KR20100101100A - 구동 장치 및 프레스 머신에 대한 방법 - Google Patents

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본 에이치. 마틴
브라이언 피. 젠틸레
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밤코 인터내셔널, 인크.
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Abstract

구동 장치는 가동 부재, 제1 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터, 및 제2 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터를 포함한다. 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는, 결합력을 생성하기 위해 상기 제1 힘과 상기 제2 힘이 상기 가동 부재에 평행하게 작용하도록 배치된다.

Description

구동 장치 및 프레스 머신에 대한 방법{DRIVE APPARATUS AND METHOD FOR A PRESS MACHINE}
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2007년 11월 9일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/986,942의 선출원일에 대한 35 U.S.C.§119(e) 하에서의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 설명은, 예를 들어 프레스 머신(press machine)에서 사용될 수 있는, 램(ram) 등의 가동 부재(movable member)에 대한 구동 장치에 관한 것이다.
프레스 머신은, 금속 등의 재료를 그 형상 및 내부 구조를 변화시켜 피스들(pieces)을 형성하도록 작업하는 데에 이용되는 도구이다.
펀치 프레스(punch press)는 재료를 성형 및/또는 절단하는 데에 사용되는 일종의 프레스 머신이다. 펀치 프레스는, 제조될 피스들의 형상에 따라, 소형 또는 대형일 수 있는 하나 이상의 다이 세트를 유지한다. 다이 세트는, 함께 프레스될 때 워크피스(workpiece) 내에 구멍을 형성하거나 또는 몇몇 원하는 방식으로 워크피스를 변형할 수 있는 한 세트의 수(male) 펀치들 및 암(female) 다이들로 구성된다. 펀치들 및 다이들은, 펀칭 처리 동안 램의 단부에 일시적으로 부착되는 펀치에 의해 제거가능하게 될 수 있다. 램은 수직의 직선 움직임으로 상하로 이동된다.
다른 설계에서는, 프레스 머신은, 그 내부에 릴리프(relief) 또는 깊이 기반(depth-based) 설계를 갖는 한 세트의 플레이트를 포함할 수 있으며, 이에 따라 금속이 그 플레이트들 사이에 배치되고 그 플레이트들이 서로에 맞서 프레스 업(press up)될 때, 그 금속이 원하는 형태로 변형되게 된다. 이러한 머신 프레스는 코이닝(coining), 엠보싱(embossing), 또는 성형에 사용될 수 있다.
또한, 프레스 머신이 자동인 경우, 프레스 머신에는 프레스 피드(press feed)를 이용하여 재료(예를 들면, 코일 스톡 재료(coiled stock material))가 공급될 수 있다.
본 발명의 일반적인 개념은, 가동 부재 및 적어도 하나의 액츄에이터를 갖는, 특히 프레스에 대한 구동 장치를 나타낸다. 이 일반적인 개념은 이하의 선택적인 양태들 중 임의의 하나 또는 그 이상과 결합될 수 있다. 본 발명은 또한, 이하의 선택적인 양태들 중 임의의 하나 또는 그 이상을 갖는 구동 장치를 구비한 프레스 머신을 나타낸다.
제1 양태에 따르면, 구동 장치는, 가동 부재, 제1 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터, 및 제2 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 유압(hydraulic) 액츄에이터를 포함한다. 선형 전기 액츄에이터는, 선형 움직임을 생성하는 액츄에이터이며, 그 원동력(primary motivating power)은 전기에 의해 공급된다. 가장 바람직한 실시예에서, 선형 전기 액츄에이터는 직접 구동 선형 모터이다. 덜 바람직한 실시예에서는, 선형 전기 액츄에이터는 회전식 전기 모터이며, 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하기 위한 메카니즘이다. 이러한 메카니즘들은 리드 스크류 및 너트(lead screw and nut) 장치, 랙 및 피니언 기어(rack and pinion gear) 장치, 및 타이밍 벨트 및 풀리(timing belt and pulley) 장치를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 선형 유압 액츄에이터는 선형 움직임을 생성하는 액츄에이터이며, 그 원동력은 유압유(hydraulic fluid)에 의해 공급된다. 가장 바람직한 실시예에서, 선형 유압 액츄에이터는 유압 실린더이다. 덜 바람직한 실시예에서는, 선형 유압 액츄에이터는 회전 유압 모터이며, 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하기 위한 메카니즘이다. 이러한 메카니즘들은, 리드 스크류 및 너트 장치, 랙 및 피니언 기어 장치, 및 타이밍 벨트 및 풀리 장치를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터가 배치되어, 제1 힘 및 제2 힘이 가동 부재에 대해 평행하게 작용하게 하여 결합된 힘을 발생시키게 되고, 여기서 가동 부재는 제1 방향, 및 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동가능하다. 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터, 또는 보다 정확하게는, 전기 액츄에이터의 가동 부분은 가동 부재에 결합되어서 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 가동 부재가 동기하여 움직일 수 있게 되는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는 가동 부재에 결합되어, 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터 및 가동 부재가 동기하여 움직일 수 있게 되는 것이 바람직하다.
전술한 설명에서는 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터가 가동 부재에 결합되는 것이 바람직한 것으로 기술하였지만, 적어도 하나의 유압 액츄에이터는 가동 부재에 독립적으로 결합될 필요는 없지만 대신에 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터의 가동 부분에 결합되어서 가동 부재에 결합될 수 있음에 유의한다. 또한, 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 가동 부분에 결합되어서 가동 부재에 결합될 수 있다. 결과적인 장치가 가동 부재에 작용하는 각종 액츄에이터들의 평행력 결합을 제공하는 한, 임의의 수의 결합 장치가 가능하다.
적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 결합물은 몇몇 이점을 갖는다. 구동 장치는 내부 마찰을 적게 가지며, 액츄에이터들은 가동 부재에 직접 결합될 수 있기 때문에, 송전 및 임의의 연관된 부정확성 또는 반발(backlash)이 감소 및/또는 회피될 수 있다. 또한, 충격 및 역학적 반응이 증가될 수 있으며, 진동 및 소음이 감소되며, 가동 부재, 특히 프레스의 램의 움직임에 대한 제어 가능성과, 가동 부재의 위치에 따른, 액츄에이터들에 의해 가동 부재에 인가되는 힘이 상당히 개선된다. 그 결과, 구동 장치는, 고도로 제어되는 위치지정(positioning) 및 소정의 곡선들에 따른 힘의 인가를 가지면서 더 빨리 구동될 수 있다. 특히, 고속 리프팅(lifting) 및 액츄에이션을 낮추는 것이 가능하며, 반면에 저속이면서 증가된 힘을 갖는 실제의 프레싱 움직임이 수행된다.
적어도 하나의 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위해, 적어도 하나의 제1 전기 제어 장치가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위해, 적어도 하나의 유압 제어 부재, 예를 들면 밸브가 제공될 수 있으며, 적어도 하나의 유압 제어 부재는 제2 전기 제어 장치에 의해 동작된다. 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터의 액츄에이션 및 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 제어 신호들을 제1 및 제2 전기 제어 장치들에 전송하기 위해 중앙 제어 유닛이 이용될 수 있다.
바람직하게는, 가동 부재의 위치를 측정하기 위한 적어도 하나의 위치 센서가 제공되며, 여기서, 적어도 하나의 위치 센서는, 위치 신호들을 중앙 제어 유닛에 전송하기 위해 중앙 제어 유닛과 통신한다. 이에 따라, 중앙 제어 유닛은, 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터가 적어도 하나의 유압 제어 부재의 순환적 동작에 따라 제어되고 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터가 위치 신호들에 따라 제어되어 가동 부재의 제어된 순환적 액츄에이션을 보장하기 위해, 구동 장치를 동작시키도록 구성될 수 있다.
그 결과, 유압 액츄에이터의 이점(즉, 큰 힘을 생성할 수 있는 능력)은 전기 액츄에이터의 이점(즉, 개선된 다이나믹스 및 개선된 위치 제어)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 유압 액츄에이터에 의해 생성되는 힘이 사이클마다 약간 상이한 경우, 이 차이는 적어도 하나의 전기 액츄에이터에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 유압 액츄에이터로부터 기인하는 가동 부재의 위치가 사이클마다 약간 상이한 경우, 이 위치 차이는 적어도 하나의 전기 액츄에이터에 의해 조정될 수 있다. 실제로, 가동 부재의 순환적 움직임의 상부 및 하부 사점(dead center)들이 적어도 하나의 전기 액츄에이터의 제어에 의해 조정될 수 있을지라도, 유압 액츄에이터의 제어는 변경되지 않는다.
예를 들면, 상부 및 하부 사점들이 더 낮아져야 한다면, 적어도 하나의 전기 액츄에이터는 하향(downward) 움직임 동안 힘을 증가시키고/증가시키거나 가동 부재의 상향(upward) 움직임 동안 아래로 향하는 힘을 유지한다. 이는, 유압 액츄에이터의 움직임 동안 유압유의 흐름이 변경되는 효과를 갖는데, 그 이유는 적어도 하나의 전기 액츄에이터에 의해 발생되는 힘이 유압 액츄에이터 내의 압력 상태에 영향을 미치기 때문이다. 상부 및 하부 사점들을 변경한 후, 적어도 하나의 전기 액츄에이터는 변경 전에 구동 등이 행해질 수 있다.
제2 양태에 따르면, 구동 장치는 프레스의 램을 포함하는 가동 부재와, 가동 부재에 결합되는 적어도 3개의 전기 액츄에이터를 포함하며, 여기서, 적어도 3개(하나의 바람직한 구현예에서는, 4개)의 선형 전기 액츄에이터는 독립적으로 작동가능하다. 각 전기 액츄에이터는 상이한 별개의 결합 포인트 또는 가동 부재의 부분에서 가동 부재에 결합된다. 적어도 3개의 선형 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 적어도 3개의 전기 제어 장치가 제공된다.
