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WO2017072173A1 - Aktuatorvorrichtung - Google Patents

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Publication number
WO2017072173A1
WO2017072173A1 PCT/EP2016/075798 EP2016075798W WO2017072173A1 WO 2017072173 A1 WO2017072173 A1 WO 2017072173A1 EP 2016075798 W EP2016075798 W EP 2016075798W WO 2017072173 A1 WO2017072173 A1 WO 2017072173A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
drive unit
actuator device
actuator
piston chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/075798
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mihai Vulcan
Bernhard Zervas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hatebur Umformmaschinen AG
Original Assignee
Hatebur Umformmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hatebur Umformmaschinen AG filed Critical Hatebur Umformmaschinen AG
Priority to JP2018521528A priority Critical patent/JP6781754B2/ja
Priority to EP16787843.8A priority patent/EP3368230B1/de
Priority to ES16787843T priority patent/ES2745037T3/es
Priority to EA201800283A priority patent/EA034846B1/ru
Priority to CN201680064125.8A priority patent/CN108348976B/zh
Priority to US15/772,320 priority patent/US10786845B2/en
Priority to KR1020187008714A priority patent/KR102577419B1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
    • B21D24/14—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies pneumatically or hydraulically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D45/00—Ejecting or stripping-off devices arranged in machines or tools dealt with in this subclass
    • B21D45/02—Ejecting devices
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    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
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    • F15B2211/7055—Linear output members having more than two chambers
    • F15B2211/7056—Tandem cylinders
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/775—Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press

Definitions

  • the present invention relates to a
  • the invention also relates to a use of
  • Actuator device When forming a Umformguts in a forming often there is a need to support the Umformgut one hand during the forming process against movement or a process-related shift of the
  • the AuswerfVorraum comprises two coupled drive units, one of which applies for the release of the formed parts from the Umformmatrize higher release force, while the other performs the actual Auswerfamba with lower Ausschiebekraft but much higher speed.
  • competent drive unit comprises in one embodiment, a hydraulic cylinder in which a piston with a narrow stroke is slidably mounted.
  • the piston acts on a rod-shaped ejector pin, which thereby breaks the forming part of the forming die.
  • Ejection movement includes an electric motor drive, which moves the ejector further, in which case the
  • Forming part is completely ejected from the forming die.
  • the stroke of this drive unit is much larger than the piston stroke of the hydraulic
  • the electromotive drive may be a linear motor direct drive or a servomotor, which communicates with the ejector pin, for example via a rack and pinion connection.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an actuator device of the generic type, both for moving an object and for supporting an object against unwanted evasive movements under the action of an external force as well as for controlled braking of an object during its displacement due to an external force suitable is.
  • Aktuatorabtriebs along a movement axis comprises a first drive unit and a second drive unit.
  • the first drive unit has a first piston chamber and a linearly displaceably mounted in this first piston and first hydraulic means for adjusting the first piston in the first piston chamber.
  • the second drive unit has the linearly movable along the axis of movement Aktuatorabrete, which is coupled to the first piston of the first drive unit to thrust, so that by movement of the first piston in a
  • the second drive unit has one with the first piston chamber
  • Piston chamber on.
  • the second piston is with the
  • Aktuatorabrete from the second piston chamber is extendable and by movement of the second piston in a direction opposite to the extension direction of retraction of Aktuatorabrete in the second piston chamber is retracted.
  • the formation of the second drive unit as a hydraulic or pneumatic piston drive is the Actuator device not only for moving, but also for supporting and braking an object
  • the first drive unit is designed to generate a higher thrust force than the second drive unit.
  • the second drive unit is designed to accelerate and move the second piston faster than the first drive unit, the first piston. In this way, high thrust and fast
  • Feed motion can be optimally combined.
  • the actuator device has a
  • Position measuring device for detecting the positions of the first piston and the second piston relative to a device fixed reference position. This makes it possible to move the actuator output position-controlled.
  • Piston chamber and the second piston chamber prevailing pressures of located in the first piston chamber and the second piston chamber hydraulic or pneumatic medium. This makes it possible to move the actuator output pressure or force controlled.
  • the actuator device comprises one with the position measuring device and the
  • the actuator device preferably has servo valves which can be controlled by the control device and which are advantageously designed for continuous operation, for the supply and removal of hydraulic or pneumatic medium into the first and second or from the first and second piston chambers.
  • Movement of the actuator output can be controlled precisely and continuously.
  • Control device controllable, speed-controlled pumps for the supply and removal of hydraulic or
  • the first drive unit comprises a bubble or diaphragm accumulator for resetting the first piston in the retraction direction.
  • the first drive unit comprises a gas reservoir for resetting the first piston in the retraction direction. This makes it possible to drive back the first piston with little effort. Conveniently, with the second piston a
  • Actuator used for the application of a directed force on a Umformgut in a forming device.
  • Umformgut of the actuator device from a forming die
  • the forming material is supported by the actuator device against an external force during a forming process.
  • a caused by an external force shift of Umformguts is controlled braked by the actuator.
  • Fig. 2 is a block diagram of a controller of the actuator device of Fig. 1;
  • Fig. 3 - a schematic representation of
  • Actuator device of Figure 1 in the context of a forming device; the actuator device of Fig. 1 in different phases in a first
  • Fig. 10-17 - a schematic process flow of a second application case when punching / separating a Umformteils in one
  • Fig. 23-28 - a schematic process flow of a third application case when descaling and forming a Umformteils in one
  • Actuator device comprises a first drive unit 10 and a second drive unit 20.
  • the first drive unit 10 comprises a cylindrical piston chamber 11, for example, with a first piston 12 which is mounted in a linearly adjustable manner
  • Drive unit 20 includes an example
  • cylindrical piston chamber 21 with a linearly displaceably mounted in this second piston 22.
  • the two piston chambers 11 and 21 are with respect to a
  • Motion axis A arranged in alignment one behind the other and immovably connected to each other.
  • the first piston chamber 11 is connected via two lines 15a and 15b to first hydraulic means, which is a symbolized by a line 16 hydraulic source, two hydraulic accumulators 17a and 17b, a first, for
  • the continuous working trained 4-way servo valve 18 and a collecting tank 19 include. As explained below, only three of the four paths of the servo valve 18 are used, so that the first servo valve 18 can also be designed as a 3-way valve.
  • the two lines 15a and 15b open in the region of the two longitudinal ends of the first piston chamber 11 in this one.
  • the line 15a leads to the first servo valve 18 via the line 15b of the hydraulic accumulator (bubble or diaphragm accumulator) 17b is connected to the first piston chamber 11.
  • the operating pressure of the first hydraulic means is up to about 350 bar (High pressure circuit).
  • the side of the line 15b the operating pressure is much lower.
  • the hydraulic accumulator 17b is therefore designed as a low-pressure accumulator.
  • On the side of the line 15b may be used instead of a hydraulic medium and a pneumatic pressure medium, in which case instead of the hydraulic accumulator 17b, a gas storage would be provided. This is advantageous if a hydraulic bladder or diaphragm accumulator for the particular application of the actuator no
  • Rod-shaped shock member 23 is connected, which is tightly performed by an end wall 21a of the second piston chamber 21 and an adjacent end wall IIa of the first piston chamber 11 and projects into the first piston chamber 11.
  • a rod-shaped Aktuatorabtrieb 24 is attached to this motion-proof.
  • the actuator output 24 is guided tightly through an end wall 21 a of the end wall 21 a of the second piston chamber 21 and projects (as shown in FIG.
  • Shock member 23 and the Aktuatorabtrieb 24 are aligned with respect to the movement axis A aligned (coaxial).
  • the second piston chamber 21 is connected via two lines 25a and 25b to second hydraulic means, which symbolizes one only by a line 26
  • Hydraulic source a hydraulic accumulator 27, a second designed for continuous work 4-way servo valve 28 and a collecting tank 29 include.
  • the two lines 25a and 25b open in the region of the two longitudinal ends of the second piston chamber 21 in this one.
  • the operating pressure of the second hydraulic means is up to about 150 bar (low pressure circuit).
  • a pneumatic source instead of the hydraulic source, a pneumatic source and instead of the hydraulic accumulator, a gas storage would be used.
  • two pressure sensors 31 and 32 are connected, which detect the pressures of a hydraulic medium located in the first piston chamber 11 on each side of the first piston 12.
  • two pressure sensors 33 and 34 are connected to the second piston chamber 21, which are the pressures of a located in the second piston chamber 21
  • the actuator device further comprises a
  • Position measuring device 40 which detects the positions of the first piston 12 and the second piston 22 relative to a device fixed reference position.
