DE102015203226A1

DE102015203226A1 - Deep-drawing tool with integrated actuator for influencing the drawing behavior and method for the automatic adjustment of the preload on the actuator

Info

Publication number: DE102015203226A1
Application number: DE102015203226.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bäume; Wolfgang Zorn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tiefziehwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, wobei eines dieser Werkzeugteile eine Matrize und das andere Werkzeugteil einen Niederhalter aufweist und in mindestens einem Teilbereich zwischen Matrize und Niederhalter eine Aktorik (130) angeordnet ist, mit der in diesem Teilbereich die während eines Tiefziehvorgangs wirksame Flächenpressung veränderbar ist. Erfindungsgemäß ist eine mit der Aktorik (130) gekoppelte Einstelleinrichtung (140) vorgesehen, mit der die Vorspannung (Fv) der Aktorik (130) automatisch veränderbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatisierten Einstellung der Vorspannung (Fv) an der Aktorik (130), wobei vorgesehen ist, dass während des Betriebs des Tiefziehwerkzeugs die Vorspannung (Fv) durch Regelung mithilfe der Einstelleinrichtung (140) auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten wird.The invention relates to a deep-drawing tool having a tool upper part and a lower tool part, wherein one of these tool parts has a die and the other tool part has a hold-down device and an actuator system (130) is arranged in at least one subarea between die and hold-down device Deep drawing process effective surface pressure is changeable. According to the invention, an adjusting device (140) coupled to the actuator system (130) is provided, with which the pretensioning (Fv) of the actuator system (130) can be changed automatically. The invention further relates to a method for automatically setting the bias voltage (Fv) on the actuator (130), wherein it is provided that during operation of the thermoforming tool, the bias voltage (Fv) is maintained at a predetermined desired value by regulation by means of the adjusting device (140) ,

Description

Die Erfindung betrifft ein pressengebundenes Tiefziehwerkzeug mit integrierter Aktorik zur aktiven lokalen Beeinflussung des Ziehverhaltens, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a press-tied thermoforming tool with integrated actuators for the active local influencing of the drawing behavior, according to the preamble of patent claim 1.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatisierten Einstellung der Vorspannung an einer Aktorik in einem solchen Tiefziehwerkzeug. The invention further relates to a method for the automated adjustment of the bias voltage to an actuator in such a deep-drawing tool.

In der nächstliegenden WO 2014/044338 A1 ist ein Tiefziehwerkzeug beschrieben, das eine Beeinflussung des Werkstoffes einer Platine während des Umformens / Tiefziehens ermöglicht bzw. das das Fließverhalten einer umzuformenden Platine steuerbar gestaltet. Das vorbekannte Tiefziehwerkzeug umfasst ein Ober- und ein Unterwerkzeug, wobei das Oberwerkzeug einen Niederhalter und das Unterwerkzeug eine Matrize aufweist. Mithilfe des Niederhalters und der Matrize kann ein Werkstück bzw. eine Platine in Position für einen Tiefziehvorgang gehalten werden. Eine Haltekraft, aufgebracht vom Niederhalter auf die Platine und somit auf die Matrize, ist so gewählt, dass während des Umformens der Werkstoff der Platine, der zwischen Niederhalter und Matrize gehalten wird (sogenannter Flansch bzw. Platinenflansch), in die Matrize einfließen kann. Bei dem vorbekannten Werkzeug ist in mindestens einem Teilbereich zwischen Niederhalter und Matrize wenigstens eine Vorrichtung angeordnet, mit welcher der Abstand zwischen Niederhalter und Matrize in dem mindestens einen Teilbereich veränderbar ist. Durch Veränderung des Abstands kann die lokal auf den Flansch einwirkende Haltekraft (bzw. Rückhaltekraft) in dem mindestens einen Teilbereich variiert werden, wodurch der Einzug des Flansches in die Matrize beeinflussbar bzw. steuerbar wird. In the nearest WO 2014/044338 A1 is described a deep-drawing tool that allows influencing the material of a board during the forming / deep drawing or that makes the flow behavior of a reshaped board controllable. The previously known deep-drawing tool comprises an upper tool and a lower tool, wherein the upper tool has a hold-down device and the lower tool has a die. By means of the blank holder and the die, a workpiece or a board can be held in position for a deep-drawing process. A holding force applied by the hold-down on the board and thus on the die is chosen so that during the forming of the material of the board, which is held between hold-down and die (so-called flange or board flange), can flow into the die. In the case of the previously known tool, at least one device is arranged in at least one partial region between the holding-down device and the die, with which the distance between the holding-down device and the die in the at least one partial region can be changed. By varying the distance, the holding force (or restraining force) acting locally on the flange can be varied in the at least one subregion, whereby the indentation of the flange into the die can be influenced or controlled.

