KR101012817B1 - 하이브리드 드로잉 쿠션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력 박스(3)에 작용하는 유체 실린더(6)와 하나 또는 다수의 전기 구동 장치(7, 15)를 포함하는 하이브리드 드로잉 쿠션 장치에 관한 것이다. 유체 실린더(6)들은 높은 레벨의 힘 적용 기능을 담당하며, 전기 구동 장치(7, 15)는 예비 가속과 런업과 같은 패스 기능 및 유체 실린더(6)들이 작동하지 않을 때 낮은 레벨의 힘 적용 기능을 담당한다.

Description

하이브리드 드로잉 쿠션 장치{HYBRID DRAWING CUSHION FACILITY}

본 발명은 블랭크 홀더의 운동이 전기 모터와 유체 실린더의 조합에 의해 제어되는 성형 프레스용 드로잉 쿠션 장치에 관한 것이다.

기계적인 유압식 프레스는 공작물(workpiece)과 특히 박판 부품(sheet metal part)을 가공하는 성형 기계이다. 드로잉 부품의 성형을 위해서는 공작물을 프레스의 상부 공구와 하부 공구 사이에 특별한 방식으로 끼워야 하며, 여러 가지 박판 홀딩 시스템이 공지되어 있다. 잡지 '박판 파이프 프로파일(Bleche Rohre Profile)', 39 (1992), 44 내지 48 페이지에는 드로잉 장치가 공지되어 있으며, 이 드로잉 장치는 박판 홀딩력의 특정적인 전달을 가능하게 하기 위해 부분적으로 콘트롤부를 가진 고가의 시스템을 포함한다. 드로잉 프레스는 소위 이중으로 작용하는 프레스와 단일하게 작용하는 프레스로 구별되며, 이중으로 작용하는 드로잉 프레스에서 프레스 램을 둘러싸는 블랭크 홀더 램(blank holder ram)은 공작물의 성형 과정이 끝날 때까지 상기 프레스 램에 앞서는 운동을 수행하고, 뒤따르는 정지 상태에서는 박판을 오랫동안 특정적으로 또는 경우에 따라서는 조절되어 유연하게 홀딩한다. 드로잉 과정 동안 박판 홀딩력의 이러한 조절은 예를 들어 DE 36 40 507 C2 에 나타나 있다.

이러한 공지의 장치에서는, 블랭크 홀더 도구들의 압력을 제어 또는 조절하여 박판 홀딩력을 조절하기 위해 비례 밸브(proportional valve) 또는 서보 밸브(servo valve)가 사용되며, 블랭크 홀더 실린더에는 센서가 배정되고, 이 센서는 콘트롤 기기를 통해 블랭크 홀더 실린더에서의 원하는 압력 변화를 각각의 드로잉 공정에 따라 비례 밸브 또는 서보 밸브를 매개로 조정한다.

단일하게 작용하는 프레스에서는 이에 비해 하나의 간단한 프레스 램 만이 존재한다. 단일하게 작용하는 프레스에서는, 프레스 테이블에 추가적인 드로잉 기구를 배열함으로써, 드로잉 펀치가 프레스 테이블의 클램핑 플래튼에 고정된다. 반면, 추가적인 블랭크 홀더는 그 위에 이동가능하게 설치되고, 아래쪽으로는 여러 개의 압력핀을 통해 압력 박스의 작용을 받는다. 이때, 드로잉 다이는 프레스 램에 고정된다(박판 파이프 프로파일(Bleche Rohre Profile), 44 및 45 페이지).

DE 32 42 705 C2 에는 단일하게 작용하는 드로잉 프레스가 개시되어 있는바, 이 드로잉 프레스에서는 프레스 테이블에 배치된 압력 박스에 다수의 실린더 유닛에 의해 위치적으로 상이한 쿠션 힘이 가해져, 특히 비대칭적인 큰 드로잉 부품들도 위치적으로 여러 가지로 원하는 힘으로써 가공할 수 있다. 압력 박스에서 힘들의 이러한 여러 가지 조절에 의해, 공작물의 각각의 영역에서 드로잉 간극의 특정적인 변화가 이루어져 상이한 드로잉 능력이 달성될 수 있다.

비대칭적인 힘 적용을 필요로 하는 공작물을 위해, 박판 홀딩에 상이한 압력들이 발생될 수 있다. 압력 박스의 구분된 지지를 위해 힘 조절이 따르고, 이것은 상이한 힘을 박판 홀딩 장치 또는 공작물로 계속 전달한다. 이외에, EP 0 173 184 B1에는 드로잉 작동 및 딥 드로잉 작동을 위해 사용될 수 있는 프레스가 공지되어 있으며, 이 프레스는 마찬가지로 단일하게 작용하는 프레스로 형성되고, 유압식으로 지지되는 압력 박스는 공구 하부 부품 또는 드로잉 펀치에 작용한다. 여기에서도 압력 박스의 특정적인 압력의 영향에 의해 드로잉 과정은 드로잉 펀치에서 박판이 변형되는 영향을 받을 수 있다.