  • the magnetically operating position measuring device 40 comprises a sensor rod 41, position magnets 42 and 43 and a measuring electronics 44.
  • the position magnets 42 are
  • Position magnets 43 are arranged in the free end of the thrust member 23 and connected to this motion. Since the impact member 23 in turn is immovably connected to the second piston 22, the position of the second piston 22 results directly from the position of the impact member 23.
  • the stationary sensor rod 41 is axial - li ⁇ arranged and protrudes through the first piston 12 into the free end of the thrust member 23 inside. During a movement of the first or second piston 12 or 22, the position magnets 42 and 43 generate corresponding signals in the sensor rod 41, from which the measuring electronics 44 forms position or distance information.
  • the second piston 22 of the second drive unit 20 can by pressurizing
  • the first piston 12 of the first drive unit 10 can by pressurizing
  • Moving or moving the first piston 12 and the second piston 22 along the movement axis A can by appropriate control of the servo valves 18 and 28 by means of the pressure sensors 31-34 pressure or
  • Position measuring device 40 position-controlled done As shown in block diagram in FIG. 2, the actuator device has a purpose for this purpose
  • Control device 50 which with the
  • Position measuring device 40 and the pressure sensors 31-34 cooperates and by appropriate actuation of the two servo valves 18 and 28 for position and
  • the controller 50 also includes an operator interface 51 through which, during practical use of the actuator device
  • Actuator output 24 also be attached to a force sensor wherein its force signal can be used to control the movement of the pistons.
  • the two drive units 10 and 20 are identical to The two drive units 10 and 20.
  • the first piston 12 of the first drive unit 10 has a relative to the second piston 22 substantially larger effective piston area and is also acted upon by higher operating pressure. This allows the first drive unit 10 relative to the second drive unit 20 to generate much higher thrust or holding ⁇ or braking forces. Conversely, however, the movement of the first piston requires a much larger volume flow and is therefore slower.
  • the second piston 22 of the second drive unit 20 has a relatively small effective piston (ring) surface. As a result, the second drive unit 20 can only generate relatively low pushing or holding or braking forces. On the other hand, however, the second piston 22 can be accelerated and moved relatively quickly with a small volume flow.
  • first and second piston chambers 11 and 21 are preferably hollow cylindrical and the first and second pistons 12 and 22 are correspondingly cylindrical
  • the inner diameter of the first piston chamber 11 is for example about 80 mm, that of the second piston chamber 21 about 50 mm.
  • the diameter of the thrust member 23 and the diameter of the Aktuatorabtriebs 24 is about 40 mm each. With these dimensions, the effective piston area of the first piston 12 is on both sides ⁇ * 40 2 mm 2 and the effective piston (ring) surface of the second piston 22 on both sides ⁇ * (25 2 - 20 2 ) mm 2 .
  • the actuator device according to the invention is for
  • Kraftbeierschlagung can e.g. serve to move the object controlled over a certain distance along a movement axis and thereby overcome a resistance of the movement of the object
  • Thrust An example of this is the ejection of a formed workpiece from a forming die of a forming device.
  • the force application can also serve to an object during the action of a
  • Actuator device suitable to that of a
  • Braking force An example of this is the controlled braked insertion of a blank into the forming die of a forming device. Movement, support and
  • Braking of an object can be done by means of
  • Actuator device according to the invention also combined and realized in any order.
  • the Actuator device according to the invention is very particularly suitable for use in forming devices for movement,
  • Use cases are basic functions (moving, supporting, braking) of the actuator device
  • the actuator device is in a
  • Actuator as a whole to a machine body 110 of a forming device 100 is flanged.
  • the first and second hydraulic means are summarized here graphically in a hydraulic block 60, wherein only the hydraulic accumulator 17b, the two servo valves 18 and 28 and the two lines 25a and 25b are separately recognizable.
  • the machine body 110 of the forming device has a passage opening 111 into which the actuator output 24 of the actuator device protrudes.
  • Machine body 110 is a forming die 120
  • Auswerfstössel 122 which in turn empties the Umformgut W from a forming die 120.
  • FIG. 4 shows the actuator device in the starting position, wherein the two pistons 12 and 22 and thus the
  • Aktuatorabtrieb 24 are moved to a predetermined position, which of the height of the Umformguts (in
  • Matrix depends (distance to Matrizenvorderkante). The configuration corresponds to FIG. 3.
  • FIG. 5 shows the actuator device in one
  • the actuator device is in one
  • Actuator output 24 ejects the forming material from the forming die (until it reaches the front edge of the die). This is the actual ejection movement, which can be carried out very quickly by means of the second drive unit 20.
  • the first piston 12 is now controlled by the pressure of the hydraulic accumulator 17b in his
  • the servo valve 18 opens regulated to catch tank 19.
  • the first piston 21 also when returning later
  • FIG. 7 shows the actuator device in a holding phase.
  • the first piston 12 is in its
  • Aktuatorabtrieb 24 are extended so far that the Umformgut located in front of the front edge of the forming die and can be removed from there by the transport system of the forming device.
  • Forming die positioned and e.g. by means of a
  • the braking force is relatively low and at least set low enough to no
  • FIG. 9 illustrates that during a
  • Actuator output 24 only over a relatively small distance.
  • the dissolving force to be applied is (short-term)
  • FIGS. 10-17 illustrate a typical process sequence for punching and separating a formed part in one
  • forming device Of the forming device are only a Trennmatrize 220, a punch 230, a separating sleeve 240 and a
  • Spacer sleeve 250 shown.
  • a blank to be punched and cut (Umformgut) is designated by U.
  • the spacer sleeve 250 is analogous to FIG. 3 via a not shown shock member in conjunction with the Aktuatorabtrieb 24 of the actuator and is in
  • strong force or “weak force” are those of the first
  • Drive unit 10 and the second drive unit 20 applied shear, holding and braking forces
  • the two pistons 12 and 22 starting from an initial position (FIG. 21), are in position-controlled position in the position shown in FIG. 18 (sliding phase) and FIG. 19 (holding phase).
  • the acted spacer sleeve 250 is located just before the front edge of the separation die 220.
  • the Umformgut U is positioned by a transport device of the forming device in front of the separating die 220 (Fig. 10).
  • the punch 230 and the separating sleeve 240 move towards the separating die 220 and press the forming material U a short distance into it (FIG. 11).
  • This movement is braked by the actuator device with little force, wherein the second piston 22 is retracted until it assumes the position shown in Fig. 20.
  • the punch 230 pushes a core part UK of the forming material U into the spacer sleeve 250, wherein the actuator device supports the spacer sleeve 250 with great force.
  • the separation process begins.
  • the separating sleeve 240 moves toward the separating die 220 and pushes the forming material U into the separating die.
  • the two pistons 12 and 22 of the actuator device return to their starting position (FIG. 21) in a position-controlled and force-controlled manner and brake the displacement of the spacer sleeve 250 with little force during this retraction movement.
  • the two pistons 12 and 22 of the actuator device return to their starting position (FIG. 21) in a position-controlled and force-controlled manner and brake the displacement of the spacer sleeve 250 with little force during this retraction movement.
  • FIG. 22 illustrates the thrust force to be applied by the device via its actuator output 24 during a punching and cutting cycle of the actuator device and the travel distance (stroke from starting position).
  • FIGS. 23-28 a typical procedure for descaling and forming a forming part in a forming device is shown.
  • a forming die 320 Of the forming device only a forming die 320, a punch 330 and a Auswerfstössel 350 are shown. One to be descaled and reshaped
  • Auswerfstössel 320 is analogous to FIG. 3 directly or via a not shown shock member in conjunction with the Aktuatorabtrieb 24 of the actuator and is applied during operation of this with force.
  • FIGS. 29-33 show the corresponding positions of the
  • the process cycle is based on a in the
  • the punch 330 has already been moved back.
  • the actuator output 24 or the pistons 12 and 22 are in the starting position shown in FIG. 29, the ejector plunger 350 occupying the position shown in FIG.
  • Umformguts U from the forming die 320 shows the actuator device in the release phase.
  • Fig. 31 shows the actuator device in the ejection phase, and
  • Fig. 32 shows the positions of the two commonly extended pistons 12 and 22 in the fully extended state (holding phase), wherein the Umformgut is then in front of the forming die 320 (Fig. 24) and can be removed. The removal and ejection of the Umformguts takes place the same as in
  • the finished formed material is removed and a new blank U to be formed is positioned by the transport device of the forming device in front of the forming die 320 (FIG. 25).
