JP5101276B2 - ハイブリッド駆動装置を備えた絞り加工用のダイクッション装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブランクホルダの運動が、電動モータと液圧シリンダとから成る組合せ装置を用いて制御される変形プレスのための、絞り加工用のダイクッション装置に関する。

従来の技術
機械式及び液圧式のプレスは、ワーク及び特に金属薄板品（ブランク）を加工するための変形技術の機械である。絞り品を変形するためには、ワークをプレスの上型と下型との間において特殊な形式で緊締することが必要であり、この場合種々様々な形式のブランクホルダ系が公知である。定期刊行物「金属薄板 管 成形体」３９（１９９２）第４４頁〜第４８頁に基づいて公知の絞り装置は、ブランク保持力を所望のように伝達できるようにするために、部分的に制御装置を備えた高価な系を有している。絞り加工プレスでは、いわゆる複動式のプレスと単動式のプレスとが区別され、複動式の絞り加工プレスでは、プレスラムを取り囲むブランクホルダラムは、プレスラムに対して先行する運動を実施し、後続の停止状態においてブランクを、ワークにおける変形工程が終了するまで、所望のようにかつ場合によっては調整されて撓みながら固定する。絞り工程中におけるブランク保持力のこのような調整は、例えばＤＥ３６４０５０７Ｃ２に開示されている。

この公知の装置では、ブランクホルダセットにおける圧力を制御もしくは調整するために、ひいてはブランクホルダ力を調整するために、比例弁又はサーボ弁が使用され、この場合ブランクホルダシリンダにはセンサが配属されていて、このセンサは制御装置を介して、ブランクホルダシリンダにおける所望の圧力変化を、それぞれの絞りステップに関連して比例弁又はサーボ弁を用いて調整する。

単動式のプレスでは、複動式のプレスとは異なり、ただ１つの単純なプレスラムが設けられている。プレス台に付加的な絞り機械を配置することによって、単動式のプレスでは、絞りプランジャ（Ziehstempel）がプレス台の緊締プレートに固定され、これに対して付加的なブランクホルダがプレス台上に摺動可能に支承されていて、下から複数のプレッシャピンを介してプレッシャボックスの作用下にある。この場合絞りダイはプレスラムに固定されている（「金属薄板 管 成形体」第４４頁／第４５頁）。

ＤＥ３２４２７０５Ｃ２に開示された単動式の絞りプレスでは、プレス台に配置されたプレッシャボックスは複数のシリンダユニットによって、局部的に異なるクッション力で負荷できるようになっており、これによって特に非対称的な大きな絞り品をも、局部的に異なった所望の力によって加工することが可能である。このように１つのプレッシャボックスにおいて力を種々異なった力を調整することによって、１つのワークのそれぞれの領域における異なった絞り特性を、絞り間隙の所望の変化によって達成することができる。

非対称的な力負荷を必要とするワークのためには、従ってブランク保持のために種々異なった圧力を生ぜしめることができる。この場合プレッシャボックスの支持を異ならせるために力が調整され、この際にプレッシャボックスは種々異なった力をさらにブランク保持装置もしくはワークに導く。ＥＰ０１７３１８４Ｂ１に基づいてさらに公知の、絞り及び深絞りオペレーションのために使用されるプレスは、同様に単動式のプレスとして形成されていて、このプレスの液圧式に支持されるプレッシャボックスは下型もしくは絞りプランジャに対して作用する。この公知の構成においても、プレッシャボックスに対して所望のように圧力の影響を与えることによって、絞りプランジャにおける絞り工程はブランク変形に対して影響を及ぼすことができる。

上に述べたすべての絞り加工用のダイクッション装置では、プレッシャボックスに対する調整可能な力を準備するために液圧シリンダが使用される。前加速、上昇、休止ポジションにおける安全な停止、深絞り移動のようなストローク機能を生ぜしめるには、機械、液圧技術及び制御技術のためにかなりの費用が必要である。また、ダイクッション装置の運動と例えば成形品搬送エレメントとの間における衝突を回避するために、運動をコントロールするのにさらに高いコストが生じている。絞り力を調整する場合には、液圧に基づいて規定された最小値を下回ることは不可能である。

