkopplung variiert werden. Die Ultraschallleistung und die damit erzeugte Amplitude kann so mit den Bedürfnissen des Prozesses hinsichtlich der zu erwartenden Effekte abgestimmt werden. Damit kann ein unnötiger Wärmeeintrag in das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug durch die Verlustleistung der Ultraschall- wandlereinrichtung vermieden werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden an- hand von Figuren näher erläutert, wobei

Figur 1 schematisch einen Ausschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung in einer Querschnittsdarstellung zeigt;

Figur 2 schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung in einer Querschnittsdar- stellung zeigt;

Figur 3 schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung in einer Querschnittsdar- stellung zeigt

Figur 4 eine Variante eines Aufbaus einer bei der erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehverfahren einsetzbaren piezoelektrischen Aktor- und Sensorein- heit zeigt;

Figur 5 schematisch eine Matrizeneinheit einer erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung mit einer in der Matrizeneinheit eingebauten piezo- elektrischen Aktor- und Sensoreinheit in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei die Aktoreinheit außen gespannt ist und mit der Matrizeneinheit einen eine halbe Wellenlänge (A/2) umfassenden Schwinger bildet;

Figur 6 schematisch eine Matrizeneinheit einer erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung mit einer in der Matrizeneinheit eingebauten piezoe- lektrischen Aktor- und Sensoreinheit in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei die Aktoreinheit innen gespannt ist und mit der Matrizeneinheit einen eine halbe Wellenlänge (A/2) umfassenden Schwinger bildet;

Figur 7 schematisch eine Matrizeneinheit einer erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung mit einer in der Matrizeneinheit eingebauten piezoe- lektrischen Aktor- und Sensoreinheit in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei die Aktoreinheit außen gespannt ist und mit der Matrizeneinheit einen eine volle Wellenlänge (A) umfassenden Schwinger bildet;

Figur 8 schematisch eine Stempeleinheit einer erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung mit einer in der Stempeleinheit eingebauten piezoe- lektrischen Aktor- und Sensoreinheit in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei die Aktoreinheit mit einer Vorspannmutter gespannt ist und mit der Stempelein- heit einen eine halbe Wellenlänge (A/2) umfassenden Schwinger bildet; und

Figur 9 schematisch eine Stempeleinheit einer erfindungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung mit einer in der Stempeleinheit eingebauten piezoe- lektrischen Aktor- und Sensoreinheit in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei die Aktoreinheit mit einer Vorspannmutter gespannt ist und mit der Stempelein- heit einen eine volle Wellenlänge (A) umfassenden Schwinger bildet.

Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- vorrichtung 1 , die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 weist eine Matrizeneinheit 2 mit einer Matrize 21 und ei- ner Matrizengegenmasse 22 auf. In einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 befindet sich zwischen der Matrize 21 und der Matrizengegenmasse 22 eine erste piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3. Die Matrize 21 bildet ein Aktivteil der Matrizeneinheit 2, und die Matrizengegenmasse 22 bildet eine Gegenmasse der Matrizeneinheit 2.

Die erste piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 weist piezoelektrische Aktoren 31 sowie Versorgungselektroden 32 zur elektrischen Ansteuerung der piezoelektrischen Aktoren 31 auf. Die piezoelektrischen Aktoren 31 und die Versorgungselektroden 32 bil- den eine piezoelektrische Aktoreinheit 30.

Darüber hinaus ist in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T zwischen der Matrize 21 und der Matrizengegenmasse 22 eine piezoelektrische Sensoreinheit 39, wie sie bei- spielsweise in Figur 5 gezeigt ist, mit einem piezoelektrischen Sensor 33 und zugehöri- gen Signalelektroden 34 zur elektrischen Signalübertragung der Sensorsignale des piezoelektrischen Sensors 33 angeordnet. Der piezoelektrische Sensor 33 und die Sig- nalelektroden 34 bilden die piezoelektrische Sensoreinheit 39.