이에 따라, 예를 들어, 가동 부재의 피치, 롤(roll), 및 선형 위치 중 하나 이상에 대한 조정을 제공하기 위해, 각자의 전기 액츄에이터들의 결합 포인트에서의 가동 부재의 독립적인 위치 조정을 제공할 수 있게 된다.
바람직하게는, 각자의 결합 포인트들에서 가동 부재의 위치를 측정하기 위한 적어도 3개의 위치 센서가 제공되며, 여기서, 적어도 3개의 위치 센서는, 위치 신호들을 중앙 제어 유닛에 전송하기 위해 중앙 제어 유닛과 통신한다. 위치 신호들에 따라서, 중앙 제어 유닛은, 적어도 3개의 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 제어 신호들을 전기 제어 장치들에 전송한다.
이 양태의 다른 이점은, 가동 부재가 수동 가이드(passive guide)에 직접 결합되지 않도록, 가동 부재를 위한 수동 가이드가 전혀 없거나 하나의 작은 수동 가이드만을 필요로 한다는 점이다. 3개의 선형 전기 액츄에이터 중 적어도 하나의 출력에 직접 결합되는 하나 이상의 수동 가이드를 제공하는 것만으로도 충분하다. 그 결과, 내부 마찰이 더욱 감소된다.
제3 양태에 따르면, 구동 장치는 가동 부재, 가동 부재에 결합되어 가동 부재를 가역 방향들(reversible directions)로 이동시키기 위한 적어도 하나의 액츄에이터, 및 가동 부재에 결합되는 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 포함하며, 여기서, 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 힘 경로 특성(force path characteristic)을 갖는다.
적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은, 가동 부재 상의 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 의해 가해진(exerted) 힘이 가동 부재의 작업 범위 내에 있는 가동 부재의 위치에서 그 방향을 변경하거나, 또는 가동 부재를 가동 부재의 동작 범위 내에 위치시키는 것을 제공하도록 하는 것이 바람직하다.
구동 장치를 순환적 방식으로 동작시킬 때, 적어도 하나의 액츄에이터의 에너지 소모는, 구동 장치가 구동 장치의 고유 주파수("고유 진동수")에서 또는 그에 근접한 주파수에서 구동될 경우, 상당히 감소될 수 있다. 이동 질량들이 일정할 때, 구동 장치의 동작 주파수는 사용자에 의해 유연한 방식으로 결정되어야 하며, 여기서, 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은, 구동 장치의 고유 주파수가 가동 부재의 이동 주파수 또는 그 근접 주파수에 있도록 조정가능하다.
에너지 저장 장치는 적어도 하나의 가스 스프링을 포함할 수 있다. 가스 스프링은 실린더 및 피스톤 타입 또는 블래더 타입(bladder type)일 수 있다. 특히, 적어도 하나의 가스 스프링은 선형 축을 따르는 제1 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하기 위해 가동 부재 및 적어도 하나의 액츄에이터에 대해 상대적으로 배치되고, 적어도 하나의 가스 스프링은 선형 축을 따르는 제2 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하기 위해 가동 부재 및 적어도 하나의 액츄에이터에 대해 상대적으로 배치되는데, 여기서 제2 방향은 제1 방향과 반대이다. 적어도 하나의 가스 스프링의 힘 경로 특성은, 가스 압력을 조정함으로써, 예를 들어, 압력 가스 소스를 이용하여 가스 압력을 증가시키거나 또는 배출 밸브를 이용하여 가스 압력을 감소시킴으로써, 조정가능하다. 적어도 하나의 선형 액츄에이터가 유압 액츄에이터인 실시예에서는, 에너지 저장 장치가 유압 액츄에이터로부터 유체적으로 결합해제되는(fluidly decoupled) 것이 바람직하다.
가스 스프링(들) 대신에 또는 그에 더하여, 적어도 하나의 탄성 스프링(elastic spring)이 에너지 저장 장치로서 제공될 수 있으며, 각각의 탄성 스프링은 제1 단부에서 가동 부재에 결합된다. 적어도 하나의 탄성 스프링은, 적어도 하나의 탄성 스프링의 스프링 상수를 증가 또는 감소시키도록, 제1 단부에 대해 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단부의 고정 위치를 조정함으로써 조정가능하다. 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단부의 고정 위치에 대한 조정은, 실제 스프링 요소의 단부의 위치에 대한 조정이라기 보다는 탄성 스프링의 중간 부분에 적용되는 제한 요소(constraining element)의 조정일 수 있으며, 이에 의해, 적어도 하나의 탄성 스프링의 유효 (작업) 길이가 감소하게 된다는 것을 이해하여야 한다. 대안적으로, 이러한 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단부의 위치에 대한 조정은, 적어도 하나의 신축성 스프링의 단부 위치에 대한 회전 조정일 수 있다. 이 경우들 및 다른 경우들에서, 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단부의 고정 위치에 대한 조정은, 적어도 하나의 탄성 스프링의 스프링 상수의 증가 또는 감소를 초래할 것이다.
제어 유닛은, 구동 장치의 고유 주파수가 가동 부재의 이동 주파수 또는 그에 근접한 주파수에 존재하도록, 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성을 조정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 제어 유닛은, 이동 질량들 및 원하는 동작 주파수에 기초하여 필요한 힘 경로 특성 또는 필요한 스프링 상수를 계산함으로써, 선택된 또는 소정의 값들을 이용함으로써, 또는 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 전력 소모에 따라 힘 경로 특성을 조정함으로써, 구동 장치의 고유 주파수 또는 그에 근접한 주파수에서 동작하는, 적어도 하나의 가스 또는 탄성 스프링에 요구되는 힘 경로 특성 또는 요구되는 스프링 상수를 결정한다. 에너지 저장 장치의 제공의 목적 및 그 힘 경로 특성의 조정의 목적이 전력 소모의 감소이기 때문에, 후자의 가능성이 더욱 품격있다(elegant). 제1 가능성의 경우, 에너지 저장 장치에 요구되는 힘 경로 특성을 계산하는 데에 관계식 ω=√(k/m)이 사용될 수 있으며, 여기서 ω는 고유 주파수이고, m은 이동 질량들의 합이며, k는 구동 장치 또는 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성의 비례 스프링 상수(proportional spring constant)이다. 바람직한 힘 경로 특성이 비례식 F=k*x(여기서, F는 힘, k는 상수, x는 에너지 저장 장치의 변위)를 특징으로 하지만, 진동하는 질량의 이동(oscillating movement of a mass)을 생성할 수 있는 힘 경로 특성을 갖는 임의의 장치가 대신 사용될 수 있다.
제4 양태에 따르면, 구동 장치는 가동 부재, 가동 부재에 결합되어 가동 부재를 제1 및 제2 가역 방향으로 이동시키기 위한 적어도 하나의 액츄에이터, 및 가동 부재에 결합되는 수동 힘 인가 장치(passive force exerting device)를 포함하는데, 여기서 수동 힘 인가 장치는 주로 가동 부재가 제2 방향으로 이동하는 동안 에너지를 수신 및 저장하고, 수동 힘 인가 장치는 추가적인 힘을 가동 부재에 제1 방향으로 인가하도록 주로 배치된다. 수동 힘 인가 장치는, 추가적인 외부 에너지 공급을 요구하지 않고, 추가적인 힘을 가동 부재에 제1 방향으로 인가하기 위해 적어도 하나의 액츄에이터와 병렬로 배치된다. 이에 의해, 제2 방향으로의 이동, 특히 적어도 하나의 액츄에이터의 리프팅 이동은 압축력을 제1 방향으로 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
수동 힘 인가 장치는, 피스톤과 유체, 예컨대 질소 가스 등의 가스를 수납하는 실린더를 포함할 수 있다. 수동 힘 인가 장치는, 만약 존재한다면, 유압 액츄에이터로부터 유체적으로 결합해제되며, 만약 존재한다면, 에너지 저장 장치로부터 결합해제된다. 수동 힘 인가 장치가 부가하는 힘은 가동 부재의 동작 범위에 걸쳐 거의 일정한 것이 바람직하다. 이는, 비교적 큰 체적에 의해, 예컨대 실린더를 추가적인 고압력 저장소에 연결함으로써 달성될 수 있다.
제5 양태에 따르면, 구동 장치는, 프레스의 램을 포함하는 가동 부재, 가동 부재에 결합되어 가동 부재를 이동시키는 적어도 하나의 유압 액츄에이터, 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하는 유압 제어 부재, 및 유압 제어 부재의 액츄에이션을 제어하는 서보 모터를 포함한다. 서보 모터의 액츄에이션은 매우 정확하고 빠른 방식으로 제어될 수 있기 때문에, 이에 따라, 유압 제어 부재, 예컨대, 밸브는 유압 액츄에이터 및 프레스 램의 신속하고 정확한 액츄에이션이 달성될 수 있도록 동작될 수 있다.
유압 제어 부재를 위한 서보 모터는, 유압 제어 부재의 위치 및 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 이동이 그에 따라 제어되도록, 전기 제어 장치에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 유압 제어 부재의 위치 및 그에 따른 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 이동이 제어되도록 서보 모터의 액츄에이션을 제어하기 위한 제어 신호들을 제2 전기 제어 장치에 전송하기 위해 중앙 제어 유닛이 사용될 수 있다.
유압 제어 부재는, 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 이동시키기 위한 적어도 하나의 제1 위치, 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동시키기 위한 적어도 하나의 제2 위치, 및 적어도 하나의 유압 액츄에이터가 이동불가능한 적어도 하나의 제3 위치를 갖는 것이 바람직하다. 이로써, 구동 장치의 액츄에이션 사이클이, (a) 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 구동하는 단계, (b) 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제2 방향으로 구동하는 단계, 및 (c) 유압 제어 부재를 제3 방향으로 위치시킴으로써, 가동 부재를 고정 위치에서 유지시키는 단계를 포함하는 것이 가능하게 된다.
