[0001] Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft eine hydraulische Umformmaschine zur Werkstückumformung,
eine Hydrauliksteuereinheit und ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikzylinders
einer hydraulischen Umformmaschine.
[0002] Zum Pressen bzw. Umformen von Werkstücken bei der Kaltumformung, insbesondere bei
der Blechumformung, oder bei der Warmumformung, insbesondere beim Schmieden von metallischen,
schmiedbaren Werkstoffen, sind verschiedene Umformmaschinen bekannt (siehe beispielsweise
VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Herausgeber: Hiersig, VDI-Verlag,
1995, Seiten 1107 bis 1113). Wenigstens ein Stößel bzw. Bär mit einem oberen Umformwerkzeug der Umformmaschine
wird von einem Antrieb angetrieben und relativ zu einem unteren Umformwerkzeug der
Umformmaschine bewegt, so dass zwischen den Umformwerkzeugen das Werkstück durch Umformkräfte
umgeformt werden kann.
[0003] Bekannte hydraulische Umformmaschinen nutzen einen hydraulischen Antrieb mittels
eines hydraulischen Mediums bzw. Hydraulikfluids, wie Öl oder Wasser, dessen Druckenergie
von in Hydraulikzylindern laufenden Kolben, insbesondere beim Schmiedehammer, zunächst
in kinetische Bewegungsenergie und schließlich, während des Umformvorgangs, in mechanische
Umformarbeit umgesetzt wird. Der hydraulische Antrieb des Kolbens kann ein Pumpenantrieb
mit einer Pumpe und einem elektrisch regelbaren Pumpenmotor (siehe z. B.
DE 196 80 008 C1) oder auch ein hydraulischer Speicherantrieb mit Druckspeicher und motorangetriebener
Pumpe zum Herstellen des Drucks in dem Druckspeicher sein (siehe z.B.
WO 2013/167610 A1).
[0004] Aus der
DE 10 2015 105 400 A1 ist ein Schmiedehammer mit einem Schlagwerkzeug bekannt, das zur Ausführung eines
Arbeitshubs von oben nach unten bzw. Rückhubs von unten nach oben mit einem hydraulischen
Differentialzylinder gekoppelt ist. Zum Antrieb des Differentialzylinders ist eine
Hydropumpe vorgesehen, die über ein einfaches Wegeventil mit den Zylinderräumen des
Differentialzylinders verbunden ist.
[0005] Aus der
DE 10 2014 002 888 B4 ist ein Schmiedehammer bekannt, welcher einen Hydraulikzylinder mit einem damit gekoppelten
Bären zur Werkstückumformung umfasst. Der Hydraulikzylinder umfasst einen oberen,
einen mittleren und einen unteren Hydraulikanschluss. Bei einem Arbeitshub wird eine
dem Arbeitshub zugeordnete Hubkammer des Hydraulikzylinders über den oberen Hydraulikanschluss
mit Hydraulikfluid gespeist. Bei einem Rückhub wird der obere Hydraulikanschluss geschlossen,
und das aus der Hubkammer verdrängte Hydraulikfluid wird über den mittleren Anschluss
in einen Rücklauftank geleitet. Der Betrieb des Schmiedehammers ist so eingerichtet,
dass während des Rückhubs der obere Hydraulikanschluss geschlossen ist und der Kolben
des Hydraulikzylinders beim Überfahren des mittleren Hydraulikanschlusses durch die
im Hydraulikzylinder verbleibende Hydraulikflüssigkeit abgebremst wird. Nachteilig
an dem bekannten Schmiedehammer ist dessen aufwändige Konstruktion mit vier Hydraulikanschlüssen
und ferner, dass ein oberer Totpunkt, der als Ausgangspunkt zur Auslösung eines Schmiedeschlags
dient, fest mit der Position des mittleren Hydraulikanschlusses verknüpft ist.
[0006] Bei den bekannten Umformmaschinen, insbesondere den Schmiedehämmern, besteht noch
Potential zur Vereinfachung des Aufbaus, für einen sicheren Betrieb des Hydraulikkreises,
und zur Verbesserung der Bewegungsabläufe des Bären bzw. der damit verbundenen Werkzeuge,
beispielsweise hinsichtlich der Einstellbarkeit der Sollgeschwindigkeit des Bären
zur Umformung, hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Bewegung des Bären und/oder
hinsichtlich eines sicheren Betriebs z.B. bei Ausfall der Steuerungselektronik.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es insoweit, eine neue bzw. verbesserte hydraulische Umformmaschine,
insbesondere einen Schmiedehammer, bereitzustellen.
