KR20070031412A - 하이브리드 드로잉 쿠션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 실린더(6)와 압력 박스(3)에 작용하는 하나 또는 다수의 전기 구동 장치(7, 15)의 조합을 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 비활성화되는 낮은 레벨의 힘 적용 기능을 담당한다.

Description

하이브리드 드로잉 쿠션 장치{HYBRID DRAWING CUSHION FACILITY}

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 드로잉 쿠션 장치에 관한 것이다.

기계적인 유압식 프레스는 공작물(workpiece)과 특히 박판 부품(sheet metal part)의 가공을 위한 성형 기술 기계이다. 드로잉 부품의 성형을 위해서는 공작물을 특별한 방식으로 프레스의 상부 공구와 하부 공구 사이에 끼우는 것이 필요하다. 이 경우 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 구별된다. 이중으로 작용하는 드로잉 프레스에서, 프레스 램을 둘러싸는 블랭크 홀더(blank holder) 램(ram)은 공작물에서 성형 과정이 끝날 때까지 상기 프레스 램에 비해 앞서는 운동을 수행하고, 뒤따르는 멈춤에서 박판을 오랫동안 특정적이고 경우에 따라서는 조정되어 유연하게 꽉 잡는다. 드로잉 과정 동안 박판 홀딩력의 이러한 조정은 예를 들어 DE 36 40 507 C2 에 나타나 있다.

이러한 공지의 장치에서는, 블랭크 홀더 도구들에서 압력의 콘크롤 또는 조절을 위해, 그리고 이로써 박판 홀딩력의 조절을 위해 비례 밸브(proportional valve) 또는 서보 밸브(servo valve)가 사용된다. 블랭크 홀더 실린더에는 센서가 배정되고, 이 센서는 콘트롤 기기를 통해 블랭크 홀더 실린더에서의 원하는 압력 변화를 각각의 드로잉 진보에 따라 비례 밸브 또는 서보 밸브를 매개로 조정한다.

단일하게 작용하는 프레스에서는 이에 비해 단지 하나의 간단한 프레스 램이 존재한다. 프레스 테이블에서 추가의 드로잉 기구의 배열에 의해, 단일하게 작용하는 프레스에서는 드로잉 펀치가 프레스 테이블의 클램핑 플래튼 상에 고정된다. 반면, 추가의 블랭크 홀더는 그 위에서 이동가능하게 설치되고, 아래로부터 여러 개의 압력핀을 통해 압력 박스의 작용하에 있다. 이때, 드로잉 다이는 프레스 램에 고정된다(박판 파이프 프로파일(Bleche Rohre Profile), 39 (1992), 44 및 45 페이지).

DE 32 42 705 C2 에는 단일하게 작용하는 드로잉 프레스가 공개되어 있다. 이 드로잉 프레스에서는 프레스 테이블에 배치된 압력 박스에 다수의 실린더 유닛에 의해 장소적으로 상이한 쿠션 힘이 가해진다. 특히 비대칭적인 큰 드로잉 부품들도 장소적으로 여러 가지로 원하는 힘들을 갖고 가공할 수 있기 위해서이다. 압력 박스에서 힘들의 이러한 여러 가지 조정에 의해, 상이한 드로잉 능력은 공작물의 각각의 영역들에서 드로잉 간극의 특정적인 변화에 의해 달성될 수 있다.

비대칭적인 힘 적용을 필요로 하는 공작물을 위해, 상이한 압력들이 박판 홀딩을 위해 발생될 수 있다. 압력 박스의 구분된 지지를 위해 힘 조정이 따르고, 이것은 상이한 힘을 박판 홀딩 장치 또는 공작물로 계속 운송한다. 이 이외에, EP 0 173 184 B1으로부터는 드로잉 작동 및 딥 드로잉 작동을 위해 사용될 수 있는 프레스가 공지되어 있다. 이 프레스는 마찬가지로 단일하게 작용하는 프레스로 형성되고, 유압식으로 지지된 압력 박스는 공구 하부 부품 또는 드로잉 펀치에 작용한다. 여기에서도 압력 박스의 특정적인 압력 영향에 의해 드로잉 과정은 드로잉 펀치에서 박판 변형의 의미에서 영향을 받을 수 있다.

