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*40 ² mm ² und die wirksame Kolben (ring) fläche des zweiten Kolbens 22 beidseits Π* (25 ² - 20 ² ) mm ² .

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.