[0008] Insbesondere soll eine solche Umformmaschine bereitgestellt werden, die konstruktiv
vergleichsweise einfach aufgebaut ist, eine verbesserte Bewegungssteuerung und/oder
-regelung des Bären mit angekoppeltem Schlagwerkzeug zur Umformung ermöglicht, und/oder
die eine Bewegungsteuerung mit erhöhter Sicherheit und/oder verringerter oder verminderter
Kavitationsbildung im hydraulischen Medium bzw. Hydraulikfluid ermöglicht. Des Weiteren
sollen eine Hydrauliksteuereinheit zum Betrieb einer hydraulischen Umformmaschine
und ein Verfahren zum Betrieb eines Hydraulikzylinders einer hydraulischen Umformmaschine,
insbesondere eines Schmiedehammers, bereitgestellt werden.
[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Ausgestaltungen
ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Ausgestaltungen.
[0010] Nach einer Ausgestaltung ist eine hydraulische Umformmaschine, insbesondere eine
schlagende Umformmaschine, vorzugsweise ein Schmiedehammer, zur Werkstückumformung
bzw. Umformung eines Werkstücks vorgesehen. Die Umformmaschine umfasst einen Hydraulikzylinder
mit einem in einem Zylinderrohr geführten Kolben.
[0011] Der Kolben unterteilt das Zylinderrohr in einen von einer mit einem Bären gekoppelten
Kolbenstange durchgriffenen ersten Zylinderraum, der aufgrund der durchgreifenden
Kolbenstange als ein Ringraum ausgebildet ist, und in einen zweiten Zylinderraum,
der auf der vom ersten Zylinderraum abgewandten Seite des Kolbens angeordnet ist,
und auch als Kolbenraum bezeichnet wird. Der erste Zylinderraum weist einen ersten
Hydraulikanschluss und der zweite Zylinderraum weist einen zweiten Hydraulikanschluss
auf. Bei vertikaler Anordnung des Hydraulikzylinders können der erste Hydraulikanschluss
als ein unterer und der zweite Hydraulikanschluss als ein oberer Anschluss bezeichnet
werden. Entsprechend können der erste Zylinderraum als ein unterer und der zweite
Zylinderraum als ein oberer Zylinderraum bezeichnet werden.
[0012] Die hydraulische Umformmaschine umfasst ferner einen Hydraulikkreis, der zumindest
eine Steuereinheit, die hierin auch als Hydrauliksteuereinheit bezeichnet ist, umfasst.
Die Steuereinheit ist zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Hydraulikzylinders
eingerichtet. Neben der Steuereinheit können dem Hydraulikkreis weitere Komponenten
zugerechnet werden, wie Hydraulikleitungen, Drucksensoren, usw..
[0013] Der Hydraulikzylinder ist über den ersten und zweiten Hydraulikanschluss mit dem
Hydraulikkreis verbunden, bzw. der Hydraulikkreis ist über den ersten und zweiten
Hydraulikanschluss an den Hydraulikzylinder angeschlossen.
[0014] Der Hydraulikkreis umfasst ein mit der Steuereinheit steuerungstechnisch gekoppeltes
erstes Hydraulikventil. Das erste Hydraulikventil ist vorzugsweise als Proportionalventil
ausgebildet.
[0015] Das erste Hydraulikventil ist über den zweiten Hydraulikanschluss mit dem zweiten
Zylinderraum verbunden.
[0016] Ist der Hydraulikzylinder vertikal angeordnet und der Bär unterhalb des Hydraulikzylinders
angeordnet, bewirkt eine Beaufschlagung des zweiten Zylinderraums eine Ausführung
eines Arbeitshubs - bei einem Schmiedehammer die Ausführung eines Schmiedeschlags
bzw. Schlags. Das erste Hydraulikventil kann insoweit als "Schlagventil" bezeichnet
werden.