Zwischen der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 und der piezoelektrischen Sensoreinheit 39 ist ein Isolatorring 38 angeordnet. Außerdem ist jede piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3, 3‘, 3“ (siehe auch Figuren 2 und 3) beidseitig von je einem Isolatorring 38 abgeschlossen.

Die erste piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 ist Bestandteil einer ersten Ultra- schallwandlereinrichtung der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1.

Die erste Ultraschallwandlereinrichtung weist ferner eine Vorspanneinrichtung zum Vor- spannen der piezoelektrischen Aktoren 31 als auch der piezoelektrischen Sensoren 33 auf.

In der gezeigten Ausführungsform weist die Vorspanneinrichtung mehrere um die Matri- zeneinheit 2 verteilte Vorspannbolzen oder -schrauben 5 auf. Die Vorspannbolzen oder -schrauben 5 sind jeweils parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T durch einen Werkzeugblock 11 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 geführt. Die Vorspannbolzen oder -schrauben 5 sind ferner in ein parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T verstellbares Druckübertragungselement 51 geschraubt.

Durch Spannen der Vorspannbolzen oder -schrauben 5 wird das Druckübertragungs- element 51 gegen die Matrizengegenmasse 22 und diese dabei gegen den piezoelektri- schen Sensor 33 gedrückt, der wiederum gegen die piezoelektrischen Aktoren 31 drückt. Es wird dadurch auf den piezoelektrischen Sensor 33 als auch auf die piezoelektrischen Aktoren 31 eine Vorspannung aufgebracht.

Wird nun an die Versorgungselektroden 32 eine Wechselspannung angelegt, kommt es zu mechanischen Schwingungen der piezoelektrischen Aktoren 31. Die Amplitude und die Frequenz dieser mechanischen Schwingungen wird durch den piezoelektrischen Sensor 33 erfasst, dessen Sensorsignale durch die Signalelektroden 34 an eine hier nicht gezeigte Steuereinheit der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 weiterge- leitet werden. Die erzeugten mechanischen Schwingungen sind Ultraschallschwingungen. Diese Schwingungen werden direkt auf die Matrizeneinheit 2 übertragen. Damit schwingt in der gezeigten Ausführungsform insbesondere die Matrize 21 parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T.

In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die piezoelektrischen Aktoren 31 auch anders angeordnet sein, sodass die von ihnen er- zeugten Schwingungen in einer anderen Richtung als der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung T wirken und somit die Matrize 21 in der entsprechend anderen Rich- tung schwingt.

Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist die Matrizengegen- masse 22 eine seitliche Auskragung 221 auf. Das Druckübertragungselement 51 drückt parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T gegen diese seitliche Auskra- gung 221.

Darüber hinaus weist die Matrize 21 eine seitliche Auskragung 211 auf, die an einen An- schlag 111 eines Werkzeugblocks 11 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 angrenzt. Die seitlichen Auskragungen 211 , 221 sind in der Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehrichtung T voneinander beabstandet.

Wie es außerdem aus Figur 1 ersichtlich ist, weist die Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- vorrichtung 1 einen durch die Matrizeneinheit 2 verlaufenden Auswerfer 8, eine ein um- zuformendes Werkstück 9 gegen die Matrize 21 festhaltende Gegenhaltereinheit 4 und eine relativ zu der Matrizeneinheit 2 bewegbare Stempeleinheit 7 auf.

Die Stempeleinheit 7 weist einen Stempel 71 mit einer in der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung T, von der Matrizeneinheit 2 weg verlaufenden, ein Gewinde aufwei- senden Stempelverlängerung 72 auf. Auf die Stempelverlängerung 72 ist eine zweite piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3‘ aufgesetzt. Die zweite piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3‘ ist Bestandteil einer zweiten Ultraschallwandlereinrichtung der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1. Die zweite piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3‘ ist mittels einer auf ein Gewinde eines auf der Stempelverlängerung 72 sitzenden Druckelementes 61 geschraubten Vor- spannmutter 6 unter Vorspannung gesetzt.

Der Stempel 71 bildet ein Aktivteil der Stempeleinheit 7, und das Druckelement 61 bildet eine Gegenmasse der Stempeleinheit 7.