最近は、クッション力を電気式の駆動装置を用いて生ぜしめるダイクッション装置が公知になった。

ＵＳ５４３５１６６には、クッション力をサーボ駆動装置によって生ぜしめる絞り装置をプレスの台に備えた構成が開示されており、この公知の構成では、サーボ駆動装置は伝動装置とラックとを介してクッションプレートに結合されている。そしてそれぞれ互いに機械的に連結された複数のサーボ駆動装置が１つの共通のプレッシャボックスに作用するか、又は１つのサーボ駆動装置が、複数部分から成るプレッシャボックスの各１つのプレッシャボックスエレメントにそれぞれ他のプレッシャボックスエレメントとは無関係に作用するようになっている。

ＤＥ４２９２１９０Ｔ１に基づいて公知の試験プレス（Probierpresse）の台における装置では、プレッシャボックスはスピンドル／スピンドルナット系を介してモータと作用結合されていて、ラムの下降運動に抗してクッションプレートにおいて生ぜしめられる抵抗がモータによって制御可能である。電気式又は機械式にスリップなしに連結された駆動モータと被駆動モータとによって、プレッシャボックスの傾倒運動が阻止されるようになっている。

この公知の構成における欠点は、個々の駆動モータの連結にある。特に、マルチポイント絞り装置と一体的なプレッシャボックスとを備えた大型プレスでは、変形させることが困難なパーツでは、個々の押圧ポイントを、絞り工程中に変化する可能性のある種々異なった力によって負荷することが必要である。上に述べた電気作動式の両ダイクッションには、次のような欠点がある。すなわち前記両ダイクッションでは、機械的な運動伝達手段が多数存在することに基づいて、通常は存在しないほどの大きな取付けスペースを必要とする。

ＤＥ４１００７１６Ａ１に基づいて公知の、単動式のプレスにおいてブランクを保持する装置は、変形工程の終了後にブランクを外す間及び外すために可変の力で保持するために働く。この明細書には、下型と上型との間においてブランク保持力を調整するための金属プレス絞り加工用のダイクッション装置が開示されており、この場合プレッシャボックスに対する圧力負荷及びプレッシャボックスの運動は、少なくとも１つの液圧シリンダと少なくとも１つの駆動装置とから成る組合せ装置を用いて調整可能である。さらに駆動装置とプレッシャボックスとの間には、機械式の伝動装置が配置されている。この解決策は極めて高価である。

発明の課題及び利点
本発明の課題は、従来技術に基づいて公知の絞り加工用のダイクッション装置を改良して、制御及び調整に関する費用を減じると共に調整特性を改善し、しかも可能な限りコンパクトな構造形態において、ブランクホルダにおける可変の力分布を可能にすることである。

この課題は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、ハイブリッド駆動装置を備えた絞り加工用のダイクッション装置において、請求項１の特徴部記載の構成によって解決される。本発明によるダイクッション装置の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明の中心思想は、液圧式の絞り加工用のダイクッションの利点と、電気式に駆動されるダイクッションの利点とを利用することである。これは、液圧シリンダと、プレッシャボックスに対して作用する単数又は複数の電気駆動装置とが組み合わせられたハイブリッド系によるダイクッション装置によって達成され、この場合液圧シリンダは高レベルのパワー機能を引き受け、電気駆動装置は、前加速や上昇のようなストローク機能と、液圧シリンダの不作動時における低レベルのパワー機能とを引き受ける。この場合電気駆動装置のパワー機能及び／又はストローク機構は一方では、直接駆動装置として構成されたリニアモータを用いて、かつ他方では機械的な伝達機構を備えたサーボモータを用いて、プレッシャボックスに伝達されることができる。