[0017] Ein Arbeitshub soll dabei als ein Betrieb bzw. eine Betriebsphase des Hydraulikzylinders
verstanden werden, in welcher der zweite Zylinderraum mit Hydraulikfluid beaufschlagt
wird und der Bär vom Zylinderrohr weg auf ein Werkstück zu dessen Umformung zubewegt
werden kann. Ein solcher Arbeitshub wird im Betrieb einer als Schmiedehammer ausgebildeten
Umformmaschine auch als Schlag oder Umformschlag bezeichnet. Eine zum Arbeitshub entgegengesetzte
Bewegung wird hierin als Rückhub bezeichnet. Ein vollständiger Arbeitszyklus des Hydraulikzylinders
kann somit als eine aus Arbeitshub und Rückhub bestehende aufeinanderfolge von Bewegungszyklen
verstanden werden.
[0018] Die Steuereinheit ist, nach einem Aspekt der Erfindung, dazu eingerichtet, eine Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils bei Ausführung eines zur Umformung eines Werkstücks vorgesehenen
Arbeitshubs so zu regeln und/oder steuern, dass
▪ in einer ersten Phase des Arbeitshubs das erste Hydraulikventil geöffnet ist und
der Bär in der ersten Phase auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase des Arbeitshubs, insbesondere
nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit, die Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils
auf eine Nachströmöffnungsweite reduziert bzw. verringert ist, und
▪ das erste Hydraulikventil während eines zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden
Rückhubs geschlossen ist.
[0019] Besonders vorteilhaft wird die Nachströmöffnungsweite derart eingestellt, dass der
Hydraulikdruck im Hydrauliksystem oberhalb des Kavitationsdrucks gelegen ist. Insbesondere
kann die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, dass der Hydraulikdruck im zweiten Zylinderraum,
oberhalb von 3 Bar, zumindest jedoch über 1 Bar, liegt. Da sich Luft z.B. erst ab
1 bar aus Hydrauliköl löst, können schädliche Kavitationen vermieden bzw. verhindert
werden.
[0020] Vorzugsweise ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass diese die Nachströmöffnungsweite
gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren Öffnungsweite einstellt.
[0021] Besonders vorteilhaft ist das Hydraulikventil als Proportionalventil ausgebildet,
insbesondere als sog. Cartridge-Ventil.
[0022] Insbesondere ist vorgesehen und die Steuereinheit entsprechend eingerichtet, dass
in der zweiten Phase, das erste Hydraulikventil nicht komplett geschlossen wird, sondern
dass die Öffnungsweite bis auf einen verbleibenden Öffnungsspalt, beispielsweise einem
Mindestöffnungsspalt, geschlossen wird. Über den verbleibenden Öffnungsspalt kann
Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Zylinderraum nachströmen, insbesondere derart,
dass der Bär durch das Hydraulikfluid nicht weiter beschleunigt wird, so dass der
Bär die erreichte Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehält. Der Begriff "nachströmen"
soll insbesondere verstanden werden als ein im Wesentlichen druckloses Füllen des
zweiten Zylinderraums mit Hydraulikfluid, insbesondere derart, dass der Bär bzw. Kolben
durch das einfließende Hydraulikfluid bzw. durch einfließende Hydraulikflüssigkeit
nicht weiter beschleunigt wird, und die erreichte Sollgeschwindigkeit zumindest im
Wesentlichen erhalten bleibt bzw. aufrecht erhalten werden kann. Insbesondere oder
alternative soll "nachströmen" bedeuten, dass am Hydraulikzylinder etwa 3 bar anliegen
oder zumindest 1 bar nicht unterschritten wird - so dass Kavitationen im Hydraulikfluid,
insbesondere einem Hydrauliköl, vermieden werden können.
[0023] Der Systemdruck des Hydraulikkreises, mit welchem insbesondere der erste Hydraulikanschluss
beaufschlagt wird bzw. ist, liegt vorzugsweise bei etwa 200 bar, z.B. im Bereich zwischen
190 bis 210 bar, oder zwischen 197 bar und 203 bar.
[0024] Bei einem Arbeitshub des Hydraulikzylinders zur Umformung eines Werkstücks bewegt
sich der Bär nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit weiter, wodurch sich das Volumen
des zweiten Zylinderraums vergrößert und entsprechend mit Hydraulikfluid bzw. Hydraulikflüssigkeit,
d.h. mit der nachströmenden Hydraulikflüssigkeit, gefüllt wird. Dieses Füllen bzw.
Nachströmen wird durch die Einstellung des ersten Hydraulikventils auf die Nachströmöffnungsweite
erreicht. Die Nachströmöffnungsweite kann beispielsweise zwischen 3 bis 20% vorzugsweise
zwischen 5 bis 15% oder 10 bis 15% der Öffnungsweite des Hydraulikventils betragen.