Die Stempeleinheit 7 weist eine seitlich auskragende Anbindung 73 zu einem Werk- zeugblock 12 des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs auf.

Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T in einer Querschnittsdar- stellung.

Die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T weist eine Matrizeneinheit 2 auf, die wie die Matrizeneinheit 2 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 ausgebildet ist. Es wird daher bezüglich der Matrize 2 sowie der jeweils darin integrierten Vorspanneinrichtung und piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheiten 3, 3‘ auf obige Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.

Die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T weist ferner eine Stempeleinheit 7‘ auf, die bis auf den Stempel 7T gleich wie die Stempeleinheit 7 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 ausgebildet ist. Der Stempel 7T ist gegenüber dem Stempel 71 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 länger ausgebildet, da er durch eine gegenüber der Gegenhaltereinheit 4 aus Figur 1 vergrößerte Gegenhalter- einheit 4‘ verläuft. Es wird daher auch bezüglich der Merkmale der Stempeleinheit 7‘ auf die obige Beschreibung der gleich bezeichneten Merkmale der Stempeleinheit 7 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 verwiesen. Dies betrifft insbe- sondere die auch in der Stempeleinheit 7‘ integrierte Vorspanneinrichtung und die auch in der Stempeleinheit 7‘ integrierte piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3‘.

Bei der Stempeleinheit 7‘ bildet der Stempel 7T ein Aktivteil der Stempeleinheit 7‘, und das Druckelement 61 bildet eine Gegenmasse der Stempeleinheit 7‘. Im Unterschied zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 weist die Gegenhal- tereinheit 4‘ der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T eine darin integrierte dritte piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3“ auf. Die dritte piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3“ ist zwischen einer Gegenhaltergegenmasse 41 der Gegenhaltereinheit 4‘ und einem Gegenhalter 42 der Gegenhaltereinheit 4‘ angeordnet, die in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T durch die dritte piezoelektrische Aktor- und Sensorein- heit 3“ voneinander beabstandet sind.

Der Gegenhalter 42 bildet ein Aktivteil der Gegenhaltereinheit 4‘, und die Gegenhalter- gegenmasse 41 bildet eine Gegenmasse der Gegenhaltereinheit 4‘.

Die dritte piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3“ weist wie die oben beschriebene erste piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 piezoelektrische Aktoren 31 sowie Versorgungselektroden 32 zur elektrischen Ansteuerung der piezoelektrischen Aktoren 31 auf. Die piezoelektrischen Aktoren 31 und die Versorgungselektroden 32 bilden eine piezoelektrische Aktoreinheit 30.

Darüber hinaus ist in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T zwischen der Ge- genhaltergegenmasse 41 und dem Gegenhalter 42 eine piezoelektrische Sensoreinheit 39, wie sie beispielsweise in Figur 5 gezeigt ist, mit einem piezoelektrischen Sensor 33 und zugehörigen Signalelektroden 34 zur elektrischen Signalübertragung der Sensorsig- nale des piezoelektrischen Sensors 33 angeordnet. Der piezoelektrische Sensor 33 und die Signalelektroden 34 bilden die piezoelektrische Sensoreinheit 39.

Zwischen der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 und der piezoelektrischen Sensoreinheit 39 ist ein Isolatorring 38 angeordnet.

Die dritte piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 ist Bestandteil einer dritten Ultra- schallwandlereinrichtung der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T.

Die dritte Ultraschallwandlereinrichtung weist ferner eine Vorspanneinrichtung zum Vor- spannen der in die Gegenhaltereinheit 4‘ eingebauten piezoelektrischen Aktoren 31 als auch der darin eingebauten piezoelektrischen Sensoren 33 auf. In der gezeigten Ausführungsform weist die Vorspanneinrichtung mehrere um die Ge- genhaltergegenmasse 41 und den Gegenhalter 42 verteilte Vorspannbolzen oder- schrauben 5 auf. Die Vorspannbolzen oder -schrauben 5 sind bei der gezeigten Ausfüh- rungsform jeweils parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T durch überei- nander angeordnete Werkzeugblöcke 1 T, 11“ der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvor- richtung T geführt. Die Vorspannbolzen oder -schrauben 5 verbinden die Werkzeugblö- cke 1 T, 11“ miteinander.

