DE202012011658U1 - Punching device with a sensor - Google Patents
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Abstract
Stanzvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Maschinenteil, das mindestens einen piezoelektrischen Sensor (8) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Sensor (8) elektrisch mit mindestens einer ersten Spule (6) verbunden ist, die induktiv mit mindestens einer zweiten Spule (2) gekoppelt ist.Punching device having at least one movable machine part, which has at least one piezoelectric sensor (8), characterized in that the piezoelectric sensor (8) is electrically connected to at least one first coil (6) inductively coupled to at least one second coil (2) is.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanzvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Maschinenteil, das mindestens einen piezoelektrischen Sensor besitzt.The present invention relates to a punching device having at least one movable machine part, which has at least one piezoelectric sensor.
Beim Stanzen werden Flachteile (bzw. Werkstücke oder Stanzprodukte) aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie beispielsweise Blech, Pappe oder Textilien, mit einer Presse oder einem Schneidwerkzeug gefertigt. Dabei besteht eine Stanzvorrichtung üblicherweise aus einem Stempel und einer Matrize, die in einer Bodenplatte angeordnet sein kann.When punching flat parts (or workpieces or stamping products) made of different materials, such as sheet metal, cardboard or textiles, made with a press or a cutting tool. In this case, a punching device usually consists of a punch and a die, which can be arranged in a bottom plate.
Damit sichergestellt ist, dass das Flachteil (bzw. das Material zur Herstellung des Flachteils) beim Stanzen an der richtigen Stelle angeordnet ist und auch dort während des Stanzens verbleibt, werden die Flachteile mittels eines Niederhalters auf die Bodenplatte gedrückt und dort fixiert. Nach dem Stanzen wird der Niederhalter angehoben, so dass das Flachteil einer weiteren Bearbeitungsstation übergeben werden kann. Die beim Stanzen entstehenden Abfälle, sogenannte Stanzbutzen, werden optimalerweise so abgeführt, dass sie die weiteren Stanzprozesse nicht behindern. Allerdings können Stanzbutzen während des Stanzprozesses auch ungewollt vom Stempel aus dem Butzenkanal hochgezogen werden und dann an zufälligen Stellen zwischen dem Flachteil und dem Niederhalter oder dem Stempel zum Liegen kommen. Beim anschließenden niederdrücken durch den Niederhalter oder beim anschließenden Stanzprozess beschädigen solche Stanzbutzen regelmäßig die Oberfläche der Flachteile, indem die Stanzbutzen Butzenabdrücke auf der Oberfläche hinterlassen.To ensure that the flat part (or the material for the production of the flat part) is arranged at the right place during punching and also remains there during the punching, the flat parts are pressed by means of a hold-down on the bottom plate and fixed there. After punching the hold-down is raised, so that the flat part can be handed over to another processing station. The waste resulting from punching, so-called stamped slugs, are optimally removed in such a way that they do not obstruct the further punching processes. However, during the stamping process, punched slugs can also be unintentionally pulled up by the punch from the slug channel and then come to rest at random points between the flat part and the hold-down or the punch. During the subsequent depression by the hold-down device or during the subsequent punching process, such punches regularly damage the surface of the flat parts, as the stamped pieces leave the bump marks on the surface.
Zur Erkennung von Stanzbutzen wurden Stanzvorrichtungen der eingangs genannten Art geschaffen, bei denen das bewegliche Maschinenteil, insbesondere der Niederhalter, einen piezoelektrischen Sensor besitzt, der bei auftretenden Druckbelastungen oder einer Verformung ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal wird über ein elektrisches Kabel einer Auswerteeinheit zugeführt, wo die Daten ausgewertet werden. Sobald die Auswerteeinheit ein Signal erkennt, das auf eine zwischen dem beweglichen Maschinenteil und dem Flachteil angeordnete Stanzbutze hindeutet, wird der Stanzprozess sofort unterbrochen, so dass die Stanzbutzen entfernt werden können. Auf diese Weise wird vermieden, dass eine große Anzahl von Flachteilen mit unerwünschten Butzenabdrücken produziert wird, die teilweise nicht mehr an die Kunden ausgeliefert werden können.Punching devices of the type mentioned above have been provided for the recognition of punched slugs, in which the movable machine part, in particular the hold-down, has a piezoelectric sensor which generates an electrical signal when pressure loads or deformation occur. This signal is fed via an electrical cable to an evaluation unit, where the data are evaluated. As soon as the evaluation unit detects a signal which points to a punching rod arranged between the movable machine part and the flat part, the punching process is interrupted immediately, so that the punched slugs can be removed. In this way, it is avoided that a large number of flat parts is produced with undesirable Butzenabdrücken, some of which can no longer be delivered to customers.
