JP5706965B2 - プレスのためのリニアモータを備える駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレスのための、特に絞りプレスのテーブルクッションのための、リニアモータを備える駆動装置に関する。プレスは、プレスフレームに移動可能に支承された、プレス主駆動装置を介して駆動方向へ駆動可能なプランジャを有している。プランジャは上型を支持している。プランジャと間隔をおいて、プレスフレームのプレステーブルに下型が配置されている。上型と反対を向いているほうのプレステーブルの側には、作業シリンダ構造を介してプレスの作業方向に運動させて位置決めすることができる浮動プレートを備えたテーブルクッションがある。作業シリンダ構造の作業シリンダは駆動装置に属しており、この駆動装置によって浮動プレートが運動する。

プレスのための駆動装置は、例えばドイツ特許出願公開第２００６０５８６３０Ａ１号明細書から知られている。同文献では、２つの作業室を備える二重に作用する作業シリンダが設けられている。運動方向に応じて、両方の作業室のうちの一方へモータ・ポンプユニットを介して油圧媒体が充填される。電動モータの回転方向の転換は、同じく油圧式の作業シリンダの運動の方向転換を生じさせる。プレスの上型ないしプランジャによって浮動プレートに力が作用したときに、電動モータを発電機動作で作動させることもでき、それによってエネルギー回収が可能である。

回転作業をする電動モータは、その調節精度と効率に関して最善ではない。電動モータの回転運動は、作業シリンダの作業ピストンの直線運動に変換されなくてはならない。このような回転運動から直線運動への変換により、駆動の効率にマイナスの影響が及ぼされる。

テーブルクッションのための純粋に電気式の駆動装置がドイツ特許出願公開第１０２００５０２６８１８Ａ１号明細書に記載されている。同文献では、浮動プレートは電動リニアモータを介して直接駆動される。したがってリニアモータは、プレスの作業方向で見てテーブルプレートの下方に配置されている。このような配置は、プレスの作業方向で見てプレステーブルの下方に広い設計スペースを必要とする。この場合、たとえば保守作業や修理作業のために、リニアシリンダへのアクセス性を以後も確保するために、プレス基礎をリニアシリンダの領域で窪んだ構成にすることが必要になる可能性がある。その一方で、絞りプロセス中に下型によって支えなくてはならない高い力を実現できるようにするためには、多数のリニアドライブが必要である。その際に電力網にも著しい負荷がかかる。

ドイツ特許出願公開第２００６０５８６３０Ａ１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２００５０２６８１８Ａ１号明細書

以上の従来技術を前提とした上で、改良された駆動装置を提供することが、本発明の課題であると見なすことができる。特に、作業方向におけるプレスの設計スペースは非常に少なく、駆動装置の効率が向上することが望まれる。

この課題は請求項１の構成要件を備える駆動装置によって解決される。

本発明によると、駆動装置は、制御ユニットにより制御される電動リニアモータを有している。リニアモータのスライダは駆動軸に沿って運動する。このスライダと、伝動ユニットの伝動ピストンとが特に固定的に結合されている。伝動ユニットは液圧式の、特に油圧式のピストン・シリンダユニットとして構成されており、リニアモータから提供されるモータ力の力増幅をする役目を果たす。伝動ユニットと作業シリンダは閉じた油圧回路を形成する。伝動ピストンは、ハウジング内部空間に液密に据え付けられている。伝動ピストンはそこで少なくとも１つの圧力室を区切っており、この圧力室は、流体配管を介して、プレスの作業シリンダの作業室と接続されている。作業シリンダは、特に、テーブルクッションの浮動プレートを運動させて位置決めする役目を果たす。