상술한 모든 드로잉 쿠션 장치에서는, 압력 박스 상으로 조절가능한 힘의 프로세싱을 위해 유압 실린더가 사용된다. 예비 가속, 런업(run-up), 휴지 위치에서 안전한 정지 및 드로잉 깊이 조정과 같은 패스 기능(path function)의 실행을 위해, 기계적, 유체 기계적 및 제어 기계적으로 상당한 비용이 요구된다. 드로잉 쿠션 장치와 예를 들어 성형 부품 이송 요소 사이의 충돌을 피하기 위한 운동 제어를 위해 높은 비용이 발생한다. 드로잉 힘의 조정시 유압에 의해 설정된 최소 수치들은 더 이상 감소되지 않는다.

최근에는 쿠션 힘이 전기 구동 장치를 매개로 발생되는 드로잉 쿠션이 공지되었다.

US 54 35 166 A에는 프레스 테이블에서 쿠션력을 서보 구동 장치에 의해 발생시키는 드로잉 장치가 개시되어 있으며, 여기에서 서보 구동 장치는 변속기 및 톱니랙을 통해 쿠션 플레이트와 연결된다. 이때, 각각 서로 기계적으로 연결된 다수의 서보 구동 장치가 공통의 압력 박스에 작용하거나, 또는 하나의 서보 구동 장치가 다른 것들과는 독립적으로 여러 부분으로 된 압력 박스의 각 하나의 압력 박스 요소에 작용한다.

DE 42 92 190 T1에는 테스팅 프레스의 테이블에서의 장치가 공지되어 있으며, 상기 테스팅 프레스의 압력 박스는 모터와 함께 스핀들/스핀들 너트 시스템을 통해 작용 연결되고, 따라서 쿠션 플레이트에서 램의 하향 운동으로 발생되는 저항은 모터들을 통해 제어될 수 있다. 압력 박스의 기울기 운동은, 전기적으로 또는 기계적으로 유격 없이 연결된 구동 모터와 말단 동력 모터에 의해 저지된다.

이러한 구성들의 단점은 개별 구동 모터들의 연결이다. 특히 멀티 포인트 드로잉 장치 및 일체의 압력 박스를 갖는 큰 프레스에서는, 성형이 어려운 부품들에서 개별 압력 포인트들에게 상이하며 드로잉 과정 동안 가변적인 힘들을 가해야 한다. 상술한 전기적으로 가동되는 양 드로잉 쿠션들의 단점은, 기계적인 운동 전달 요소의 개수가 많아 큰 제조 공간이 필요하다는 것이다. 그러나, 보통의 경우 큰 제조 공간이 허용되지 않는다.
DE 41 00 716 A1에는 단일하게 작용하는 프레스에서 블랭크 홀딩을 위한 장치가 공지되어 있으며, 이 장치는 성형 과정 동안 가변적인 힘들을 갖고 대응하고 성형 과정의 종료 후 박판 부품을 빼내는데 사용된다. 또한, 이 문헌은 공구 하부 부품과 공구 상부 부품 사이의 박판 홀딩력을 조절하는 금속 가공 프레스용 드로잉 쿠션 장치를 개시하고 있으며, 여기에서 압력 박스 및 그 운동에 압력을 가하는 것은 하나 이상의 유체 실린더와 하나 이상의 구동 장치의 조합을 통해 조절될 수 있다. 또한, 구동 장치와 압력 박스 사이에는 기계적인 변속 요소가 배치된다. 그러나, 이 해결책은 비용이 매우 많이 든다.

본 발명의 목적은, 종래 기술을 기초로 하여 제어 비용과 조절 비용이 감소되면서도 제어 작용이 개선되고, 가능한 한 가장 콤팩트한 제조 형태로 블랭크 홀더에 가변적인 힘 분배가 가능한 드로잉 쿠션 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 하이브리드 구동 장치가 구비된 드로잉 쿠션 장치를 기초로 하여 청구범위 제 1 항의 특징들에 의해 달성된다. 종속항에는 본 장치의 바람직하고 목적에 부합하는 개선된 구성들이 기재되어 있다.