Bei herkömmlichen Stanzmaschinen sind die piezoelektrischen Sensoren nachteiligerweise zur Datenübertragung über Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden, was insbesondere bei Stanzmaschinen zu Problemen führt, bei denen das bewegliche Maschinenteil mit einer hohen Frequenz betrieben wird, womit die Sensoren und insbesondere die Kabelverbindungen einer hohen Beschleunigung ausgesetzt sind. Bereits bei Stanzmaschinen, die einen durchschnittlichen Durchlauf bzw. eine durchschnittliche Produktionsgeschwindigkeit besitzen, sind Beschleunigungskräfte von 1.000 G keine Seltenheit. Aufgrund der hohen Dauerbelastung reißt die Kabelverbindung an Sensoren bei solchen Stanzvorrichtungen regelmäßig ab, was mit langen und damit kostenaufwendigen Reparatur- und Wartungsarbeiten verbunden ist.In conventional punching machines, the piezoelectric sensors are disadvantageously connected to the evaluation unit for data transmission via cables, which leads in particular to punching machines to problems in which the movable machine part is operated at a high frequency, whereby the sensors and in particular the cable connections are exposed to high acceleration. Already in punching machines that have an average throughput or an average production speed, acceleration forces of 1,000 G are not uncommon. Due to the high continuous load, the cable connection tears off regularly on sensors in such punching devices, which is associated with long and thus costly repair and maintenance.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben und die Gefahr eines Kabelabrisses an einem piezoelektrischen Sensor eines beweglichen Maschinenteils auszuräumen.It is therefore the object of the present invention to overcome these disadvantages and to eliminate the risk of a cable break on a piezoelectric sensor of a movable machine part.
Diese Aufgabe wird durch die Stanzvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, wonach erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der piezoelektrische Sensor elektrisch mit mindestens einer ersten Spule verbunden ist, die induktiv mit mindestens einer zweiten Spule gekoppelt ist. Auf diese Weise können die Sensordaten durch eine induktive Kopplung von dem (beweglich gelagerten) Sensor an eine (ruhende) Empfängerspule (zweite Spule) übertragen werden. Von dort aus wird das Signal über eine Kabelverbindung an die Auswerteeinheit übertragen, wo das Sensorsignal ausgewertet wird. Insgesamt wird durch die kabellose Übertragung des Sensorsignals von der ersten Spule auf die zweite Spule ein Kabelabriss am Sensor und damit ein wartungsbedingter Stillstand der Stanzvorrichtung vermieden. Darüber hinaus dient die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Stempelbrucherkennung.This object is achieved by the punching device according to claim 1, according to which it is provided according to the invention that the piezoelectric sensor is electrically connected to at least one first coil, which is inductively coupled to at least one second coil. In this way, the sensor data can be transmitted by an inductive coupling from the (movably mounted) sensor to a (stationary) receiver coil (second coil). From there, the signal is transmitted via a cable connection to the evaluation unit, where the sensor signal is evaluated. Overall, a cable break on the sensor and thus a maintenance-related stoppage of the punching device is avoided by the wireless transmission of the sensor signal from the first coil to the second coil. In addition, the device according to the invention also serves as a stamp breakage detection.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung werden im Folgenden und in den Unteransprüchen beschrieben.Preferred embodiments of the punching device according to the invention are described below and in the subclaims.