An dem aus der WO 2014/044338 A1 vorbekannten Tiefziehwerkzeug weist die Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen Niederhalter und Matrize bevorzugt einen Aktor und insbesondere einen Piezoaktor auf. Solche Aktoren müssen durch Vorspannen gezielt auf einen bestimmten Arbeitspunkt eingestellt werden, wobei sich die Vorspannung bspw. aufgrund von Setzverhalten, Verlagerungen und/oder Erwärmung während des Werkzeugbetriebs verändert und nachgestellt werden muss. Sowohl das Einstellen als auch das Nachstellen der Vorspannung erfolgt bislang manuell, was mit Aufwand verbunden ist. Zuweilen muss hierzu das bis zu mehrere Tonnen schwere Tiefziehwerkzeug auch aus der Presse ausgebaut werden. Es besteht somit Verbesserungsbedarf. At the from the WO 2014/044338 A1 Previously known deep drawing tool, the device for changing the distance between hold-down and die preferably an actuator and in particular a piezoelectric actuator. Such actuators must be adjusted by biasing targeted to a specific operating point, wherein the bias must, for example. Due to setting behavior, displacements and / or heating during tool operation changed and must be readjusted. Both the setting and the adjustment of the bias is done manually so far, which is associated with effort. Sometimes, this up to several tons deep thermoforming tool must also be removed from the press. There is thus room for improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tiefziehwerkzeug eingangs genannter Art anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist. The invention has for its object to provide a thermoforming tool of the type mentioned, which does not have at least one associated with the prior art disadvantage or at least only to a reduced extent.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes (pressengebundenes) Tiefziehwerkzeug entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein Produktionswerkzeug für die Serienherstellung von Blechformteilen (bevorzugt in der Automobilproduktion). Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur automatisierten Einstellung der Vorspannung an der Aktorik bzw. zur automatisierten Einstellung der Aktorik-Vorspannung in einem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch den nachfolgenden Erläuterungen. This object is achieved by an inventive (press-bound) thermoforming tool according to the features of claim 1. In particular, this is a production tool for the series production of sheet metal parts (preferably in automotive production). With a sibling claim, the invention also extends to a method for automated adjustment of the bias voltage to the actuator or for automated adjustment of the actuator bias in a deep-drawing tool according to the invention. Preferred developments and embodiments of the invention will become apparent analogously for both subject invention both from the dependent claims and the following explanations.

Das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug umfasst ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil, wobei eines dieser Werkzeugteile eine Matrize und das andere Werkzeugteil einen Niederhalter aufweist und wobei in mindestens einem Teilbereich zwischen Matrize und Niederhalter (womit insbesondere ein Teilbereich des zwischen Niederhalter und Matrize gegebenen Überdeckungsbereichs gemeint ist) eine Aktorik (womit mindestens eine Aktorik gemeint ist) angeordnet ist, mit der die in diesem Teilbereich während eines Tiefziehvorgangs wirksame, d. h. auf den Flansch des Blechwerkstücks einwirkende Kraft bzw. Flächenpressung veränderbar ist, um hierdurch, insbesondere auch während des Tiefziehvorgangs, eine aktive lokale Beeinflussung bzw. Steuerung des Ziehverhaltens zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist ferner eine mit der Aktorik gekoppelte bzw. mit der Aktorik zusammenwirkende Einstelleinrichtung vorgesehen, mit der die Vorspannung der Aktorik bzw. die Aktorik-Vorspannung automatisch (d. h. ohne manuelles Eingreifen bzw. händisches Tätigwerden) veränderbar und somit automatisch ein Arbeitspunkt einstellbar bzw. anpassbar ist. The deep-drawing tool according to the invention comprises a tool upper part and a lower tool part, wherein one of these tool parts has a die and the other tool part has a hold-down device and an actuator system is provided in at least one subarea between die and hold-down device (which in particular means a subregion of the overlap region between hold-down device and die) (Which means at least one actuator) is arranged, with which the effective in this sub-area during a deep drawing operation, d. H. acting on the flange of the sheet metal workpiece force or surface pressure is variable, thereby to enable, in particular during the deep drawing process, an active local influence or control of the drawing behavior. According to the invention a coupled to the actuators or cooperating with the actuator adjustment is further provided with the bias of the actuator or the Aktorik bias automatically (ie without manual intervention or manual intervention) changeable and thus automatically an operating point adjustable or customizable is.