Durch Spannen der Vorspannbolzen oder -schrauben 5 werden die Werkzeugblöcke 1 T, 11“ aufeinander zu bewegt, wodurch eine Vorspannung auf die dazwischen befindlichen Elemente der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 und der piezoelektrischen Sensoreinheit 39 aufgebracht wird.

Wird nun an die Versorgungselektroden 32 der dritten Ultraschallwandlereinrichtung eine Wechselspannung angelegt, kommt es zu mechanischen Schwingungen der piezoelekt- rischen Aktoren 31. Die Amplitude und die Frequenz dieser mechanischen Schwingun- gen wird durch den piezoelektrischen Sensor 33 erfasst, dessen Sensorsignale durch die Signalelektroden 34 an eine hier nicht gezeigte Steuereinheit der Tiefzieh- oder Ab- streckgleitziehvorrichtung T weitergeleitet werden.

Die erzeugten mechanischen Schwingungen sind Ultraschallschwingungen. Diese Schwingungen werden direkt auf die Gegenhaltereinheit 4‘ übertragen. Damit kann bei der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung T auch der Gegenhalter 42 parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T schwingen.

In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die piezoelektrischen Aktoren 31 der dritten Ultraschallwandlereinrichtung auch anders an- geordnet sein, sodass die von ihnen erzeugten Schwingungen in einer anderen Richtung als der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T wirken und somit die Gegenhalterein- heit 4‘ in der entsprechend anderen Richtung schwingt.

Zwischen die Oberseite des oberen Werkzeugblocks 11 “und den Werkzeugblock 12, in dem die Stempeleinheit 7‘ angeordnet ist, ist eine Federanordnung 90 geklemmt. Der Gegenhalter 42 drückt mit seiner Unterseite auf Seitenbereiche eines Werkstückes 9.

Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist die Gegenhalterge- genmasse 41 eine seitliche Auskragung 411 auf. Der obere Werkzeugblock 11“ drückt mit seinem Anschlag 112 parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T ge- gen diese seitliche Auskragung 411 .

Darüber hinaus weist der Gegenhalter 42 eine seitliche Auskragung 421 auf, die an ei- nen Anschlag 113 des unteren Werkzeugblocks 1 T der Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- vorrichtung T angrenzt. Die seitlichen Auskragungen 411 , 421 sind in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T voneinander beabstandet.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfin- dungsgemäß ausgebildeten Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1“ in einer Quer- schnittsansicht.

Das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug der Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- vorrichtung 1“ ist ähnlich wie das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 ausgebildet. Sind also im Folgenden nicht explizit Unterschiede zwischen den Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtungen 1 , T, 1“ angegeben, gelten die obigen Ausführungen zu den Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehvorrichtungen 1 , T auch für die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1“.

Im Unterschied zu den Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtungen 1 , T weist die Tief- zieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1“ eine Stempeleinheit 7“ auf, in der keine piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3‘ vorgesehen ist.

Die Matrizeneinheit 2‘ der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1“ weist eine Mat- rize 2T und eine Matrizengegenmasse 22‘ auf, zwischen welchen eine piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 angeordnet ist. Die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrich- tung 1“ beinhaltet demnach nur einen Ultraschallschwingungswandler im Werkzeugun- terteil zur Schwingungsanregung der Matrize 2T. Die unter der Matrize 2T angeordnete piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 bringt die Matrize 2T zum Schwingen, wo- durch eine Reduzierung der Prozesskraft erzielt wird.

Die Matrize 21 ‘ weist an ihrer der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 zuge- wandten Seite eine seitliche Auskragung 211‘ in Form einer weg von der piezoelektri- schen Aktor- und Sensoreinheit 3 gebogenen Krempe auf. Ferner weist die Matrizenge- genmasse 22‘ an ihrer der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 zugewandten Seite eine seitliche Auskragung 221 ‘ in Form einer weg von der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 gebogenen Krempe auf.

