KR20190088031A - 프레스 장치 - Google Patents

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KR1020190006311A
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마티아스 루흐
루돌프 크로이처
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폰 아르스 아게
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Abstract

본 발명은 특히 피팅과 같은 관 형상의 공작물의 소성 변형을 위한 프레스 장치(10)에 관한 것으로, 프레스 장치(10)는 모터(20)를 포함할 뿐만 아니라; 모터(20)에 의해 구동되고 구동 시 공작물에 힘을 제공할 수 있는 프레스 조들; 모터(20)로부터 프레스 조들에 힘을 전달하기 위해 모터(20) 및 프레스 조들과 결합되는 힘 전달 유닛; 적어도 하나의 프레스 매개변수(P)를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서 유닛(42); 및 센서 유닛(42)으로부터 프레스 매개변수(P)의 현재 측정된 값을 수신하고 이러한 값을 이용하여 프레스 매개변수(P)의 프레스 매개변수 곡선(K)의 기울기(44)를 결정하는 제어부(40)를 포함하며; 제어부(40)는 프레스 매개변수(P)의 프레스 매개변수 곡선(K)의 기울기(44)가 차단 기준을 충족할 때 최대 가능 가압력(Pmax)의 도달 전에 프레스 공정을 종결한다. 본 발명은 또한 이에 상응하는 프레스 장치(10)의 구동 방법에 관한 것이다.

Description

프레스 장치{PRESS MACHINE}
본 발명은 관 형상의 공작물들을 가압하기 위한 프레스 장치, 특히 수동 프레스 장치 및 프레스 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
종래 기술에서 관 형상의 공작물의 가압 방법, 특히 설치 기술에서 관의 가압 방법은 공지되어 있다. 공지된 방법에서 2개의 관은 프레스 피팅을 이용하여 분리 가능하지 않게 서로 연결된다. 이를 위해 관들은 프레스 피팅의 개구부들 내에 진입하고 이러한 프레스피팅은 관들과의 밀봉을 위해 중합체 실링들(polymer sealings)을 포함한다. 연결할 관들의 진입 후, 프레스 피팅은 적합한 프레스 장치를 이용하여 가압되고, 즉 소성 변형됨으로써, 끼워진 관들이 더 이상 빠져나오지 않고 실링을 확실하게 밀봉한다.
가압은 수동 및 모터 구동 프레스 공구에 의해 수행되며, 이러한 프레스 공구는 예컨대 크기 및 기하학적 형상이 상이한 프레스 조들(press jaws)과 같이 교체 가능한 공구들을 포함할 수 있다. 그 외에, 프레스 공구들은 다른 목적을 위해서도 공지되어 있으며, 예컨대 전기 산업에서 예컨대 공작물의 프레싱, 크림핑 또는 절단을 위해 사용된다.
수동 프레스 장치에서 가압을 위한 프레스 조들은 프레스 피팅 둘레에 배치된다. 프레스 조들의 닫힘 시, 힘은 프레스 피팅의 표면에 인가됨으로써, 피팅이 압축되고, 이때 소성 변형되어, 공작물들이 확실하게 상호 연결된다. 이때 내부에 위치한 관들도 소성 변형될 수 있다.
프레스 공정은 종래 기술의 프레스 장치에서 일반적으로, 특정한 최대 압력의 도달 시 릴리프 밸브가 개방되어 종결된다. 확정된 최대 압력에 의하여, 충분한 가압을 보장하기 위해 적합한 세기의 가압력이 공작물에 인가되었다는 것이 확인된다.
따라서 문헌 EP 2 501 523 B1으로부터 케이블 러그(cable lug)의 가압 및 설치 기술에서 프레스 피팅의 가압을 위한 수동 프레스 장치가 공지되어 있다. 필요한 세기의 가압력을 생성하기 위해, 프레스 공구는 전기 유압식 변환 장치와 연결된다. 구동 모터로서 브러시리스(brushless) 전기 모터가 사용된다. 필요한 가압력이 달성되자마자, 릴리프 밸브가 개방되고, 모터 회전수는 비약적으로 상승한다. 이는 프레스 장치의 제어부에 의해 인지되며 전기 모터는 이후 차단된다.
그러나 확정적으로 설정된 릴리프 밸브를 이용하여 프레스 공정을 종결하는 것은, 최대 압력의 도달 시 프레스 공구의 프레스 조들이 이미 서로 접하여 있고 공작물에서 더 이상 변형이 일어날 수 없다는 단점이 있다. 피팅은 사전에 프레스 공정 중에 이미 최대로 가능한 만큼 압축되었고, 추가적 소성 변형이 일어날 수 없다. 프레스 조들이 직접적으로 포개어져 누르는 것은 자연적으로 공구, 힘 전달 부품들 및 구동 모터에 상당한 마손을 야기한다. 또한, 불필요한 전기 에너지가 소모된다.
