WO1999030896A1

WO1999030896A1 - Verstellbares werkzeug

Info

Publication number: WO1999030896A1
Application number: PCT/EP1998/008206
Authority: WO
Inventors: Hartmut Hoffmann; Roland Golle; Dieter Loibl
Original assignee: Hartmut Hoffmann; Roland Golle; Dieter Loibl
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 1999-06-24
Also published as: DE19756232C1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist es, Werkzeug mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, welche einen Stempel (6) bzw. eine Matrize (4) aufweisen, die in einem Oberwerkzeug- bzw. Unterwerkzeugrahmen (3, 5) angebracht sind, wobei wenigstens die Matrize (4) oder der Stempel (6) gegenüber dem zugehörigen Werkzeugrahmen verstellbar ist, und wobei eine zwischen dem Stempel bzw. der Matrize und dem zugehörigen Werkzeugrahmen wirkende Verstelleinrichtung vorgesehen ist, welche für eine Veränderung der Lage der Matrize (4) bzw. des Stempels (6) in Bezug auf den zugehörigen Werkzeugrahmen in Hubrichtung eingerichtet ist, wobei die Verstelleinrichtung einen piezoelektrischen Aktor (1) aufweist.

Description

Verstellbares Werkzeug

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Pressen, insbesondere Schnellaufenden Präge-, Schneid- und Stanzpressen ändert sich ohne besondere Vorkehrungen im Laufe der Zeit und bei unterschiedlichen Be- triebszuständen aufgrund von Abnutzung des Werkzeugs oder sonstigen Einflüssen, wie unterschiedlichen Werkstoffen, unterschiedlichen Materialdicken und Materialkennwerten, sowie dynamischen Effekten von Werkstück, Werkzeug und Maschine die Eindringtiefe des Werkzeugs in das Werkstück, so daß das Arbeitsergebnis zeitabhängig ist. Hinzu kommt, daß die Hubzahl der Presse Einfluß auf die Eindringtiefe des Werkzeugs haben kann.

Es ist daher erforderlich, das Werkzeug verstellbar zu machen und die Eindringtiefe des Werkzeugs zu steuern oder zu regeln .

Hierzu ist es bekannt (DE-OS 27 31 084) , die Verstellung eines Schneidwerkzeugs mittels einer Verstellspindel und einer Verstellmutter über einen Motor mit Untersetzungsgetriebe vorzunehmen.

Eine ähnliche Verstellvorrichtung ist aus DE 41 09 795 AI bekannt .

Diese bekannten Versteilvorrichtungen sind insofern nicht voll befriedigend, als sie mechanisch aufwendig und platzraubend sind. Die dabei erreichbaren Verstellgenauigkeiten liegen im Bereich von hundertstel Millimeter.

Aus DE 42 12 815 AI ist eine Presse bekannt, bei der als Antriebseinheiten für die Stempel piezoelektrische Betätigungsglieder verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß in einfacher Weise eine verbesserte Verstellgenauigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein piezoelektrischer Aktor, also ein im allgemeinen geschichtet aufgebautes piezoelektrisches Element reagiert auf das Anlegen einer elektrischen Spannung mit einer Längenänderung, die erfindungsgemäß dazu verwendet wird, die Lage des Stempels oder der Matrize in Bezug auf seinen bzw. ihren Grundkörper zu verändern. Diese Verstellung kann gesteuert oder geregelt und insbesondere deshalb besonders einfach auch während des Betriebs der Maschine zwischen den einzelnen Hüben erfolgen, weil sie einfach durch die Veränderung einer elektrischen Spannung, ohne umfangreiche mechanische Verstellmittel, bewirkt werden kann. Die piezoelektrische Verstellung ist der bekannten mechanischen dabei auch insofern überlegen, als die Piezoaktoren im Millisekundenbereich bei Auflösungen im Nanometerbereich positionierbar sind.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 einen handelsüblichen piezoelektrischen Aktor schematisiert in Perspektive,

Fig. 2a und 2b eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Umformwerkzeugs im Vertikalschnitt und in Explosions- darstellung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Folgeverbundwerkzeugs im Vertikalschnitt,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Einzelwerkzeugs mit Umleitung des Kraftflusses im Vertikalschnitt, und

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Münzprägewerkzeugs im Vertikalschnitt.

Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt einen handelsüblichen piezoelektrischen Aktor 1. Er enthält in einem Gehäuse einen piezokeramischen Schichtstapel, der abhängig von einer an ihn angelegten elektrischen Spannung seine Länge ändert und Verstellungen im Bereich von deutlicher unter 1 μm bis, gegebenenfalls bei Verwendung mehrerer Aktoren hintereinander, 1000 μm gestattet. Für die Übertragung hoher Kräfte (etwa 100 bis 200 kN) und/oder zur Realisierung hoher Eigensteifigkeiten können derartige Aktoren auch parallel geschaltet werden. Wie bereits erwähnt, sind die Piezoaktoren im Millisekundenbereich bei Auflösungen im Nanometerbereich positionierbar.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein Umform-Einzelwerkzeug im Schnitt und in Explosionsdarstellung. Auf einer Grundplatte 2 des Werkzeugs stützt sich umgeben von einem Unterwerkzeug- rahmen 3 ein piezoelektrischer Aktor 1 ab, der mit seinem anderen Ende gegen einen verstellbaren Teil des Unterwerkzeugs (Matrize) 4 wirkt.