이 동작의 이점은 (예컨대, 프레스 피더에 의해) 처리된 워크피스의 제거 및 미처리된 워크피스의 삽입을 위해 충분한 시간이 여전히 허용되는 동안, 가동 부재의 이동이 소규모로 유지될 수 있다는 점이다. 차폐된 유압 제어 부재는, 수동 힘 인가 장치가 만약 존재한다면, 추가적으로 입력되는 힘을 필요로 하지 않고 압축된 상태로 유지될 수 있도록, 그 제3 위치에서 유압 액츄에이터 및 그에 따른 가동 부재의 임의의 이동을 차단한다. 본 동작의 또 다른 이점은, 적어도 하나의 액츄에이터가 만약 제공된다면, 동작하지 않거나, 전기 전류가 제공되지 않거나, 또는 적어도 하나의 전기 액츄에이터에 냉각을 위한 시간적 간격을 허용하도록 전기 전류가 단지 미미하게 제공된다는 점이다.
유압 제어 부재는 회전가능 부재를 구비한 밸브일 수 있는데, 여기서 밸브의 기능은 회전가능 부재의 각도 위치(angle position)에 의존하며, 회전가능 부재는 서보 모터에 의해 구동된다. 그러한 밸브는 중앙 제어 유닛에 의해 일정한 주파수 및/또는 일정한 속도로 동작될 수 있다. 중앙 제어 유닛은 또한 유압 제어 부재의 위치들의 타이밍을 제어하기 위해, 회전가능 부재를 구비한 밸브가, 회전가능 부재의 각도 위치들에 의존하는 회전 속도들에서 동작될 수 있도록 구성될 수 있다.
초기에 언급한 바와 같이, 상기 선택적 양태들 중 임의의 하나 또는 그 이상의 양태들이 구동 장치용으로 사용될 수 있다. 따라서, 구동 장치는, 단지 하나 또는 두 개의 양태가 사용되고, 또한 다른 양태들은 필요하다면 그 이후의 스테이지에서 부가될 수 있는, 특정 응용의 요구(needs)에 적응될 수 있는 모듈러 시스템으로서 설계될 수 있다.
구동 장치는 다양한 동작 모드들에서 동작될 수 있다. 제1 모드에서, (바람직하게는 조정가능한 힘 경로 특성을 갖는) 적어도 하나의 에너지 저장 장치와 결합하여 단지 적어도 하나의 전기 액츄에이터가 사용될 수 있다. 전력 소모를 줄이기 위해, 전기 액츄에이터들은 가동 부재를 (시간에 대한 경로 그래프에 대해) 사인파 형식으로 이동시킬 수 있는데, 여기서 에너지 저장 장치들의 힘 경로 특성은 (고유 진동수의 시간 주기가 전기 액츄에이터들의 사인파 움직임의 시간 주기에 대응하도록) 이러한 사인파 움직임으로 조정된다.
제2 모드에서, 수동 힘 인가 장치와 결합하여 적어도 하나의 유압 액츄에이터(및, 원한다면, 적어도 하나의 전기 액츄에이터)가 사용될 수 있다. 이 모드는 보다 높은 펀칭 또는 프레싱 힘들이 필요한 경우에 장점이 있다. 이 모드에서, 유압 액츄에이터(들)에 공급되는 유체가 적절히 감소될 수 있도록 리프팅 액츄에이션을 최소로 유지함으로써 전력 소모가 감소된다. 이미 언급한 바와 같이, 부가의 에너지를 저장하도록 수동 힘 인가 장치를 압축하기 위해 유압 액츄에이터(들)의 리프팅 움직임이 사용될 수 있다. 이 모드는 큰 힘들이 필요한 경우 및 가동 부재의 비사인파(non-sinusoidal) 움직임들의 경우에 바람직하다. 후자의 경우에, 시간에 걸친 경로에 대한 그래프는, 예를 들면, 아래로 향하는 짧은 피크들에 의해 단속되는(interrupted) 수평선일 수 있다. 또는, 또 다른 예에 따라, 시간에 걸친 경로에 대한 그래프는 아래로 향하는 시너스(sinus) 곡선들만을 갖는 "부분" 사인파 그래프일 수 있고, 여기서, 아래로 향하는 시너스 곡선들은 수평선들로 대체된다. 불필요하게 높은 리프팅 움직임이 회피됨에 따라, 구동 장치의 속도 또한 증가될 수 있다.
또한 에너지 저장 장치(들) 및 수동 힘 인가 장치(들)와 결합하여 전기 및 유압 액츄에이터들이 사용되는 혼합(제3) 모드들이 가능한데, 여기서, 에너지 저장 장치(들)의 스프링 상수 및 수동 힘 인가 장치(들)의 특성은 전력 소모를 감소시키기 위해 (예를 들면, 최소 제곱법에 의해) 최적화될 수 있다.
결과적으로, 전술한 바와 같은 구동 장치는 특정 응용의 요구에 좌우되어 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 사용자는 구동 장치를(예컨대, 프레스를 위해), 힘은 적으면서 고속 동작이 요구되면 제1 모드에서 사용할 수 있거나, 또는 속도는 낮으면서 보다 큰 힘이 요구되면 제2 모드에서 사용할 수 있다.
본 발명의 특징으로 고려되는 신규한 특징들이 이하에 설명된다. 그러나, 본 발명 자체는 본 발명의 구성 및 동작 방법 모두에 대해 첨부 도면들과 연계하여 읽고 이해될 때 특정 실시예들에 대한 다음의 설명으로부터 가장 잘 파악될 것이다.
본 발명을 명확하게 이해하고 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명은 다음의 도면들과 결합하여 설명되며, 여기서 유사한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 구성 요소들을 지칭하며, 이 도면들은 본 명세서에 통합되어 일부를 구성한다.
도 1은 구동 메커니즘의 제1 구현예의 개략도를 도시한다.
도 2는 제1 구현예에 따른 구동 메커니즘의 (도 4의 선 2-2를 따른) 단면도를 도시한다.
도 3은 제1 구현예에 따른 구동 메커니즘의 (도 2의 선 3-3을 따른) 단면도를 도시한다.
도 4는 제1 구현예에 따른 구동 메커니즘의 (도 2의 선 4-4을 따른) 단면도를 도시한다.
도 5는 제1 구현예에 따른 구동 메커니즘의 (도 4의 선 5-5을 따른) 단면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 도 1 내지 도 5의 구동 메커니즘에 사용될 수 있는 유압 제어 부재의 구현예의 단면도들을 도시한다.
도 7a는 선형 전기 액츄에이터의 리드 스크류(lead screw) 및 너트 실시예의 도면을 도시한다.
도 7b는 선형 전기 액츄에이터의 타이밍 벨트 및 풀리(pulley) 실시예의 도면을 도시한다.
도 7c는 선형 전기 액츄에이터의 래크(rack) 및 피니언 기어 실시예의 도면을 도시한다.
도 8a는 선형 유압 액츄에이터의 리드 스크류 및 너트 실시예의 도면을 도시한다.
도 8b는 선형 유압 액츄에이터의 타이밍 벨트 및 풀리 실시예의 도면을 도시한다.
도 8c는 선형 유압 액츄에이터의 래크 및 피니언 기어 실시예의 도면을 도시한다.
도 1을 참조하면, 예를 들면, 프레스 머신(105)을 제어하기 위한 구동 장치(100)가 도시되어 있다. 구동 장치(100)는 프레스 머신(105)에 결합된 전자 제어 시스템(110)을 포함한다. 도 1을 참조하여 전자 제어 시스템(110)에 결합된 프레스 머신(105)의 부품들의 일반적인 설명이 제공되고 도 2 내지 도 5를 더 참조하여 프레스 머신(105)의 세부 사항이 논의된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프레스 머신(105)은 일반적으로 주축(120)을 따라 이동하는, 예를 들면, 프레스 머신용 램(ram)과 같은 가동 부재(movable member)(115)를 포함한다. 가동 부재(115)는, 하나 또는 그 이상의 선형 유압 액츄에이터(linear hydraulic actuator)(125)들 및/또는 하나 또는 그 이상의 선형 전기 액츄에이터(130)들이 가동 부재와 동기하여 이동될 수 있도록 혼합 배치 방식으로 다양한 결합 지점들 또는 영역들에서 하나 또는 그 이상의 선형 유압 액츄에이터(125)들 및 하나 또는 그 이상의 선형 전기 액츄에이터들(130)에 결합된다. 선형 유압 액츄에이터들(125) 및 선형 전기 액츄에이터들(130)은 가동 부재(115)에 대해 나란히 배열된다. 선형 유압 액츄에이터들(125)은 제1 힘을 발생시키고, 선형 전기 액츄에이터들(130)은 제2 힘을 발생시키는데, 제1 힘과 제2 힘은 가동 부재(115)에 대해 평행하게 작용하여 결합된 힘이 된다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같은 하나 또는 그 이상의 선형 전기 액츄에이터(130)와 하나 또는 그 이상의 선형 유압 액츄에이터(125)의 조합은 여러 이점들을 갖는다. 구동 장치(100)는 내부 마찰이 덜한데, 이는 액츄에이터들이 파워 전달 및 원하지 않는 플레이를 피할 수 있도록 가동 부재(115)에 직접 결합될 수 있기 때문이다. 또한, 충격 및 역학적 반응이 증가될 수 있고, 진동들 및 잡음들이 감소되며, 가동 부재(115)의 위치에 좌우되어 액츄에이터들에 의해 가동 부재(115)에 가해지는 힘들뿐만 아니라 가동 부재(115)의 움직임의 제어 능력이 상당히 개선된다. 그 결과, 구동 장치(100)는 미리 정해진 커브들에 따라 높은 제어성의 위치지정 및 힘 애플리케이션을 가지면서 더 빠르게 구동될 수 있다. 특히, 고속 리프팅 및 낮아진 액츄에이션이 가능하고, 실제 프레싱 움직임은 저속이지만 증가된 힘들에 의해 수행된다.