リニアモータは、プレッシャボックスの内部領域において、例えば液圧シリンダの間において中心に配置されていることができる。直線的なストローク機能への直接的なエネルギ変換によって、高められた慣性モーメントの原因となる高価な機械式の伝動装置を省くことができる。有利な構成では、リニアモータに所属の二次部分がプレッシャボックスに固定されていて、該プレッシャボックスには、必要な力に応じて、プレス台に支承された単数又は複数の一次部分が対向して位置している。

リニアモータをプレッシャボックスの外側領域に配置することも同様に可能である。この場合二次部分はプレッシャボックスに支承されていても、プレス台に配置されていてもよい。外側に位置するリニアモータは、さらに複数部分から成るプレッシャボックスの使用時には、隣接したダイクッション装置によって一次部分又は二次部分を共通に使用することが可能である。

リニアモータの代わりに、リニアコンバータとして、例えばスピンドルとスピンドルナットとを備えた電動シリンダとして、機械式の伝動装置を備えたサーボモータを使用することも可能であり、このようなサーボモータは、有利には液圧シリンダの間において中心に配置されていて、プレッシャボックスと作用結合されている。機械式の伝動装置としては、択一的に、ピストンを備えたラックや、サーボモータとプレッシャボックスとの間におけるレバー機構が可能である

本発明の有利な構成では、ラム及びワーク搬送エレメントの運動との調整のために、電気駆動装置がガイド軸を介して接触制御装置（Anlagensteuerung）と接続されており、これによってストローク機能内における永続的な位置コントロールが実現可能である。

停止ポジションにおけるダイクッション装置の安全確実なロックのために、電気駆動装置と作用結合されたモータブレーキが作動可能である。また、プレッシャボックスが、制御可能なクランプ装置によってロック可能であると有利である。プレスのエネルギバランスを改善するために、パワー発揮時又はクッション上昇中に、エネルギをブレーキエネルギとしてプレスの電気回路網又はエネルギ回路に戻し供給することが可能である。

次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。

図１は、プレッシャボックスの外側にリニアモータを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図であり、
図２は、プレッシャボックスの内側にリニアモータを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図であり、
図３は、電動シリンダを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図であり、
図４は、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置のストロークと時間との関係を示す線図である。

実施例の記載
図１には、プレス台１に配置されたマルチポイント構成のダイクッション装置２を備えた絞り加工用のプレスの一部が断面されて示されている。

プレス台１において長手方向案内されるプレッシャボックス３は、プレッシャピン４を介して下型のブランクホルダ５と作用結合されている。上型に向かってプレスラム（図示せず）において方向付けられた、絞り工程のために必要なブランク保持力を生ぜしめるために、プレッシャボックス３とプレス台１との間には液圧シリンダ６が配置されている。断面図は、全部で８つのポイントを備えた８ポイント絞り装置の４つの液圧シリンダ６を備えた第１列が示されている。ブランク部品の絞り過程中に、プレッシャボックス３はラムの運動によって下方に向かって移動させられ、この際に絞り距離に沿ったブランク保持力の調整は、液圧シリンダ６からの液体の弁制御された押し退けによって行われる。

図４に示されたハイブリッド系のための線図に示されている、前加速、ピックアップを含む上昇、降下及び休止段階における保持のような、アクティブに制御されるストローク機能（Wegfunktion）を生ぜしめるために、電気駆動装置１５としてリニアモータ７が使用され、このリニアモータ７の一次部分８及び二次部分９は有利にはプレス台１とプレッシャボックス３との間に配置されている。この場合一次部分８を必要に応じてプレッシャボックス３に配置することも又はプレス台１に配置することも可能である。必要とされる力に応じて、プレッシャボックス３に沿って複数のリニアモータ７を配置することができる。この場合リニアモータ７が同時にプレッシャボックス３のガイド機能を引き受けることもできるし、又は一次部分８及び二次部分９が付加的なガイドエレメントとは無関係に配置されていてもよい。

複数部分から成るプレッシャボックスを備えたダイクッション装置では、隣り合う複数のプレッシャボックスが共通の一次部分又は二次部分を使用すると、有利である。プレス台に一次部分が配置されている場合には、所属の二次部分は、隣接したダイクッション装置のプレッシャボックスに配置されている。また一次部分を、それぞれ間に位置していて一緒に使用可能な二次部分と作用結合されているプレッシャボックスに配置することも、同様に可能である。