In einem Oberwerkzeugrahmen 5 ist ein Stempel 6 (hier als Prägestempel dargestellt) angebracht. Der obere Werk- zeugrahmen ist auf Führungen 7, die hier als Vierfach-Rund- führung ausgebildet sind, vertikal geführt.

Zwischen Matrize 4 und Stempel 6 wird durch ein (nicht dargestelltes) Vorschubsystem pro Hub des Oberwerkzeugs ein Blechstreifen 8 weitergeführt und von dem im Oberwerkzeugrahmen 5 angebrachten Stempel 6 geprägt .

Die im Unterwerkzeugrahmen 3 geführte Matrize 4 kann durch Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an den Pie- zoaktor 1 gegenüber dem Unterwerkzeugrahmen verstellt werden. Auf diese Weise läßt sich die Eindringtiefe des Werkzeugs in das Werkstück beim Prägen verändern.

Mit Vorteil wird die Eindringtiefe des Prägewerkzeugs direkt gemessen und die Eindringtiefe über die Arbeitsvorgänge durch Lageregelung mit der an dem Piezoaktor 1 angelegten Spannung als Stellgröße konstant gehalten.

Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der piezoelektrische Aktor l nur in der Unterform. Ebenso ist es aber auch möglich, einen piezoelektrischen Aktor in der Oberform oder sowohl in der Unterform als auch in der Oberform vorzusehen.

Fig. 3 zeigt ein Folgeverbundwerkzeug, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 2a und 2b mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen sind. Beim Werkzeug der Fig. 3 bildet das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug im wesentlichen die erste Stufe, wobei in der zweiten Stufe ein Ziehvorgang und in der dritten Stufe ein Schneidvorgang erfolgt .

Fig. 4 zeigt ein Einzelwerkzeug mit Umleitung des Kraftflusses. Gleiche Teile wie in den Fig. 2a und 2b sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Um eine Beschädigung des Aktors 1 durch zu hohe Prozeßkräfte zu vermeiden, sind, z.B. zwei, Hydraulikzylinder 10 horizontal angeordnet im Unterwerkzeugrahmen 3 vorgesehen und wirken über Kolben 10 gegen Reibklötze 11, die seitlich gegen die Matrize 4 gepreßt werden und so die beim Prägevor- gang auf den Aktor ausgeübten Prozeßkräfte um die Reibungskraft vermindern, so daß je nach Anpreßkraft der Reibklötze 11 ein mehr oder minder großer Teil der Prozeßkraft über die Reibklötze in den Unterwerkzeugrahmen 3 weitergeleitet wird. Zum Verstellen des pieozoelektrischen Aktors werden die Reibklötze jeweils gelöst.

Fig. 5 zeigt ein Münzprägewerkzeug. Wiederum sind gleiche Teile wie in den Fig. 2a und 2b mit den gleichen Bezugs- zeichen wie dort versehen. Der bewegliche Teil des Unterwerkzeugs ist hier ein unterer Prägestempel, der wiederum durch einen piezoelektrischen Aktor 1 in der Höhe feinjustiert oder geregelt werden kann.

Das als oberer Prägestempel ausgeführte Oberwerkzeug 6 ist in einem als Stößel ausgebildeten Oberwerkzeugrahmen 5 gehaltert. Die Prägefläche des unteren Prägestempels ist von einem Prägering 11 umgeben, in den der obere Prägestempel beim Prägevorgang eintaucht. Fig. 5 zeigt das Münzprägewerkzeug im geschlossenen Zustand; die zu prägende Münze und die Mechanik, die die Münze aus dem Prägering ausstößt, sind nicht dargestellt.

Die Münzprägung ist ein Vorgang, bei welchem eine exakte Einstellung der Prägestempel in Richtung des Prägehubs besonders wichtig ist, so daß eine Steuerung oder Regelung der Lage des unteren Prägestempels mit Hilfe eines piezoelektrischen Aktors von besonderem Vorteil ist.

Claims

Patentansprüche

1. Werkzeug mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, welche einen Stempel (6) und eine Matrize (4) aufweisen, die in einem Oberwerkzeug- und Unterwerkzeugrahmen (3, 5) angebracht sind, wobei wenigstens die Matrize (4) oder der Stempel (6) gegenüber dem zugehörigen Werkzeugrahmen verstellbar ist, und wobei eine zwischen dem Stempel (6) und/oder der Matrize (4) und dem zugehörigen Werkzeugrahmen wirkende Versteileinrichtung vorgesehen ist, welche für eine Veränderung der Lage der Matrize (4) und/oder des Stempels

(6) in Bezug auf den zugehörigen Werkzeugrahmen in Hubrichtung eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinrichtung einen piezoelektrischen Aktor (1) aufweist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Entlastung des piezoelektrischen Aktors (1) von den Prozeßkräf en vorgesehen ist.