그러므로 본 발명의 과제는 전술한 문제들을 극복하고 관 형상의 공작물들 사이에서 더 확실하고 지속 가능한 프레스 연결을 달성하면서도, 공구 장치의 불필요한 마모 및 불필요한 에너지 소모가 일어나지 않는 프레스 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이에 상응하는 프레스 장치의 구동 방법이 제공되어야 한다.
전술한 문제들 중 적어도 하나는 발명에 따르면 제1항에 따른 프레스 장치 및 제10항에 따른 프레스 장치의 구동 방법에 의하여 해결된다.
특히 적어도 하나의 문제는 관 형상의 공작물, 특히 피팅의 소성 변형을 위한 프레스 장치에 의하여 해결되며, 프레스 장치는 모터를 포함할 뿐만 아니라 모터에 의해 구동되고, 구동 시 공작물에 힘을 인가할 수 있는 프레스 조들, 모터로부터 프레스 조들에 힘을 전달하기 위해 모터 및 프레스 조들과 결합되는 힘 전달 유닛, 적어도 하나의 프레스 매개변수를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서 유닛, 및 센서 유닛으로부터 프레스 매개변수의 현재 측정된 값을 수신하고 이 값을 이용하여 프레스 매개변수의 프레스 매개변수 곡선의 기울기를 결정하는 제어부를 포함하고, 제어부는 프레스 매개변수의 프레스 매개변수 곡선의 기울기가 차단 기준을 충족할 때 최대 가능한 가압력의 도달 전에 프레스 공정을 종결한다.
본 발명에서, 기울기, 즉 프레스 매개변수 곡선의 상승은 모니터링되며, 이러한 기울기는 프레스 공정 중에 나타난다. 이러한 상승은 프레스 공정의 진행과 함께 공작물에 대한 가압력의 증가를 특징으로 한다. 공작물이 최종적으로 최대 변형을 달성하고 프레스 장치의 프레스 조들이 완전히 닫히면, 추가적인 압력 상승과 함께 오로지 프레스 조들에서 탄성 변형만이 일어난다. 이때 프레스 매개변수의 값들의 순수한 선형적 상승이 인식될 수 있으며, 예컨대 유압식 프레스 장치에서 압력-시간 곡선 또는 전류-시간 곡선의 순수한 선형적 상승이 인식될 수 있다. 프레스 공정의 종료 시 이러한 특징적 상승은, 프레스 장치의 모터를 최대 가능 가압력의 도달 전에 이미 정지시켜 프레스 공정을 종결하기 위하여 제어부에 의해 사용된다.
적어도 하나의 프레스 매개변수 곡선의 기울기를 평가하여 장치의 최대 가능 가압력의 도달 전에 프레스 공정을 자동으로 종결하는 것은 프레스 조들이 불필요하게 추가적으로 포개어 누르는 것을 방지하며, 이는 프레스 조들 및 장치의 다른 부품들의 마모 및 부하를 줄이고, 에너지 및 시간 절감을 야기한다. 프레스 공정의 종료를 위한 사용자의 추가적 상호작용은 불필요하다.
이때, 적어도 하나의 프레스 매개변수의 측정된 값들의 프레스 매개변수 곡선의 기울기를 차단 기준과 비교하는 것은 예컨대 물질, 크기, 구조형 등과 같은 가압할 공작물의 특성들을 자동으로 고려하나, 프레스 장치의 이러한 특성들을 세부적으로 각각의 프레스 공정 전에 숙지하지 않아도 된다. 차단 기준은 가압할 공작물의 개별 특성들과 무관하다. 프레스 매개변수 곡서의 기울기의 모니터링에 기반하여, 제어부는 공작물의 소성 변형 후 프레스 공정을 신뢰할 만하게 종결할 수 있으며, 어느 정도의 가압력부터 공작물의 소성 변형이 더 이상 일어나지 않는지와 무관하게 그러하다.
평가 시, 하나 이상의 프레스 매개변수는 임의의 조합으로 고려될 수 있다. 동시에 복수의 프레스 매개변수를 고려하는 것은 중복성으로 인하여 소위 편차, 즉 임의의 오차에 대한 분석의 견고성을 강화한다.
본 제어부를 이용한 평가를 위해 동일하거나 상이한 프레스 매개변수들의 측정을 위한 다양한 센서들이 사용될 수 있다.
각각의 차단 기준은 각각의 공정 매개변수 또는 공정 매개변수들의 조합에 따라 조정될 수 있다.
바람직하게는, 차단 기준은, 프레스 공정의 진행 시 오로지 프레스 조들에서의 탄성 변형만이 여전히 발생한다는 것을 나타낸다. 이는, 프레스 조들이 완전히 닫히고 공작물의 소성 변형이 더 이상 수행되지 않는 경우이다. 바람직하게는, 차단 기준은 특정한 프레스 매개변수 곡선을 위한 기울기의 소정의 값들이며, 이러한 값들에 기반하여 제어부는 현재 프레스 공정이 언제 종결되는지를 결정할 수 있다.