Unter einer Aktorik wird eine Einrichtung zur Erzeugung einer Stellbewegung verstanden. Hierzu weist die Aktorik wenigstens einen Aktor bzw. Aktuator auf, der bevorzugt elektrische Signale in mechanische Bewegung umwandelt. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Piezoaktor, der nach dem piezoelektrischen Prinzip (inverser Piezoeffekt) funktioniert. Piezoaktoren können bei verhältnismäßig geringer Baugröße hohe Prozesskräfte erzeugen. Da die erzeugbaren Kräfte in der Regel vom einhergehenden Stellweg (Hub) abhängig sind, wird durch Vorspannung ein Arbeitspunkt eingestellt, von dem ausgehend unter Vermeidung von Leerhub definiert hohe Kräfte erzeugbar sind. An actuator is understood to mean a device for generating an actuating movement. For this purpose, the actuator has at least one actuator or actuator, which preferably converts electrical signals into mechanical movement. In particular, this is a piezoelectric actuator that works according to the piezoelectric principle (inverse piezoelectric effect). Piezo actuators can generate high process forces in a relatively small size. Since the generatable forces are usually dependent on the associated travel (stroke), an operating point is set by bias, from which, defined by avoiding idle stroke defined high forces can be generated.

Mit der Erfindung wird eine Möglichkeit zum gezielten automatisierten Einstellen der Vorspannung einer Aktorik für die aktive lokale Beeinflussung bzw. Steuerung des Ziehverhaltens geschaffen, wobei die eingestellte Vorspannung während des Werkzeugbetriebs automatisch nachgestellt bzw. nachjustiert werden kann (so genannte Kompensation), so dass der eingestellte Wert der Vorspannung über den Prozess bzw. die Maschinenlaufzeit beibehalten wird, oder automatisch auf einen anderen Wert verändert werden kann, um bspw. gezielt einen anderen Arbeitspunkt einzustellen. Ferner wird eine Regelung der Vorspannung ermöglicht, was Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs ist. Mit der Erfindung gehen viele Vorteile einher. With the invention, a possibility for targeted automated adjustment of the bias of an actuator for the active local influence or control of the drawing behavior is created, wherein the set bias voltage during tool operation can be readjusted or readjusted automatically (so-called compensation), so that the set Value of the bias voltage over the process or the machine running time is maintained, or can be changed automatically to another value, for example, to set a different operating point. Furthermore, a regulation of the bias is made possible, which is the subject matter of the independent claim. There are many advantages associated with the invention.

Die Einstelleinrichtung kann einen Kraft- bzw. Bewegungsübersetzungsmechanismus aufweisen, der eine von (wenigstens) einem Antriebselement erzeugte Stellbewegung in eine Spannbewegung zum Vorspannen der Aktorik umsetzt bzw. umwandelt. Insbesondere handelt es sich um einen Keilschiebermechanismus (bzw. Keilschiebermodul). Bevorzugt umfasst dieser Keilschiebermechanismus einen mit dem Antriebselement verbunden und linearverschieblich gelagerten Schiebekeil und ein oder zwei korrespondierende Gegenstücke. Der Keilschiebermechanismus ermöglicht eine Richtungswandlung und eine Kraft- bzw. Bewegungsübersetzung mit einem konstruktiv vorgegebenen Übersetzungsverhältnis. Dadurch wird eine sehr präzise und feinfühlige Einstellung der Vorspannung ermöglicht. Bevorzugt gehört das Antriebselement zur Einstelleinrichtung. Bei dem Antriebselement kann es sich um einen Elektromotor, bspw. einen Stellmotor, handeln, wobei prinzipiell auch ein Hydraulikzylinder oder ähnliches als Antriebselement denkbar wäre. Bei dem Antriebselement kann es sich auch um ein Formgedächtniselement handeln, das abhängig von Verformung und Temperatur Stellbewegungen bzw. Stellkräfte erzeugt. The adjusting device can have a force or movement transmission mechanism which converts or converts an adjusting movement generated by (at least) one drive element into a clamping movement for biasing the actuators. In particular, it is a wedge slide mechanism (or wedge slide module). Preferably, this wedge slide mechanism comprises a sliding wedge connected to the drive element and mounted in a linearly displaceable manner and one or two corresponding counterparts. The Keilschiebermechanismus allows directional conversion and a power or motion ratio with a structurally predetermined gear ratio. This allows a very precise and sensitive adjustment of the preload. The drive element preferably belongs to the adjustment device. The drive element can be an electric motor, for example a servomotor, and in principle a hydraulic cylinder or the like as a drive element would also be conceivable. The drive element can also be a shape memory element that generates adjusting movements or actuating forces as a function of deformation and temperature.