각각의 선형 전기 액츄에이터(130)는 주축(120)의 방향으로 배열되고, 선형 전기 액츄에이터(130)의 출력은 가동 부재(115)에 결합되는 (예를 들면, 부착되는) 견고한 포스트(post)(135)에 제공된다. 견고한 포스트(135)는 주축(120)을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 각각의 선형 전기 액츄에이터(130)는 전기 제어 장치(140)와 연관되는데, 이는 전자 제어 시스템(110)에 접속되어 이 전자 제어 시스템(110)으로부터 신호를 수신한다. 부가하여, 프레스 머신(105)은 각각의 선형 전기 액츄에이터(130)와 연관되고 가동 부재(115)의 결합 영역에 결합되도록 위치지정되는 포지션 검출기들(145)을 포함한다. 각각의 포지션 검출기(145)는 결합 영역에서 가동 부재(115)의 절대 위치를 측정한다.
위치 검출기(145)는, 결합 영역에서 가동 부재(115)의 절대 위치를 검출하거나 또는 측정할 수 있고, 전자 제어 시스템(110)에 그 위치를 제공하여 선형 전기 액츄에이터(130) 및 선형 유압 액츄에이터(125)를 작동시키기 위한 피드백을 전자 제어 시스템(110)에 제공하는 임의의 장치일 수 있다. 따라서, 위치 검출기(145)는 예를 들어 광학, 용량성, 자기 변형성(magnetostrictive), 자기 저항성(magnetoresistive) 또는 유도성과 같은 임의의 적합한 기술을 이용하는 선형 인코더일 수 있다.
선형 유압 액츄에이터(125)는, 주축(120)의 방향으로 배열되고, 선형 유압 액츄에이터(125)의 출력이며 가동 부재(115)에 결합되는 (예를 들면, 부착되는) 막대(rod)(150)를 포함한다. 막대(150)는 주축(120)을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 선형 유압 액츄에이터(125)는 유압 제어 부재(예를 들면, 밸브)(155)에 유압적으로 결합되고, 유압 제어 부재는 기계적 연결 시스템(170)을 통해 서보 모터 또는 전기 액츄에이터(165)에 기계적으로 접속되며, 전기 액츄에이터(165)는 전기 제어 장치(172)에 접속되는데, 이는 전자 제어 시스템(110)에 접속된다.
전자 제어 시스템(110)은 고정된 메모리에 저장되는 (애플리케이션 프로그램 및 운영 시스템을 포함하는) 프로그램 데이터에 기반하여 프레스 머신(105)의 동작을 제어하는 프로세서(175)를 포함한다. 제어 시스템(110)은 언제라도 판독 및 기록될 수 있는 임시 메모리(180), 디스플레이와 같은 하나 또는 그 이상의 출력 장치들(185), 및 마우스 및 키보드와 같은 하나 또는 그 이상의 입력 장치들(190)을 또한 포함한다. 제어 시스템(110)은, 선형 유압 액츄에이터(125)가 유압 제어 부재(155)의 순환 동작에 따라 제어되고, 또한 각각의 선형 전기 액츄에이터(130)가 가동 부재(115)의 제어되는 순환 액츄에이션을 보장하기 위해 위치 신호들에 좌우되어 제어되는 식으로 동작하도록 구성된다.
또한, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 도 1에 도시되지 않은 특징들을 포함하는 프레스 머신(105)의 세부 사항이 도시되어 있다. 가동 부재(115)는, 가동 부재(115)가 주축(120)을 따르고 또한 프레임 벽들(200)과 상부 플레이트(202)에 의해 형성되는 캐비티 내에서 자유롭게 이동할 수 있도록, 고정된 지지들(205)에 장착되는 프레임 벽들(200) 사이에 위치지정된다. 프레임 벽들(200) 및 고정된 지지들(205)은 임의의 견고한 물질과 임의의 사이즈로 이루어져서 동작 동안에 프레스 머신(105)의 내부 컴포넌트들에 충분한 지지를 제공할 수 있다. 예컨대, 프레임 벽들(200) 및 지지들(205)은 금속으로 이루어질 수 있다. 가동 부재(115)는 압력을 가하거나 또는 잡아 당김을 위한 임의의 가이드된(guided) 구조 또는 덩어리일 수 있다. 가동 부재(115)는 이러한 기능에 적합한 견고한 물질, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있다.
프레스 머신(105)은, 프레임 벽들(200)에 부착되고, 무엇보다도, 선형 유압 액츄에이터(125), 유압 제어 부재(155), 기계적 연결 시스템(170) 및 전기 액츄에이터(165)를 위한 지지를 제공하는데 이용되는 베이스 플레이트(210)를 포함한다. 베이스 플레이트(210)는 막대(150)가 주축(120)을 따라 자유롭고 또한 직선적으로 이동할 수 있는 개구를 또한 포함한다.
프레스 머신(105)은, 프레임 벽들(200)에 부착되고 볼스터(bolster)(220)를 지지하는데 이용되는 베드(bed)(215)를 포함한다. 볼스터(220)는 다이들(도시되지 않음)을 수용하는 채널들 또는 개구들(225)을 정의한다. 이에 대응하여, 가동 부재(115)는 펀치들(도시되지 않음)을 수용하기 위한 채널들(235)을 정의하는 영역(230)을 포함한다. 베드(215)는 포스트들(135)을 수용하도록 사이즈가 맞춰진 개구들(240)을 정의하고, 각각의 개구(240)는 롤러 베어링들(245)이 갖춰져서 주축(120)을 따라 (예를 들어, 마찰을 줄임으로써) 포스트들(135)의 움직임을 용이하게 한다.
선형 전기 액츄에이터(130)는 선형 움직임을 발생시키고 그 주요한 유도 파워가 전기에 의해 공급되는 임의의 선형 액츄에이터일 수 있다. 예컨대, 대부분의 바람직한 실시예에서, 선형 전기 액츄에이터(130)는 집적 구동 선형 모터(131)(도 3 및 도 4)일 수 있다. 일 구현에서, 선형 전기 액츄에이터는 Kollmorgen사(www.DanaherMotion.com)가 생산한 직접 구동 선형 모터(모델 DDLICII-250)이다. 선형 전기 액츄에이터들(130)은 프레스 머신(105)에서 제공되는 모션의 범위 내에서 전자 제어 시스템(110)에 의한 전기 제어 장치(140)의 제어를 통해 독립적으로 동작 가능하다. 이것에 의해, 특히 가동 부재(115)의 피치, 롤, 및 직선 위치(linear position) 중의 하나 또는 그 이상에 대한 조정을 제공하도록 개개의 전기 액츄에이터들(130)의 결합 지점에서 가동 부재(115)에 대한 독립적인 위치 조정을 제공하는 것이 가능해진다.
본 바람직한 구현에서, 선형 전기 액츄에이터들은 직접 구동 모터들이고, 이 직접 구동 선형 모터들(131)은 가동 부재(115)의 측면 및 프레임 벽들(frame walls)(200)의 내부를 따라서 위치된다. 직접 구동 선형 모터들(131)은 프레임 벽들(200)에 고정된 코일 슬라이드들(고정자들)(250) 및 개개의 포스트들(posts)(135)에 고정된 자석 플레이트들(magnet plates)(255)을 포함한다.
앞서 논의한 대로, 위치 검출기(145)는 결합 영역에서 가동 부재(115)의 절대 위치를 측정하고, 선형 전기 액츄에이터(130) 및 선형 유압 액츄에이터(125)를 동작시키도록 전기 제어 시스템(110)에게 피드백을 제공하기 위해 측정된 위치를 전기 제어 시스템(110)에게 제공한다. 위치 검출기(145)는 스케일(scale)과 쌍을 이루며 위치를 인코딩하는 선형 인코더(예를 들어 센서 또는 트랜스듀서)일 수 있다. 센서는 인코딩된 위치를 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하기 위해 스케일을 판독하는데, 이 변환된 신호는 이후 디지털 위치가 되도록 디코딩될 수 있다. 움직임은 시간 경과에 따른 위치 변화에 의해 결정될 수 있다.
덜 바람직한 실시예들에서는, 선형 전기 액츄에이터(130)는 회전식 전기 모터(rotary electric motor)(847)로서 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 메커니즘이다. 이런 메커니즘들로는, 리드 스크류(850) 및 너트(855) 메커니즘들(132)(도 7a), 타이밍 벨트(860) 및 풀리(pulley)(865) 메커니즘들(133)(도 7b), 및 래크(rack)(870) 및 피니온(pinion) 기어(875) 메커니즘들(134)(도 7c)이 있는데, 이것들에만 국한되지 않는다.
선형 유압 액츄에이터(125)는 직선 운동을 생성하고 그 주요 동력원이 유압유(hydraulic fluid)에 의해 공급되는 임의의 선형 액츄에이터가 될 수 있다. 예를 들어, 가장 바람직한 실시예에서, 선형 유압 액츄에이터(125)는 피스톤 및 실린더 메커니즘(126)(도 2 및 5-6c)인데, 이 메커니즘은 베이스 플레이트(210)에 장착되고 오일과 같은 유압유를 수납하는 실린더(500)를 포함하고, 또한 그 하부 단에서 가동 부재(115)에 연결하는 막대(rod)(150)를 포함한다. 막대(150)의 다른 단은 피스톤(505)에 연결되고, 이 피스톤은 베이스 플레이트(210)를 통해서 확장하고 자유롭게 움직이는 상부 막대(510)에 연결된다. 이런 식으로, 막대(150), 피스톤(505), 및 상부 막대(510) 전부는 유압 제어 부재(155)에 의한 제어에 적어도 응답하여 강체가 움직이는 식으로 움직인다.