바람직하게는, 힘 전달 유닛은 유압식 시스템이고, 센서 유닛은 유압식 시스템 내의 압력을 프레스 매개변수로서 측정하는 압력 센서이다. 이로써 발명에 따른 제어부를 기존의 전기 유압식 프레스 장치에 맞추어 간단하게 조정하는 것이 가능하다. 압력 센서를 통해 유압(hydraulic pressure)은 공정 매개변수로서 간단하고 신뢰할 만하게 측정될 수 있으며, 제어부에 제공될 수 있다. 유압은 공구에 인가되는 가압력에 정비례함으로써, 유압을 통해 프레스 조들에서 힘의 흐름을 신뢰할 만하게 결정할 수 있다.
바람직하게는 힘 전달 유닛이 기계 시스템일 때, 센서 유닛은 기계 시스템 내에서의 일 위치에서의 힘을 프레스 매개변수로서 측정하는 힘 센서이다. 본 발명의 제어부는 순수하게 기계적인 힘 전달부를 포함하는 프레스 장치에도 적용될 수 있다. 기계적 프레스 장치에서 힘은 모터로부터 하나 이상의 힘 전달 유닛을 통하여 프레스 조들에 전달된다. 이 경우, 기계 시스템 내의 다양한 위치들에서 발생하는 힘이 측정될 수 있다. 이를 위해, 통상적인 로드셀, 스트레인 게이지 또는 유사한 센서가 사용될 수 있다. 일반적으로, 측정된 힘은 공구에 인가되는 가압력에 대해 마찬가지로 정비례하므로, 이러한 힘을 통해 프레스 조들에서 힘의 흐름을 신뢰할 만하게 결정할 수 있다.
바람직하게는, 프레스 매개변수로서 또한 모터를 관류하는 전류가 있을 수 있다. 이 전류는 제어부를 이용하여 측정될 수 있으며, 제어부는 바람직하게는 센서 유닛의 역할도 수용한다. 모터를 관류하는 전류로부터 마찬가지로 프레스 조들에서의 힘의 흐름이 추론될 수 있다.
바람직하게는, 제어부는, 차단 기준에 대해 부가적으로, 프레스 매개변수(P)를 위해 사전에 확정된 최소값이 초과되었을 때 및/또는 프레스 공정의 지속 시간이 최소시간을 초과하였을 때 비로소 프레스 공정을 종결한다. 이로써 프레스 공정의 시작 시 시동 효과 또는 공작물의 소성 변형이 통상 여전히 일어나는 프레스 공정의 영역들이 고려되지 않은 채로 유지된다. 이로써 측정 오류 및 프레스 공정의 예기치 않은 조기 종결 위험이 줄어든다. 공작물의 신뢰할만한 가압은 일반적으로 최소 가압력 달성을 전제로 함으로써, 이러한 최소 가압력 아래에서는 프레스 공정의 자동 종결이 수행되지 않아야 한다.
바람직하게는, 프레스 매개변수 곡선의 기울기는 프레스 매개변수의 값들의 시간상 흐름을 나타내며, 바람직하게는 프레스 매개변수의 현재값 및 시간상 이전의 값으로 구성된다. 프레스 매개변수의 시간상 흐름의 고찰은 간단하게 시간열의 형태로 가능하며, 특히, 공정 매개변수 곡선의 기울기가 시간상으로 연속하는 측정값들로부터 계산될 때 그러하다. 상승의 산출을 위한 현재 값 및 이전 값의 고찰은 간단하고, 계산 기술적으로 신속하게 실행될 수 있어서, 결과물들이 실시간으로 존재할 수 있다. 이를 통해 평가에 대응하여 직접적이며 적시의 제어가 달성될 수 있다. 프레스 공정의 종료 시 프레스 조들이 직접적으로 포개어 누를 때 프레스 매개변수 곡선의 현저하게 유지되는 선형 흐름은 이러한 가압 상태를 견고하고 자동으로 인식할 수 있게 한다.
바람직하게는, 제어부는 특정한 프레스 조들 및/또는 공작물들을 위한 차단 기준이 저장된 데이터베이스 또한 포함할 수 있다. 여기서 차단 기준은 바람직하게는 공정 매개변수 곡선의 기울기의 디지털 값들이며, 이러한 값들에서 자동 차단이 수행되어야 한다. 데이터베이스는 물질, 크기, 종류 등과 같은 사용된 프레스 조들의 특성들에 따라 좌우될 수 있는 차단 기준을 위한 값들을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 프레스 장치는 관 형상의 공작물의 가압을 위해 전기 구동되는 유압식 또는 기계식 수동 프레스 장치이다. 수동 프레스 장치를 이용하여, 건설 공사장과 같은 다양한 사용 장소에서 가압이 유연하게 사용될 수 있다. 전기적으로 구동되는 수동 프레스 장치는 신뢰할 만한 가압을 보장하는 높은 가압력을 제공할 수 있다. 예컨대 유압식 수동 프레스 장치 내에서 구동 시 유압은 약 550 bar 까지 제공될 수 있으며, 이러한 유압은 프레스 조들에 의해 에워싸인 공작물에 직접 작용한다.