Die Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1“ weist ferner im Werkzeugunterteil eine Luftkühlung mit entsprechenden Anschlüssen 10 auf.

Figur 4 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau einer piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3. Die piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3‘ oder 3“ kann ebenso ausgebildet sein.

Die gezeigte piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 weist eine piezoelektrische Aktoreinheit 30 und eine auf diese gestapelte piezoelektrische Sensoreinheit 39 auf. In anderen Ausführungsformen kann auch wie in Figur 1 die piezoelektrische Aktoreinheit 30 auf die piezoelektrische Sensoreinheit 39 gestapelt sein. Die piezoelektrische Aktoreinheit 30 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Stapelanordnung aus zwei ringförmigen piezoelektrischen Aktoren 31 , die durch zwischen und seitlich der piezoe- lektrischen Aktoren 31 angeordnete, ringförmige Versorgungselektroden 32 elektrisch kontaktiert sind. Die piezoelektrische Sensoreinheit 39 weist in der gezeigten Ausfüh- rungsform eine Stapelanordnung aus einem ringförmigen piezoelektrischen Sensor 33 mit beidseitig dazu angeordneten ringförmigen Signalelektroden 34 auf, durch der piezo- elektrische Sensor 33 elektrisch kontaktiert ist. Zwischen der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 und der piezoelektrischen Sensoreinheit 39 sowie an deren beiden Au- ßenseiten ist jeweils ein Isolatorring 38 angeordnet.

In Figur 5 ist die Matrizeneinheit 2 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 schematisch in einer Querschnittsansicht während eines Betriebs der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 dargestellt. In der Ausführungsfrom von Figur 5 entspricht die Länge der Matrizeneinheit 2 in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T A/2. Dabei ist A die Wellenlänge der durch die piezoelektrische Aktoreinheit 30 der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 er- zeugten resonanten Schwingung. Die piezoelektrische Aktoreinheit 30 ist bei A/4, also bei einem Schwingungsknoten, angeordnet. Die beiden seitlichen Auskragungen 211 , 221 , die in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T beidseitig der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 ausgebildet sind, weisen zu einem Schwingungsknoten 35 der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 einen Abstand auf, der kleiner als A/8, also kleiner als ein Achtel der Wellenlänge A der von der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 angereg- ten Eigenmode der Matrizeneinheit 2 ist.

In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform liegt die seitliche Auskragung 221 auf einem Auflager auf, das hier durch eine Oberfläche des Druckübertragungselementes 51 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 gebildet ist. Durch die Pfeile P, P‘ ist schematisch der durch die Vorspannbolzen oder -schrauben 5 der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 auf die piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 aus- geübte Druck veranschaulicht.

In der in Figur 5 gezeigten Darstellung ist die Dehnung mit 36 und die Amplitude der Schwingung mit 37 gekennzeichnet.

Figur 6 zeigt eine Matrizeneinheit 2‘ einer weiteren Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung schematisch in einer Querschnitts- ansicht während eines Betriebs der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Aktor- und Sensoreinheit 3 innen gespannt.

Die Innenspannung wird bei der gezeigten Ausführungsform durch eine zentrale Hülse 52, die ein Gewinde aufweist, auf die piezoelektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 aufge- bracht. Die zentrale Hülse 52 ist hierfür in eine Durchgangsöffnung 99 der piezoelektri- schen Aktor- und Sensoreinheit 3 eingebracht. Die Länge der Matrizeneinheit 2‘ in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T ent- spricht A/2. Die piezoelektrische Aktoreinheit 30 ist bei A/4, also bei einem Schwingungs- knoten, angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist nur an der Matrize 21 eine seitliche Aus- kragungen 211 ausgebildet. Diese seitliche Auskragung 211 ist auf einem Auflager 51 ‘ platziert. Die seitliche Auskragung 211 weist zu einem Schwingungsknoten 35 der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 einen Abstand auf, der kleiner als A/8, also kleiner als ein Achtel der Wellenlänge A der von der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 angeregten Eigenmode der Matrizeneinheit 2‘ ist.