Das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug weist bevorzugt auch wenigstens einen Kraftmesssensor auf, mit dem die momentane Vorspannkraft messbar ist. Der Kraftmesssensor ist an geeigneter Stelle angeordnet. The deep-drawing tool according to the invention preferably also has at least one force-measuring sensor with which the instantaneous pretensioning force can be measured. The force measuring sensor is arranged at a suitable location.

Bevorzugt sind die Aktorik, mit der die lokale Flächenpressung zwischen Niederhalter und Matrize veränderbar ist, und die Einstelleinrichtung, mit der die Vorspannung der Aktorik automatisch veränderbar ist, zusammen in einer im Niederhalter oder in der Matrize ausgebildeten Tasche angeordnet. Die Tasche ist bevorzugt durch eine die Werkzeugwirkfläche mitbildende Deckplatte abgedeckt bzw. verschlossen.Preferably, the actuators, with which the local surface pressure between hold-down and die is changeable, and the adjusting device, with which the bias of the actuator is automatically changed, arranged together in a pocket formed in the hold-down or in the die. The pocket is preferably covered or closed by a cover plate co-forming the tool effective area.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Einstellung der Aktorik-Vorspannung in einem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug sieht vor, dass während des, insbesondere fortlaufenden, Betriebs des Tiefziehwerkzeug die Vorspannung der Aktorik durch Regelung mithilfe der Einstelleinrichtung auf einem vorgegebenen Wert (Sollwert) gehalten wird. D. h., die vorgesehene Vorspannung und der daraus resultierende Arbeitspunkt wird über den Prozess bzw. der Maschinenlaufzeit beibehalten. Bevorzugt erfolgt die Regelung autark, d. h. ohne äußeren Regel- bzw. Steuereingriff einer Regel- bzw. Steuereinrichtung oder dergleichen, mithilfe wenigstens eines Formgedächtniselements.The inventive method for the automated adjustment of the actuator bias in a deep-drawing tool according to the invention provides that during the, in particular continuous, operation of the thermoforming tool, the bias of the actuator by regulation by means of the setting is maintained at a predetermined value (setpoint). That is, the intended bias and the resulting operating point is maintained throughout the process or machine run time. Preferably, the scheme is self-sufficient, d. H. without external control or control intervention of a control or the like, using at least one shape memory element.

Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils und insbesondere zur fortlaufenden Herstellung von Blechformteilen mithilfe eines erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeugs, wobei die in mindestens einem Teilbereich zwischen Matrize und Niederhalter des Tiefziehwerkzeugs wirksame Flächenpressung, insbesondere auch während eines Tiefziehvorgangs, mithilfe der in diesem Teilbereich angeordneten Aktorik veränderbar ist, und wobei die Vorspannung der Aktorik automatisch nachgestellt bzw. nachjustiert wird, was insbesondere durch Regelung erfolgt, oder automatisch auf einen anderen Wert bzw. Sollwert geändert wird.The invention enables a method for producing a sheet metal part and in particular for the continuous production of sheet metal parts by means of a deep drawing tool according to the invention, wherein the surface pressure effective in at least one subarea between the die and blank holder of the thermoforming tool, in particular during a deep drawing operation, changeable by means of the actuators arranged in this subarea is, and wherein the bias of the actuator is readjusted or readjusted automatically, which is done in particular by regulation, or is automatically changed to another value or setpoint.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.The invention will now be described by way of example and not by way of limitation with reference to the figures. The features shown in the figures and / or explained below may, even detached from concrete feature combinations, be general features of the invention.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Niederhalter mit integrierter Aktorik zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug. 1 shows in a perspective view of a hold-down with integrated actuators for use in a deep-drawing tool according to the invention.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsmöglichkeit für eine Einstelleinrichtung zur automatischen Veränderung der Vorspannung der Aktorik (bzw. der Aktorik-Vorspannung) am Niederhalter der 1. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of an adjustment device for automatically changing the bias of the actuator (or the actuator bias) on hold down the 1 ,