상기 상술된 모든 드로잉 쿠션 장치에서, 압력 박스 상으로 조정가능한 힘의 프로세싱을 위해 유압 실린더가 이용된다. 예비 가속, 런업(run-up), 휴지 위치에서 안전에 적합한 정지 및 드로잉 깊이 조정과 같은 패스 기능(path function)의 발생을 위해, 상당한 기계적인, 유체 기계적인 및 제어 기계적인 비용이 필요하다. 드로잉 쿠션 장치와 예를 들어 성형 부품 이송 요소 사이의 충돌을 피하기 위해, 운동 콘트롤을 위해 높은 비용이 발생한다. 드로잉 힘의 조정시 유압에 의해 확정된 최소 수치들은 미달될 수 없다.

최근에는 쿠션 힘이 전기 구동 장치를 매개로 발생되는 드로잉 쿠션이 공지되어 있다.

US 5 435 166 A에는 프레스의 테이블에서 쿠션력을 서보 구동 장치에 의해 발생시키는 드로잉 장치가 공개되어 있다. 여기에서 서보 구동 장치는 변속기 및 톱니랙을 통해 쿠션 플레이트와 연결된다. 이때, 각각 서로 기계적으로 연결된 다 수의 서보 구동 장치가 공통의 압력 박스에 작용하거나 또는 하나의 서보 구동 장치는 다른 것들과 무관하게 여러 부분으로 된 압력 박스의 각 하나의 압력 박스 요소에 작용한다.

DE 42 92 190 T1으로부터 테스팅 프레스의 테이블에서의 장치가 공지되어 있다. 상기 테스팅 프레스의 압력 박스는 모터와 함께 스핀들/스핀들 너트 시스템을 통해 작용 연결되고, 따라서 쿠션 플레이트에서 램의 하향 운동에 대해 발생된 저항은 모터들을 통해 콘트롤될 수 있다. 전기적으로 또는 기계적으로 유격 없이 연결된 구동 모터와 말단 동력 모터를 갖고 압력 박스의 기울기 운동이 저지되어야 한다.

이러한 실시들에서의 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 가하는 것이 필요하다. 상기 상술된 전기적으로 가동된 양 드로잉 쿠션들의 단점은, 상기 드로잉 쿠션들은 기계적인 운동 전달 요소의 큰 개수로 인해 큰 제조 공간을 요구한다는 것이다. 하지만 큰 제조 공간은 보통의 경우 존재하지 않는다.

본 발명의 목적은, 선행 기술에 근거를 두고, 콘트롤 비용과 조정 비용의 감소시 콘트롤 작용이 개선되고, 가능한 한 가장 콤팩트한 제조 형태에서 블랭크 홀더에서 가변적인 힘 분배가 가능하도록 드로잉 쿠션 장치를 개선하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 하이브리드 구동 장치를 가진 드로잉 쿠션 장치에 근거를 두고 청구범위 제 1 항의 특징들에 의해 달성된다. 종속항에는 본 장치의 바람직하고 목적에 부합하는 개선들이 기재된다.

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

리니어 모터들은 압력 박스의 내부 영역에, 예를 들어 유체 실린더들 사이의 중앙에 배치될 수 있다. 선형(linear) 패스 기능으로의 직접적인 에너지 변환에 의해, 고가의 기계적이고, 높은 관성 모멘트를 야기하는 변속 요소가 필요 없을 수 있다. 바람직한 방식에서 리니어 모터에 속하는 2 차 부품은 압력 박스에 고정되고, 상기 2 차 부품의 맞은 편에는 소요동력에 따라 프레스 테이블에 설치된 하나 또는 다수의 1차 부품들이 있다.

리니어 모터들을 압력 박스의 외부 영역에 배치하는 것도 가능하다. 이때, 1 차 부품은 압력 박스뿐만 아니라 프레스 테이블에도 설치될 수 있다. 게다가, 외부에 놓이는 리니어 모터는 여러 부분으로 된 압력 박스의 사용시 인접한 드로잉 쿠션 장치를 통해 1차 부품 또는 2차 부품의 공동적인 이용을 가능하게 한다.

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

바람직한 방식으로, 전기 구동 장치는 램의 운동과 공작물 이송 요소의 조정을 위해 샤프트(shaft)를 통해 설비 콘트롤부와 연결된다. 이로 인해, 지속적인 위치 콘트롤이 패스 기능(path function)의 내부에서 실현 가능하다.