[0025] Insgesamt ergibt sich für die vorgeschlagene Umformmaschine eine vergleichsweise
einfache, genaue und reproduzierbare Steuerung und/oder Regelung des Hydraulikzylinders
zur Ausführung eines Arbeitshubs zur Umformung eines Werkstücks.
[0026] Gemäß Ausgestaltungen umfasst der Hydraulikkreis des Weiteren ein zweites Hydraulikventil,
das mit dem zweiten Hydraulikanschluss verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu
eingerichtet ist, eine Öffnungsweite des zweiten Hydraulikventils, welches vorzugsweise
als ein Proportionalventil ausgebildet ist, so zu steuern, dass bei einem entgegengesetzt
zum Arbeitshub erfolgenden Rückhub eine Ausgangsposition des Bären für einen nachfolgenden
Arbeitshub variabel einstellbar ist. Bei einem vertikal angeordneten Hydraulikzylinder,
bei welchem der Arbeitshub nach unten erfolgt, kann das zweite Hydraulikventil auch
als "Steigventil" bezeichnet werden. Mithin können bei einer entsprechenden Umformmaschine
mit vertikalem Aufbau das erste Hydraulikventil als Schlagventil und das zweite Hydraulikventil
als Steigventil bezeichnet werden.
[0027] Durch die Verwendung von Proportionalventilen kann eine vergleichsweise genaue Steuerung
der Bewegung des Bären erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte und genaue
Steuerung der Geschwindigkeit des Bären erreicht werden. Ferner ist es vergleichsweise
einfach möglich, die Bewegung des Bären zu steuern und/oder zu regeln, beispielsweise
auf unterschiedliche, jeweils gewünschte Sollgeschwindigkeiten und/oder auf unterschiedliche
und/oder variierende Ausgangspositionen zur Ausführung eines Arbeitshubs oder Schlags.
[0028] Nach Ausgestaltungen kann die Umformmaschine des Weiteren eine Messeinheit zur Ermittlung
der Position und/oder Geschwindigkeit des Bären umfassen. Die Steuereinheit kann dazu
eingerichtet sein, auf Grundlage einer von der Messeinheit für einen vorausgehenden
Arbeitshub ermittelten Umformposition und/oder weiterer erfasster Betriebsparameter,
einen oder mehrere Betriebsparameter z.B. für einen nachfolgenden, insbesondere unmittelbar
nachfolgenden Arbeitshub zu ermitteln. Als Betriebsparameter kommen insbesondere in
Frage: Ausgangposition zur Ausführung eines Arbeitshubs, eine nach der ersten Phase
erreichte Sollgeschwindigkeit, eine Schlagenergie des Bären zur Werkstückumformung,
eine Position des Bären, insbesondere die Umformposition des Bären. Die Umformposition
des Bären soll dabei insbesondere diejenige Position des Bären verstanden werden,
an welcher bei einem Arbeitshub die Umformung des Werkstücks erfolgt bzw. beginnt.
Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die oder den Betriebsparameter
für einen darauffolgenden Arbeitshub, d.h. für einen auf einen Arbeitshub z.B. unmittelbar
folgenden weiteren Arbeitshub, zu ermitteln.
[0029] In vorteilhaften Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, bei
einer Umformoperation eines Werkstücks einen initialen Arbeitshub als einen bei minimaler
Schlagenergie ausgeführten Richtschlag auszuführen. Mit einem derartigen Richtschlag
ist es insbesondere möglich, die Umformposition, d.h. diejenige Position des Bären
zu ermitteln, an welcher dieser auf das umzuformende Werkstück trifft bzw. die Lage
oder Position der dem Bären zugewandten Seite des Werkstücks.
[0030] Ist die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet, neben der Umformposition des Bären
auch die Ausgangsposition des Bären zur Ausführung eines Arbeitshubs zu ermitteln
bzw. steht die Ausgangsposition zur Verfügung, kann der für einen Arbeitshub verfügbare
Hubbereich zwischen Ausgangsposition und Umformposition, und damit der jeweils erforderliche
Bereich bzw. die verfügbare Weglänge zur Beschleunigung des Bären ermittelt und zur
Einstellung von Betriebsparametern zur Beschleunigung des Bären auf die Sollgeschwindigkeit
verwendet werden. Ein entsprechender Betriebsparameter kann dabei die Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils oder der zeitliche Verlauf der Öffnungsweite des ersten
Hydraulikzylinders sein.