In der in Figur 6 gezeigten Darstellung ist die Dehnung mit 36 und die Amplitude der Schwingung mit 37 gekennzeichnet.

Figur 7 zeigt eine Matrizeneinheit 2“ einer weiteren Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung schematisch in einer Querschnitts- ansicht während eines Betriebs der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Aktor- und Sensoreinheit 3 innen als auch außen spannbar.

Die Innenspannung wird bei der gezeigten Ausführungsform durch eine zentrale Hülse 52 mit einem Gewinde auf die piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 aufgebracht. Die zentrale Hülse 52 ist hierfür in eine Durchgangsöffnung 99 der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 eingebracht. Der aufgebrachte Druck ist schematisch durch die Pfeile Q, Q‘ veranschaulicht.

Die Außenspannung wird bei der gezeigten Ausführungsform durch Vorspannbolzen oder-schrauben 5 aufgebracht, wie sie beispielsweise bei der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehvorrichtung 1 aus Figur 1 zum Einsatz kommen. Der von außen auf die piezoe- lektrische Aktor- und Sensoreinheit 3 aufgebrachte Druck ist schematisch durch die Pfei- le P, P‘ veranschaulicht. Die Länge der Matrizeneinheit 2“ in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung T ent- spricht einer vollen Wellenläng A. Die piezoelektrische Aktoreinheit 30 ist bei A/4, also bei einem Schwingungsknoten, angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind an der Matrize 21 der Matrizeneinheit 2“ zwei seitliche Auskragungen 211 , 231 ausgebildet. Die obere der beiden seitlichen Aus- kragungen 231 liegt auf einem Auflager 51“ auf. Auf die untere der beiden seitlichen Auskragungen 211 sowie auf eine an der Matrizengegenmasse 22 ausgebildete seitliche Auskragung 221 wirkt der Druck P, P‘, der durch die außen angeordneten Vorspannbol- zen oder -schrauben 5 ausgeübt wird. Die seitlichen Auskragungen 211 , 221 , 231 wei- sen jeweils zu einem Schwingungsknoten 35 der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 der piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit 3 einen Abstand auf, der kleiner als A/8, also kleiner als ein Achtel der Wellenlänge A der von der piezoelektrischen Aktoreinheit 30 angeregten Eigenmode der Matrizeneinheit 2“ ist.

In der in Figur 7 gezeigten Darstellung ist die Dehnung mit 36 und die Amplitude der Schwingung mit 37 gekennzeichnet.

Figur 8 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Stempeleinheit 7 einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung 1 , die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, während des Betriebs einer in der Stempeleinheit 7 eingebauten zweiten Aktor- und Sensoreinheit 3‘.

Die Stempeleinheit 7 weist eine Länge von A/2 auf.

Die Stempeleinheit 7 weist einen Stempel 71 und eine in der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung T, weg von einer beispielsweise in Figur 1 gezeigten Matrizeneinheit 2 verlaufende Stempelverlängerung 72 auf. Auf die Stempelverlängerung 72 sind eine piezoelektrische Aktoreinheit 30 der zweiten Aktor- und Sensoreinheit 3‘, ein Druckele- ment 61 und eine als die Vorspanneinrichtung fungierende, auf die Stempelverlängerung 72 aufgeschraubte Vorspannmutter 6 aufgebracht.

Wie es in Figur 8 gezeigt ist, ist die Anbindung 73 im Schwingungsknoten 35‘ der Stem- peleinheit 7 angeordnet. In der in Figur 8 gezeigten Darstellung ist die Dehnung mit 36‘ und die Amplitude der Schwingung mit 37‘ gekennzeichnet.

Figur 9 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Stempeleinheit 7‘ einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aus- gebildet ist, während des Betriebs einer in der Stempeleinheit 7‘ eingebauten zweiten Aktor- und Sensoreinheit 3‘.

Die Stempeleinheit 7‘ weist eine Länge von einer vollen Wellenlänge A auf.