본 발명의 핵심적인 특징은, 유압식 드로잉 쿠션의 장점 뿐만 아니라 전기적으로 구동되는 드로잉 쿠션의 장점을 이용하는 것이다. 이는, 압력 박스에 작용하는 유체 실린더들과 하나 또는 다수의 전기 구동 장치의 조합을 포함하는 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치에 의해 달성되며, 여기서 상기 유체 실린더들은 높은 수준의 힘 적용 기능(force function)을 담당하고, 상기 전기 구동 장치는 예비 가속 및 런업(run-up)과 같은 패스 기능(path function) 및 유체 실린더들이 비활성화될 때 낮은 수준의 힘 적용 기능을 담당한다. 이때, 전기 구동 장치의 힘 적용 기능 및/또는 패스 기능은 직접 구동 장치(direct drive)로서 형성된 리니어 모터를 매개로 또는 기계적인 변속 요소를 가진 서보 모터(servo motor)를 매개로 압력 박스로 전달될 수 있다.

리니어 모터들은 압력 박스의 내부 영역, 예를 들어 유체 실린더들 사이의 중앙에 배치될 수 있다. 선형(linear) 패스 기능으로 직접적인 에너지 변환에 의해, 고가의 높은 관성 모멘트를 야기하는 기계적 변속 요소는 필요하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 리니어 모터에 속하는 2차 부품은 압력 박스에 고정되고, 2차 부품의 맞은 편에는 필요한 동력에 따라 프레스 테이블에 하나 또는 다수의 1차 부품들이 설치된다.

리니어 모터들을 압력 박스의 외부 영역에 배치하는 것도 가능하다. 이때, 2 차 부품은 압력 박스 또는 프레스 테이블에 설치될 수 있다. 또한, 리니어 모터가 외부에 놓이는 경우 여러 부분으로 된 압력 박스의 사용시 인접한 드로잉 쿠션 장치가 1차 부품 또는 2차 부품을 공동으로 사용하는 것도 가능하다.

리니어 모터 대신에, 기계적인 변속 요소를 가진 서보 모터가 선형 변환기(linear converter), 예컨대 전기 실린더로서 스핀들 및 스핀들 너트와 함께 사용될 수 있으며, 상기 전기 실린더는 바람직하게는 유체 실린더들 사이의 중앙에 배치되고 압력 박스와 작용 가능하게 연결된다. 기계적인 변속 요소로서는 대안적으로 피니언(pinion)과 톱니랙(toothed rack) 및 서보 모터와 압력 박스 사이의 레버 메카니즘이 사용 가능하다.

바람직하게는, 전기 구동 장치는 램의 운동과 공작물 이송 요소의 조정을 위해 샤프트(shaft)를 통해 설비 콘트롤부와 연결된다. 이로 인해, 패스 기능(path function) 수행시 지속적인 위치 제어가 실현될 수 있다.

정지 위치에서 드로잉 쿠션 장치의 안전을 위한 록킹을 위해, 전기 구동 장치와 연결된 모터 브레이크가 활성화될 수 있다. 프레스의 에너지 밸런스(energy balance)를 개선하기 위해, 에너지 회수는 제동 에너지(braking energy)로서 힘이 제공될 때 또는 런업(run-up) 중에도, 전기 네트로 또는 프레스의 에너지 순환으로 회수될 수 있다.

본 발명의 더 상세한 내용 및 장점은 첨부된 도면과 다음의 실시예를 통해 더 상세하게 기술된다.

도 1은 압력 박스의 외부에 리니어 모터를 구비한 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치의 단면도,

도 2는 압력 박스의 내부에 리니어 모터를 구비한 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치의 단면도,

도 3은 전기 실린더를 구비한 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치의 단면도,

도 4는 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치의 경로-시간 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 프레스 테이블 2: 드로잉 쿠션 장치

3: 압력 박스 4: 압력 볼트

5: 블랭크 홀더 6: 유체 실린더

7: 리니어 모터 8: 1차 부품

9: 2차 부품 10: 전기 실린더

11: 스핀들 너트 12: 스핀들

13: 커플링 14: 서보 모터

15: 전기 구동 장치 16: 기계적인 변속 요소

도 1은 멀티포인트(multipoint) 구성으로서 프레스 테이블(1)에 배치된 드로잉 쿠션 장치를 구비한 프레스의 개략적 단면도이다.