この構造では、作業シリンダの作業ピストンの直線運動は、リニアモータのスライダの同じく直線の運動によって生成される。回転運動から直線運動への変換は不要である。これにより、駆動装置の効率を高めることができる。作業シリンダとリニアモータの間の伝動ユニットは、作業シリンダの作業ピストンに、十分に高い力が及ぼされるように作用する。これは、作業ピストンの有効ピストン面が、伝動ピストンの有効ピストン面よりも明らかに狭いことによって実現されるのが好ましい。このことは、作業ピストンの移動経路に比べて、リニアモータのスライダの直線移動経路の延長につながるが、流体式の伝動ユニットが間に介在しているので、リニアモータを必ずしもプレスの作業方向で見てプレステーブルの下方に配置しなくて済む。リニアモータは、プレスフレームまたはプレステーブルに据え付けられているのが好ましい。このときその長軸は、特に、プレスの作業方向に対して横向きまたは直角に向いている。完全に繰り出された状態のときでも、リニアモータおよびこれに後続する伝動ユニットの全長は、プレスフレームまたはプレステーブルの幅よりも大きくはないので、リニアモータと伝動ユニットが、プレスフレームないしプレステーブルから突き出すことはない。

このように、プレスにおける最善の設計スペース活用を同時に行いながら、効率の高い駆動装置が実現される。

リニアモータと作業シリンダとの間の流体配管が固定的なパイプとして実施されていることが好ましい。これにより、伝動ユニットの圧力室と作業シリンダの作業室との間で、圧力低減をもたらす弾性が回避される。

プレスの作業シリンダ構造の各々の作業シリンダに、別個の伝動ユニットを介して、別個のリニアモータが付属していることが好ましい。このとき各々の作業シリンダは、それぞれ付属するリニアモータの制御によって別個に操作することができる。

さらに、リニアモータのスライダおよびスライダと結合された伝動ピストンは、共通の軸に沿って運動することが好ましい。このときスライダの力が、伝動ピストンへと最善に伝えられる。

スライダと伝動ピストンの間の結合は、固定的な結合部材によって具体化されることが好ましい。この結合部材は、引張力と圧縮力の両方を受け止めることができるように構成されている。このようにして、たとえばリニアモータが発電機動作で作動するときに、伝動ピストンからスライダへの力伝達も可能である。モータ動作のとき、リニアモータは浮動プレートを運動させ、ないしは位置決めすることができる。発電機動作のとき、プランジャから下型を介して浮動プレートに及ぼされる力が、伝動ピストンおよびスライダの直線運動を生じさせることができる。その際に生成される電気エネルギーは、電力網に供給して戻すか、またはエネルギー蓄積器に蓄えておくことができる。このときエネルギー蓄積器は、プレス主駆動装置のためのエネルギーを提供することもできる。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項ならびに図面の説明から明らかとなる。図面の説明は、本発明の主要な構成要件だけに限定されている。補足として、図面を援用する。図面には次のものが示されている。

プレスを示す模式的な側面図である。 リニアモータと伝動ユニットを備える駆動装置の一実施例を有する、図１のプレスを示す模式的な部分図である。 図２の駆動装置のブロック図である。

図１は、絞りプレス１０の模式的な側面図を示している。絞りプレス１０は、プレスフレーム１１を有しており、これにプランジャ１２が作業方向Ａへ移動可能に支承されている。作業方向Ａは垂直方向に延びているのが好ましい。

プランジャ１２は上型１４を担持している。上型１４から間隔をおいて、プレスフレーム１１のプレステーブル１６の上に下型１５が配置されている。絞りプレス１０は、作業方向Ａで見て下型１５と反対の側に、浮動プレート１８を備えるテーブルクッション１７を有している。駆動装置１９は、絞りプレス１０の作業方向Ａで、浮動プレート１８を位置決めおよび／または運動させる役目を果たす。したがって駆動装置１９は、テーブルクッション駆動部とも呼ぶことができる。

浮動プレート１８には、プレステーブル１６を貫通し、上型１４のほうを向く端部に薄板保持リング２１を支持する複数のスラストロッド２０が配置されている。薄板支持リング２１は、上型１４とともに未加工薄板２２を挟み込み、絞りのときに、下型１５を介して目標クランプ力で付勢する役目を果たす。このクランプ力は、駆動装置１９を介して所望の目標値に合わせて調整され、この目標値は、絞りプロセス中にさまざまな値をとることができる。