  • Blank U in the forming die 320 brakes the
  • FIG. 33 shows the actuator device in this braking phase. As soon as the actuator output 24 or the two pistons 12 and 22 have reached their starting position, the actuator output 24 opposes the inward movement of the blank with a large force, the blank then being reshaped in the forming die by the press die (FIG. 28).
  • the forming device is now a new one
  • FIG. 34 illustrates that during a
  • Actuator 24 applied shear force and the travel (stroke from starting position) of the Aktuatorabtriebs 24 as a function of the cycle time t.
  • the dashed line shows the travel s
  • the solid line shows the force F.
  • Figures 35 and 36 show a variant of the first and second drive unit, in which instead of servo valves speed-controlled pumps are used.
  • the drive unit 10 x includes next to the already
  • the pump 118a is connected to the first piston chamber 11 via the line 15a.
  • the second drive unit 20 x comprises, in addition to the components already described, a pump 128 a driven in a speed-controlled manner by an electric servomotor 128 b.
  • the pump 128 a is connected to the second piston chamber 21 via the lines 25 a and 25 b.
  • An additionally existing membrane or bladder accumulator 127 is connected to the two lines 25a and 25b via a check valve 127a and 127b, respectively.
  • the two servomotors 118b and 128b are replaced by the controller 50 (instead of the servo valves 18 and 28)

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Abstract

Eine Aktuatorvorrichtung umfasst zwei Antriebseinheiten (10, 20) für einen Aktuatorabtrieb (24). Die erste Antriebseinheit (10) weist eine erste Kolbenkammer (11) und einen in dieser verschiebbaren ersten Kolben (12) sowie erste Hydraulikmittel (16, 17a, 17b, 18, 19) zur Verstellung des Kolbens (12) auf. Die zweite Antriebseinheit (20) weist eine zweite Kolbenkammer (21) und einen in dieser verschiebbaren zweiten Kolben (22) sowie zweite Hydraulik- oder Pneumatikmittel (26, 27, 28, 29) zur Verstellung des Kolbens (22) auf. Der zweite Kolben (22) ist mit dem Aktuatorabtrieb (24) bewegungsfest verbunden und mit dem ersten Kolben (12) auf Schub koppelbar, so dass der zweite Kolben (22) durch den ersten Kolben (12) in einer Ausfahrrichtung (PI) verstellbar ist. Die erste Antriebseinheit (10) ist für eine grössere Schubkraft ausgebildet als die zweite Antriebseinheit (20), während die zweite Antriebseinheit (20) für eine grössere Hubgeschwindigkeit ausgelegt ist als die erste Antriebseinheit (10).

Description

Aktuatorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Aktuatorvorrichtung zum linearen Bewegen eines
Aktuatorabtriebs längs einer Bewegungsachse gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die
Erfindung betrifft auch eine Verwendung der
Aktuatorvorrichtung . Beim Umformen eines Umformguts in einer Umformeinrichtung besteht oft die Notwendigkeit, das Umformgut einerseits während des Umformprozesses gegen Bewegung abzustützen oder auch eine prozessbedingte Verschiebung des
Umformguts kontrolliert zu bremsen und anderseits das fertig umgeformte Umformgut aus einer Umformmatrize auszustossen . Dabei sind teils verhältnismässig hohe Stütz- bzw. Auswerfkräfte erforderlich. Anderseits soll zumindest das Auswerfen des Umformguts mit grosser
Geschwindigkeit erfolgen, um einen hohen Maschinentakt der Umformeinrichtung zu gewährleisten.
In der WO 2010/118799 AI ist eine AuswerfVorrichtung für Umformteile aus einer Umformmatrize einer
Umformeinrichtung beschrieben. Die AuswerfVorrichtung umfasst zwei gekoppelte Antriebseinheiten, von denen eine die für das Lösen der Umformteile aus der Umformmatrize erforderliche höhere Lösekraft aufbringt, während die andere die eigentliche Auswerfbewegung mit geringerer Ausschiebekraft aber wesentlich höherer Geschwindigkeit durchführt. Die für die Aufbringung der Lösekraft
zuständige Antriebseinheit umfasst in einer Ausführung einen Hydraulikzylinder, in welchem ein Kolben mit eng begrenztem Hub verschiebbar gelagert ist. Der Kolben beaufschlagt einen stangenförmigen Auswerferstift, welcher dabei das Umformteil von der Umformmatrize losbricht. Die Antriebseinheit für die eigentliche
Auswurfbewegung umfasst einen elektromotorischen Antrieb, der den Auswerferstift weiter bewegt, wobei dann das
Umformteil vollständig aus der Umformmatrize ausgestossen wird. Der Hub dieser Antriebseinheit ist wesentlich grösser als der Kolbenhub der hydraulischen
Antriebseinheit. Der elektromotorische Antrieb kann ein Linearmotordirektantrieb oder ein Servomotor sein, der beispielsweise über eine Zahnstangen-Ritzelverbindung mit dem Auswerferstift in Verbindung steht.
Diese bekannte AuswerfVorrichtung ist nicht dazu
geeignet, ein Umformteil in der Umformmatrize während des Umformvorgangs zu stützen oder die prozessbedingte
Verschiebung des Umformteils während des Umformvorgangs kontrolliert zu bremsen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktuatorvorrichtung der gattungsgemässen Art bereitzustellen, welche sowohl zum Bewegen eines Objekts als auch zur Abstützung eines Objekts gegen unerwünschte Ausweichbewegungen bei Einwirkung einer äusseren Kraft sowie auch zum kontrollierten Bremsen eines Objekts bei dessen Verschiebung aufgrund einer äusseren Krafteinwirkung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe
Aktuatorvorrichtung gelöst, wie sie im unabhängigen
Patentanspruch 1 definiert ist. Besonders vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Verwendungen der Aktuatorvorrichtung sind Gegenstand der
Verwendungsansprüche 12 bis 15.
Das Wesen der Erfindung besteht im Folgenden: Eine
Aktuatorvorrichtung zum linearen Bewegen eines
Aktuatorabtriebs längs einer Bewegungsachse umfasst eine erste Antriebseinheit und eine zweite Antriebseinheit. Die erste Antriebseinheit weist eine erste Kolbenkammer und einen in dieser linear verschiebbar gelagerten ersten Kolben sowie erste Hydraulikmittel zur Verstellung des ersten Kolbens in der ersten Kolbenkammer auf. Die zweite Antriebseinheit weist den längs der Bewegungsachse linear bewegbaren Aktuatorabtrieb auf, der mit dem ersten Kolben der ersten Antriebseinheit auf Schub koppelbar ist, so dass durch Bewegung des ersten Kolbens in eine
Ausfahrrichtung der Aktuatorabtrieb ebenfalls in
Ausfahrrichtung bewegt wird. Die zweite Antriebseinheit weist dabei eine mit der ersten Kolbenkammer
bewegungsfest verbundene zweite Kolbenkammer und einen in dieser linear verschiebbar gelagerten zweiten Kolben sowie zweite Hydraulik- oder Pneumatikmittel zur
Verstellung des zweiten Kolbens in der zweiten
Kolbenkammer auf. Der zweite Kolben ist mit dem
Aktuatorabtrieb bewegungsfest verbunden, so dass durch Bewegung des zweiten Kolbens in Ausfahrrichtung der
Aktuatorabtrieb aus der zweiten Kolbenkammer ausfahrbar ist und durch Bewegung des zweiten Kolbens in eine zur Ausfahrrichtung entgegengesetzte Einfahrrichtung der Aktuatorabtrieb in die zweite Kolbenkammer einfahrbar ist.
Durch die Ausbildung der zweiten Antriebseinheit als hydraulischer oder pneumatischer Kolbenantrieb ist die Aktuatorvorrichtung nicht nur für das Bewegen, sondern auch für das Abstützen und Bremsen eines Objekts
geeignet .
Vorteilhafterweise ist die erste Antriebseinheit dazu ausgebildet, eine höhere Schubkraft zu erzeugen als die zweite Antriebseinheit. Umgekehrt ist es vorteilhaft, wenn die zweite Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, den zweiten Kolben schneller zu beschleunigen und zu bewegen als die erste Antriebseinheit den ersten Kolben. Auf diese Weise können hohe Schubkraft und schnelle
Vorschubbewegung optimal kombiniert werden.
Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Aktuatorvorrichtung eine
Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Positionen des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens relativ zu einer vorrichtungsfesten Bezugsposition auf. Dies ermöglicht es, den Aktuatorabtrieb lagegeregelt zu bewegen.