전술한 문제들 중 적어도 하나는, 관 형상의 공작물, 특히 피팅의 소성 변형을 위해 프레스 장치의 구동 방법에 의하여 해결되며, 방법은 제공된 순서로 다음의 단계들을 포함한다:
a. 프레스 장치의 프레스 조들과 공작물을 맞물리게 하는 단계;
b. 프레스 조들에 의하여 맞물려 있는 공작물의 표면에 힘을 제공하기 위해 프레스 장치의 모터를 시동하는 단계;
c. 프레스 매개변수의 값을 측정하는 단계;
d. 제어부에 의해 프레스 매개변수의 현재 측정된 값을 수신하고, 이를 이용하여 프레스 매개변수의 프레스 매개변수 곡선의 기울기를 결정하는 단계; 및
e. 제어부가 프레스 매개변수의 프레스 매개변수 곡선의 기울기가 차단 기준을 충족하였다는 것을 인식할 때, 제어부에 의해 프레스 장치의 최대 가능 가압력의 도달 전에 모터를 정지시키는 단계.
바람직하게는, 프레스 매개변수는 압력, 힘, 또는 모터를 통하는 전류 또는 이러한 매개변수들의 임의 조합이다. 이러한 매개변수들은 프레스 장치의 가압력을 특징짓는 것이다.
바람직하게는 차단기준에 대해 부가적으로 프레스 매개변수를 위해 사전에 확정된 최소값이 초과되었을 때 및/또는 프레스 공정의 지속시간이 최소 시간을 초과하였을 때 비로소 모터는 정지된다.
바람직하게는, 방법은 제어부의 데이터베이스로부터 적어도 하나의 차단 기준을 판독하는 단계를 포함한다. 차단 기준은 프레스 장치의 제어부 내의 데이터베이스에 저장될 수 있고, 예컨대 사용된 프레스 조들에 맞추어 판독될 수 있으며 제어부에서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 유압식 수동 프레스 장치로서 프레스 장치의 일 실시 형태에 대한 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 프레스 장치에서 상이한 프레스 조들 및 가압할 재료를 위한 프레스 매개변수 곡선의 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 프레스 매개변수 곡선의 평가에 대한 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명된다.
도 1은 유압식 힘 전달 유닛을 포함하는 유압식 수동 프레스 장치(10)의 일 실시 형태를 도시한다. 이러한 유압식 수동 프레스 장치에서, 모터(20)는 기어(22)를 통해 이에 연결된 편심기(24)를 구동시킨다. 바람직하게는, 모터(20)는 브러시리스 모터로서, 이러한 모터는 제어부(40)에 의해 적합하게 변조된 전류를 배터리 또는 유선 전류 공급부(미도시)로부터 공급받는다. 기어(22)는 모터(20)의 회전수를 줄이고 토크를 증가시킨다. 기어에 연결된 편심기(24)는 기어(22)의 출력 샤프트의 회전 운동을 1차원적 진동 운동으로 변환하여, 유압식 시스템(26)의 피스톤 펌프(27)를 구동시킨다.
피스톤 펌프(27)는 그 운동으로 인하여 유압 유체를 저장부로부터 작동 실린더(25) 내로 펌핑함으로써, 작동 실린더(25) 내에서의 유압은 상승한다. 증가하는 유압은 실린더 내에서 이동 가능하게 안내되는 피스톤(28)을 도 1의 도면에서 좌측으로, 교체 가능한 프레스 조들(30)(세부적으로 미도시)을 위한 고정 영역의 방향으로 가압한다. 큰 피스톤 직경을 사용하여, 피스톤(28)은 매우 높은 압력을 프레스 조들에 전달할 수 있다.
피스톤(28)은 기계적으로 롤러들(29)과 연결되며, 이러한 롤러들(29)은 피스톤(28)의 운동에 따라 함께 움직인다. 롤러들(29)은 통상적 방식으로 프레스 조들(30)의 경사진 단부들 사이에서 움직이며, 이로써 프레스 조들은 닫히고, 공작물은 큰 힘을 받아 소성 변형될 수 있다. 이를 통해 구동 시 유압은 연결된 프레스 조들(30)에 정비례로 전달되고, 유압에 정비례하는, 공작물에 대한 가압력(F)이 생성하며, 이러한 가압력은 유압에 정비례한다.
가압 시 증가하는 유압(P) 및 이와 함께 증가하는 공작물 또는 피팅에 대한 가압력(F)에 의하여, 공작물은 가압되고 소성 변형된다. 유압(P)의 측정을 통해 공구에서의 가압력(F)이 결정될 수 있다.