3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsmöglichkeit für eine Einstelleinrichtung zur automatischen Veränderung der Vorspannung der Aktorik (bzw. der Aktorik-Vorspannung) am Niederhalter der 1. 3 shows a schematic representation of a second embodiment for an adjustment for automatically changing the bias of the actuator (or the actuator bias) on hold down the 1 ,

Der in 1 gezeigte Niederhalter 100 gehört zu einem im Weiteren nicht dargestellten pressengebundenen Tiefziehwerkzeug zur Herstellung von Karosserie-Blechformteilen. Der Niederhalter 100 weist eine geschlossene Niederhalterwirkfläche 110 auf, mit der das umzuformende Blechmaterial bzw. Blechwerkstück beim Tiefziehen in seinem Flanschbereich gegen die Matrize des Tiefziehwerkzeugs gedrückt wird. Bei dem Niederhalter 100 handelt es sich beispielhaft um eine Gusskonstruktion. In einer Gusstasche 120 des Niederhalters 100 ist eine Aktorik mit einem einzelnen Piezoaktor 130 angeordnet (so genanntes Piezoaktormodul). Bei elektrischer Betätigung kann der Piezoaktor 130 gegen die von der Niederhalterwirkfläche 110 abgewandte Rückseite eines die Tasche 120 abdeckenden Deckplattenabschnitts 115 drücken, wodurch in diesem Teilbereich die Niederhalterwirkfläche 110 im Mikrometerbereich (in Abhängigkeit von der elektrischen Aktivierung des Piezoaktors 130) ausgelenkt und die auf den Flansch des Blechwerkstücks einwirkende Flächenpressung verändert wird, wobei eine solche Veränderung auch während eines Tiefziehvorgangs möglich ist. Hierdurch ist der Einzug des Flansches definiert beeinflussbar bzw. steuerbar und eine aktive lokale Beeinflussung des Ziehverhaltens wird ermöglicht. Der Niederhalter 100 kann weitere Aktoren 130 aufweisen, wobei solche Aktoren auch in der Matrize angeordnet sein können. The in 1 shown hold down 100 belongs to a press-bound thermoforming tool, not shown below, for the production of body sheet metal parts. The hold down 100 has a closed hold-down effective area 110 on, with the deformed sheet metal or sheet metal workpiece pressed during deep drawing in its flange against the die of the thermoforming tool becomes. With the hold down 100 is an example of a cast construction. In a cast bag 120 the hold-down 100 is an actuator with a single piezoelectric actuator 130 arranged (so-called piezoelectric actuator module). When electrically operated, the piezoelectric actuator 130 against the of the hold-down effective area 110 opposite back of a bag 120 covering cover plate section 115 Press, which in this sub-area the hold-down effective area 110 in the micrometer range (depending on the electrical activation of the piezoelectric actuator 130 ) is deflected and the force acting on the flange of the sheet metal workpiece surface pressure is changed, wherein such a change is possible during a deep drawing operation. In this way, the indentation of the flange can be influenced or controlled in a defined manner and active local influencing of the drawing behavior is made possible. The hold down 100 can be more actuators 130 have, wherein such actuators can also be arranged in the die.