Die Stempeleinheit 7‘ weist einen Stempel 71¹ und eine in der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung, weg von einer beispielsweise in Figur 1 gezeigten Matrizeneinheit 2 verlaufende, ein Gewinde aufweisende Stempelverlängerung 72 auf. Auf die Stempelver- längerung 72 sind eine piezoelektrische Aktoreinheit 30 der zweiten Aktor- und Sensor- einheit 3‘, ein Druckelement 61 und eine als die Vorspanneinrichtung fungierende, auf die Stempelverlängerung 72 aufgeschraubte Vorspannmutter 6 aufgebracht.

Wie es in Figur 9 gezeigt ist, ist die Anbindung 73 im Schwingungsknoten 35‘ der in die Stempeleinheit 7‘ eingebauten piezoelektrischen Aktoreinheit 30 angeordnet.

In der in Figur 9 gezeigten Darstellung ist die Dehnung mit 36‘ und die Amplitude der Schwingung mit 37‘ gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche

1. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung (1 , T, 1“) mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T), das eine Matrizeneinheit (2, 2‘), eine Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und optional eine Gegen- haltereinheit (4, 4‘) aufweist, und wenigstens einer Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit (30) und einer Vorspanneinrichtung für die piezoelektrische Aktoreinheit (30), wobei die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30) jeweils in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) und/oder in die Stempelein- heit (7, 7‘, 7“) und/oder in die Gegenhaltereinheit (4, 4‘) unter Ausbildung einer Sta- pelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“), der Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) oder der Gegenhaltereinheit (4, 4‘), der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) und einer Gegenmasse der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“), der Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) oder der Gegenhaltereinheit (4, 4‘) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung mehrere um die piezoelektrische Aktoreinheit (30) verteilt angeordnete Vorspannelemente und/oder ein durch eine in der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) ausgebildete Durchgangsöffnung (99) hindurchgeführtes Vorspann- element aufweist.

2. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) in der Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehrichtung (T) nacheinander eine Matrize (21 , 2T), die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30) und eine Matrizengegenmasse (22, 22‘) aufweist, wobei die Vor- spanneinrichtung um die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) angeordnete und parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T) ausgerichtete Vorspannbolzen oder -schrauben (5) aufweist, die in ein parallel zu der Tiefzieh- oder Abstreckgleitzieh- richtung (T) bewegliches und auf der Matrizengegenmasse (22, 22‘) aufliegendes Druckübertragungselement (51) geschraubt sind.

3. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Druckübertragungselement (51) in der Tiefzieh- oder Abstreck- gleitziehrichtung (T) gegen eine seitliche Auskragung (221 , 221') der Matrizenge- genmasse (22, 22‘) drückt und die Matrize (21 , 21') eine seitliche Auskragung (211 , 211') aufweist, die an einen Anschlag (111) eines Werkzeugblocks (11 ) des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs angrenzt, wobei die beiden seitlichen Auskragun- gen (211 , 21 T, 221 , 221 ‘) in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T) einen Abstand von einem Schwingungsknoten (35) der in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) eingebauten piezoelektrischen Aktoreinheit (30) haben, der kleiner als ein Achtel ei- ner Wellenlänge (A) einer von der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) angeregten Ei- genmode der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) ist.

4. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die beiden seitlichen Auskragungen (21 T, 221') jeweils von der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) weg gewölbte Krempen sind.

5. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) einen Stempel (71 , 71') und eine in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T), weg von der Matrizeneinheit (2) verlaufende, ein Gewinde aufweisende Stempelverlängerung

(72) aufweist, auf die die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30), ein Druckele- ment (61) und eine als die Vorspanneinrichtung fungierende Vorspannmutter (6) aufgebracht sind.

6. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) eine seitlich auskragende Anbindung

(73) zu einem Werkzeugblock (12) des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs aufweist, die im oder in einem Bereich von einem Achtel der Wellenlänge der der piezolektrischen Aktoreinheit (30) angeregten jeweiligen Eigenmode der Stempel- einheit (7, 7‘, 7“) um den Schwingungsknoten (35‘) der jeweiligen in der Stempelein- heit (7, 7‘, 7“) angeregten Eigenmode angeordnet ist.

7. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30) mit einer piezoelektrischen Sensoreinheit (39) zu einer piezoelektrischen Aktor- und Sensoreinheit (3, 3‘, 3“) gestapelt ist, die jeweils in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) und/oder in die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und/oder in die Gegenhaltereinheit (4, 4‘) eingebaut ist.

8. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren mit einem Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehwerkzeug mit einer Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T), das eine Matri- zeneinheit (2, 2‘, 2“), eine Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und optional eine Gegenhalter- einheit (4, 4‘) aufweist, wobei durch wenigstens eine Ultraschallwandlereinrichtung mit wenigstens einer piezoelektrischen Aktoreinheit (30) und einer Vorspanneinrich- tung für die piezoelektrische Aktoreinheit (30) eine Schwingung auf die Matrizenein- heit (2, 2‘, 2“) und/oder die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und/oder die Gegenhalterein- heit (4, 4‘) aufgebracht wird, wobei die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30) jeweils in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) und/oder in die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und/oder in die Gegenhaltereinheit (4, 4‘) unter Ausbildung einer Stapelanordnung aus einem Aktivteil der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“), der Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) oder der Gegenhaltereinheit (4, 4‘), der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) und einer Ge- genmasse der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“), der Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) oder der Ge- genhaltereinheit (4, 4‘) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehre- re um die piezoelektrische Aktoreinheit (30) verteilt angeordnete Vorspannelemente und/oder durch ein durch eine in der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) ausgebilde- te Durchgangsöffnung (99) hindurchgeführtes Vorspannelement eine Vorspannung auf die piezoelektrische Aktoreinheit (30) aufgebracht wird.

9. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- net, dass die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) in der Tiefzieh- oder Abstreckgleit- ziehrichtung (T) nacheinander eine Matrize (21 , 2T), die jeweilige piezoelektrische Aktoreinheit (30) und eine Matrizengegenmasse (22, 22‘) aufweist, wobei die Vor- spanneinrichtung parallel zu der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) angeordnete Vorspann- bolzen oder-schrauben (5) aufweist, die in ein gegen die Matrizengegenmasse (22, 22‘) drückendes Druckübertragungselement (51) geschraubt sind, wobei das Druck- übertragungselement (51) in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T) gegen eine seitliche Auskragung (221 , 221') der Matrizengegenmasse (22, 22‘) drückt und die Matrize (21 , 21') eine seitliche Auskragung (211 , 211') aufweist, die an einen An- schlag (111) eines Werkzeugblocks (11) des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerk- zeugs anschlägt, und wobei die beiden seitlichen Auskragungen (211 , 21 T, 221 , 221') in der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T) einen Abstand von einem Schwingungsknoten (35) einer Eigenmode, die durch die in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) eingebaute piezoelektrische Aktoreinheit (30) angeregt wird, haben, der klei- ner als ein Achtel der Wellenlänge (A) der von der piezoelektrischen Aktoreinheit (30) jeweils angeregten Eigenmode der Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) ist.

10. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) einen Stempel (71 , 71') und eine entgegen der Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehrichtung (T) verlaufende, ein Gewinde aufweisende Stempelverlängerung (72) aufweist, auf die die jeweilige piezoelektri- sche Aktoreinheit (30), ein Druckelement (61) und eine als die Vorspanneinrichtung fungierende Vorspannmutter (6) aufgebracht sind, wobei die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) eine seitlich auskragende Anbindung (73) zu einem Werkzeugblock (12) des Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeugs aufweist, die im Schwingungsknoten (35‘) der in die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) eingebauten piezoelektrischen Aktoreinheit (30) angeordnet ist.

11. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da- durch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einer in die Matrizeneinheit (2, 2‘, 2“) und/oder in die Stempeleinheit (7, 7‘, 7“) und/oder in die Gegenhaltereinheit (4, 4‘) eingebauten piezoelektrischen Sensoreinheit (39) Schwingungen erfasst werden.

12. Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , da- durch gekennzeichnet, dass mit der wenigstens einen Ultraschallwandlerein- richtung nur in einem Zeitbereich einer tatsächlichen Umformung durch das Tiefzieh- oder Abstreckgleitziehwerkzeug Schwingungen in dieses eingekoppelt werden.