[0031] Möglich ist es nach Ausgestaltungen ferner, dass die ermittelten Betriebsparameter
wie Ausgangsposition, Umformposition, Schlagenergie usw. zur Steuerung und/oder Regelung
des zweiten Hydraulikventils bei einem Rückhub verwendet werden. Beispielsweise kann
die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, entsprechende Betriebsparameter, beispielsweise
die Ausgangsposition für einen nachfolgenden Arbeitshub, zur Steuerung des zweiten
Hydraulikventils beim Rückhub zu verwenden. Die Steuereinheit kann gemäß Ausgestaltungen
insbesondere dazu eingerichtet sein, die Öffnungsweite des zweiten Hydraulikventils
so zu steuern und/oder zu regeln, bzw. das Schließverhalten des zweiten Hydraulikventils
so zu steuern und/oder zu regeln, dass der Bär beim Rückhub die jeweils gewünschte
Ausgangsposition für den nächsten Arbeitshub erreicht.
[0032] Mit der vorgeschlagenen Steuereinheit und den Hydraulikventilen, insbesondere mit
Proportionalventilen, ist es insbesondere möglich, die Ausgangsposition zur Ausführung
eines Arbeitshubs dynamisch einzustellen, beispielsweise, derart, dass Arbeitshübe
aus unterschiedlichen Ausgangspositionen ausgeführt werden können. Das ermöglicht
vergleichsweise flexible Betriebszyklen und Umformoperationen bei gleichzeitig genauer
und zuverlässiger Einstellung der Umformparameter.
[0033] Gemäß Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, auf Grundlage
einer variabel vorgebbaren und/oder ermittelbaren Ausgangsposition und/oder einer
variablen Umformposition (oder: Umkehrposition, Ruheposition), insbesondere einer
variabel vorgebbaren und/oder ermittelbaren Umformposition, die Öffnungsweite des
ersten Hydraulikventils zu steuern, insbesondere derart, dass der Arbeitshub, insbesondere
ein Umformschlag, mit einer jeweils geeigneten, vorzugsweise vorgegebenen, insbesondere
einer jeweils maximal verfügbaren, Schlagenergie ausführbar ist.
[0034] Gemäß Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, eine Ausgangsposition
zur Ausführung eines Arbeitshubs variabel bzw. dynamisch variabel einzustellen, insbesondere
in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters des Hydraulikzylinders bezüglich
eines oder mehrerer vorangehender Arbeitshübe, wobei es sich bei dem Betriebsparameter
vorzugsweise um einen durch eine oder mehrere Sensoreinheiten erfassten Betriebsparameter
handelt. Beispielsweise kann die Umformposition bei einem vorangehenden Arbeitshub
bei einer Umformung eines Werkstücks mit mehreren Schlägen dazu verwendet werden,
die Ausgangsposition für einen nachfolgenden Arbeitshub für das Werkstück einzustellen
und/oder die Öffnungsweite zur Beschleunigung des Bären beim nachfolgenden Arbeitshub
einzustellen, beispielsweise gemäß einer vorgegebenen oder gewünschten Umformenergie
und/oder Sollgeschwindigkeit.
[0035] Gemäß Ausgestaltungen kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, bei vorgegebener
Umformenergie eine Ausgangsposition für einen Arbeitshub zu ermitteln und durch Steuerung
und/oder Regelung des zweiten Hydraulikventils bei einem Rückhub einzustellen, wobei
die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Ausgangsposition auf Grundlagen
einer freien Weglänge des Bären zwischen Ausgangsposition und Umformposition eines
vorangehenden Arbeitshubs variabel insbesondere dynamisch variabel einzustellen.
[0036] Bei der vorgeschlagenen Umformmaschine können für das erste und zweite Hydraulikventil
besonders vorteilhaft Proportionalventile verwendet werden. Die beiden Ventile können
baugleich ausgebildet sein, wobei eines davon zur Schlagauslösung, das andere als
Steigventil vorgesehen sein kann. Die Ventile können in der sog. Cartridge-Bauweise
ausgeführt sein, wobei Steuerungs- und Logikelemente erschütterungsfest auf dem Steuerdeckel
verbaut sein können. Über eine integrierte Sicherheitsstufe kann bei dem ersten Hydraulikventil,
insbesondere einem Schlagventil, dessen Annahmebereitschaft realisiert werden.