Damit der Piezoaktor 130 optimal arbeiten kann, muss dieser vorgespannt sein, wobei durch die Vorspannung ein bestimmter Arbeitspunkt (im Kraft-Weg-Diagramm) vorgegeben ist. Zur automatischen Einstellung der Vorspannung ist erfindungsgemäß eine mit der Aktorik bzw. dem Piezoaktor 130 gekoppelte Einstelleinrichtung 140 vorgesehen. Die Einstelleinrichtung 140 und der Piezoaktor 130 sind baulich zusammengefasst und gemeinsam in der Tasche 120 des Niederhalters 100 angeordnet. Anhand der 2 und der 3 werden nachfolgend zwei Ausführungsmöglichkeiten für Einstelleinrichtungen 140 erläutert, ohne dass hierbei auf konstruktive Details eingegangen wird. So that the piezo actuator 130 must work optimally, this must be biased, with the bias of a certain operating point (in the force-displacement diagram) is given. For automatic adjustment of the bias is inventively one with the actuators or the piezoelectric actuator 130 coupled adjusting device 140 intended. The adjustment device 140 and the piezo actuator 130 are structurally summarized and together in the bag 120 the hold-down 100 arranged. Based on 2 and the 3 Below are two design options for adjustment 140 explained, without going into constructive details.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit umfasst die Einstelleinrichtung 140 einen steifen Keilschiebermechanismus 141 mit einem linearverschieblich gelagerten Schiebekeil 142 und ein mit dem Schiebekeil 142 direkt oder indirekt (bspw. mittels Getriebe) verbundenes Antriebselement 145, bei dem es sich insbesondere um einen elektrischen Stellmotor handelt. Der zwischen zwei korrespondierenden Gegenstücken 143 gelagerte Schiebekeil 142 weist einen extrem kleinen Keilwinkel auf. Mithilfe des Antriebselements 145 kann der Schiebekeil 142 relativ zu den feststehenden Gegenstücken 143 verschoben werden, wobei für das Verschieben aufgrund des kleinen Keilwinkels verhältnismäßig geringe Kräfte ausreichen. At the in 2 embodiment shown includes the adjustment 140 a stiff wedge gate mechanism 141 with a linearly displaceable sliding wedge 142 and one with the sliding wedge 142 directly or indirectly (eg by means of gear) connected drive element 145 , which is in particular an electric servomotor. The between two corresponding counterparts 143 stored sliding wedge 142 has an extremely small wedge angle. Using the drive element 145 can the sliding wedge 142 relative to the fixed counterparts 143 be moved, for the displacement due to the small wedge angle relatively small forces are sufficient.

Durch das aktive Verschieben des Schiebekeils 142 kann die Vorspannung bzw. Piezovorspannung Fv des Piezoaktors 130 verändert und dadurch auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Eine vom Antriebselement bzw. Stellmotor 145 erzeugte Stellbewegung wird also vom Keilschiebermechanismus 141 mit vorgegebener Übersetzung in eine Spannbewegung für die Aktorik 130 umgewandelt. Die Spannbewegung liegt im Mikrometerbereich (es handelt sich also um eine Feineinstellung). Die Einstelleinrichtung 140 dient ausschließlich der Veränderung bzw. Anpassung der Vorspannung Fv des Piezoaktors bzw. des Piezoaktormoduls 130. Die Einstelleinrichtung 140 dient ausdrücklich nicht der Kraftbeaufschlagung des Deckplattenabschnitts 115 zum Zwecke der Flächenpressungsveränderung beim Tiefziehen. By actively shifting the sliding wedge 142 can the bias voltage or piezo bias Fv of the piezoelectric actuator 130 changed and thereby set to a predetermined value. One of the drive element or servomotor 145 generated adjusting movement is thus the wedge slide mechanism 141 with predetermined translation into a tensioning movement for the actuators 130 transformed. The clamping movement is in the micrometer range (so it is a fine adjustment). The adjustment device 140 is used exclusively for changing or adapting the bias voltage Fv of the piezoelectric actuator or of the piezoelectric actuator module 130 , The adjustment device 140 is expressly not the application of force to the cover plate section 115 for the purpose of surface pressure change during deep drawing.

Mit 150 ist ein Kraftmesssensor bezeichnet, mit dem die momentan wirkende Vorspannkraft Fv messbar ist. Der Sensor 150 kann mit einer Regel- bzw. Steuereinrichtung 160 (bspw. einem digitalen Controller) verbunden sein, mit der auch das Antriebselement 145 verbunden ist, so dass eine Regelung der Vorspannung Fv auf einen vorgegebenen Sollwert möglich ist. Besonders bevorzug ist vorgesehen, dass der Regelkreis ständig arbeitet. Eine solche Regelung betrifft lediglich die Vorspannung Fv. Die Aktivierung des Piezoaktors 130 zur Beeinflussung der Flächenpressung bzw. des Ziehverhaltens kann, gegebenenfalls auch in einem Regelkreis, hiervon unabhängig erfolgen, wobei dies ausdrücklich nicht Gegenstand der Erfindung ist. With 150 is a force measuring sensor referred to, with the currently acting biasing force Fv is measurable. The sensor 150 can with a control or control device 160 (For example, a digital controller) connected to the drive element 145 is connected so that a regulation of the bias voltage Fv to a predetermined setpoint is possible. Particularly Favor is provided that the control circuit is constantly working. Such a regulation only concerns the bias voltage Fv. Activation of the piezo actuator 130 for influencing the surface pressure or the drawing behavior can, if appropriate, in a control loop, independently thereof, which is expressly not the subject of the invention.