Vorteilhafterweise weist die Aktuatorvorrichtung
Drucksensoren zur Erfassung der in der ersten
Kolbenkammer und der zweiten Kolbenkammer herrschenden Drücke von in der ersten Kolbenkammer und der zweiten Kolbenkammer befindlichem Hydraulik- bzw. Pneumatikmedium auf. Dies ermöglicht es, den Aktuatorabtrieb druck- bzw. kraftgeregelt zu bewegen.
Zweckmässigerweise umfasst die Aktuatorvorrichtung dabei eine mit der Positionsmesseinrichtung und den
Drucksensoren zusammenarbeitende Steuerungseinrichtung zur positions- und kraftgesteuerten Bewegung des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens. Vorzugsweise weist dabei die Aktuatorvorrichtung von der Steuerungseinrichtung ansteuerbare, vorteilhafterweise für kontinuierliches Arbeiten ausgebildete Servoventile zur Zu- und Abfuhr von Hydraulik- bzw. Pneumatikmedium in die erste und zweite bzw. aus der ersten und zweiten Kolbenkammer auf. Mittels der Servoventile kann die
Bewegung des Aktuatorabtriebs präzise und kontinuierlich kontrolliert werden.
Alternativ weist die Aktuatorvorrichtung von der
Steuerungseinrichtung ansteuerbare, drehzahlgeregelte Pumpen zur Zu- und Abfuhr von Hydraulik- bzw.
Pneumatikmedium in die erste und zweite bzw. aus der ersten und zweiten Kolbenkammer auf.
Vorteilhafterweise umfasst die erste Antriebseinheit einen Blasen- bzw. Membranspeicher zur Rückstellung des ersten Kolbens in Einfahrrichtung. In einer vorteilhaften Alternativausführung umfasst die erste Antriebseinheit einen Gas-Speicher zur Rückstellung des ersten Kolbens in Einfahrrichtung. Dies ermöglicht es, den ersten Kolben mit geringem Aufwand zurückzufahren. Zweckmässigerweise ist mit dem zweiten Kolben ein
Stossorgan bewegungsfest verbunden, über welches der zweite Kolben vom ersten Kolben in Ausfahrrichtung verstellbar ist. Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die
Aktuatorvorrichtung für die Aufbringung einer gerichteten Kraft auf ein Umformgut in einer Umformeinrichtung verwendet . In einer vorteilhaften Verwendung wird das Umformgut von der Aktuatorvorrichtung aus einer Umformmatrize
ausgestossen . In einer anderen vorteilhaften Verwendung wird das Umformgut während eines Umformprozesses von der Aktuatorvorrichtung gegen eine äussere Krafteinwirkung abgestützt. In einer weiteren vorteilhaften Verwendung wird eine von einer äusseren Krafteinwirkung verursachte Verschiebung des Umformguts von der Aktuatorvorrichtung kontrolliert gebremst.
Im Folgenden wird die erfindungsgemässe
Aktuatorvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungs- und
Anwendungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen : eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung;
Fig. 2 - ein Blockschema einer Steuerungseinrichtung der Aktuatorvorrichtung von Fig. 1; Fig. 3 - eine schematische Darstellung der
Aktuatorvorrichtung von Fig. 1 im Kontext einer Umformeinrichtung; die Aktuatorvorrichtung von Fig. 1 in verschiedenen Phasen in einem ersten
Anwendungsfall sowie ein zugehöriges Kraft Weg-Zeit-Diagramm; Fig. 10-17 - einen schematischen Verfahrensablauf eines zweiten Anwendungsfalls beim Lochen/Trennen eines Umformteils in einer
Umformeinrichtung;
Fig. 18-22 - die Aktuatorvorrichtung von Fig. 1 in
verschiedenen Phasen im zweiten
Anwendungsfall beim Lochen/Trennen eines Umformteils sowie ein zugehöriges Kraft- Weg-Zeit-Diagramm;
Fig. 23-28 - einen schematischen Verfahrensablauf eines dritten Anwendungsfalls beim Entzundern und Umformen eines Umformteils in einer
Umformeinrichtung;
Fig. 29-34 - die Aktuatorvorrichtung von Fig. 1 in
verschiedenen Phasen im dritten
Anwendungsfall beim Entzundern und Umformen eines Umformteils sowie ein zugehöriges
Kraft-Weg-Zeit-Diagramm; und
Fig. 35-36 - schematisch je eine Detailvariante der
Aktuatorvorrichtung .
Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im
unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen.
Das in den Figuren 1-3 mit seinen funktionswesentlichsten Teilen dargestellte Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung umfasst eine erste Antriebseinheit 10 und eine zweite Antriebseinheit 20. Die erste Antriebseinheit 10 umfasst eine beispielsweise zylindrische Kolbenkammer 11 mit einem in dieser linear verstellbar gelagerten ersten Kolben 12. Die zweite
Antriebseinheit 20 umfasst eine beispielsweise
zylindrische Kolbenkammer 21 mit einem in dieser linear verstellbar gelagerten zweiten Kolben 22. Die beiden Kolbenkammern 11 und 21 sind bezüglich einer
Bewegungsachse A fluchtend hintereinander angeordnet und bewegungsfest miteinander verbunden.
Die erste Kolbenkammer 11 ist über zwei Leitungen 15a und 15b mit ersten Hydraulikmitteln verbunden, welche eine nur durch eine Leitung 16 symbolisierte Hydraulikquelle, zwei Hydrospeicher 17a und 17b, ein erstes, für
kontinuierliches Arbeiten ausgebildetes 4-Wege- Servoventil 18 und einen Auffangtank 19 umfassen. Wie weiter unten noch erläutert, werden von den vier Wegen des Servoventils 18 nur drei benützt, so dass das erste Servoventil 18 auch als 3-Wege-Ventil ausgebildet sein kann. Die beiden Leitungen 15a und 15b münden im Bereich der beiden Längsenden der ersten Kolbenkammer 11 in diese ein. Die Leitung 15a führt zum ersten Servoventil 18. Über die Leitung 15b ist der Hydrospeicher (Blasen- oder Membranspeicher) 17b an die erste Kolbenkammer 11 angeschlossen. Auf der Seite der Leitung 15a beträgt der Betriebsdruck der ersten Hydraulikmittel bis etwa 350 bar (Hochdruckkreis) . Auf der Seite der Leitung 15b ist der Betriebsdruck wesentlich geringer. Der Hydrospeicher 17b ist deshalb als Niederdruckspeicher ausgebildet. Auf der Seite der Leitung 15b kann anstatt eines Hydraulik- Mediums auch ein pneumatisches Druckmedium eingesetzt sein, wobei dann anstelle des Hydrospeichers 17b ein Gas- Speicher vorgesehen wäre. Dies ist dann von Vorteil, wenn ein hydraulischer Blasen- bzw. Membranspeicher für die jeweilige Anwendung der Aktuatorvorrichtung keine
ausreichend kurzen Reaktionszeiten aufweist.
Mit dem zweiten Kolben 22 ist bewegungsfest ein
stangenförmiges Stossorgan 23 verbunden, welches durch eine Stirnwand 21a der zweiten Kolbenkammer 21 und eine angrenzende Stirnwand IIa der ersten Kolbenkammer 11 dicht durchgeführt ist und in die erste Kolbenkammer 11 hineinragt. An der dem Stossorgan 23 gegenüberliegenden Seite des zweiten Kolbens 22 ist an diesem bewegungsfest ein stangenförmiger Aktuatorabtrieb 24 angebracht. Der Aktuatorabtrieb 24 ist durch eine der Stirnwand 21a gegenüberliegende Stirnwand 21b der zweiten Kolbenkammer 21 dicht hindurchgeführt und ragt (im gezeigten
eingefahrenen Zustand) etwas aus der zweiten Kolbenkammer 21 heraus. Die beiden Kolben 12 und 22 sowie das
Stossorgan 23 und der Aktuatorabtrieb 24 sind bezüglich der Bewegungsachse A fluchtend (koaxial) ausgerichtet.
Die zweite Kolbenkammer 21 ist über zwei Leitungen 25a und 25b mit zweiten Hydraulikmitteln verbunden, welche eine nur durch eine Leitung 26 symbolisierte
Hydraulikquelle, einen Hydrospeicher 27, ein zweites für kontinuierliches Arbeiten ausgebildetes 4-Wege- Servoventil 28 und einen Auffangtank 29 umfassen. Die beiden Leitungen 25a und 25b münden im Bereich der beiden Längsenden der zweiten Kolbenkammer 21 in diese ein. Der Betriebsdruck der zweiten Hydraulikmittel beträgt bis etwa 150 bar (Niederdruckkreis) . Anstelle der zweiten Hydraulikmittel könnten auch Pneumatikmittel vorgesehen sein, wobei dann sinngemäss anstelle der Hydraulikquelle eine Pneumatikquelle und anstelle des Hydrospeichers ein Gas-Speicher eingesetzt wäre. An die erste Kolbenkammer 11 sind zwei Drucksensoren 31 und 32 angeschlossen, welche die Drücke eines in der ersten Kolbenkammer 11 befindlichen Hydraulikmediums auf je einer Seite des ersten Kolbens 12 erfassen.