프레스 테이블(1)에서 종방향으로 가이드되는 압력 박스(3)는 압력 볼트(4)를 통해 하부 공구의 블랭크 홀더(5)에 연결된다. 드로잉 공정을 위하여, 블랭크 홀더에 프레스 램(press ram)(도시되지 않음)의 상부 공구 방향으로 힘을 발생시키기 위해 압력 박스(3)와 프레스 테이블(1) 사이에는 유체 실린더(fluid cylinder)(6)들이 배치된다. 도면에는 총 8 포인트 드로잉 장치에서 4개의 유체 실린더(6)를 가진 제 1 열이 도시되어 있다. 박판 성형 부품의 드로잉 단계 중, 압력 박스(3)는 램(ram)의 이동에 의해 아래쪽으로 이동되고, 이때 블랭크 홀더의 힘의 조절은 드로잉 경로를 따라 유체 실린더에서 유체의 밸브 조절된(valve-controlled) 이동에 의해 실행된다.

도 4의 하이브리드 시스템의 그래프에 따라 픽업(pick up), 복귀, 및 휴지 단계에서의 정지를 포함하여 예비 가속, 런업(run-up)과 같은 능동적으로 콘트롤되는 패스 기능(path function)을 실행하기 위하여, 전기 구동 장치(15)로서 리니어 모터(linear motor)(7)들이 배치된다. 이 리니어 모터들의 1차 부품(8)과 2차 부품(9)은 바람직하게는 프레스 테이블(1)과 압력 박스(3) 사이에 배치된다. 필요에 따라, 1차 부품(8)을 압력 박스(3)에 배치하거나 프레스 테이블(1)에 배치하는 것도 가능하다. 필요한 동력에 따라 압력 박스(3)를 따라서 다수의 리니어 모터(7)들이 배치될 수도 있다. 이때, 리니어 모터(7)들은 동시에 압력 박스(3)의 가이드 기능을 담당할 수 있으며, 또는 1차 부품(8)과 2차 부품(9)이 추가적인 가이드 요소들과 독립적으로 배치될 수도 있다.

여러 부분으로 된 압력 박스를 가진 드로잉 쿠션 장치에서는, 인접한 압력 박스들이 공통의 1차 또는 2차 부품을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 1차 부품이 프레스 테이블에 배치된 경우에는 2차 부품들은 인접한 드로잉 쿠션 장치의 압력 박스들과 연결된다. 또한, 각각 중간에 놓여 공통으로 이용가능한 1차 부품과 작용가능하게 연결된 압력 박스들에 2차 부품들을 배치하는 것도 가능하다.

도 2에 도시된 제2 실시예에서 리니어 모터(7)는 패스 기능(path function)을 실행하기 위해 압력 박스(3)의 내부 영역, 예를 들어 유체 실린더(6)들 사이의 대략 중심에 배치되어 있다.

모든 형태들에서, 리니어 모터(7)의 전기 에너지는 추가의 기계적인 변속 요소 없이 직접적 선형 패스 기능으로서 압력 박스(3)를 통해 블랭크 홀더(5)에 작용한다. 이때, 필요한 동력에 따라 프레스 테이블(1)에 고정된 다수의 1차 부품(8)들이 압력 박스(3)에 고정된 2차 부품(9)에 공동으로 작용하는 것도 가능하다.

도 3은 압력 박스(3)에 작용하는 전기 실린더(10)를 구비한 제3 실시예에 따른 드로잉 쿠션 장치(2)를 도시하고 있다. 전기 실린더(10)는 유체 실린더(6)들 사이의 대략 중심에 배치되어 있다. 이 형태에서는 기계적인 변속 요소(16)로서 스핀들/스핀들 너트(12, 11) 시스템이 사용된다.

압력 박스(3)에 연결된 스핀들 너트(11)는 회전하지 않도록 고정되고, 압력 박스(3)와 동시적으로(synchronously) 축방향으로 이동할 수 있다. 스핀들(12)은 프레스 테이블(1)에 축방향으로 고정되어 회전가능하게 설치된다. 스핀들 너트(11) 맞은편의 스핀들(12)의 단부는 커플링(13)을 통해 서보 모터(servo motor)(14)와 작용 연결된다. 추가의 트랜스미션 요소 없이 스핀들의 연장된 축을 서보 모터(14)의 회전자로 사용하는 것도 가능하다.

도 4에 도시된 그래프의 경로-시간-과정과 관련하여, 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치(2)에서는 프레스 사이클(press cycle) 당 다음과 같은 기능들이 반복된다. 하부 공구에 위치한 블랭크 홀더(5)에 램(도시되지 않음)에 고정된 상부 공구가 올려지기 전에, 블랭크 홀더(5)는 변형을 위해 제공된 플레이트 또는 성형 부품과 함께 바람직하지 못한 충격 부하를 피하기 위해 램 운동 방향으로 예비 가속된다. 이를 위해, 전기 구동 장치(15)는, 서보 모터(14) 또는 리니어 모터(7)로서, 패스 측정 시스템과 연결되어 제어되거나 또는 램 운동에 대한 경로 축을 통해 제어되며, 이에 따라, 상부 공구는 확정된 가속 경로를 따라 남은 상대 속도로 블랭크 홀더(5) 위에 올려진다. 유체 실린더(6)들에 설정된 압력이 형성된 후, 플레이트 또는 성형 부품의 변형을 위해 필요한 견인력이 가해진다.