駆動装置１９は、電動リニアモータ２７を制御する制御ユニット２６を有している。リニアモータ２７は、伝動ユニット２８を介して、作業シリンダ２９と接続されている。伝動ユニット２８は、リニアモータ２７の力を流体力に変換する役目を果たし、この流体力が作業シリンダ２９の作業ピストン３０に作用する。作業ピストン３０は、ピストンロッド３１を介して浮動プレート１８と連結されており、浮動プレートは、作業シリンダ２９から突き出したピストンロッド３１の自由端３２に据え付けられている。ここに図示する実施例では、絞りプレス１０は１つの作業シリンダ２９だけを有している。その変形例では、絞りプレス１０は複数の作業シリンダ２９を備える作業シリンダ構造を含んでいる。この場合、各々の作業シリンダ１９に、別個のリニアモータ２７および別個の伝動ユニット２８が付属する。これらのリニアモータ２７は、共通の制御ユニット２６によって制御することができる。この実施例では各々の作業シリンダ２９が、ただ１つのリニアモータ２７を介して駆動される。別案として、複数のリニアモータを介して駆動シリンダを駆動することも可能であろう。

伝動ユニット２８は、本例では、油圧式の伝動ユニット２８として実施されている。伝動ユニットは、シリンダハウジング３７のハウジング内部空間３６に配置された伝動ピストン３５を有している。伝動ピストン３５は、シリンダハウジング３７の内壁に液密に当接しており、ハウジング内部空間３６を、第１の圧力室３８ａと第２の圧力室３８ｂとに流体的に区切っている。第１の圧力室３８ａは、第１の流体配管３９を介して、作業シリンダ２９の第１の作業室４１と接続されている。第２の圧力室３８ｂは、第２の流体配管４０を介して、作業シリンダ２９の第２の作業室４２と接続されている。両方の作業室４１，４２は、作業シリンダ２９のシリンダハウジングの内部に設けられており、作業ピストン３０によって互いに流体的に隔てられている。このとき第２の作業室４２は、ピストンロッド３１で貫通されており、したがって、ピストンロッド３１を囲む環状スペースを形成している。

伝動ユニット２８は、作業シリンダ２９とともに閉じた油圧系統を形成している。圧力増幅のためのポンプは、この油圧系統には設けられていない。任意選択で、両方の流体配管３９，４０のうち少なくとも一方に、特に第２の流体配管４０に、油圧媒体を緩衝するための蓄積器４４が存在していてよい。

両方の流体配管３９，４０は固定的なパイプによって実施されていてよい。ここで固定的という概念は、そのつど発生する圧力のもとで、変形およびこれに伴うパイプ内の容積変化を許さないパイプの構成を意味している。

伝動ピストン３５は、結合部材４５を介して、リニアモータ２７のスライダ４６と結合されている。結合部材４５は棒状または管状に構成されていることが好ましく、引張力と圧縮力の両方を受け止めることができる。伝動ピストン３５とスライダ４６は、および好ましくは結合部材４５も、共通の軸Ｂに沿って配置されており、これに沿って３つすべての部品３５，４５，４６が動くことができる。リニアモータ２７のステータ４７は、プレスフレーム１１に対して相対的に移動しないように配置されている。

結合部材４５は、伝動ユニット２８の第２の圧力室３８ｂを貫通している。したがって、伝動ピストン３５と作業ピストン３０はいずれも差動ピストンとして構成されている。したがって第１の圧力室３８ａのほうを向く第１のピストン面Ｆ１は、第２の圧力室３８ｂのほうを向く伝動ピストンの第２のピストン面Ｆ２よりも広い。第１の作業室４１のほうを向いている作業ピストン３０の第３のピストン面Ｆ３は、第２の作業室４２のほうを向く第４のピストン面Ｆ４よりも広い。このとき第３のピストン面Ｆ３は、伝動ピストンの第１のピストン面Ｆ１よりも広い。第３のピストン面Ｆ３は、第１のピストン面Ｆ１よりも係数５から１５だけ、特に係数１０だけ広いのが好ましい。それに応じて第４のピストン面Ｆ４も、第２のピストン面Ｆ２より広い。ここでも５から１５の範囲内の係数、好ましくは係数１０を、ピストン面Ｆ２およびＦ４のそれぞれの面積の間で選択することができる。