Das von dem piezoelektrischen Sensor erzeugte Signal ist je nach der auftretenden Spannung relativ gering. Um insbesondere auch bei kleinen Signalstärken eine ausreichende Signalübertragung zu ermöglichen, bildet nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung die erste Spule zusammen mit dem piezoelektrischen Sensor und mindestens einer Kapazität – wie beispielsweise einem Kondensator – einen elektrischen Schwingkreis. In Abhängigkeit von der Induktivität der Spule und der Größe der Kapazität weist der Schwingkreis eine bestimmte Eigenfrequenz auf. Sobald der piezoelektrische Sensor verformt wird und hierdurch eine Spannung erzeugt wird, wird die Eigenfrequenz des Schwingkreises geändert bzw. verstimmt. Somit stellt die Änderung der Eigenfrequenz des Schwingkreises ein Maß für die Spannung und damit die Kraft dar, die auf den piezoelektrischen Sensor wirkt.The signal generated by the piezoelectric sensor is relatively small depending on the voltage occurring. In order to enable a sufficient signal transmission, particularly in the case of low signal strengths, according to a first preferred embodiment, the first coil together with the piezoelectric sensor and at least one capacitance-such as a capacitor-forms an electrical resonant circuit. Depending on the inductance of the coil and the size of the capacitance, the resonant circuit has a specific natural frequency. As soon as the piezoelectric sensor is deformed and thus a voltage is generated, the natural frequency of the resonant circuit is changed or detuned. Thus, the change in the natural frequency of the resonant circuit is a measure of the Stress and thus the force acting on the piezoelectric sensor.
Zum Anregen der Eigenfrequenz des Schwingkreises ist die zweite Spule vorzugsweise mit einer Sendereinheit bzw. einem Impulsgeber für die Übertragung elektrischer Energie auf die erste Spule verbunden. Durch die regelmäßige Abgabe von Impulsen in geeigneten Zeitabständen wird die Schwingung im Schwingkreis aufrechterhalten. Dabei wird durch die induktive Kopplung in der zweiten Spule ein Strom mit einer entsprechenden Stromstärke und Frequenz induziert. Dieses (modulierte) Signal wird an einen geeigneten Demodulator (Frequenz- oder Amplitudendemodulator) gesendet, so dass nach erfolgter Demodulation das ursprüngliche Sensorsignal der Auswerteeinheit übermittelt werden kann.To excite the natural frequency of the resonant circuit, the second coil is preferably connected to a transmitter unit or a pulse generator for the transmission of electrical energy to the first coil. By the regular emission of pulses at appropriate intervals, the oscillation is maintained in the resonant circuit. In this case, a current with a corresponding current intensity and frequency is induced by the inductive coupling in the second coil. This (modulated) signal is sent to a suitable demodulator (frequency or amplitude demodulator), so that after demodulation the original sensor signal can be transmitted to the evaluation unit.
Zur Verbesserung der induktiven Kopplung sind die erste und die zweite Spule vorzugsweise über ein ferromagnetisches Material, insbesondere einen Ferritkern, induktiv miteinander gekoppelt. Bei dieser Ausgestaltung sind die Spulen in längsaxialer Richtung voneinander beabstandet. Alternativ hierzu können die Spulen auch koaxial zueinander angeordnet sein, wobei die erste Spule die zweite Spule umgreift oder umgekehrt.To improve the inductive coupling, the first and the second coil are preferably inductively coupled together via a ferromagnetic material, in particular a ferrite core. In this embodiment, the coils are spaced apart in the longitudinal axial direction. Alternatively, the coils may also be arranged coaxially with each other, wherein the first coil surrounds the second coil or vice versa.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Spule innerhalb eines Trägers angeordnet, der vorzugsweise ein- oder zweistückig mit dem bewegten Maschinenteil verbunden ist. Eine zweistückige Verbindung kann beispielsweise als eine Schraub- oder Steckverbindung zwischen dem Träger und dem beweglichen Maschinenteil ausgeführt sein. Alternativ ist auch eine Integrierung des Trägers in dem beweglichen Maschinenteil denkbar, womit eine einstückige Verbindung vorliegt. Hierzu kann der Träger beispielsweise mit dem beweglichen Maschinenteil vergossen sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the first coil is arranged within a carrier, which is preferably connected in one or two pieces with the moving machine part. A two-piece connection can be designed, for example, as a screw or plug connection between the carrier and the movable machine part. Alternatively, an integration of the carrier in the movable machine part is conceivable, so that there is a one-piece connection. For this purpose, the carrier may be cast, for example, with the movable machine part.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung ist das bewegliche Maschinenteil ein Niederhalter, wo sich der Einsatz einer kabellosen Sensordatenübertragung besonders bewährt hat.According to a further preferred embodiment of the punching device according to the invention, the movable machine part is a hold-down device, where the use of a wireless sensor data transmission has proven particularly useful.