유압식 시스템(26) 내에서 유압(P)은 간단한 방식으로 압력 센서(42)를 이용하여 측정될 수 있다. 압력 센서(42)는 측정된 압력 신호를 신호 라인들을 통하여 또는 무선으로 적합한 무선 전송을 이용하여 제어부(40)에 전송한다. 예컨대 통상적인 디지털 무선 연결부들, 예컨대 블루투스, NFC 또는 그 유사체와 같은 무선 신호 전송 수단이 사용될 수 있다. 압력 센서(42)의 아날로그 신호들은 A/D 변환기 내에서 디지털 신호들로 변환될 수 있어서, 이 신호들은 디지털 제어부(40)에 의해 평가될 수 있다.
이를 위해 제어부(40)는 마이크로컨트롤러, DSP, FPGA, ASIC 또는 그 유사체와 같은 적어도 하나의 디지털 계산 유닛을 포함한다. 부가적으로, 제어 유닛은 데이터 저장 장치에 저장된 데이터베이스(미도시)를 제공할 수 있고, 이러한 데이터베이스에서는 평가를 위해 필요한 사전 결정된 값들이 호출될 수 있다.
평가 결과물들에 따라, 제어부(40)는 전자 출력 장치(미도시)를 통해 해당 제어 신호들을 모터(20)에 출력한다. 모터를 특정한 규정 회전수로 구동시키고 프레스 공정의 종료 시 모터를 정지시키기 위해, 모터(20)는 이러한 제어 신호들을 이용하여 제어된다.
미도시된 다른 실시 형태에서, 프레스 장치는 기계적 힘 전달 유닛을 포함하는 순수하게 기계적인 수동 프레스 장치로서도 형성될 수 있다. 기계적 수동 프레스 장치에서, 모터는 회전 운동을 생성하고, 이 회전 운동은 기어를 통해 적어도 하나의 기계적 힘 전달 유닛, 예컨대 레버- 또는 스크류 구동부에 전달된다. 기계적 힘 전달 유닛은 회전 운동을 선형 운동으로 변환하고, 이 선형 운동은 전술한 도 1의 유압식 수동 프레스 장치(10)에 상응하여 롤러를 큰 힘으로 이동시키며, 이러한 롤러들은 프레스 조들을 이동시킨다. 프레스 조들의 힘이 증가함으로써, 예컨대 프레스 조들 사이에 위치하는 피팅과 같은 공작물은 소성 변형된다.
가압력(F)에 비례하는 힘을 측정하여 제어부에 신호화하기 위해, 모터로부터 공구에 전달되는 힘(F)의 측정을 위한 힘 센서는 기계식 수동 프레스 장치 내의 다양한 위치들에 배치될 수 있다.
또한, 모터(40)에 의해 흡수되는 전류는 마찬가지로 모터 토크에 비례하여 거동하고 따라서 프레스 조들에서의 가압력(F)에 비례하여 거동한다.
도 2는 종래 기술에 따른 프레스 장치의 측정된 프레스 매개변수 곡선들(K1, K2, K3)을 나타낸 그래프로, 이 곡선들은 시간에 걸쳐 유압값(P)을 도시한다. 프레스 매개변수 곡선(K1)은 사이에 끼워진 피팅이 없을 때의 가압 시, 즉 "빈" 프레스 조들에서 기록되었다. 프레스 매개변수 곡선(K2)은 곡선(K1)에서와 동일한 프레스 조들을 포함하고 제1 물질로 구성된 피팅의 가압 시 기록되었다. 여기서 피팅 물질은 예컨대 구리와 같은 비교적 연성 물질이었다. 프레스 매개변수 곡선(K3)은 제2 물질로 구성된 피팅의 가압 시 기록되었다. 이 피팅의 물질은 곡선(K2)에서보다 더 큰 강도 또는 경도를 가졌으며, 일 실시예에서 스테인리스 강이다.
도 2에서, 곡선(K1)에서 압력이 처음에 비교적 일정하고 거의 제로임을 인식할 수 있는데, 프레스 조들의 닫힘 시 그 사이에 피팅이 없기 때문이다. 프레스 조들은 시스템 내에서 마찰 및 스프링 힘을 극복하는 최소 유압에서 방해받지 않고 닫힐 수 있다. 시점(T1K1)부터, 프레스 조들은 완전히 닫히고, 서로 포개어 접해 있다. 이 시점부터 프레스 조들은 직접적으로 쌍방간 누르고 있어서, 프레스 매개변수 곡선(K1)은 최대 압력(PmaxK1)의 도달 까지 일정한 선형 상승(ΔTK1)을 시사한다. 최대 압력(PmaxK1)의 도달 시 릴리프 밸브가 열림으로써, 유압은 비약적으로 최소 압력까지 감소한다. 따라서, 프레스 매개변수 곡선(K1)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프레스 조들은 완전히 닫힌 상태에서 선형 탄성 변형을 시사한다. 본 발명은 프레스 조들의 이러한 특성을 프레스 공정의 종결을 자동으로 인식하고 최대 압력(PmaxK1)이 도달되기 전에 모터(20)를 차단하기 위해 이용한다. 이는 전체 프레스 장치를 보호하고 필요한 에너지를 줄인다.