덜 바람직한 실시예에서, 선형 유압 액츄에이터(125)는 회전식 유압 모터(848)로서 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 메커니즘이다. 이런 기계 장치들로는 리드 스크류(851) 및 너트(856) 메커니즘들(127)(도 8a), 타이밍 벨트(861) 및 풀리(866) 메커니즘들(128)(도 8b), 및 래크(871) 및 피니온 기어(875) 메커니즘들(129)(도 8c)이 있는데, 이것들에만 국한되지 않는다.
유압 제어 부재(155)는 베이스 플레이트(210)를 통해서 연장하고 기계적 체결(linkage) 시스템(170)의 한 단부에 결합되는 회전가능 부재 또는 샤프트(shaft)(515)를 포함하고, 전기 액츄에이터(165)는 베이스 플레이트(210)를 통해 연장하고 기계적 체결 시스템(170)의 또 다른 단부에 결합되는 샤프트(520)를 포함하여, 샤프트(520)의 회전이 샤프트(515)의 회전을 초래하도록 한다. 기계적 체결 시스템(170)은 샤프트(520)에 견고하게(rigidly) 부착된 휠(또는 기어)(525), 샤프트(515)에 견고하게 부착된 휠(또는 기어)(530), 및 한 영역에서 휠(525)에 결합되고 다른 영역에서 휠(530)에 결합되어 샤프트(520)로부터의 회전 에너지를 샤프트(515)로 전달하는 풀리 또는 체인(535)을 포함한다.
유압 제어 부재(155)는 고압의 유압유를 받기 위해 어큐뮬레이터(accumulator)(540)(고압 저장 탱크)에 유체적으로(fluidly) 연결되고, 또한 프레스 기계(105)에게 외부적으로 있을 수 있고 이하에서 더 논의하는 대로 동작 동안에 부재(155)로부터의 유출(outflow)을 받아내도록 구성된 가압되지 않은 탱크(545)(도 1에 도시됨)에 유체적으로 연결된다.
구동 장치(100)는 전기 제어 시스템(110)에게 직접 결합될 필요는 없는 프레스 기계(105)의 인클로져 내에 있는 장치들을 또한 포함한다. 특히, 구동 장치(100)는 가동 부재(115)의 결합 지점들 또는 영역들에 결합되는 하나 또는 그 이상의 에너지 저장 장치들(600)을 포함하고, 또한 가동 부재(115)의 결합 영역에 결합되는 적어도 하나의 수동 힘 인가 장치(605)(이는 에너지 저장 장치로도 기능함)를 포함한다.
하나 또는 그 이상의 에너지 저장 장치들(600)은 (선형 유압 액츄에이터들(125) 및 선형 전기 액츄에이터들(130)으로 인해) 가동 부재(115)의 움직임에 의해 공급되는 에너지를 저장할 수 있고, 저장된 에너지가 가동 부재(115)의 움직임을 조정하도록 가동 부재(115)에게 공급되고 또한 그에 의해 사용될 수 있게 된다. 에너지 저장 장치(600)는 선형 유압 액츄에이터들(125)로부터 유체적으로 분리된 선형 에너지 저장 장치이다. 예를 들어, 에너지 저장 장치들(600)은 주축(120)을 따라 힘들을 공급하는 가스 스프링들(gas springs)일 수 있다. 에너지 저장 장치(600)는 주축(120) 중에서 가동 부재(115)에게 에너지를 부여하는 조정가능 힘 경로 특성을 가질 수 있다. 힘 경로 특성은 결합 지점에서 위치의 미분 변화를 획득하는데에 필요한 미분력(differential force) 간의 관계이다. 에너지 저장 장치(600)의 힘 경로 특성은, 양호하게는 가동 부재(115) 상에 에너지 저장 장치(600)에 의해 가해지는 힘이 가동 부재(115)의 가동 범위 내에 있는 가동 부재(115)의 위치에서 그 방향을 변화시키도록 하거나, 또는 가동 부재(115)의 동작 범위 내에서 가동 부재의 위치를 제공하도록 한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 에너지 저장 장치(600)는 가동 부재(115) 위에 위치되고, 4개의 에너지 저장 장치들은 가동 부재(115) 아래에 위치된다. 가동 부재(115) 위의 에너지 저장 장치들(600)은 주 축(120)을 따라 제1 직선 방향에서 가동 부재(115)에게 에너지를 방출(release)하는데, 여기서 제1 직선 방향은 가동 부재(115)가 베드(215) 쪽으로 움직이는 방향에 대응한다. 가동 부재(115) 아래에 있는 에너지 저장 장치들(600)은 주축(120)을 따라 제1 직선 방향과 반대인(또한 그와 평행한) 제2 직선 방향에서 가동 부재(115)에게 에너지를 방출하는데, 여기서 제2 직선 방향은 가동 부재(115)가 베드(215)로부터 멀어지도록 움직이는 방향에 대응한다.
에너지 저장 장치들(600)은 가동 부재(115)의 동작 범위 내에서 가동 부재(115)의 위치지정을 제공한다. 에너지 저장 장치들(600)이 가스 스프링인 경우, 가스 스프링의 힘 경로의 특성은 가스 스프링들 내의 가스 압력을 변경함으로써, 특히, 압력 가스 소스를 이용하여 가스 압력을 증가시키거나 출구 밸브를 이용하여 가스 압력을 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 대안적으로, 에너지 저장 장치들(600)은 탄성 스프링들일 수 있고, 스프링의 힘 경로 특성은 예를 들면, 가동 부재(115)에 대해 스프링 힘을 증가 또는 감소시키기 위해 연결점의 종단에 반대되는 스프링의 종단의 위치를 조정함으로써 조정될 수 있다.
에너지 저장 장치들(600)의 힘 경로 특성들은 사용자로부터의 입력을 이용하여 제어 시스템(110)에 의해 조정될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 에너지 저장 장치들(600)의 힘 경로 특성은 구동 장치의 고유 진동수가 가동 부재의 이동 진동수이거나 또는 그에 근접하게 되도록 조정될 수 있다. 따라서, 에너지 저장 장치들(600)은 특히, (예를 들어, 사인 곡선이고 고유 진동수를 갖는) 주기적인 고조파 방식의 구동 장치(100)를 동작시킬 때 유용하다. 제어 시스템(110)은 고유 진동수가 구동 장치(100)의 동작 진동수에 근접하도록 또는 그와 동일하도록, 구동 장치(100)에 대해 설정된 동작 진동수에 따라 에너지 저장 장치들(600)의 힘 경로 특성들을 조정함으로써 구동 장치(100)의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 이에 의해, 액츄에이터들의 에너지 소비는 현저하게 감소될 수 있다.
제어 유닛(110)은 , 구동 장치(100)가 구동 장치(100)의 고유 진동수에서 또는 그 근처에서 동작하도록 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성을 자동으로 조정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 힘 경로 특성은 비례 관계
Figure pct00001
로 특징지어지는데, 여기서, F는 힘이고, k는 상수이고, x는 에너지 저장 장치의 변위이다. 제어 유닛(110)은, 이동 질량 및 원하는 동작 진동수에 기초하여 필요한 힘 경로 특성 또는 필요한 스프링 상수를 계산함으로써, 선택되거나 미리정해진 값들을 이용함으로써, 또는 적어도 하나의 액츄에이터의 전력 소모에 따라 힘 경로 특성을 조정함으로써, 구동 장치(100)의 고유 진동수에서 또는 그 근처에서 동작하기 위해 적어도 하나의 가스 또는 탄성 스프링들(600)에 대해 요구되는 스프링 상수 또는 요구되는 힘 경로 특성을 결정한다. 전력 소모의 감소는 에너지 저장 장치(600)의 제공 및 힘 경로 특성의 조정에 대한 하나의 목표이기 때문에 후자의 가능성이 가장 바람직한 실시예이다. 첫 번째 가능성의 경우에, 에너지 저장 장치에 요구되는 힘 경로 특성을 계산하는 데에 관계
Figure pct00002
가 사용될 수 있으며, 여기서, w는 구동 장치(100) 또는 에너지 저장 장치(600)에 대한 고유 진동수, m은 이동 질량의 합, k는 힘 경로 특성에 비례하는 스프링 상수이다.
수동 힘 인가 장치(605)는 선형 유압 액츄에이터(125)의 로드(rod)(510)에 힘을 제공하는 유체의 가압 실린더로서 설계될 수 있다. 예를 들어, 장치(605)는 질소 가스 등의 가스로 채워진 실린더일 수 있다. 바람직하게는, 수동 힘 인가 장치(605)는 로드(510)의 위치에 따른 힘을 변경하지 않거나 또는 단지 미미하게만 변경하는 힘 경로 특성을 갖는다. 이것은 실린더의 비교적 큰 작용 체적에 의해, 또는 실린더를 추가의 저장소에 연결함으로써 획득될 수 있다.
수동 힘 인가 장치(605)는 주로 제1 방향인 선형 유압 액츄에이터(125)의 로드(510)를 통해 제1 선형 방향을 따라 가동 부재(115)에 힘을 가한다. 수동 힘 인가 장치(605)는 힘을 제공하기 위한 외부의 에너지 공급장치를 필요로 하지 않는다. 수동 힘 인가 장치(605)는 주로, 가동 부재(115)가 제2 방향으로 이동하고 있는 동안 에너지를 받아 저장한다. 또한, 수동 힘 인가 장치(605)에 의해 가동 부재(115)에 가해지는 힘은 선형 유압 액츄에이터(125) 및/또는 선형의 전기 액츄에이터들(130)에 의해 가해지는 힘에 추가되거나 또는 그로부터 삭감되는 힘이다. 수동 힘 인가 장치(605)는 유압 액츄에이터(들)(125) 및/또는 전기 액츄에이터(들)(130)의 액츄에이션에 의해 압축된다. 따라서, 제2 방향으로의 이들 액츄에이터의 액츄에이션이 수동 힘 인가 장치(605)에 에너지를 저장하기 위해 사용될 수 있기 때문에, 종국적으로 프레싱/펀칭 힘을 증가시키기 위해 액츄에이터들의 리프팅 액츄에이션도 이용될 수 있다.