[0037] Die vorgeschlagene Umformmaschine hat insbesondere den Vorteil, dass der Hydraulikzylinder
lediglich zwei (insbesondere lediglich genau zwei) Hydraulikanschlüsse erfordert,
einen für den Arbeitshub und einen für den Rückhub. Im Vergleich zu Umformmaschinen
des Stands der Technik mit vier funktional verschiedenen Hydraulikanschlüssen am Hydraulikzylinder
kann mithin der Aufbau vereinfacht werden.
[0038] Wie erwähnt kann der Hydraulikzylinder einen unteren Anschluss (ersten Hydraulikanschluss)
aufweisen, der zur für den Rückhub vorgesehen ist. Der untere Anschluss stellt dauerhaft
und immer Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Hydrauliköl, bzw. Betriebsdruck (z.B.
im Bereich zwischen 197 bar bis 203 bar, vorzugsweise bei etwa 200 bar) zur Verfügung.
Mithin ist es in vorteilhaften Ausgestaltungen vorgesehen, dass der untere bzw. der
erste Hydraulikanschluss keine unmittelbare Regelung über ein Hydraulikventil umfasst.
Ist der untere bzw. der erste Hydraulikanschluss mit dem Systemdruck (z.B. etwa 200
bar) beaufschlagt, kann der Rückhub über das Steigventil (zweites Hydraulikventil)
am zweiten bzw. oberen Hydraulikanschluss erfolgen.
[0039] Das erste und zweite Hydraulikventil (Schlagventil und Steigventil) sind am oberen
Hydraulikanschluss (zweiten Hydraulikanschluss) bzw. zweiten Zylinderraum angeschlossen.
Eine Steuerung/Regelung des Hydraulikzylinders erfolgt entsprechend am oberen bzw.
zweiten Hydraulikanschluss.
[0040] Für die Hydraulikventile werden vorteilhaft Proportionalventile für Schlagen und
Steigen verwendet.
[0041] In Ausgestaltungen, beispielsweise bei großen Umformmaschinen, können als Hydraulikventile
bzw. Ventileinheiten mehrere Ventile für jede Funktion (Schlagen/Steigen) parallel
zusammengeschaltet sein.
[0042] Der Einsatz eines Proportionalventils für das Steigen bzw. für den Rückhub eröffnet
die Möglichkeit, die Umformmaschine statt mit einem fixen oberen Totpunkt, mit einer
variablen Ausgangsstellung bzw. Schlagausgangsstellung zu betreiben, da der Bremsvorgang
im Wesentlichen an jeder beliebigen Position beispielsweise auf jeder beliebigen Höhe
gestartet werden kann, bzw. der Bär auf jeder beliebigen Höhe zum Stillstand gebracht
werden kann.
[0043] Insbesondere ist es gemäß Ausgestaltungen möglich, dass das Hydraulikventil beim
Rückhub entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie kontinuierlich geschlossen wird,
beispielsweise um ein zunächst sanftes, zum Ende des Rückhubs hin aber präzises Anhalten
zu realisieren. Für den Betrieb der Umformmaschine kann vorteilhaft vorgesehen sein,
dass der Bär erst dann zum Stillstand gebracht wird, wenn er zumindest die Ausgangshöhe
erreicht hat, die zum Beschleunigen des Bären für einen nächsten Schlag erforderlich
ist.
[0044] Insbesondere kann mit der vorgeschlagenen Steuerung der Hydraulikventile erreicht
werden, dass vor allem bei Prellschlägen der durch den Rückprall erzeugte, hohe Volumenstrom
sicher während der sich anschließenden Bremsphase bzw. während des Rückhubs abgebaut
werden kann.
[0045] Für die Betriebssicherheit, z.B. bei Ausfall der Elektronik des Steigventils kann
ein Stangenfortsatz oberhalb des Kolbens, der in eine Bohrung eintaucht und so ein
hydraulisches Bremskissen bildet, vorgesehen sein, was weiter unten noch genauer beschrieben
wird.