Der Keilschiebermechanismus 141 stellt eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit eines Kraft- bzw. Bewegungsübersetzungsmechanismus dar. Ebenso könnte bspw. auch eine Schrauben-Mutter-Kombination, eine Gewindespindel, ein Kugel-Gewinde-Trieb oder dergleichen verwendet werden. Die Vorspannung Fv kann außer mittels Kraftmesssensor 150 auch auf andere Weise gemessen werden, bspw. mithilfe an geeigneter Stelle aufgebrachter Dehnmessstreifen. Ebenso könnte die Stauchung des Piezoaktors 130 aufgrund der Vorspannung Fv oder die Stellkraft beim Verschieben des Schiebekeils 142 gemessen werden. The wedge gate mechanism 141 Likewise, for example, a screw-nut combination, a threaded spindle, a ball screw drive or the like could be used. The bias voltage Fv can except by means of force sensor 150 be measured in other ways, for example. With the help of suitable location applied strain gauges. Likewise, the compression of the piezoelectric actuator could 130 due to the bias Fv or the force when moving the sliding wedge 142 be measured.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist anstelle eines motorischen Antriebselements ein Formgedächtniselement 146 vorgesehen. Durch die Federeinrichtung 144 ist der Schiebekeil 142 gegen das Formgedächtniselement 146 vorgespannt, das hierdurch verformt wird. Bei nachlassender Vorspannung Fv während des Werkzeugbetriebs und/oder bei Erwärmung bzw. Aufheizung dehnt sich das Formgedächtniselement 146 aus und verschiebt den Schiebekeil 142 gegen die Federeinrichtung 144, wodurch die Vorspannung Fv wieder ansteigt und somit kompensiert wird. Die hierfür erforderliche Arbeit wird im Formgedächtniselement 146 bspw. von einer thermischen Formgedächtnislegierung erzeugt. In vorteilhafter Weise wird mit dieser Ausführungsmöglichkeit eine autarke Regelung der Vorspannung Fv ermöglicht, wobei das Formgedächtniselement 146 sowohl eine sensorische Funktion (aufgrund seiner Self-Sensing-Eigenschaft) als auch eine mechanische Antriebsfunktion (Stellbewegung für den Schiebekeil 142) übernimmt, insbesondere derart, dass in Abhängigkeit von einer Temperaturveränderung ein Stellweg bzw. eine Stellkraft realisiert wird. Die Rückstellung erfolgt mithilfe der Federeinrichtung 144. Optional kann auch hier ein Kraftmesssensor 150 oder dergleichen vorgesehen sein, mit dem die momentan wirkende Vorspannkraft Fv messbar ist.At the in 3 embodiment shown is a shape memory element instead of a motor drive element 146 intended. By the spring device 144 is the sliding wedge 142 against the shape memory element 146 biased, which is thereby deformed. With decreasing bias voltage Fv during tool operation and / or heating or heating, the shape memory element expands 146 and shifts the sliding wedge 142 against the spring device 144 , whereby the bias voltage Fv increases again and is thus compensated. The work required for this is in the shape memory element 146 For example, generated by a thermal shape memory alloy. Advantageously, a self-sufficient regulation of the bias voltage Fv is made possible with this embodiment possibility, wherein the shape memory element 146 both a sensory function (due to its self-sensing property) as well also a mechanical drive function (adjusting movement for the sliding wedge 142 ) takes over, in particular such that in dependence on a temperature change, a travel or a force is realized. The provision is made using the spring device 144 , Optionally, a force measuring sensor can also be used here 150 or the like, with which the momentarily acting biasing force Fv is measurable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Niederhalter Stripper plate
110110: Niederhalterwirkfläche Down device active surface
115115: Deckplatte, Deckplattenabschnitt Cover plate, cover plate section
120120: Tasche bag
130130: Piezoaktor, Piezoaktormodul Piezo actuator, piezo actuator module
140140: Einstelleinrichtung adjustment
141141: Keilschiebermechanismus Wedge slide mechanism
142142: Schiebekeil spline
143143: Gegenstück(e) Counterpart (e)
144144: Federeinrichtung spring means
145145: Antriebselement driving element
146146: Formgedächtniselement Shape memory element
150150: Kraftmesssensor Load Sensor
160160: Regel- oder Steuereinrichtung Control or regulating device
FvFv: Vorspannung, Vorspannkraft Preload, preload