프레스 매개변수 곡선(K2)의 곡선 흐름은 프레스 매개변수 곡선(K1)보다 더 이른 유압 상승을 시사하는데, 프레스 조들 사이에 연성 물질로 구성된 피팅이 위치하기 때문이다. 시점(T1K2) 부터 프레스 매개변수 곡선(K2)은 다시 선형으로 상승하는데, 이 시점에 고유의 프레스 공정이 종결되고, 피팅은 완전히 소성 변형되었으며, 프레스 조들은 완전히 닫혀서 서로 포개어 접하기 때문이다. 선형 상승(ΔTK2)은 곡선(K1)의 선형 상승과 실질적으로 동일한 기울기로 수행된다. 최대 압력(PmaxK2)의 도달 시, 다시 릴리프 밸브가 시점(T2K2)에 열리며, 곡선은 매우 신속하게 최소 압력으로 감소한다.
프레스 매개변수 곡선(K3)은 가압할 피팅의 물질이 프레스 매개변수 곡선(K2)보다 더 경성이어서 상승한다. 또한, 프레스 조들을 닫고 피팅을 완전히 소성 변형시키기 위해, 곡선(K3)에서는 종합적으로 곡선(K2)에서보다 더 높은 압력이 제공되어야 한다. 시점(T1K3)에 K3의 곡선 흐름은 선형이며, 이는 고유의 프레스 공정의 종결을 시사하고 프레스 조들이 완전히 닫혀 서로 포개어 인접하는 것을 신호화한다. 보이는 바와 같이, 선형 영역의 기울기(ΔTK3)는 선형 영역들(ΔTK1 ,ΔTK2)의 기울기에 실질적으로 상응한다.
따라서 프레스 매개변수 곡선의 이러한 기울기는 공작물에서 고유의 프레스 공정의 종결을 위한 특징적 기준이다.
도 2로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 시간폭(time span)(ΔTK1)는 곡선(K2)의 시간폭(ΔTK2) 또는 곡선(K3)의 시간폭(ΔTK3) 보다 현저히 더 크거나 더 길다. 시간폭(ΔT)이 더 길수록, 수동 프레스 장치의 프레스 조들은 더 오랫동안 직접 포개어 접하며 직접적으로 쌍방간을 가압한다. 시간폭(ΔT) 중에 공작물 또는 피팅의 소성 변형은 더 이상 일어나지 않으므로 이 시간폭에서 가압력(F)은 불필요하게 증가한다.
곡선들(K1, K2, K3)은 시간에 걸친 유압 대신, 시스템 내에서 기계적으로 작용하는 힘 또는 모터(20)를 통하는 전류를 시간에 걸쳐 작성한다면 적합한 방식으로 도출될 것이다. 여기서도 특징적 기울기를 포함한 곡선의 선형 상승으로부터 프레스 공정의 종결 및 프레스 조들의 서로 포개어 접함을 인식할 수 있다.
도 3에서는 이제 발명에 따른 제어부(40)가 사용될 때 프레스 매개변수 곡선(K2)의 곡선 흐름을 예시적으로 도시한다. 여기서 제어부(40)는 프레스 매개변수 곡선(K2)의 기울기를 결정하고, 이로부터, 고유의 프레스 공정이 공작물에서 종결되었는지의 여부를 인식할 수 있다. 이때 제어부(40)는 프레스 매개변수 곡선(K2)의 기울기를 차단 기준, 즉 당해 경우에 완전히 닫힌 상태에서 사용된 프레스 조들의 특징적 기울기와 비교한다. 기울기가 차단 기준을 충족하고, 이를 제어부가 확정 또는 계산하면, 제어부는 모터(20)를 차단하거나 모터가 추가로 전류를 공급받지 않게 하여 프레스 공정을 종결한다. 따라서 제어부(40)는 불필요한 방식으로 최대 가능 가압력(Pmax)이 도달되기 전에 프레스 공정을 신뢰할 만하게 종결할 수 있다. 이로써 프레스 장치 내에서의 마모, 필요한 에너지 및 필요한 시간이 현저히 감소한다. 이러한 절감은 더 경성인 피팅의 가압 시 보다 더 연성인 피팅의 가압 시에 그러하다.
가령 프레스 매개변수 곡선의 편차를 인식하여 배제하기 위해, 모터(20)의 차단은 제어부(40)에 추가적으로 다른 전제조건들에 의해 좌우될 수 있다. 그러므로 차단 기준에 대해 추가적으로, 모터(20)의 차단을 위해, 사전에 확정된 프레스 매개변수(P)를 위한 최소값이 초과되었다는 것이 필요할 수 있고 및/또는 프레스 공정의 지속시간이 최소 시간(Tmin)을 초과하는 것이 필요할 수 있다.