制御ユニット２６は、リニアモータ２７を制御する役目を果たす。このときスライダは、軸Ｂに沿って両方の方向へ運動することができる。速度ないし加速度を調整するために、相応の進行磁界を電源周波数に関わりなく調整することができる周波数変換器５０が設けられていてもよい。スライダ４６の運動を制御するために、制御ユニット２６に入力信号が提供される。たとえば位置センサ５１を通じて、プランジャ１２の位置またはプランジャの位置を特徴づける量、たとえばプレス角度を判定し、制御ユニット２６に伝送することができる。別の位置センサ５２を通じて、スライダ４６の位置またはスライダ４６と運動結合された駆動装置１９のその他の部品の位置を測定し、制御ユニット２６に伝送することができる。たとえば位置センサ５２を通じて、浮動プレート１８や作業シリンダ２９のピストンロッド３１の位置を測定することもできる。そのようにして、制御ユニット２６はリニアモータ２７を制御し、スライダ４６およびこれと運動結合されている駆動装置１９の部品の位置を制御することができる。この制御は、プランジャ位置に依存して行うことができる。その追加または代替として、薄板保持リング２１とプランジャ１２の間の力を特徴づける量を測定して制御ユニット２６に伝える、力センサまたは圧力センサ５３が存在していてもよい。たとえば、そのために第１の作業室４１または第１の圧力室３８ａ、あるいは好ましくは第１の流体配管３９の中の油圧を測定することができる。それにより制御ユニット２６は、浮動プレートないし薄板保持リング２１の位置制御だけでなく、力制御ないし圧力制御も行うことができる。制御の方式は、絞りプロセスの過程で、未加工薄板２２の成形中に切り換えることができる。このときリニアモータ２７は、モータ動作または発電機動作のいずれかで作動させることができる。発電機動作では、リニアモータ２７は電気エネルギーを生成し、これを電力網または適当なエネルギー蓄積器５４へ供給して戻すことができる。エネルギー蓄積器５４での蓄積の前に、発電機動作で生成された交流電圧が整流器５５を通じて整流される。電力網へ供給して戻す前に、生成された交流電圧の周波数を電力網周波数に合わせて適合化しなくてはならない。周波数変換器５０は、層方向に作動する周波数変換器として実施されていてよい。

発電機動作のときに生成される電気エネルギーは、絞りプレス１０の１つの好ましい実施形態では、共通の直流電圧中間回路を介してプレス主駆動装置に提供される。それにより、絞りプレスのプレス主駆動装置の接続電力を大幅に削減することができる。さらに、電圧ピークによる電力網の負荷が低減される。さらに、サーボプレスの場合に頻繁に使用されるフライホイール蓄積器を、小型に実施することができる。

制御ユニット２６と周波数変換器５０により、リニアモータ２７のステータ４７に進行磁界が生成されるのが好ましい。スライダ４６は導電性材料でできており、巻線を有することができる。ステータの進行磁界によってスライダ４６で誘導される電圧は、スライダ４６を軸Ｂに沿って加速させるローレンツ力を惹起する。進行磁界は軸Ｂの方向で、スライダ４６よりも高速で移動する。

その代替として、スライダ４６は永久磁石を有することもできる。このとき永久磁石の極は、軸Ｂの方向で交互に相前後して配置される。この実施形態では、スライダ４６はステータ４７の進行磁界と同期して運動する。

絞りプレス１０の駆動装置１９は次のように作動する。

作業シリンダのピストンロッド３１を繰り出すために（このことは、プランジャ１２へと向かう作業方向Ａでの薄板保持リング２１ないし浮動プレート１８の運動に相当する）、スライダ４６が軸Ｂに沿って運動して、伝動ユニット２８の第１の圧力室３８ａが狭くなるとともに、第２の圧力室３８ｂが広くなるようにする。このとき伝動ピストン３５は、第１の流体配管３９を介して、油圧媒体を作業シリンダ２９の第１の作業室４１へ押圧する。第２の圧力室３８ｂへは、第２の作業室４２から油圧液が追加吸引される。伝動ピストンの運動を妨げないために、いつの時点でも、油圧媒体を蓄積器４４から追加吸引ことができる。第１のピストン面Ｆ１に比べて好ましくは係数１０だけ広い第３のピストン面Ｆ３に基づき、リニアドライブ２７から印加される力はこの係数だけ増幅される。このようにして、作業シリンダ２９によって必要とされる力を、リニアモータ２７により、明らかに少ない最大力で実現することができる。伝動ピストン３５の移動経路は、作業ピストン３０の作業経路よりもこれと同じ係数だけ長い。