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014/044338 A1 [0003, 0004] WO 2014/044338 A1 [0003, 0004]

Claims

Tiefziehwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, wobei eines dieser Werkzeugteile eine Matrize und das andere Werkzeugteil einen Niederhalter (100) aufweist und in mindestens einem Teilbereich zwischen Matrize und Niederhalter (100) eine Aktorik (130) angeordnet ist, mit der in diesem Teilbereich die während eines Tiefziehvorgangs wirksame Flächenpressung veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine mit der Aktorik (130) gekoppelte Einstelleinrichtung (140), mit der die Vorspannung (Fv) der Aktorik (130) automatisch veränderbar ist. Deep-drawing tool with a tool upper part and a lower tool part, wherein one of these tool parts has a die and the other tool part has a holding-down device ( 100 ) and in at least a portion between the die and hold-down ( 100 ) an actuary ( 130 ) is arranged, with which in this subregion the effective surface pressure during a deep drawing process is variable, characterized by a with the actuator system ( 130 ) coupled adjustment device ( 140 ), with which the bias voltage (Fv) of the actuators ( 130 ) is automatically changeable.

Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik (130) wenigstens einen Piezoaktor aufweist. Deep-drawing tool according to claim 1, characterized in that the actuators ( 130 ) has at least one piezoelectric actuator.

Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (140) einen Keilschiebermechanismus (141) aufweist, der eine von einem Antriebselement (145, 146) erzeugte Stellbewegung in eine Spannbewegung zum Vorspannen der Aktorik (130) umwandelt. Deep-drawing tool according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting device ( 140 ) a wedge slide mechanism ( 141 ), one of a drive element ( 145 . 146 ) generated adjusting movement in a clamping movement for biasing the actuators ( 130 ) converts.

Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebselement um einen Elektromotor (145) handelt. Deep-drawing tool according to claim 3, characterized in that the drive element is an electric motor ( 145 ).

Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebselement um ein Formgedächtniselement (146) handelt. Deep-drawing tool according to claim 3, characterized in that the drive element is a shape-memory element ( 146 ).

Tiefziehwerkzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kraftmesssensor (150) zur Messung der momentanen Vorspannkraft (Fv) vorgesehen ist. Thermoforming tool according to one of the preceding claims, characterized in that at least one force measuring sensor ( 150 ) is provided for measuring the instantaneous biasing force (Fv).

Tiefziehwerkzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik (130) und die Einstelleinrichtung (140) zusammen in einer im Niederhalter (100) oder in der Matrize ausgebildeten Tasche (120) angeordnet sind. Deep-drawing tool according to one of the preceding claims, characterized in that the actuators ( 130 ) and the adjustment device ( 140 ) together in a hold-down ( 100 ) or in the female pocket ( 120 ) are arranged.

Verfahren zur automatisierten Einstellung der Vorspannung an einer Aktorik (130) in einem Tiefziehwerkzeug gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei während des Betriebs des Tiefziehwerkzeugs die Vorspannung (Fv) der Aktorik (130) durch Regelung mithilfe der Einstelleinrichtung (140) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Method for the automatic adjustment of the bias voltage on an actuator system ( 130 ) in a deep-drawing tool according to one of the preceding claims, wherein during operation of the thermoforming tool the bias voltage (Fv) of the actuator system ( 130 ) by regulation by means of the adjustment device ( 140 ) is kept at a predetermined value.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung autark mithilfe wenigstens eines Formgedächtniselements (146) erfolgt. A method according to claim 8, characterized in that the control autonomously by means of at least one shape memory element ( 146 ) he follows.