도 3의 곡선(K2)의 예시에서, 최소값은 최소 압력(PminK2)으로, 이는 시점(T0K2)을 정의하며, 이 시점부터 제어부(40)는 각각의 측정된 프레스 매개변수 값을 위해 현재 값과 이전 값 사이의 상승(기울기 삼각형(44)에 의해 표시됨)을 결정하고, 차단 기준과 비교한다. 최소 압력(Pmin)은 전반적으로 확정될 수 있거나, 예컨대 사용된 프레스 조들 또는 공작물에 따라 가변적일 수 있다. 균등한 방식으로, 예컨대 모터(20)에서의 최소 전류도 시점(T0)을 위한 기준으로서 사용될 수 있다.
그러나 제어부가 모터(20)를 차단할 수 있기 전에 프레스 공정이 적어도 지속해야 하는 최소 시간(Tmin)은 정해질 수 있다.
시점(T1K2)부터 제어부(40)에 의해 산출되는 기울기값은 사전에 결정되며 제어부(40)의 데이터베이스에 저장된 차단 기준으로서의 기울기 값과 일치한다. 이 시점(T1K2)으로부터 제어부(40)에 의해 바람직하게는 하나의 시간 범위에서 동일한 상승 값들의 개수가 산출된다.
추후 시점(T3K2)에서 동일한 상승 값들을 포함하는 사전 결정된 개수의 상승이 계산되었다. 계산된 상승 값들은 데이터베이스에 저장된 사전 결정된 상승값과 실질적으로 일치한다. 기울기 값들의 허용 공차는 경험적으로 결정될 수 있고 제어부(40)에 저장될 수 있다.
도 3의 예시에서 예컨대 곡선(K2)의 프레스 매개변수(P)의 기울기 값의 특정한 소정 개수가 차단 기준으로서 역할한다. 이때 이러한 차단 기준은 본 실시예에서 시점(T3K2)에 충족된다. 이에 따라 프레스 공정은 제어부(40)에 의해 정지된다. 한편, 이를 위해 제어부(40) 및 모터는 시점들(T3K2, T2K2) 간의 반응 시간을 필요로 한다. 시점(T2K2)에서 모터(20) 및 유압(PstoppK2)은 일정하게 유지된다. 시점들(T2K2, T4K2) 간의 다른 반응 시간폭에 따라, 시점(T4K2)에 제어부(40)에 의해 릴리프 밸브 또는 리턴 밸브가 개방됨으로써, 프레스 장치의 유압식 시스템 내에서 유압은 최소값 또는 공칭값으로 강하한다.
도 3에서는 비교를 위해 발명에 따른 제어부를 포함하지 않는 종래 기술에 따른 프레스 매개변수 곡선(K2)의 곡선 흐름이 파선 선분(K2')을 이용하여 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발명에 따른 제어부 없이, 프레스 공정은 최대 압력(PmaxK2)의 도달까지 수행될 것이다. 이러한 최대 압력(PmaxK2)의 도달 시 비로소 릴리프 밸브가 열릴 것이고, 유압은 최소 값으로 떨어질 것이며, 릴리프 밸브의 개방과 함께 비로소 프레스 공정이 종결될 것이다.
도 3으로부터 또한 압력차(ΔPK2)를 확인할 수 있으며, 이러한 압력차는 발명에 따른 모터의 차단 시 압력(PstoppK2)과 설정된 최대 압력(PmaxK2)(과압 방지) 사이에서 연장된다. 이러한 압력차(ΔPK2)는 여타의 경우 모터(20)에 의해 제공될 절감된 압력을 나타낸다. 이와 동시에 압력차(ΔPK2)는 본 발명에 의해 절감된 에너지를 나타내는데, 모터는 차단 후 시점(T2)에 어떠한 동작도 더 이상 수행하지 않아도 되기 때문이다. 압력차(ΔP)가 클수록, 본 발명에 의한 절감도 더 효과적이다. 이러한 절감은 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 더 경성인 공작물보다 더 연성인 공작물에서 더 클 것이다.