압력 박스(3)의 운동은 드로잉 과정 동안 램의 운동에 의해 수동적으로 행해진다. 선행기술로부터 공지된 유체 실린더(6)들과 같이, 이 드로잉 단계에서 견인력은 유체 실린더(6) 당 변화될 수 있을 뿐만 아니라, 기술적인 요구에 따라 인접한 유체 실린더(6)들 사이에서 견인력은 시간적으로 달라지게 조절될 수 있다. 전기 구동 장치(15)의 이동 요소들은 이 드로잉 과정 중에는 공회전 단계에 있거나 또는 제너레이터(generator) 모드로 전환되어 바람직한 방식으로 에너지를 회수할 수 있다.

더욱 작은 견인력에서, 전기 구동 장치(15)는 저항 조절된 제동에 의해 제너레이터 작동에서 힘 적용 기능들을 담당하는 것도 가능하다.

프레스의 하부 반전 포인트를 통과한 후, 드로잉 쿠션 장치(2)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 다음과 같은 패스 기능들이 가능하다:

지체되지 않은 런업(run-up) 운동에서, 압력 박스(3)는 변형된 드로잉 부품의 방출을 위하여 위로 향하는 램 운동을 동시적으로 따라간다. 이를 위해, 전기 구동 장치(15)의 운동 방향은 바뀌고, 압력 박스(3)는 모터 모드에서 능동적으로 구동된다. 유체 실린더(6)들은 이 단계에서 압력 측에서 비활성화된다.

지체된 런업(run-up) 운동에서는, 하부 반전 포인트를 통과한 후, 드로잉 쿠션 장치(2)를 가장 낮은 위치에서 정지시키는 것도 가능하다. 새로운 플레이트 또는 성형 부품을 수용하기 위해 이어지는 런업 운동은, 램 운동의 경로 축을 따라 설정된 런업 시작부터 또한 지체되어 실행된다.

경로 축을 따라 제어된 패스 기능(path function) 동안, 드로잉 쿠션 장치(2)의 동시적인 운동은, 램의 주요 운동에 대해서뿐만 아니라 예컨대 공작물 이송 요소 등의 부수적 운동에 대해서도 실행된다. 따라서, 작은 공차 범위에서도 확실히 충돌을 방지할 수 있다.

Claims (13)

1. 압력 박스(3)에 대한 압력 적용 및 상기 압력 박스(3)의 운동이 하나 이상의 유체 실린더(6)와 하나 이상의 전기 구동 장치(15)의 조합을 통해 제어되는, 공구 하부 부품과 공구 상부 부품 사이의 박판 홀딩력을 조절하기 위한 금속 가공 프레스용 드로잉 쿠션 장치에 있어서,

   상기 하나 이상의 전기 구동 장치(15)는 직접 구동 장치(direct drive)인 리니어 모터(7) 또는 전기 실린더(10)이며, 상기 전기 구동 장치(15)는 프레스 사이클 중 패스 기능(path function) 또는 상기 유체 실린더(6)가 비활성화될 때 힘 적용 기능(force function)을 수행하도록 상기 압력 박스를 제어하는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 리니어 모터(7)는 압력 박스(3)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 리니어 모터(7)는 압력 박스(3)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   여러 부분으로 된 압력 박스(3)에서, 배정된 1차 부품(8)들 또는 2차 부품(9)들은 인접한 압력 박스(3)들을 위해 공동으로 이용가능한 2차 부품(9) 또는 1차 부품(8)과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전기 구동 장치(15)들에는 모터 브레이크가 설치되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압력 박스(3)는 제어 가능한 클램핑 장치(clamping device)로 록킹 가능한 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   드로잉 행정(drawing stroke) 동안 전기 구동 장치(15)에서 발생한 제동 에너지(braking energy)는 발전식으로 프레스의 에너지 순환으로 또는 전기 네트로 회수 가능한 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   서보 모터(14)와 기계적인 변속 요소(16)가 톱니랙/피니언 또는 스핀들/스핀들 너트(12, 11)의 형태로 콤팩트한 전기 실린더(10)에 통합되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 기계적인 변속 요소(16)는 전기 구동 장치(15)와 압력 박스(3) 사이에서 레버 메카니즘에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
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