Desgleichen sind an die zweite Kolbenkammer 21 zwei Drucksensoren 33 und 34 angeschlossen, welche die Drücke eines in der zweiten Kolbenkammer 21 befindlichen
Hydraulik- bzw. Pneumatikmediums auf je einer Seite des zweiten Kolbens 22 erfassen. Die Aktuatorvorrichtung weist ferner eine
Positionsmesseinrichtung 40 auf, welche die Positionen des ersten Kolbens 12 und des zweiten Kolbens 22 relativ zu einer vorrichtungsfesten Bezugsposition erfasst. Die magnetisch arbeitende Positionsmesseinrichtung 40 umfasst einen Sensorstab 41, Positionsmagneten 42 und 43 und eine Messelektronik 44. Die Positionsmagneten 42 sind
bewegungsfest im ersten Kolben 12 angeordnet. Die
Positionsmagneten 43 sind im freien Ende des Stossorgans 23 angeordnet und mit diesem bewegungsfest verbunden. Da das Stossorgan 23 seinerseits bewegungsfest mit dem zweiten Kolben 22 verbunden ist, ergibt sich die Position des zweiten Kolbens 22 unmittelbar aus der Position des Stossorgans 23. Der feststehende Sensorstab 41 ist axial - li ¬ angeordnet und ragt durch den ersten Kolben 12 hindurch in das freie Ende des Stossorgans 23 hinein. Bei einer Bewegung des ersten oder zweiten Kolbens 12 bzw. 22 erzeugen die Positionsmagneten 42 bzw. 43 entsprechende Signale im Sensorstab 41, aus denen die Messelektronik 44 Positions- oder Wegstreckeninformationen bildet.
Der zweite Kolben 22 der zweiten Antriebseinheit 20 kann durch Beaufschlagung mit unter Druck stehendem
Hydraulikmedium über die Leitung 25a entlang der
Bewegungsachse A in Richtung des Pfeils PI
(Ausfahrrichtung) und durch Beaufschlagung mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium über die Leitung 25b in Richtung des Pfeils P2 (Einfahrrichtung) bewegt werden. Dabei bewegt sich das Stossorgan 23 entsprechend mit und der Aktuatorabtrieb 24 wird aus der zweiten Kolbenkammer 21 ausgefahren bzw. wieder in diese eingefahren.
Der erste Kolben 12 der ersten Antriebseinheit 10 kann durch Beaufschlagung mit unter Druck stehendem
Hydraulikmedium über die Leitung 15a entlang der
Bewegungsachse A in Richtung des Pfeils PI
(Ausfahrrichtung) bewegt werden. Die Rückbewegung des ersten Kolbens 12 in Richtung des Pfeils P2
(Einfahrrichtung) erfolgt durch Beaufschlagung des ersten Kolbens 12 mit Hydraulikmedium aus dem Hydrospeicher 17b über die Leitung 15b. Der zweite Kolben 22 ist mit dem ersten Kolben 12 über das Stossorgan 23 lediglich auf Schub gekoppelt. Das heisst, der erste Kolben 12 kann lediglich bei seiner Bewegung in Ausfahrrichtung den zweiten Kolben 22 und damit der Aktuatorabtrieb 24 in Ausfahrrichtung mitnehmen. Die Kopplung der beiden Kolben 12 und 22 auf Schub ist natürlich nur dann aktiv, wenn sich die beiden Kolben in solchen Positionen befinden, in denen das Stossorgan 23 auf dem ersten Kolben 12 ansteht, so wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Aufgrund der beschriebenen Kopplung der beiden Antriebseinheiten 10 und 20 bzw. deren Kolben 12 und 22 kann der
Aktuatorabtrieb 24 (je nach Position der beiden Kolben) von beiden Antriebseinheiten 10 und 20 in Richtung des Pfeils PI bewegt bzw. ausgefahren werden. Näheres dazu ist weiter unten noch anhand von typischen
Anwendungsbeispielen erläutert.
Das Bewegen bzw. Verfahren des ersten Kolbens 12 und des zweiten Kolbens 22 entlang der Bewegungsachse A kann durch entsprechende Regelung der Servoventile 18 und 28 mit Hilfe der Drucksensoren 31-34 druck- bzw.
kraftgesteuert (Druck und Kraft sind über die wirksamen Kolbenflächen proportional) und mit Hilfe der
Positionsmesseinrichtung 40 positionsgesteuert erfolgen. Wie in Fig. 2 blockschemat isch dargestellt ist, weist die Aktuatorvorrichtung zu diesem Zweck eine
Steuerungseinrichtung 50 auf, welche mit der
Positionsmesseinrichtung 40 und den Drucksensoren 31-34 zusammenarbeitet und durch entsprechende Betätigung der beiden Servoventile 18 und 28 zur positions- und
kraftgesteuerten Bewegung des ersten Kolbens 12 und des zweiten Kolbens 22 und damit des Aktuatorabtriebs 24 ausgebildet ist. Die Steuerungseinrichtung 50 umfasst auch eine Bedienungsschnittstelle 51, über die während der praktischen Anwendung der Aktuatorvorrichtung
erforderliche Kräfte bzw. Drücke und Kolbenpositionen bzw. Kolbenhübe eingestellt werden können. Anstelle der oder zusätzlich zu den Drucksensoren 31-34 kann am
Aktuatorabtrieb 24 auch ein Kraftsensor angebracht sein, wobei dessen Kraftsignal zur Steuerung der Bewegung der Kolben herangezogen werden kann.
Die beiden Antriebseinheiten 10 und 20 sind
unterschiedlich ausgelegt. Der erste Kolben 12 der ersten Antriebseinheit 10 besitzt eine gegenüber dem zweiten Kolben 22 wesentlich grössere wirksame Kolbenfläche und wird auch mit höherem Betriebsdruck beaufschlagt. Dadurch kann die erste Antriebseinheit 10 gegenüber der zweiten Antriebseinheit 20 wesentlich höhere Schub- bzw. Halte¬ oder Bremskräfte erzeugen. Umgekehrt erfordert aber die Bewegung des ersten Kolbens einen wesentlich grösseren Volumenstrom und ist deshalb langsamer. Der zweite Kolben 22 der zweiten Antriebseinheit 20 weist eine relativ geringe wirksame Kolben (ring) fläche auf. Dadurch kann die zweite Antriebseinheit 20 nur relativ geringe Schub- bzw. Halte- oder Bremskräfte erzeugen. Anderseits kann aber der zweite Kolben 22 mit einem kleinen Volumenstrom relativ rasch beschleunigt und bewegt werden. Die
Kombination der beiden Antriebseinheiten 10 und 20 erlaubt gewissermassen die Trennung von Kraft und
Bewegung. Sie ermöglicht die Erzeugung sehr hoher
Schubkräfte bei kleinerer Geschwindigkeit und weniger hoher Schubkräfte über einen grösseren Kolbenhub bei grösserer Geschwindigkeit. Die Kombination der beiden Antriebseinheiten 10 und 20 gewährleistet optimale
Flexibilität hinsichtlich der Anwendungsbedingungen bzw. Einset zbarkeit der Aktuatorvorrichtung . In der Praxis sind die erste und zweite Kolbenkammer 11 bzw. 21 vorzugsweise hohlzylindrisch und der erste und zweite Kolben 12 bzw. 22 entsprechend zylindrisch
ausgebildet. Der Innendurchmesser der ersten Kolbenkammer 11 beträgt beispielsweise etwa 80 mm, derjenige der zweiten Kolbenkammer 21 etwa 50 mm. Der Durchmesser des Stossorgans 23 und der Durchmesser des Aktuatorabtriebs 24 beträgt je etwa 40 mm. Mit diesen Abmessungen beträgt die wirksame Kolbenfläche des ersten Kolbens 12 beidseits Π*402 mm2 und die wirksame Kolben (ring) fläche des zweiten Kolbens 22 beidseits Π* (252 - 202) mm2.