未加工薄板２２が下型１５の上に圧伸され、薄板保持リング２１と上型１４の間に挟み込まれる絞りプロセス中に、作業シリンダ２９の第１の作業室４１では、リニアモータ２７への相応の通電によって所望の圧力が調整される。このときピストンロッド３１は連続的に繰り込まれ、第１の作業室４１の容積は減っていく。第１の作業室４１にある油圧媒体は、第１の流体配管３９を介して、第１の圧力室３８ａへ押し戻され、それによって伝動ピストン３５がスライダ４６を動かす。このときリニアモータ２７では電圧が誘導され、これを電力網へ供給して戻すか、または、エネルギー蓄積器５４に蓄えておくことができる。

リニアモータ２７を用いて、薄板保持リング２１の上に配置された未加工薄板２２に上型１４が当たる前に、薄板保持リング２１をプランジャ１２の運動方向で加速させて、上型１４と薄板保持リング２１の間の相対速度を当たる時点で引き下げ、絞りプレス１０の機械的な負荷を少なくすることも可能である。このとき作業シリンダ２９のピストンロッド３１は、当初、特に完全に繰り出された位置にある。スライダ４６が運動し、伝動ピストン３５がスライドして伝動ユニット２８の第２の圧力室３８ｂの容積を減らすことで、油圧媒体が第２の流体配管４０を介して作業シリンダの第２の作業室４２へと送出され、それによってピストンロッド３１の繰り込み運動が発動される。このとき油圧媒体は、第１の作業室４１から第１の流体配管３９を介して、第１の圧力室３８ａへと送出される。上型１４が未加工薄板２２の上に載るとただちに、制御ユニット２６は位置制御から力制御へと切り換わり、特に第１の作業室４１の圧力を制御することで、薄板保持リング２１と上型１４の間で所望のクランプ力を調整し、その間に未加工薄板２２が下型１５の上で圧伸される。

絞りプレス１０の好ましい実施例では、軸Ｂは作業方向Ａに対して直角に向いている。ピストン面Ｆ３，Ｆ４と比べて狭い伝動ピストン３５のピストン面Ｆ１，Ｆ２に基づき、伝動ピストン３５およびこれに伴ってスライダ４６の移動経路は、付属のピストン面Ｆ１およびＦ３ないしＦ２およびＦ４が相違している係数の分だけ長い。特に次式が成り立つ。
Ｆ３／Ｆ１ ＝ Ｆ４／Ｆ２

ただしプレステーブルの幅は、リニアモータ２７と伝動ユニット２８を共通の軸Ｂに沿って特に水平方向に配置するのに十分である。それにより、絞りプレス１０の作業方向Ａにおける設計スペースが広くなることはない。

本発明は、プレスの、特に絞りプレス１０の補助駆動のための駆動装置１９に関するものである。駆動装置１９は、特にテーブルクッション駆動装置としての役目を果たす。この駆動装置は電動リニアモータ２７を有しており、そのスライダ４６は、液圧式の伝動ユニット２８の伝動ピストン３５と固定的に結合されている。液圧式の伝動ユニット２８は、第１の流体配管３９を介して作業シリンダ２９の第１の作業室４１と接続された第１の圧力室３８ａを有している。第１の圧力室３８ａに接する伝動ピストン３５の第１のピストン面Ｆ１が、第１の作業室４１に接する作業ピストンの第３のピストン面Ｆ３よりも狭いことにより、リニアモータ２７の力の力増幅が、各面の比率に相当する係数の分だけ実現される。このように、作業シリンダ２９で必要となる力を、ただ１つのリニアモータ２７を用いて実現することができる。