정지 위치에서 드로잉 쿠션 장치의 안전에 적합한 록킹을 위해, 전기 구동 장치와 작용 연결된 모터 브레이크는 활성가능하다. 프레스의 에너지 밸런스(energy balance)를 개선하기 위해, 에너지 회수는 제동 에너지(braking energy)로서 힘을 제공할 때 또는 런업(run-up) 동안에도 전기 네트로 또는 프레스의 에너지 순환으로 가능하다.

본 발명의 그 밖의 상세내용 및 장점은 도면을 통해 알 수 있으며, 하기의 실시예를 통해 상세히 설명된다.

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 장치를 위한 거리-시간-도표이다.

<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) 실시로서 프레스 테이블(1)에 배치된 드로잉 쿠션 장치를 구비한 프레스의 단면의 단순화된 도면이다.

프레스 테이블(1)에서 종방향으로 가이드된 압력 박스(3)는 압력 볼트(4)를 통해 하부 공구의 블랭크 홀더(5)와 작용 연결되어 있다. 드로잉 과정을 위해 필요하며, 도시되어 있지 않은 프레스 램(press ram)에서 상부 공구를 향하는 블랭크 홀더 힘을 발생시키기 위해 압력 박스(3)와 프레스 테이블(1) 사이에는 유체 실린더(fluid cylinder)(6)들이 배치된다. 도면에는 총 8 포인트 드로잉 장치의 4개의 유체 실린더(6)를 가진 제 1 열이 도시되어 있다. 박판 성형 부품의 드로잉 단계 동안, 압력 박스(3)는 램(ram)의 운동에 의해 아래쪽으로 움직여 지고, 이때 블랭크 홀더 힘의 조정은 드로잉 길을 따라 유체 슬린더들로부터 유체의 밸브 조절된(valve-controlled) 밀어냄에 의해 행해진다.

도 4에 따른 하이브리드 시스템을 위한 도표에 따라 픽업(pick up), 복귀 및 휴지 단계들에서의 정지를 포함하여 예비 가속, 런업(run-up)과 같은 능동적으로 콘트롤된 패스 기능(path function)을 발생시키기 위해, 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. 요구에 따라 1차 부품(8)을 압력 박스(3)에 배치하거나 또는 프레스 테이블(1)에 배치하는 것도 가능하다. 소요동력에 따라 압력 박스(3)를 따라서 다수의 리니어 모터(7)들이 배치될 수 있다. 이때, 리니어 모터(7)들은 동시에 압력 박스(3)의 가이드 기능을 담당하거나 또는 1차 부품(8)과 2차 부품(9)은 추가의 가이드 요소들과 는 무관하게 배치된다.

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 소속 2차 부품들은 인접한 드로잉 쿠션 장치의 압력 박스들과 작용 연결된다. 2차 부품들을 압력 박스들에 배치하는 것도 가능하며, 상기 압력 박스들은 각각 중간에 놓이며 공통으로 이용가능한 1차 부품과 작용 연결되어 있다.

도 2에 따른 제 2의 바람직한 형태에서 리니어 모터(7)는 패스 기능(path function)을 발생시키기 위해 압력 박스(3)의 내부 영역에, 예를 들어 유체 실린더(6)들 사이에서 중심에 배치된다.

모든 형태들에서 공통적으로 리니어 모터(7)의 전기 에너지는 직접 추가의 기계적인 변속 요소 없이 직선 패스 기능으로서 압력 박스(3)를 통해 블랭크 홀더(5)에 작용한다. 이때, 소요동력에 대한 요구에 따라 프레스 테이블(1)에 고정된 다수의 1차 부품(8)들이 압력 박스(3)와 고정된 2차 부품(9)에 공동으로 작용하는 것이 가능하다.

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

압력 박스(3)와 연결된 스핀들 너트(11)는 회전고정적으로, 그리고 축방향으 로 동시적으로(synchronously) 압력 박스(3)와 움직일 수 있다. 소속된 스핀들(12)은 축방향으로 고정되어 프레스 테이블(1)에 회전가능하게 설치된다. 스핀들 너트(11)를 벗어난 스핀들(12)의 단부는 커플링(13)을 통해 서보 모터(servo motor)(14)와 작용 연결된다. 추가의 변속 요소가 필요 없이 스핀들의 연장된 샤프트를 서보 모터(14)의 회전자로서 이용하는 것도 가능하다.