10 유압 수동 프레스 장치 20 모터
22 기어 24 편심기
25 작동 실린더 26 유압식 시스템
27 피스톤 펌프 28 피스톤
29 롤러 30 교체 가능한 공구를 위한 고정 영역
40 제어부 42 압력 센서
44 산출된 상승(기울기 삼각형으로 도시됨)
K1, K2, K3 매개변수 곡선들
K2' 발명에 따르지 않는 매개변수 곡선(K2)의 흐름
Pmin(K2) 차단을 위한 K2에서의 최소 압력
Pmax(K1, K2, K3) K1, K2, K3에서 최대 제공 가능한 압력
P-T1(K2) 시점(T1)에서 K2에서의 압력
P-T3(K2) 시점(T3)에서 압력
Pstopp(K2) 프레스 공정이 종결되는 시점의 압력
ΔP(K2) K2에서의 압력차
Tmin 차단을 위한 최소 시간
T0(K2) 시점(T0): 차단 기준 검사 시작
T1(K1, K2, K3) 시점(T1): 일정한 선형 기울기의 시작
T2(K1, K2, K3) 시점(T2): 프레스 공정의 종료
T3(K2) 시점(T3): 차단 기준 충족됨
T4(K2) 시점(T4): 릴리프 밸브 또는 리턴 밸브의 개방
ΔT(K1, K2, K3) T1과 T2 사이의 시간차(일정한 선형 기울기의 지속시간)

Claims (13)

  1. 관 형상의 공작물 또는 피팅의 소성 변형을 위한 프레스 장치(10)로서,
    상기 프레스 장치(10)는,
    a. 모터(20);
    b. 상기 모터(20)에 의해 구동되고 구동 시 힘을 상기 공작물에 제공할 수 있는 프레스 조들;
    c. 상기 모터(20)로부터 상기 프레스 조들에 힘을 전달하기 위해, 상기 모터(20) 및 상기 프레스 조들과 결합되는 힘 전달 유닛;
    d. 적어도 하나의 프레스 매개변수(P)를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서 유닛(42); 및
    e. 상기 센서 유닛(42)으로부터 상기 프레스 매개변수(P)의 현재 측정된 값을 수신하고 이 값을 이용하여 상기 프레스 매개변수(P)의 프레스 매개변수 곡선(K)의 기울기(44)를 결정하는 제어부(40)를 포함하고,
    f. 상기 제어부(40)는 상기 프레스 매개변수(P)의 상기 프레스 매개변수 곡선(K)의 상기 기울기(44)가 차단 기준을 충족할 때 최대 가능 가압력(Pmax)의 도달 전에 프레스 공정을 종결하는, 프레스 장치(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단 기준은 상기 프레스 공정의 진행 시 오로지 상기 프레스 조들에서 여전히 탄성 변형이 일어나는 것을 나타내는, 프레스 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 전달 유닛은 유압식 시스템(26)이고, 상기 센서 유닛(42)은 상기 유압식 시스템(26) 내에서의 압력을 프레스 매개변수(P)로서 측정하는 압력 센서인, 프레스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 전달 유닛은 기계 시스템이고, 상기 센서 유닛(42)은 상기 기계 시스템 내의 일 위치에서의 힘을 프레스 매개변수(P)로서 측정하는 힘 센서인, 프레스 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레스 매개변수(P)는 상기 모터(20)를 관류하는 전류인, 프레스 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(40)는, 상기 차단 기준에 추가적으로 프레스 매개변수(P)를 위해 사전에 확정된 최소값(Pmin)이 초과되었을 때 및/또는 상기 프레스 공정의 지속시간이 최소 시간(Tmin)을 초과하였을 때 상기 프레스 공정을 비로소 종결하는, 프레스 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레스 매개변수 곡선(K)의 기울기(44)는 프레스 매개변수(P)의 값들의 시간상 흐름을 나타내고, 현재의 프레스 매개변수값 및 시간상 이전의 프레스 매개변수값으로 구성되는, 프레스 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(40)는 데이터베이스를 포함하고 상기 데이터베이스에 특정한 프레스조들 및/또는 공작물들을 위한 차단 기준들이 저장되는, 프레스 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레스 장치(10)는 관 형상의 공작물들의 가압을 위해 전기적으로 구동되는 유압식 또는 기계식 수동 프레스 장치인, 프레스 장치.
  10. 관 형상의 공작물 또는 피팅의 소성 변형을 위한 프레스 장치(10)의 구동 방법으로서,
    a. 상기 프레스 장치(10)의 프레스 조들과 상기 공작물을 맞물리게 하는 단계;
    b. 상기 프레스 조들에 의하여 맞물린 상기 공작물의 표면에 힘을 제공하기 위해 상기 프레스 장치(10)의 모터(20)를 시동하는 단계;
    c. 프레스 매개변수(P)의 값을 측정하는 단계;
    d. 제어부(40)에 의하여 상기 프레스 매개변수의 현재 측정된 값을 수신하고, 이를 이용하여 상기 프레스 매개변수(P)의 프레스 매개변수 곡선(K)의 기울기(44)를 결정하는 단계; 및
    e. 상기 제어부(40)가 상기 프레스 매개변수(P)의 상기 프레스 매개변수 곡선(K)의 상기 기울기(44)가 차단 기준을 충족하였음을 인식할 때, 상기 프레스 장치의 최대 가능 가압력(Pmax)의 도달 전에 상기 제어부(40)에 의해 상기 모터(20)를 정지시키는 단계를 제공된 순서로 포함하는, 프레스 장치의 구동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프레스 매개변수(P)는 압력, 힘, 또는 상기 모터(20)를 통하는 전류 또는 이러한 매개변수들의 임의 조합인, 프레스 장치의 구동 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 모터(20)는 상기 차단 기준에 추가적으로 프레스 매개변수(P)를 위해 사전에 확정된 최소값(Pmin)이 초과되었을 때 및/또는 상기 프레스 공정의 지속시간이 최소시간(Tmin)을 초과하였을 때 비로소 정지되는, 프레스 장치의 구동 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부(40)의 데이터베이스로부터 적어도 하나의 차단 기준을 판독하는 단계를 더 포함하는, 프레스 장치의 구동 방법.
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