이러한 방식으로, 수동 힘 인가 장치(605), 에너지 저장 장치(600), 선형 유압 액츄에이터(125) 및 선형 전기 액츄에이터들(130)은 가동 부재(115)의 주축(120)과 모두 평행하게 배열된다. 따라서, 이들 장치들 각각은 일반적으로 주축(120)에 평행한 힘이 가해진다. 수동 힘 인가 장치(605)는 유압 액츄에이터(125)로부터 유체적으로 결합해제된다.
또한, 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 선형 유압 액츄에이터(125) 및 유압 제어 부재(155)의 추가의 특징들이 도시되어 있다. 유압 제어 부재(155)는 베이스 플레이트(210), 및 전기 액츄에이터(165)(도 2 참조)에 의한 액츄에이션 시에 블럭(800) 내에서 회전할 수 있는 샤프트(515)에 장착되는 정지 블럭(800)을 포함한다. 샤프트(515)는, 양자 모두가 3개의 입구/출구 개구를 갖는 2개의 내부 유체 흐름 경로(805, 810)를 정의하고, 샤프트(515)와 정지 블럭(800) 간의 공간은 밀봉 시스템(sealing system)(815)에 의해 유체적으로 밀봉된다. 밀봉 시스템(815)은 예를 들어, 블럭(800)의 내면과 샤프트(515)의 외면의 계면에 형성되는 O-링 그루브 내에 맞는 O-링일 수 있다. 샤프트(515)는 이러한 구현예에서, 주축(120)에 병렬인 밸브 축(820)에 대해 회전하도록 구성된다. 블럭(800)은 2개의 내부 유체 흐름 경로(825, 830), 가압 유체와 함께 어큐뮬레이터(540)에 유체적으로 결합하는 입구 포트(835), 및 비가압 탱크(545)에 유체적으로 결합하는 2개의 유출 포트(840, 845)를 포함한다.
도 6a 내지 도 6d는 샤프트(515)의 4개의 위치들을 도시한다. 도 6a 및 도 6d에 도시된 ("제3") 위치에서, 입구/출구 포트들(835, 840, 845)과 실린더(500)의 상부 및 하부 챔버들 간에는 유체 연결이 없다. 따라서, 로드(150)의 이동은 이들 위치에서 차단된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 샤프트(515)의 ("제2") 위치에서, 입구 포트(835)는 실린더(500)의 하부 챔버와 유체 연결되며, 실린더(500)의 상부 챔버는 출구 포트(840)와 유체 연결되어, 로드(150)가 상방으로 이동된다. 따라서, 도 6c의 샤프트(515)의 ("제1") 위치에서, 입구 포트(835)는 실린더(500)의 상부 챔버와 유체 연결되며, 실린더(500)의 하부 챔버는 출구 포트(845)와 유체 연결되어, 로드(150)가 하방으로 이동된다.
바람직한 실시예에서, 구동 장치(100)의 액츄에이션 사이클은 (a) 적어도 하나의 유압 액츄에이터(125) 및 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)를 제1 방향으로 구동하는 단계, (b) 적어도 하나의 유압 액츄에이터(125) 및 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)를 제2 방향으로 구동하는 단계, 및 (c) 유압 제어 부재(155)를 제3 위치에 배치시킴으로써 가동 부재(115)를 고정된 위치에 유지하는 단계를 포함하고, 적어도 이 동작 단계의 일부분 동안에는 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)가 동작되지 않거나, 또는 전류가 제공되지 않거나 매우 적은 양의 전류만이 제공된다. 본 동작의 이점은 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)가 한 사이클 동안에 전기 액츄에이터(들)(130)가 냉각될 수 있는 시간 간격을 갖는다는 점이다. 또한, 차단된 유압 제어 부재(155)는, 수동 힘 인가 장치(605)가 만약 존재하는 경우 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)의 추가적인 힘을 필요로 하지 않고도 (단, 이 추가적인 힘이 수동 힘 인가 장치(605)를 압축하는 데 사용될 수도 있음) 압축된 상태로 유지될 수 있도록 제3 위치에서 유압 액츄에이터(125), 및 그에 따른 가동 부재(115)의 임의의 이동을 차단시킨다.
샤프트(515)의 회전은 특정 애플리케이션에 의해 요청되는 바와 같이 (전기 제어 장치(172) 및 전자 제어 시스템(110)에 의해 제어되는) 전기 액츄에이터(165)를 사용하여 제어될 수 있다. 샤프트(515)의 회전은 일정한 진동수 및/또는 일정한 속도로 동작될 수 있다. 샤프트(515)의 회전은 샤프트(515)의 위치들의 타이밍을 제어하기 위하여 샤프트(515)의 각도 위치들에 의존하는 회전 속도로 동작될 수 있다. 일정한 속도로 회전하는 경우, 로드(150)는 사인 함수에 가깝게 상하로 이동한다. 또한, 샤프트(515)의 위치는 샤프트의 각도 위치에 따른 회전 속도 또는 시간에 따른 회전 속도를 각각 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, 한 사이클동안에, 예를 들어, 로드(150)가 그 사이클 동안에 상부 위치에서 비교적 오랫동안 차단되어야 하는 경우, 샤프트(515)는 1회 이상 정지될 수 있다. 또한, 매우 빠른 하방 이동과 후속적인 상방 이동만이 필요한 경우에는, 도 6c에 도시된 위치(강하 위치)와 도 6b에 도시된 위치(리프팅 위치) 사이의 회전 속도는 이들 위치 사이에서 로드(150)의 차단 시간을 없애거나 아주 짧게 하기 위해 (평균 회전 속도에 비해) 증가될 수 있다.
유압 제어 부재(155)로 인해, 유압 액츄에이터(125)는 고속으로 정확하게 이동될 수 있고, 이 경우 유압 액츄에이터(125)는 동시에 큰 프레스 힘/펀칭 힘을 제공할 수 있다. 그 결과, 유압 액츄에이터(125)의 힘 및 경로 특성들에 대한 제어가 개선되어, 구동 장치(100)의 다른 컴포넌트들(제공된다면)과의 상호작용도 개선된다. 그 결과, 프레스 머신(105)은 애플리케이션의 필요 사항에 따라 매우 다양한 방식으로 동작될 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 구동 장치(100)는 다양한 동작 모드들에서 동작될 수 있다. 제1 모드에서, 전기 액츄에이터(130)들은 (바람직하게는 조정가능한 힘 경로 특성들을 이용하여) 에너지 저장 장치(600)와 결합되어서만 사용될 수 있다. 전력 소모를 감소시키기 위하여, 전기 액츄에이터(130)들은 가동 부재(115)를 예를 들어, (시간에 따른 경로 그래프에 관한) 사인파 방식으로 이동시킬 수 있고, 이 경우 에너지 저장 장치(600)들의 힘 경로 특성은 고유 진동수의 기간이 전기 액츄에이터들의 사인파 이동의 기간에 대응하도록 이 사인파 이동으로 조정된다.
제2 모드에서, 유압 액츄에이터(125) 및 (원한다면) 적어도 하나의 전기 액츄에이터(130)는 수동 힘 인가 장치(605)와 결합하여 사용될 수 있다. 이 모드는 좀더 높은 펀칭 힘 또는 프레스 힘이 필요한 경우에 이점이 있다. 이 모드에서는, 리프팅 액츄에이션을 최소로 유지함으로써 전력 소모가 감소되며, 그에 따라 유압 액츄에이터(125)에 공급되는 유체가 감소될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 유압 액츄에이터(125)의 리프팅 이동은 추가적인 에너지를 저장하기 위해 수동 힘 인가 장치(605)를 압축시키도록 사용될 수 있다. 이 모드는 큰 힘이 필요한 경우와 가동 부재(115)의 이동들이 비사인파인 경우에 바람직하다. 후자의 경우, 시간에 따른 경로에 관한 그래프는, 예컨대 하방으로 향하는 짧은 피크들에 의해 인터럽트되는 수평선일 수 있다. 또는, 다른 예에 따르면, 시간에 따른 경로에 관한 그래프는 하방으로 향하는 사인 곡선들만을 갖는 "부분적인" 사인파 그래프일 수 있으며, 여기서 하방으로 향하는 사인 곡선들은 수평선에 의해 대체된다. 불필요한 높은 리프팅 이동이 회피됨에 따라, 구동 장치(100)의 속도 또한 증가될 수 있다.
또한, 혼합 (제3) 모드들에서는 전기 액츄에이터 및 유압 액츄에이터가 에너지 저장 장치(600)들 및 수동 힘 인가 장치(605)와 결합하여 사용될 가능성이 있고, 이 경우 에너지 저장 장치(들)의 스프링 상수와 수동 힘 인가 장치들의 특성들은 (예를 들어, 최소 제곱법 방식에 의해) 전력 소모를 감소시키기 위하여 최적화될 수 있다.
그 결과, 상술한 구동 장치(100)는 특정 애플리케이션의 필요에 따라 다양한 방식들로 사용될 수 있다. 사용자는 프레스 시에, 예컨대 작은 힘의 고속 동작을 필요로 하는 경우에는 제1 모드로, 저속의 큰 힘을 필요로 하는 경우에는 제2 모드로 하여 구동 장치(100)를 사용할 수 있다.