図２に示された第２の有利な構成では、リニアモータ７はプレッシャボックス３の内部領域におけるストローク機能を生ぜしめるために、液圧シリンダ６の間においてほぼ中心に配置されている。

すべての構成において以下のことが共通である。すなわちすべての構成において、リニアモータ７の電気エネルギは、付加的な機械式の伝動装置なしに、直線的なストローク機能としてプレッシャボックス３を介してブランクホルダ５に対して作用する。この場合、力需要に対する要求に応じて、プレス台１に固定された複数の一次部分８は一緒に、プレッシャボックス３と固定された二次部分９に対して作用することができる。

図３には、第３の構成によるダイクッション装置２が示されており、このダイクッション装置２は、プレッシャボックス３に対して作用する電動シリンダ１０を備えている。この電動シリンダ１０は、周りに位置している液圧シリンダ６の間の真ん中においてほぼ中心に配置されている。機械式の伝動装置１６としてはこの構成では、スピンドル１２とスピンドルナット１１とから成る系が使用される。

プレッシャボックス３に結合されたスピンドルナット１１は回動不能であるが、プレッシャボックス３と同期して軸方向可動である。所属のスピンドル１２は軸方向不動にプレス台１に回転可能に支承されている。スピンドル１２の、スピンドルナット１１とは反対側の端部は、クラッチ１３を介してサーボモータ１４と作用結合している。同様にまた、付加的な伝達エレメントを省いて、スピンドルの延長された軸をサーボモータ１４のロータとして使用することも可能である。

図４に示されたサイクル線図のストローク・時間経過との関連において、プレスサイクル毎に、ハイブリッド系によるダイクッション装置２における以下の機能が繰り返される。図示されていないラムに固定された上型が、下型に位置するブランクホルダ５の上に載置される前に、ブランクホルダ５は、変形のために設けられたブランク又は成形品と共に、不都合な衝突負荷を回避するためにラム運動の方向で予め加速される。そのためにサーボモータ１４又はリニアモータ７である電気駆動装置１５は、移動距離測定系と作用結合して又はラム運動のためのガイド軸を介して制御され、その結果、規定の加速運動後に上型は残留相対速度でブランクホルダ５に衝突する。液圧シリンダ６における規定の圧力形成後に、ブランク又は成形品の変形のために必要な絞り力が得られる。

プレッシャボックス３の運動は、絞り工程中にラムの運動によって受動的に行われる。従来技術に基づいて公知の液圧シリンダ６に相応して、この絞り過程において絞り力は液圧シリンダ６毎に変化させることができ、かつ時間的に異なる絞り力を隣接した液圧シリンダ６間において、技術的な要求に相応して調節することもできる。電気駆動装置１５の可動のエレメントは、この絞り工程中にアイドリング段階にあってもよいし、又は発電モードへの切換えによって有利な形式でエネルギを蓄えることもできる。

同様にまた、小さな絞り力の場合に、電気駆動装置１５が抵抗制御された制動によって発電運転においてパワー機能（Kraftfunktion）を引き受けることも可能である。

プレスの下死点通過後には、図４に示されているように、ダイクッション装置２における下記のストローク機能が可能である。

遅延されない上昇運動時に、プレッシャボックス３は、成形された絞り加工品のエジェクトを目的として上方に向かうラム運動に同期的に追従する。そのために電気駆動装置１５の運動方向が逆転され、プレッシャボックス３はモータモードで能動的に駆動される。液圧シリンダ６はこの段階では圧力側において作動を停止されている。

同様にまた、ダイクッション装置２を、下死点の通過後にその最深位置においてロックしておいて遅延された上昇運動を行うことも可能である。新たなブランク又は成形品を引き受けるために次いで行われる上昇運動は、ラム運動のためのガイド軸に基づく規定された上昇スタート後に、遅延させられて行われる。