도 4에 도시된 순환 도표의 거리-시간-경과와 연결하여, 프레스 사이클(press cycle) 당 하이브리드 시스템에 따른 드로잉 쿠션 장치(2)에서 다음과 같은 기능들이 반복된다. 하부 공구에 위치한 블랭크 홀더(5) 상에 도시되어 있지 않은 램에 고정된 상부 공구를 올려놓기 전에, 블랭크 홀더(5)는 변형을 위해 마련된 시트바나 성형 부품과 함께 단점적인 부딪치는 충격 부하를 피하기 위해 램 운동 방향으로 예비 가속화된다. 이를 위해, 전기 구동 장치(15)는 서보 모터(14) 또는 리니어 모터(7)로서 패스(path) 측정 시스템과의 작용 연결에서 콘트롤되거나 또는 램 운동에 대한 샤프트(shaft)를 통해 콘트롤된다. 따라서, 확정된 가속 패스(path) 후에 상부 공구는 블랭크 홀더(5) 상으로 체류하는 상대속도와 함께 나타난다. 유체 실린더(6)들에서 확정된 압력의 구성 후, 시트바나 성형 부품의 변형을 위해 필요한 견인력이 도달된다.

압력 박스(3)의 운동은 드로잉 과정 동안 수동적으로 램의 운동에 의해 행해진다. 선행기술로부터 공지된 유체 슬린더(6)들에 상응하여, 이 드로잉 단계에서 견인력은 유체 슬린더(6) 당 변화될 수 있을 뿐만 아니라 인접한 유체 실린더(6)들 사이에서 시간적으로 차이가 나는 견인력들은 기술적인 요구에 상응하여 조절될 수 있다. 전기 구동 장치(15)의 움직일 수 있는 요소들은 이 드로잉 과정 동안 공회전 단계에 위치하거나 또는 제너레이터(generator) 모드로의 전환에 의해 바람직한 방식으로 에너지를 회수할 수 있다.

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

프레스의 하부 반전 포인트의 통과 후, 도 4에 일치하여 다음과 같은 패스 기능들이 드로잉 쿠션 장치(2)에서 가능하다:

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

지체된 런업(run-up) 운동에서 드로잉 쿠션 장치(2)를 하부 반전 포인트의 통과 후 그 가장 깊은 위치에서 차단하는 것도 가능하다. 새로운 시트바 또는 성형 부품을 맡기 위해 이어지는 런업 운동은 램 운동에 대한 샤프트 후에 확정된 런업 시작부터 지체되어 행해진다.

샤프트 콘트롤된 패스 기능(path function) 동안, 드로잉 쿠션 장치(2)의 동시적인 운동은 램의 주요 운동을 위해서뿐만 아니라 예를 들어 공작물 이송 요소의 2차 운동을 위해서도 행해진다. 따라서, 충돌 없음은 좁은 허용오차 범위에서도 안전하게 된다.

Claims (13)

1. 공구 하부 부품과 공구 상부 부품 사이에서 박판 홀딩력을 조정하기 위한 금속 가공 프레스용 드로잉 쿠션 장치에 있어서,

   압력 박스(3)와 그 운동에 압력 적용은, 적어도 하나의 유체 실린더(6)와 적어도 하나의 전기 구동 장치(15)의 조합을 통하여 제어 가능한 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 전기 구동 장치(15)는 기계적인 변속 요소(16)를 통해 압력 박스(3)와 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 전기 구동 장치(15)는 직접 구동 장치(direct drive)로서 형성된 리니어 모터(7)이며, 압력 박스(3)와 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

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

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

   상기 적어도 하나의 전기 구동 장치(15)는 전기 실린더(10)이며 압력 박스(3)와 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전기 구동 장치(15)들은 프레스 사이클의 내부에서 순차적으로 샤프트를 통해 램 운동과 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전기 구동 장치(15)들에는 모터 브레이크가 장치되는 것을 특징으로 하 는 드로잉 쿠션 장치.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 압력 박스(3)는 제어 가능한 클램핑 장치(clamping device)와 함께 록킹 가능한 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전기 구동 장치(15)에서 드로잉 행정(drawing stroke) 동안 발생한 제동 에너지(braking energy)는 발전식으로 프레스의 에너지 순환으로 또는 전기 네트로 회수 가능한 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 서보 모터(14)와 기계적인 변속 요소(16)는 톱니랙/피니언 또는 스핀들/스핀들 너트(12, 11)의 형태로 콤팩트한 전기 실린더(10)에 통합되는 것을 특징으로 하는 드로잉 쿠션 장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 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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