추가적인 분석 없이도, 상기 내용은 본 발명의 실시예들의 요점을 충분히 나타내고 있으므로, 종래 기술의 관점으로부터 본 발명의 실시예들의 일반적 또는 특정 양태들의 특성들을 구성하는 특징들을 생략하지 않고도, 당업자가 현재 지식을 적용함으로써 다양한 애플리케이션에 대해 본 발명을 쉽게 적응시킬 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법이 가까운 임의의 컨텍스트에 대해 적절하게 구성되고 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 상술한 실시예들은 모든 측면들에서 단지 예시적인 것이고 비제한적인 것으로서 고려되어야 할 것이다. 청구범위의 등가물의 범주 및 의미 내에 있는 모든 변경들이 청구범위의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (106)

  1. 가동 부재를 위한 구동 장치로서,
    제1 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터, 및
    제2 힘을 발생시키기 위한 적어도 하나의 선형 유압(hydraulic) 액츄에이터
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는, 결합력을 생성하기 위해 상기 제1 힘과 상기 제2 힘이 상기 가동 부재에 평행하게 작용하도록 배치되고,
    상기 가동 부재는 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동할 수 있는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는, 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터와 상기 가동 부재가 동기하여 이동될 수 있도록 상기 가동 부재에 연결되는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터의 액츄에이션(actuation)을 제어하기 위한 적어도 하나의 제1 전기 제어 장치를 포함하는 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선형 유압 액츄에이터는, 상기 선형 유압 액츄에이터와 상기 가동 부재가 동기하여 이동될 수 있도록 상기 가동 부재에 연결되는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선형 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 적어도 하나의 유압 제어 부재를 포함하고,
    상기 유압 제어 부재는 제2 전기 제어 장치에 의해 동작되는 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터의 액츄에이션 및 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위해 상기 제1 전기 제어 장치 및 상기 제2 전기 제어 장치에 제어 신호들을 보내기 위한 중앙 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가동 부재의 위치를 측정하기 위한 적어도 하나의 위치 센서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 위치 센서는 상기 중앙 제어 유닛에 위치 신호들을 보내기 위해 상기 중앙 제어 유닛과 통신하는 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터가 상기 적어도 하나의 유압 제어 부재의 주기적 동작에 따라 제어되도록, 그리고 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터가 상기 가동 부재의 제어된 주기적 액츄에이션을 보장하기 위해 상기 위치 신호들에 의존하여 제어되도록 상기 구동 장치를 동작시키도록 구성되는 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 독립적으로 동작될 수 있는 적어도 3개의 선형 전기 액츄에이터를 포함하는 구동 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 선형 전기 액츄에이터는 상기 가동 부재의 일부에서 또는 별개의 연결점에서 상기 가동 부재에 연결되는 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 선형 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 적어도 3개의 전기 제어 장치를 포함하는 구동 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 연결점들에서 상기 가동 부재의 위치들을 측정하기 위한 적어도 3개의 위치 센서를 포함하고,
    상기 적어도 3개의 위치 센서는 중앙 제어 유닛에 위치 신호들을 보내기 위해 상기 중앙 제어 유닛과 통신하는 구동 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 각각의 선형 전기 액츄에이터들의 연결점에서 상기 가동 부재의 독립적인 위치 조정을 제공하도록, 특히 상기 가동 부재의 피치, 롤(roll) 및 선형 위치 중 하나 이상의 조정을 제공하도록 구성되는 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선형 전기 액츄에이터의 출력에 직접 연결되는 수동 가이드(passive guide)를 더 포함하는 구동 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가동 부재는 수동 가이드에 직접 연결되지 않는 구동 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 가동 부재에 연결되는 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 힘 경로 특성(force path characteristic)을 갖는 구동 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 의해 상기 가동 부재에 가해지는 힘이 상기 가동 부재의 작업 범위(working range) 내에 있는 상기 가동 부재의 위치에서 상기 힘의 방향을 바꾸도록 하는 것인 구동 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 의해 상기 가동 부재에 가해지는 힘이 상기 가동 부재의 동작 범위(operational range) 내에서의 상기 가동 부재의 위치지정(positioning)을 제공하도록 하는 것인 구동 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은 조정가능한 구동 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은 상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수(moving frequency)와 동일하거나 그에 가깝도록 조정가능한 것인 구동 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 가스 스프링(gas spring)을 포함하는 구동 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는,
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 선형 축을 따르는 제1 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 가스 스프링, 및
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 선형 축을 따르는 제2 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 가스 스프링 - 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 반대됨 -
    을 포함하는 구동 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 힘 경로 특성은 상기 적어도 하나의 가스 스프링의 가스 압력을 조정함으로써, 특히 압력 가스 소스를 이용하여 가스 압력을 증가시키거나 출구 밸브를 통해 가스 압력을 감소시킴으로써 조정될 수 있는 구동 장치.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 탄성 스프링을 포함하고, 각각의 탄성 스프링은 제1 단에서 상기 가동 부재에 연결되는 구동 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 스프링은 상기 가동 부재에 가해지는 스프링 힘을 증가시키거나 감소시키도록, 상기 제1 단에 대하여 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단의 고정 위치를 조정함으로써 조정될 수 있는 구동 장치.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수와 동일하거나 그에 가깝도록 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성을 조정하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 이동 질량(moving masses) 및 원하는 동작 진동수에 기초하여 필요한 힘 경로 특성을 계산함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구되는 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 선택된 또는 미리 정해진 값들을 이용함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구되는 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및/또는 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 전력 소모에 의존하여 상기 힘 경로 특성을 조정함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구되는 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수와 동일하거나 그에 가깝도록 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 스프링 상수를 조정하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 이동 질량 및 원하는 동작 진동수에 기초하여 필요한 스프링 상수를 계산함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구되는 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 선택된 또는 미리 정해진 값들을 이용함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구되는 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터 및/또는 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터의 전력 소모에 의존하여 상기 스프링 상수를 조정함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구되는 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  34. 제16항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터로부터 유체적으로(fluidly) 분리된 선형 에너지 저장 장치인 구동 장치.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 가동 부재에 추가의 힘을 가하기 위해 상기 가동 부재에 연결되는 수동 힘 인가 장치(passive force exertion device)를 더 포함하는 구동 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터와 상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터에 평행하게 배치되는 구동 장치.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 추가의 힘을 제공하기 위해 외적 에너지 공급을 필요로 하지 않는 구동 장치.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터 및 상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 상기 가동 부재를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 이동시키기 위해 상기 가동 부재에 연결되고, 상기 수동 힘 인가 장치는 주로 상기 가동 부재가 상기 제2 방향으로 이동하고 있는 동안 에너지를 받아서 저장하고, 상기 수동 힘 인가 장치는 주로 상기 제1 방향으로 상기 가동 부재에 상기 추가의 힘을 가하도록 배치되는 구동 장치.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 피스톤 및 유체를 수납하는 실린더를 포함하는 구동 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 유체는 질소 가스인 구동 장치.
  41. 제35항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터로부터 유체적으로 분리되는 구동 장치.
  42. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제어하기 위한 유압 제어 부재, 및
    상기 유압 제어 부재를 제어하는 서보 모터
    를 더 포함하는 구동 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 위치, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 위치, 및 상기 적어도 하나의 액츄에이터가 이동할 수 없는 적어도 하나의 제3 위치를 갖는 구동 장치.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브이고, 상기 밸브의 기능은 상기 회전가능한 부재의 각도 위치(angle position)에 의존하고, 상기 회전가능한 부재는 상기 서보 모터에 의해 구동되는 구동 장치.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재의 위치, 및 그에 따라 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 이동이 제어되도록, 상기 서보 모터의 액츄에이션을 제어하기 위한 전기 제어 장치를 포함하는 구동 장치.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 서보 모터의 액츄에이션, 및 그에 따라 상기 유압 제어 부재의 위치를 제어하기 위해 상기 전기 제어 장치에 제어 신호들을 보내기 위한 중앙 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 상기 유압 제어 부재가 일정한 진동수 및/또는 일정한 속도로 동작될 수 있도록 구성되는 구동 장치.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 상기 유압 제어 부재의 위치들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 회전가능한 부재의 각도 위치들에 의존하여 회전 속도들에서 상기 유압 제어 부재가 동작될 수 있게 하도록 구성되는 구동 장치.
  49. 제42항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브를 포함하는 구동 장치.
  50. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 적어도 하나의 직접 구동 선형 모터인 구동 장치.
  51. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 회전식 전기 모터, 회전식 스크류 및 너트를 포함하는 구동 장치.
  52. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 회전식 전기 모터, 랙(rack) 및 피니온 기어(pinion gear)를 포함하는 구동 장치.
  53. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 전기 액츄에이터는 회전식 전기 모터, 타이밍 벨트 및 풀리(pulley)를 포함하는 구동 장치.
  54. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는 적어도 하나의 유압 실린더인 구동 장치.
  55. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는 회전식 유압 모터, 회전식 스크류 및 너트를 포함하는 구동 장치.
  56. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는 회전식 유압 모터, 랙 및 피니온 기어를 포함하는 구동 장치.
  57. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선형 유압 액츄에이터는 회전식 유압 모터, 타이밍 벨트 및 풀리를 포함하는 구동 장치.
  58. 제1항에 따른 구동 장치를 포함하는 프레스.
  59. 구동 장치로서,
    가동 부재, 및
    상기 가동 부재를 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동시키기 위해 상기 가동 부재에 연결되는 적어도 3개의 선형 전기 액츄에이터
    를 포함하고,
    상기 적어도 3개의 선형 전기 액츄에이터는 독립적으로 동작가능한 구동 장치.
  60. 제59항에 있어서,
    각각의 전기 액츄에이터는 상기 가동 부재의 일부에서 또는 별도의 연결점에서 상기 가동 부재에 연결되는 구동 장치.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 적어도 3개의 전기 제어 장치를 포함하는 구동 장치.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 전기 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위해 상기 전기 제어 장치들에 제어 신호들을 보내기 위한 중앙 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  63. 제62항에 있어서,
    각각의 연결점들에서 상기 가동 부재의 위치들을 측정하기 위한 적어도 3개의 위치 센서를 포함하고,
    상기 적어도 3개의 위치 센서는 상기 위치 신호들을 상기 중앙 제어 유닛에 보내기 위해 상기 중앙 제어 유닛과 통신하는 구동 장치.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 각각의 전기 액츄에이터의 연결점에서 상기 가동 부재의 독립적인 위치 조정을 제공하도록, 특히 상기 가동 부재의 피치, 롤 및 선형 위치 중 하나 이상의 조정을 제공하도록 구성되는 구동 장치.