Ein solcher Niederhalter ist vorzugsweise über elastische Elemente mit einer Oberplatte der Stanzvorrichtung verbunden, wobei an der Oberplatte der Stempel angeordnet ist. Zum Stanzen sind die Oberplatte, der Stempel und der Niederhalter längsaxial beweglich gelagert. Genaueres zu dem Arbeitsablauf beim Stanzen wird in der Figurenbeschreibung erläutert.Such a hold-down is preferably connected via elastic elements with a top plate of the punching device, wherein on the top plate of the stamp is arranged. For punching the top plate, the punch and the hold-down are mounted longitudinally axially movable. More details about the workflow during punching is explained in the description of the figures.
Zur Übertragung eines Sensorsignals eines piezoelektrischen Sensors, der an einem beweglichen Maschinenteil einer Stanzvorrichtung, insbesondere an einem Niederhalter, angeordnet ist, wird der piezoelektrische Sensor mit einer ersten Spule verbunden, die induktiv mit einer zweiten Spule gekoppelt ist, so dass ein an dem piezoelektrischen Sensor entstehendes Sensorsignal auf die zweite Spule übertragen und anschließend an eine Auswerteeinheit übermittelt wird. Hierdurch ist ein kabelloses Übertragung des Sensorsignals möglich, so dass auf eine kabelgebundene Verbindung zwischen einer Auswerteeinheit und dem Sensor verzichtet werden kann. Ein Abreißen der Kabelverbindung aufgrund der beim Stanzen auftretenden Beschleunigungskräfte wird somit vermieden.For transmitting a sensor signal of a piezoelectric sensor, which is arranged on a movable machine part of a punching device, in particular on a hold-down, the piezoelectric sensor is connected to a first coil, which is inductively coupled to a second coil, so that one on the piezoelectric sensor resulting sensor signal is transmitted to the second coil and then transmitted to an evaluation unit. As a result, a wireless transmission of the sensor signal is possible, so that can be dispensed with a wired connection between an evaluation and the sensor. Tearing off the cable connection due to the acceleration forces occurring during punching is thus avoided.
Es wurde bereits erläutert, dass das von dem piezoelektrischen Sensor erzeugte Signal je nach der auftretenden Spannung relativ gering ist. Um insbesondere auch bei kleinen Signalstärken eine ausreichende Auswertung des Signals zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der piezoelektrische Sensor zusammen mit der ersten Spule und mindestens einer Kapazität einen ersten elektrischen Schwingkreis bildet, der durch eine Energieübertragung von der zweiten Spule auf die erste Spule angeregt wird, wobei sich die Schwingung der ersten Spule anschließend auf die zweite Spule überträgt. Die Energieübertragung von der zweiten Spule auf die erste Spule wird vorzugsweise über einen Impulsgeber durchgeführt, wodurch der Schwingkreis angeregt wird, der anschließend mit seiner Eigenfrequenz schwingt, die durch die Induktivität der Spule und die Größe der Kapazität gegeben ist. Ein durch den piezoelektrischen Sensor erzeugtes Sensorsignal ändert die im Schwingkreis angeregte Hochfrequenz, die auf die zweite Spule übertragen wird. Das Sensorsignal ergibt sich anschließend aus einer Demodulation (Frequenz- oder Amplitudendemodulation) des Hochfrequenzsignals an der zweiten Spule. Das so bestimmte Sensorsignal wird anschließend der Auswerteeinheit übermittelt und dort ausgewertet.It has already been explained that the signal generated by the piezoelectric sensor is relatively small, depending on the voltage that occurs. In order to allow a sufficient evaluation of the signal, in particular even at low signal strengths, it is provided that the piezoelectric sensor together with the first coil and at least one capacitor form a first electrical oscillating circuit which is excited by an energy transfer from the second coil to the first coil , wherein the oscillation of the first coil then transmits to the second coil. The energy transfer from the second coil to the first coil is preferably carried out via a pulse generator, whereby the resonant circuit is excited, which then oscillates at its natural frequency, which is given by the inductance of the coil and the size of the capacitance. A sensor signal generated by the piezoelectric sensor changes the high frequency excited in the oscillation circuit, which is transmitted to the second coil. The sensor signal then results from a demodulation (frequency or amplitude demodulation) of the high-frequency signal at the second coil. The thus determined sensor signal is then transmitted to the evaluation unit and evaluated there.
Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:Concrete embodiments of the present invention will be explained below with reference to the figures. Show it:
Eine Signalübertragungsvorrichtung, wie Sie vorzugsweise an einer erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung angeordnet ist, und das Verfahren zur Übertragung eines Sensorsignals werden in
Sobald in dem piezoelektrischen Sensor
Schließlich zeigt
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