１０ 絞りプレス
１１ プレスフレーム
１２ プランジャ
１３ プレス主駆動装置
１４ 上型
１５ 下型
１６ プレステーブル
１７ テーブルクッション
１８ 浮動プレート
１９ 駆動装置
２０ スラストロッド
２１ 薄板保持リング
２２ 未加工薄板
２６ 制御ユニット
２７ リニアモータ
２８ 伝動ユニット
２９ 作業シリンダ
３０ 作業ピストン
３１ ピストンロッド
３２ ３１の自由端
３５ 伝動ピストン
３６ ハウジング内部空間
３７ シリンダハウジング
３８ａ 第１の圧力室
３８ｂ 第２の圧力室
３９ 第１の流体配管
４０ 第２の流体配管
４１ ２９の第１の作業室
４２ ２９の第２の作業室
４４ 蓄積器
４５ 結合部材
４６ スライダ
４７ ステータ
５０ 周波数変換器
５１ 位置センサ
５２ 位置センサ
５３ 圧力センサ
５４ エネルギー蓄積器
５５ 整流器
Ａ 作業方向
Ｂ 軸
Ｆ１ ３５の第１のピストン面
Ｆ２ ３５の第２のピストン面
Ｆ３ ３０の第３のピストン面
Ｆ４ ３０の第４のピストン面

Claims (9)

1. プレス（１０）のための駆動装置（１９）であって、前記プレス（１０）は、プレス主駆動装置（１３）を介して駆動可能なプランジャ（１２）を備え、
   制御ユニット（２６）により制御されるリニアモータ（２７）と、
   前記リニアモータ（２７）のスライダ（４６）と運動結合された、ハウジング内部空間（３６）の中で液密に当接する可動の伝動ピストン（３５）を有する伝動ユニット（２８）と、
   前記プレス（１０）の液圧式の作業シリンダ（２９）の作業室（４１）と流体配管（３９）を介して接続された、前記ハウジング内部空間（３６）の中で前記伝動ピストン（３５）により区切られた圧力室（３８ａ）とを有し、
   前記リニアモータ（２７）は前記プランジャ（１２）の運動方向に対して横向きに配置され、
   前記リニアモータ（２７）は、モータ動作及び発電機動作で作動でき、前記リニアモータ（２７）が発電機動作で作動しているときに生成される電気エネルギーは直流中間回路（５４、５５）を介して前記プレス主駆動装置（１３）に供給され、
   前記伝動ユニット（２８）は、液圧式の伝動ユニットとして構成され、前記作業シリンダ（２９）とともに閉じた油圧系統を形成している
   駆動装置（１９）。
2. 前記流体配管（３９）は固定的なパイプとして実施されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
3. 前記作業シリンダ（２９）の作業ピストン（３０）の最大の作業経路は前記伝動ピストン（３５）の最大の移動経路よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
4. 前記伝動ピストン（３５）の有効ピストン面（Ｆ１）は前記作業シリンダ（２９）の作業ピストン（３０）の有効ピストン面（Ｆ３）よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
5. 前記スライダ（４６）と前記伝動ピストン（３５）は共通の軸（Ｂ）に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
6. 前記スライダ（４６）は、引張力と圧縮力の両方を受け止める結合部材（４５）を介して前記伝動ピストン（３５）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
7. 前記作業シリンダ（２９）は第１の作業室（４１）と第２の作業室（４２）とを備える二重に作用するシリンダとして構成されており、前記第２の作業室（４２）は前記伝動ユニット（２８）の第２の圧力室（３８ｂ）と流体接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１９）。
8. プレス主駆動装置（１３）を介して駆動可能なプランジャ（１２）が可動に支承されたプレスフレーム（１１）を備えるプレスであって、
   前記プランジャ（１２）に配置された上型（１４）と、
   前記プレスフレーム（１１）のプレステーブル（１６）に配置された下型（１５）と、
   請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の駆動装置（１９）の作業シリンダ（２９）を介して前記プランジャ（１２）の運動方向およびこれと反対方向へ可動である浮動プレート（１８）を有する、前記上型（１４）と反対を向いている前記プレステーブル（１６）の側に配置されたテーブルクッション（１７）とを有しているプレス。
9. 前記リニアモータ（２７）は前記プランジャ（１２）の運動方向に対して横向きに前記プレスフレーム（１１）または前記プレステーブル（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のプレス。

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