Die erfindungsgemässe Aktuatorvorrichtung ist für
Anwendungen geeignet, in denen ein Objekt mit einer gerichteten Kraft beaufschlagt werden muss. Die
Kraftbeaufschlagung kann z.B. dazu dienen, das Objekt über eine bestimmte Strecke längs einer Bewegungsachse kontrolliert zu bewegen und dabei einen der Bewegung des Objekts entgegenstehenden Widerstand zu überwinden
(Schubkraft) . Ein Beispiel dafür ist das Auswerfen eines umgeformten Werkstücks aus einer Umformmatrize einer Umformeinrichtung. Die Kraftbeaufschlagung kann auch dazu dienen, ein Objekt während der Einwirkung einer
entgegengesetzten äusseren Kraft abzustützen bzw.
festzuhalten (Haltekraft) . Ein Bespiel dafür ist die Abstützung eines umzuformenden Rohlings in einer
Umformmatrize während der Beaufschlagung des Rohlings durch einen Pressstempel. Weiters ist die
Aktuatorvorrichtung dazu geeignet, die von einer
entgegengesetzten äusseren Krafteinwirkung hervorgerufene Bewegung des Objekts kontrolliert zu bremsen
(Bremskraft) . Ein Beispiel dafür ist das kontrolliert gebremste Einschieben eines Rohlings in die Umformmatrize einer Umformeinrichtung. Bewegung, Abstützung und
Bremsung eines Objekts können mittels der
erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung auch kombiniert und in beliebiger Reihenfolge realisiert werden. Die erfindungsgemässe Aktuatorvorrichtung ist ganz besonders zum Einsatz in Umformeinrichtungen zur Bewegung,
Abstützung und Bremsung von Umformteilen geeignet.
Die aus der nachstehenden Beschreibung typischer
Anwendungsfälle hervorgehenden Grundfunktionen (Bewegen, Abstützen, Bremsen) der Aktuatorvorrichtung sind
individuell einstellbar bzw. an den jeweiligen
Anwendungsfall anpassbar. Die wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung sind geringer Verschleiss der mechanischen Komponenten, sanfter
Bewegungsablauf bei Anwendung in einem schnellen
Umformprozess , sichere, zentrische Kraftbeaufschlagung, sehr variable Realisierungsmöglichkeit der Positionen im Prozess und hohe Sicherheit durch ÜberlastSicherung des hydraulischen Systems.
In Fig. 3 ist die Aktuatorvorrichtung in einem
praktischen Anwendungsfall dargestellt, wobei die
Aktuatorvorrichtung als Ganze an einen Maschinenkörper 110 einer Umformeinrichtung 100 angeflanscht ist. Die ersten und zweiten Hydraulikmittel sind hier zeichnerisch in einem Hydraulikblock 60 zusammengefasst , wobei nur der Hydrospeicher 17b, die beiden Servoventile 18 und 28 und die beiden Leitungen 25a und 25b separat erkennbar sind.
Der Maschinenkörper 110 der Umformeinrichtung weist eine Durchgangsöffnung 111 auf, in welche der Aktuatorabtrieb 24 der Aktuatorvorrichtung hineinragt. An der der
Aktuatorvorrichtung gegenüberliegenden Seite des
Maschinenkörpers 110 ist eine Umformmatrize 120
befestigt, welche ebenfalls eine Durchgangsöffnung 121 aufweist und in der sich ein Umformgut (umgeformtes Werkstück) W befindet. Zwischen dem Umformgut W und dem Aktuatorabtrieb 24 befindet sich ein Auswerfstössel 122. Bei Bewegung des zweiten Kolbens 22 in Richtung auf den Maschinenkörper 110 stösst der Aktuatorabtrieb 24 über den Auswerfstössel 122 das Umformgut bzw. umgeformte Werkstück W aus der Matrize 120 aus.
In den Figuren 4-9 ist die Aktuatorvorrichtung in
verschiedenen Betriebsphasen bei einer Anwendung als Auswerf orrichtung für ein in einer Umformeinrichtung umgeformtes Umformgut dargestellt. Der Aktuatorabtrieb 24 treibt dabei wie in Fig. 3 dargestellt einen
Auswerfstössel 122 an, der seinerseits das Umformgut W aus einer Umformmatrize 120 ausstösst. Die
Umformeinrichtung mit der Umformmatrize und dem Umformgut sowie der Auswerfstössel sind in den Figuren 4-9 nicht dargestellt .
Für das Auswerfen eines in einer Matrize umgeformten Umformguts ist zunächst eine verhältnismässig grosse
Lösekraft erforderlich, um das Umformgut von der Matrize loszubrechen, wobei das Umformgut mit relativ geringer Geschwindigkeit nur unwesentlich in der Matrize bewegt wird. Für die darauffolgende eigentliche Auswerfbewegung wird dann nur noch eine wesentlich geringere Auswerfkraft benötigt, wobei aber das Umformgut (abhängig von seinen Dimensionen) über eine grössere Wegstrecke aus der
Matrize bis über deren Vorderkante ausgeschoben wird. Im Interesse eines hohen Maschinentakts bzw. kurzen
Maschinenzyklus der Umformeinrichtung muss das Auswerfen des Umformguts mit möglichst hoher Beschleunigung und Geschwindigkeit erfolgen. Fig. 4 zeigt die Aktuatorvorrichtung in Ausgangsposition, wobei die beiden Kolben 12 und 22 und damit der
Aktuatorabtrieb 24 in eine vorbestimmte Position gefahren sind, welche von der Höhe des Umformguts (in
Auswerfrichtung) und der Position desselben in der
Matrize abhängt (Abstand zur Matrizenvorderkante) . Die Konfiguration entspricht dabei der Fig. 3.
Die Fig. 5 zeigt die Aktuatorvorrichtung in einer
Lösephase. Beide Kolben 12 und 22 werden dabei
lagegeregelt ausgefahren, wobei die Lösekraft von der ersten Antriebseinheit 10 bzw. deren Kolben 12
aufgebracht wird. Das Stossorgan 23 befindet sich noch in Anlage am ersten Kolben 12. Beim Ausfahren des ersten Kolbens 12 wird das Hydraulikmedium vor dem ersten Kolben 12 in den Hydrospeicher 17b geschoben. Das Lösen des Umformguts aus der Matrize erfolgt lagegeregelt mit
Maximaldruck- bzw. Maximalkraftbegrenzung.
In Fig. 6 ist die Aktuatorvorrichtung in einer
Schiebephase dargestellt. Nachdem sich das Umformgut aus der Matrize gelöst hat, was am Druckabfall oder am
Kraftsignal erkennbar ist, sofern am Aktuatorabtrieb 24 ein entsprechender Kraftsensor angebracht ist, fährt der zweite Kolben 22 lagegeregelt aus, wobei der
Aktuatorabtrieb 24 das Umformgut aus der Umformmatrize auswirft (bis vor die Vorderkante der Matrize bringt) . Das ist die eigentliche Auswerfbewegung, die mittels der zweiten Antriebseinheit 20 sehr schnell durchgeführt werden kann. Der erste Kolben 12 wird inzwischen vom Druck des Hydrospeichers 17b lagegeregelt in seine
Ausgangsposition zurückgefahren. Das Servoventil 18 öffnet dabei geregelt zum Auffangtank 19. Alternativ kann der erste Kolben 21 auch beim späteren Zurückfahren
(Einfahrrichtung) des zweiten Kolbens 22 von diesem über das Stossorgan 23 zurückgestellt werden. Fig. 7 zeigt die Aktuatorvorrichtung in einer Haltephase. Der erste Kolben 12 befindet sich in seiner
Ausgangsposition, der zweite Kolben 22 und der
Aktuatorabtrieb 24 sind soweit ausgefahren, dass sich das Umformgut vor der Vorderkante der Umformmatrize befindet und von dort vom TransportSystem der Umformeinrichtung abgeführt werden kann.