ガイド軸によって制御されるストローク機能の間に、ダイクッション装置２は、ラムの主運動と例えばワーク搬送エレメントの二次運動とに対して同期的に運動させられ、その結果狭い許容限界においても衝突は確実に防止される。

プレッシャボックスの外側にリニアモータを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図である。 プレッシャボックスの内側にリニアモータを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図である。 電動シリンダを備えた、ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置を示す断面図である。 ハイブリッド系による絞り加工用のダイクッション装置のストロークと時間との関係を示す線図である。

符号の説明

１ プレス台、 ２ ダイクッション装置、 ３ プレッシャボックス、 ４ プレッシャピン、 ５ ブランクホルダ、 ６ 液圧シリンダ、 ７ リニアモータ、 ８ 一次部分、 ９ 二次部分、 １０ 電動シリンダ、 １１ スピンドルナット、 １２ スピンドル、 １３ クラッチ、 １４ サーボモータ、 １５ 電気駆動装置、 １６ 機械式の伝動装置

Claims (5)

1. 金属加工プレスにおいて上型と下型との間におけるブランク保持力を調整するための、絞り加工用のダイクッション装置であって、プレッシャボックス（３）に対する圧力負荷とプレッシャボックス（３）の運動とが、少なくとも１つの液圧シリンダ（６）と少なくとも１つの電気駆動装置（１５）とから成る組合せ装置を用いて調整可能であり、少なくとも１つの電気駆動装置（１５）がプレッシャボックス（３）と作用結合されている形式のものにおいて、少なくとも１つの電気駆動装置（１５）が、直結駆動装置として構成されたリニアモータ（７）か又は電動シリンダ（１０）であり、プレッシャボックス（３）と作用結合されており、液圧シリンダ（６）と電気駆動装置（１５）とがプレス台（１）に配置されており、液圧シリンダ（６）は絞り行程のために必要な高レベルのパワー機能を引き受け、電気駆動装置（１５）は、プレッシャボックス（３）における前加速や遅延されない上昇運動、最深位置におけるロック、遅延された上昇運動、最高位置における休止のようなストローク機能を引き受け、かつ液圧シリンダ（６）の不作動時における絞り工程のための低レベルのパワー機能を引き受けるようになっており、パワー機能が、絞り力を液圧シリンダ（６）毎に変化させることでプレッシャボックス（３）に沿って相互に可変に作用する力によって力の分布が変化するように、かつ絞り行程に沿って時間的に可変に作用する力によって行うことができ、電気駆動装置（１５）がプレスサイクル内において順次に、ガイド軸を介してラム運動と作用結合されていることを特徴とする、絞り加工用のダイクッション装置。
2. 電気駆動装置（１５）がリニアモータ（７）として、又は機械式の伝動装置を備えたサーボモータ（１４）として構成されており、該機械式の伝動装置が、電動シリンダ（１０）内に設けられたスピンドル（１２）とスピンドルナット（１１）とから成るリニアコンバータとして、又は電気駆動装置（１５）とプレッシャボックス（３）との間におけるレバー機構として構成されている、請求項１記載のダイクッション装置。
3. プレッシャボックス（３）が複数部分から成っており、リニアモータ（７）の所属の一次部分（８）又は二次部分（９）がプレッシャボックスに配置されていて、隣接したプレッシャボックス（３）のために間に位置していて共通に使用可能な、プレス台に配置された二次部分（９）又は一次部分（８）と作用結合されている、請求項１又は２記載のダイクッション装置。
4. 停止ポジションにおける安全確実なロックのために、電気駆動装置（１５）と作用結合されたモータブレーキが作動可能であり、かつ制御可能なクランプ装置との組合せにおいてプレッシャボックス（３）がロック可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載のダイクッション装置。
5. 絞り行程中に及び必要とあればクッション上昇中に、電気駆動装置（１５）において生じる制動エネルギが、発電機によって、プレスのエネルギ回路に又は電気回路網に戻し供給可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイクッション装置。

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