  65. 제59항에 따른 구동 장치를 포함하는 프레스.
  66. 구동 장치로서,
    가동 부재,
    상기 가동 부재를 가역적인(reversible) 방향들로 이동시키기 위해 상기 가동 부재에 연결되는 적어도 하나의 액츄에이터, 및
    상기 가동 부재에 연결된 적어도 하나의 에너지 저장 장치
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 힘 경로 특성을 갖는 구동 장치.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 의해 상기 가동 부재에 가해지는 힘이 상기 가동 부재의 작업 범위 내에 있는 상기 가동 부재의 위치에서 상기 힘의 방향을 바꾸도록 하는 것인 구동 장치.
  68. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 의해 상기 가동 부재에 가해지는 힘이 상기 가동 부재의 동작 범위 내에서 상기 가동 부재의 위치지정을 제공하게 되는 것인 구동 장치.
  69. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은 조정 가능한 구동 장치.
  70. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성은 상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수(movement frequency)와 동일하거나 그에 가깝도록 조정 가능한 구동 장치.
  71. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 가스 스프링을 포함하는 구동 장치.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는,
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 선형 축을 따른 제1 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하도록 상기 가동 부재 및 상기 적어도 하나의 액츄에이터에 대하여 상대적으로 위치된 적어도 하나의 가스 스프링, 및
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 선형 축을 따른 제2 방향을 따라 방출될 수 있는 에너지를 저장하도록 상기 가동 부재 및 상기 적어도 하나의 액츄에이터에 대하여 상대적으로 위치된 적어도 하나의 가스 스프링 - 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대임 -
    을 포함하는 구동 장치.
  73. 제71항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스 스프링의 힘 경로 특성은 가스 압력을 조정함으로써, 특히 압력 가스 소스에 대하여 상기 가스 압력을 증가시키거나 또는 출구 밸브(outlet valve)에 대하여 상기 가스 압력을 감소시킴으로써 조정 가능한 구동 장치.
  74. 제66항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치는, 각각이 제1 단부에서 상기 가동 부재에 연결되는 적어도 하나의 탄성 스프링을 포함하는 구동 장치.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 스프링은, 상기 가동 부재에 가해지는 스프링 힘을 증가시키거나 감소시키는 것과 같이 상기 제1 단부에 대하여 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 제2 단부의 위치를 조정함으로써 조정될 수 있는 구동 장치.
  76. 제69항에 있어서,
    제어 유닛을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수와 동일하거나 그에 가깝도록 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 힘 경로 특성 또는 스프링 상수를 조정하도록 구성되는 구동 장치.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 운동 질량들 및 원하는 동작 진동수에 기초하여 필요한 힘 경로 특성을 계산함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구된 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  78. 제76항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 선택되거나 미리 정해진 값들을 이용하여 상기 구동 장치의 상기 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구된 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  79. 제76항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 액츄에이터의 전력 소모에 의존하여 상기 힘 경로 특성을 조정함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치의 요구된 힘 경로 특성을 결정하는 구동 장치.
  80. 제74항에 있어서,
    제어 유닛을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 구동 장치의 고유 진동수가 상기 가동 부재의 이동 진동수와 동일하거나 또는 그에 가깝도록 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 힘 경로 특성 또는 스프링 상수를 조정하도록 구성된 구동 장치.
  81. 제80항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 운동 질량들 및 원하는 동작 진동수에 기초하여 필요한 스프링 상수를 계산함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구된 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  82. 제80항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 선택되거나 미리 정해진 값들을 이용함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구된 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  83. 제80항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 액츄에이터의 전력 소모에 의존하여 상기 스프링 상수를 조정함으로써 상기 구동 장치의 고유 진동수에서 또는 그 근방에서 동작하기 위한 상기 적어도 하나의 탄성 스프링의 요구된 스프링 상수를 결정하는 구동 장치.
  84. 제66항에 따른 구동 장치를 포함하는 프레스.
  85. 가동 부재,
    제1 방향 및 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향을 포함하는 가역적인 방향들로 상기 가동 부재를 이동시키기 위하여 상기 가동 부재에 연결된 적어도 하나의 액츄에이터, 및
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 한 방향으로 상기 가동 부재에 추가의 힘을 가하기 위하여 상기 가동 부재에 연결된 수동 힘 작용 장치(passive force exerting device)
    를 포함하며,
    상기 수동 힘 인가 장치는 주로 상기 가동 부재가 상기 제2 방향으로 이동하고 있는 동안 상기 적어도 하나의 액츄에이터로부터 에너지를 받아서 저장하고, 상기 적어도 하나의 액츄에이터는 주로 상기 제1 방향으로 상기 가동 부재에 상기 추가의 힘을 가하도록 배치되는 구동 장치.
  86. 제85항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 적어도 하나의 액츄에이터와 평행하게 배치되는 구동장치.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 추가의 힘을 제공하기 위해 외적 에너지 공급을 필요로 하지 않는 구동 장치.
  88. 제87항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 피스톤 및 유체를 수납하는 실린더를 포함하는 구동 장치.
  89. 제88항에 있어서,
    상기 유체는 질소 가스인 구동 장치.
  90. 제85항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액츄에이터는 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 포함하는 구동 장치.
  91. 제90항에 있어서,
    상기 수동 힘 인가 장치는 상기 유압 액츄에이터로부터 유체적으로 분리되는 구동 장치.
  92. 제85항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액츄에이터는 적어도 하나의 유압 액츄에이터 및/또는 적어도 하나의 전기 액츄에이터를 포함하며, 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 더 포함하는 구동 장치.
  93. 제85항에 따른 구동 장치를 포함하는 프레스.
  94. 가동 부재,
    상기 가동 부재를 이동시키기 위하여 상기 가동 부재에 연결된 적어도 하나의 유압 액츄에이터,
    상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 액츄에이션을 제어하기 위한 유압 제어 부재, 및
    상기 유압 제어 부재의 액츄에이션을 제어하기 위한 서버 모터
    를 포함하는 구동 장치.
  95. 제94항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 위치, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 위치, 및 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터가 이동할 수 없는 적어도 하나의 제3 위치를 갖는 구동 장치.
  96. 제94항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브이고, 상기 밸브의 기능은 상기 회전가능한 부재의 각도 위치에 의존하고, 상기 회전가능한 부재는 상기 서보 모터에 의해 구동되는 구동 장치.
  97. 제94항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재의 위치, 및 그에 따라 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터의 이동이 제어되도록, 상기 서보 모터의 액츄에이션을 제어하기 위한 전기 제어 장치를 포함하는 구동 장치.
  98. 제94항에 있어서,
    상기 서보 모터의 액츄에이션, 및 그에 따라 상기 유압 제어 부재의 위치를 제어하기 위해 상기 전기 제어 장치에 제어 신호들을 보내기 위한 중앙 제어 유닛을 더 포함하는 구동 장치.
  99. 제98항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 상기 유압 제어 부재가 일정한 진동수 및/또는 일정한 속도로 동작될 수 있도록 구성되는 구동 장치.
  100. 제98항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛은 상기 유압 제어 부재의 위치들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 회전가능한 부재의 각도 위치들에 의존하는 회전 속도들에서 상기 유압 제어 부재가 동작될 수 있게 하도록 구성되는 구동 장치.
  101. 제94항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브를 포함하는 구동 장치.
  102. 제94항에 따른 구동 장치를 포함하는 프레스.
  103. 프레스의 구동 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 구동 장치는 가동 부재를 포함하고, 상기 가동 부재를 이동시키기 위하여 상기 가동 부재에 적어도 하나의 유압 액츄에이터가 연결되고, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 위치, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 위치, 및 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터가 이동할 수 없는 적어도 하나의 제3 위치를 갖는 유압 제어 부재가 제공되며, 상기 구동 장치의 액츄에이션 주기는,
    (a) 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제1 방향으로 구동하는 단계,
    (b) 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제2 방향으로 구동하는 단계,
    (c) 상기 유압 제어 부재를 상기 제3 위치에 위치지정함으로써 상기 가동 부재를 고정된 위치에 유지시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  104. 제103항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브이며, 상기 방법은 상기 유압 제어 부재의 위치들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 회전가능한 부재의 각도 위치들에 의존하는 회전 속도들에서 상기 유압 제어 부재를 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  105. 프레스의 구동 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 구동 장치는 가동 부재를 포함하고, 상기 가동 부재를 이동시키기 위하여 상기 가동 부재에 적어도 하나의 유압 액츄에이터 및 적어도 하나의 전기 액츄에이터가 연결되고, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 위치, 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터를 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 위치, 및 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터가 이동할 수 없는 적어도 하나의 제3 위치를 갖는 유압 제어 부재가 제공되며, 상기 구동 장치의 액츄에이션 주기는,
    (a) 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터 및 상기 적어도 하나의 전기 액츄에이터를 상기 제1 방향으로 구동하는 단계,
    (b) 상기 적어도 하나의 유압 액츄에이터 및 상기 적어도 하나의 전기 액츄에이터를 상기 제2 방향으로 구동하는 단계,
    (c) 상기 유압 제어 부재를 상기 제3 위치에 위치지정함으로써 상기 가동 부재를 고정된 위치에 유지시키는 단계 - 상기 적어도 하나의 전기 액츄에이터는 적어도 이 동작 단계의 일부 동안에는 동작되지 않거나 또는 전류가 공급되지 않거나 전류가 매우 적게 공급됨 -
    를 포함하는 방법.
  106. 제105항에 있어서,
    상기 유압 제어 부재는 회전가능한 부재를 갖는 밸브이며, 상기 방법은 상기 유압 제어 부재의 위치들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 회전가능한 부재의 각도 위치들에 의존하는 회전 속도들에서 상기 유압 제어 부재를 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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