Im nächsten Maschinenzyklus der Umformeinrichtung wird ein neues Umformgut (umzuformender Rohling) vor der
Umformmatrize positioniert und z.B. mittels eines
entsprechend kraftbeaufschlagten Pressstempels in die Umformmatrize eingeschoben. Dadurch wird der
Aktuatorabtrieb 24 vom Rohling (über den Auswerfstössel ) in Einfahrrichtung P2 gedrückt. Die Aktuatorvorrichtung befindet sich nun in einer in Fig. 8 dargestellten
Bremsphase, in welcher die Bewegungsregelung des zweiten Kolbens 22 von der Lageregelung in die Kraftregelung mit Positionsüberwachung wechselt und der Einschiebebewegung des Rohlings eine kontrollierte Bremskraft entgegensetzt, sie also bremst. Der zweite Kolben 22 wird dabei während des Einschiebens des Rohlings kraftgeregelt mit
Lageüberwachung bis in seine Ausgangsstellung gemäss Fig. 4 eingefahren. Die Bremskraft ist relativ gering und jedenfalls gering genug eingestellt, um keine
Deformierung des Rohlings hervorzurufen. Der Rohling wird dann in der Umformmatrize vom
Pressstempel der Umformeinrichtung in die gewünschte Form umgeformt . Die Fig. 9 veranschaulicht die während eines
Auswerfzyklus der Aktuatorvorrichtung auftretende, von der Vorrichtung über deren Aktuatorabtrieb 24
aufzubringende Schubkraft sowie den Verfahrweg (Hub ab Ausgangsposition) des Aktuatorabtriebs 24 in Abhängigkeit der Zykluszeit t. Die strichlierte Linie zeigt den
Verfahrweg s, die durchgezogene Linie zeigt die Kraft F. Während der Lösephase (Fig. 5) bewegt sich der
Aktuatorabtrieb 24 nur über eine relativ kleine Strecke. Die aufzubringende Lösekraft ist (kurzeitig)
verhältnismässig hoch. In der anschliessenden
Schiebephase (Fig. 6) wird der Aktuatorabtrieb 24 mit verhältnismässig geringem Kraftaufwand stark beschleunigt und schnell voll ausgefahren. Nach kurzem Stillstand setzt die Haltephase (Fig. 7) und dann die Bremsphase (Fig. 8) ein, wobei der Aktuatorabtrieb 24 mit konstanter Bremskraft kraftgeregelt wieder in seine Ausgangsposition gem. Fig. 4 eingefahren wird.
In den Figuren 10-17 ist ein typischer Verfahrensablauf beim Lochen und Trennen eines Umformteils in einer
Umformeinrichtung dargestellt.
Von der Umformeinrichtung sind nur eine Trennmatrize 220, ein Stanzstempel 230, eine Trennhülse 240 und eine
Distanzhülse 250 dargestellt. Ein zu lochender und zu trennender Rohling (Umformgut) ist mit U bezeichnet. Die Distanzhülse 250 steht analog Fig. 3 über ein nicht dargestelltes Stossorgan in Verbindung mit dem Aktuatorabtrieb 24 der Aktuatorvorrichtung und wird im
Betrieb von diesem mit Kraft beaufschlagt. Die Figuren
18-21 zeigen die entsprechenden Stellungen des
Aktuatorabtriebs 24 bzw. der beiden Kolben 12 und 22 während der einzelnen Schritte des Verfahrensablaufs.
Unter den im Folgenden als "starke Kraft" bzw. "schwache Kraft" bezeichneten Kräften sind die von der ersten
Antriebseinheit 10 bzw. der zweiten Antriebseinheit 20 aufgebrachten Schub-, Halte- und Bremskräfte zu
verstehen .
Zu Beginn des Loch- und Trennprozesses fahren die beiden Kolben 12 und 22 ausgehend von einer Ausgangsposition (Fig. 21) lagegeregelt in die in Fig. 18 (Schiebephase) und Fig. 19 (Haltephase) gezeigte Stellung aus. Die vom Aktuatorabtrieb 24 angetriebene bzw. mit Kraft
beaufschlagte Distanzhülse 250 befindet sich dabei knapp vor der Vorderkante der Trennmatrize 220. Das Umformgut U ist von einer Transportvorrichtung der Umformeinrichtung vor der Trennmatrize 220 positioniert (Fig. 10) .
Im nächsten Schritt fahren der Stanzstempel 230 und die Trennhülse 240 auf die Trennmatrize 220 zu und drücken das Umformgut U ein kurzes Stück in diese hinein (Fig. 11) . Diese Bewegung wird durch die Aktuatorvorrichtung mit geringer Kraft gebremst, wobei der zweite Kolben 22 soweit eingefahren wird, bis er die in Fig. 20 gezeigte Lage einnimmt.
Im nächsten Schritt (Fig. 12) stösst der Stanzstempel 230 einen Kernteil UK des Umformguts U in die Distanzhülse 250, wobei die Aktuatorvorrichtung die Distanzhülse 250 mit grosser Kraft abstützt.
Im nächsten Schritt (Fig. 13) beginnt der Trennvorgang. Dabei bewegt sich die Trennhülse 240 auf die Trennmatrize 220 zu und stösst das Umformgut U in die Trennmatrize hinein. Gleichzeitig fahren die beiden Kolben 12 und 22 der Aktuatorvorrichtung läge- und kraftgeregelt in ihre Ausgangsposition (Fig. 21) zurück und bremsen bei dieser Einfahrbewegung die Verschiebung der Distanzhülse 250 mit geringer Kraft. In diesem Schritt wird der nach der
Ausstanzung des Kernteils UK verbleibende Teil des
Umformguts in einen ringförmigen Mittenteil UM und einen ringförmigen Randteil UR getrennt, so wie dies die Fig. 14 zeigt.
Anschliessend fahren der Stanzstempel 230 und die
Trennhülse 240 wieder zurück (Fig. 15) . Gleichzeitig oder anschliessend fährt der Aktuatorabtrieb 24 lagegeregelt wieder aus (Fig. 18) und beginnt den AuswerfVorgang des Mittelteils UM (Fig. 16) . Wenn der Aktuatorabtrieb die in Fig. 19 dargestellte Halteposition erreicht hat, befindet sich der Mittelteil UM vor der Trennmatrize 220 und kann dort von der
Transportvorrichtung der Umformeinrichtung abgeführt werden (Fig. 17) . Daraufhin kann ein neuer Loch- und Trennzyklus starten. Die Fig. 22 veranschaulicht die während eines Loch- und Trennzyklus der Aktuatorvorrichtung auftretenden, von der Vorrichtung über deren Aktuatorabtrieb 24 aufzubringende Schubkraft sowie den Verfahrweg (Hub ab Ausgangsposition) des Aktuatorabtriebs 24 in Abhängigkeit der Zykluszeit t. Die strichlierte Linie zeigt den Verfahrweg s, die durchgezogene Linie zeigt die Kraft F. In den Figuren 23-28 ist ein typischer Verfahrensablauf beim Entzundern und Umformen eines Umformteils in einer Umformeinrichtung dargestellt.
Von der Umformeinrichtung sind nur eine Umformmatrize 320, ein Pressstempel 330 und ein Auswerfstössel 350 dargestellt. Ein zu entzundernder und umzuformender
Rohling (Umformgut) ist mit U bezeichnet. Der
Auswerfstössel 320 steht analog Fig. 3 direkt oder über ein nicht dargestelltes Stossorgan in Verbindung mit dem Aktuatorabtrieb 24 der Aktuatorvorrichtung und wird im Betrieb von diesem mit Kraft beaufschlagt. Die Figuren 29-33 zeigen die entsprechenden Stellungen des
Aktuatorabtriebs 24 bzw. der beiden Kolben 12 und 22 während der einzelnen Schritte des Verfahrensablaufs.
Der Verfahrenszyklus ist ausgehend von einem in der
Umformmatrize 320 bereits umgeformt vorliegenden
Umformgut U dargestellt (Fig. 23) . Der Pressstempel 330 ist bereits zurückgefahren. Der Aktuatorabtrieb 24 bzw. die Kolben 12 und 22 befinden sich in der in Fig. 29 dargestellten Ausgangsposition, wobei der Auswurfstössel 350 die in Fig. 23 gezeigte Position einnimmt.
Als nächstes erfolgt das Lösen und Auswerfen des
Umformguts U aus der Umformmatrize 320. Fig. 30 zeigt die Aktuatorvorrichtung in der Lösephase. Fig. 31 zeigt die Aktuatorvorrichtung in der Auswerfphase und Fig. 32 zeigt die Positionen der beiden gemeinsam ausgefahrenen Kolben 12 und 22 in voll ausgefahrenem Zustand (Haltephase) , wobei sich das Umformgut dann vor der Umformmatrize 320 befindet (Fig. 24) und abgeführt werden kann. Das Lösen und Auswerfen des Umformguts erfolgt gleich wie im
Zusammenhang mit den Figuren 4-8 beschrieben. Das Lösen erfolgt mit grosser Kraft, das weitere Auswerfen mit kleiner Kraft.
Im nächsten Schritt wird das fertig umgeformte Umformgut abgeführt und ein neuer umzuformender Rohling U wird von der Transportvorrichtung der Umformeinrichtung vor der Umformmatrize 320 positioniert (Fig. 25) . Der
Aktuatorabtrieb 24 befindet sich dabei noch in
Halteposition gemäss Fig. 32.
Vor dem eigentlichen Umformen wird der Rohling U
entzundert. Dazu wird der Rohling mittels des
Pressstempels 330 etwas gestaucht, wobei die
erforderliche grosse Gegenkraft (Haltekraft) von der in Halteposition (Fig. 32) befindlichen Aktuatorvorrichtung bzw. deren Aktuatorabtrieb 24 aufgebracht wird.
Als nächstes beginnt der Umformprozess , wobei der
Pressstempel 330 den Rohling U in die Umformmatrize 320 drückt (Fig. 27) . Der Aktuatorabtrieb fährt dabei kraft- und lagegeregelt in seine in Fig. 29 gezeigte
Ausgangsposition ein. Während des Eindrückens des
Rohlings U in die Umformmatrize 320 bremst der
Aktuatorabtrieb 24 die Einschiebebewegung des Rohlings kraftgesteuert . Die Fig. 33 zeigt die Aktuatorvorrichtung in dieser Bremsphase. Sobald der Aktuatorabtrieb 24 bzw. die beiden Kolben 12 und 22 ihre Ausgangsposition erreicht haben, setzt der Aktuatorabtrieb 24 der Einwärtsbewegung des Rohlings eine grosse Kraft entgegen, wobei der Rohling dann in der Umformmatrize vom Pressstempel fertig umgeformt wird (Fig. 28) .
Die Umformeinrichtung ist nun zu einem neuen
Verfahrenszyklus bereit.
Die Fig. 34 veranschaulicht die während eines
Ent zunderungs- und Umformzyklus der Aktuatorvorrichtung auftretenden, von der Vorrichtung über deren
Aktuatorabtrieb 24 aufzubringende Schubkraft sowie den Verfahrweg (Hub ab Ausgangsposition) des Aktuatorabtriebs 24 in Abhängigkeit der Zykluszeit t. Die strichlierte Linie zeigt den Verfahrweg s, die durchgezogene Linie zeigt die Kraft F. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Zu- und Abfuhr von Hydraulikmedium über
Servoventile 18 bzw. 28. Die Figuren 35 und 36 zeigen eine Variante der ersten und zweiten Antriebseinheit, bei welcher anstelle von Servoventilen drehzahlgeregelte Pumpen eingesetzt sind.
Die Antriebseinheit 10 x umfasst neben den schon
beschriebenen Komponenten einen Hydrauliktank 119 und eine von einem elektrischen Servomotor 118b
drehzahlgeregelt angetriebene Pumpe 118a. Die Pumpe 118a ist über die Leitung 15a an die erste Kolbenkammer 11 angeschlossen . Die zweite Antriebseinheit 20 x umfasst neben den schon beschriebenen Komponenten eine von einem elektrischen Servomotor 128b drehzahlgeregelt angetriebene Pumpe 128a. Die Pumpe 128a ist über die Leitungen 25a und 25b an die zweite Kolbenkammer 21 angeschlossen. Ein zusätzlich vorhandener Membran- oder Blasenspeicher 127 ist mit den beiden Leitungen 25a und 25b über je ein Rückschlagventil 127a bzw. 127b verbunden. Die beiden Servomotoren 118b und 128b werden (anstelle der Servoventile 18 und 28) von der Steuerung 50
angesteuert .
Die Funktionsweise der beiden Antriebseinheiten ist für den Fachmann klar und bedarf keiner weiteren Erläuterung.

Claims

Patentansprüche
1. Aktuatorvorrichtung zum linearen Bewegen eines
Aktuatorabtriebs (24) längs einer Bewegungsachse (A) mit einer ersten Antriebseinheit (10; 10 x) und einer zweiten Antriebseinheit (20; 20 x), wobei die erste
Antriebseinheit (10; 10 x) eine erste Kolbenkammer (11) und einen in dieser linear verschiebbar gelagerten ersten Kolben (12) sowie erste Hydraulikmittel (16, 17a, 17b, 18, 19) zur Verstellung des ersten Kolbens (12) in der ersten Kolbenkammer (11) aufweist, und wobei die zweite Antriebseinheit (20; 20 x) den längs der Bewegungsachse (A) linear bewegbaren Aktuatorabtrieb (24) aufweist, der mit dem ersten Kolben (12) der ersten Antriebseinheit
(10; 10 x) auf Schub koppelbar ist, so dass durch Bewegung des ersten Kolbens (12) in eine Ausfahrrichtung (PI) der Aktuatorabtrieb (24) ebenfalls in Ausfahrrichtung (PI) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (20; 20 x) eine mit der ersten
Kolbenkammer (11) bewegungsfest verbundene zweite
Kolbenkammer (21) und einen in dieser linear verschiebbar gelagerten zweiten Kolben (22) sowie zweite Hydraulik¬ oder Pneumatikmittel (26, 27, 28, 29) zur Verstellung des zweiten Kolbens (22) in der zweiten Kolbenkammer (21) aufweist, wobei der zweite Kolben (22) mit dem
Aktuatorabtrieb (24) bewegungsfest verbunden ist, so dass durch Bewegung des zweiten Kolbens (22) in
Ausfahrrichtung (PI) der Aktuatorabtrieb (24) aus der zweiten Kolbenkammer (21) ausfahrbar ist und durch
Bewegung des zweiten Kolbens (22) in eine zur
Ausfahrrichtung entgegengesetzte Einfahrrichtung (P2) der Aktuatorabtrieb (24) in die zweite Kolbenkammer (21) einfahrbar ist.
2. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (10; 10 x) dazu ausgebildet ist, eine höhere Schubkraft zu erzeugen als die zweite Antriebseinheit (20; 20 x) .
3. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (20; 20 x) dazu ausgebildet ist, den zweiten Kolben (22) schneller zu beschleunigen und zu bewegen als die erste
Antriebseinheit (10; 10 x) den ersten Kolben (12) . 4. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine
Positionsmesseinrichtung (40) zur Erfassung der
Positionen des ersten Kolbens (12) und des zweiten
Kolbens (22) relativ zu einer vorrichtungsfesten
Bezugsposition aufweist.
5. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Drucksensoren (31, 32, 33, 34) zur Erfassung der in der ersten Kolbenkammer (11) und der zweiten Kolbenkammer (21) herrschenden Drücke von in der ersten Kolbenkammer (11) und der zweiten
Kolbenkammer (12) befindlichem Hydraulik- bzw.
Pneumatikmedium aufweist. 6. Aktuatorvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit der
Positionsmesseinrichtung (40) und den Drucksensoren (31, 32, 33, 34) zusammenarbeitende Steuerungseinrichtung (50) zur positions- und kraftgesteuerten Bewegung des ersten Kolbens (12) und des zweiten Kolbens (22) aufweist.
7. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass sie von der Steuerungseinrichtung (50) ansteuerbare, für kontinuierliches Arbeiten
ausgebildete Servoventile (18, 28) zur Zu- und Abfuhr von Hydraulik- bzw. Pneumatikmedium in die erste und zweite bzw. aus der ersten und zweiten Kolbenkammer (11, 21) aufweist.
8. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass sie von der Steuerungseinrichtung (50) ansteuerbare, drehzahlgeregelte Pumpen (118a, 128a) zur Zu- und Abfuhr von Hydraulik- bzw. Pneumatikmedium in die erste und zweite bzw. aus der ersten und zweiten Kolbenkammer (11, 21) aufweist.
9. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit
(10; 10 x) einen Blasen- bzw. Membranspeicher (17b) zur Rückstellung des ersten Kolbens (12) in Einfahrrichtung (P2) aufweist. 10. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (10; 10 x) einen Gas-Speicher (17b) zur Rückstellung des ersten Kolbens (12) in Einfahrrichtung (P2) aufweist. 11. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10. dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Kolben (22) ein Stossorgan (23) bewegungsfest verbunden ist und dass der zweite Kolben (22) über das Stossorgan (23) ersten Kolben (12) in Ausfahrrichtung verstellbar ist
12. Verwendung der Aktuatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Aufbringung einer gerichteten Kraft auf ein Umformgut (W) in einer Umformeinrichtung (100) .
13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei das Umformgut (W) von der Aktuatorvorrichtung aus einer Umformmatrize (120) ausgestossen wird.
14. Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das
Umformgut (W) während eines Umformprozesses von der
Aktuatorvorrichtung gegen eine äussere Krafteinwirkun abgestützt wird.
15. Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine von einer äusseren Krafteinwirkung verursachte
Verschiebung des Umformguts (W) von der
Aktuatorvorrichtung kontrolliert gebremst wird.
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