[0046] Mit der Verwendung eines Proportionalventils zum Beschleunigen des Bären stehen insbesondere
mehrere Stellgrößen zur Verfügung, mit den die Beschleunigungsphase gesteuert werden
kann. Dazu zählen beispielsweise einstellbare Kennlinien zum Öffnen und Schließen
des ersten Hydraulikventils bzw. Schlagventils, die tatsächliche Öffnung und der damit
steuerbare Volumenstrom der hindurchfließen kann und die Zeitdauer, für die das Hydraulikventil
geöffnet bleibt. Sowohl die absolute Genauigkeit als auch die Wiederholgenauigkeit
der Maschine können dadurch verbessert werden.
[0047] Bei der vorgeschlagenen Umformmaschine und dem zugehörigen Betriebsverfahren ist
es insbesondere möglich, dass beim Betrieb der Umformmaschine mit Proportionalventilen
die Schläge bzw. Arbeitshübe immer aus einer individuell geeigneten bzw. notwendigen
Höhe ausführbar sind bzw. ausgeführt werden. Es ist insbesondere nicht erforderlich,
dass nach jedem Schlag bzw. Arbeitshub in die absolut obere Endlage des Hydraulikzylinders
angefahren wird. Darüber hinaus kann durch eine Variabilität die ein Proportionalventil
als Schlagventil bietet, eine verbesserte Genauigkeit der Schläge erzielt werden.
[0048] Im praktischen Betrieb einer Umformmaschine, beispielsweise in einer automatisch
arbeitenden Schmiedelinie, kann erforderlich sein, dass ein gewisser Freiraum zwischen
dem oberen und unteren Werkzeug für Gesenkpflege, Handlingaufgaben usw. bereitgestellt
wird. Dieser kann durch die Verwendung von Proportionalen bereitgestellt werden, weil
der obere Totpunkt bzw. Umkehrpunkt des Bären variabel ist.
[0049] Die nachfolgenden Betriebsarten stellen verfahrensgemäße Ausgestaltungen der Erfindung
bzw. funktionale Ausgestaltungen der Steuereinheit bzw. der Hydrauliksteuereinheit
dar.
[0050] In einer Ausgestaltung kann eine Umformung, insbesondere ein Schmieden, mit automatischer
Energieanpassung vorgesehen sein. Dabei kann nach dem Einlegen eines Rohlings bzw.
eines Werkstücks in das untere Gesenk der Umformmaschine zunächst ein Richtschlag
mit geringer Energie ausgeführt werden. Ein Richtschlag ist dabei beispielsweise als
ein Schlag zu verstehen, bei dem das Obergesenk auf das Werkstück abgesenkt wird,
wobei der Bär mit einer geringen Energie auf das Werkstück bewegt wird, beispielsweise
so dass im Wesentlichen keine bzw. lediglich vernachlässige Umformungen am Werkstück
entstehen. Die Steuerung ermittelt dabei den zur Verfügung stehenden Hubweg. Ein darauffolgender
Schlag kann dann automatisch mit einer maximal, für diesen ermittelten Hubweg erreichbaren
Energie ausgeführt werden, wobei der Schlag und die Beschleunigung des Bären auf Grundlage
des ermittelten Hubwegs automatisch durch die Steuerung gesteuert bzw. geregelt wird.
[0051] Durch die Verformung des Werkstücks bzw. Schmiedeteils steht nun für den darauffolgenden
Arbeitshub bzw. Schlag ein längerer Hubweg zur Verfügung, der wiederum automatisch
ermittelt und in eine Erhöhung der Schlagenergie umgesetzt werden kann. Der Ablauf
kann für alle weiteren Folgeschläge identisch sein. Möglich ist es nach Ausgestaltungen
auch, dass vor Beginn einer Schlagfolge ein Grenzwert in der Art gesetzt wird, dass
z.B. beim Erreichen einer vorgegebenen Nennenergie der Umformenergie, beispielsweise
80% der Nennenergie der Umformmaschine, und/oder bei Erreichen eines wählbaren oder
vorgebbaren unteren Umkehrpunktes, der z.B. der Bauteilendhöhe entsprechen kann, keine
weitere automatische Erhöhung der Schlagenergie stattfindet. Der Grenzwert kann beispielsweise
durch einen Benutzer gesetzt werden. Ein entsprechender Betrieb mit Limitierung der,
z.B. maximalen, Energie und/oder dem Kriterium des unteren Umkehrpunktes, z.B. der
Bauteilendhöhe, ist vor allem für Stauch- und Reckoperationen sinnvoll, bei denen
sich die Bauteilhöhe während des Schmiedens stark ändert.
[0052] Gemäß Ausgestaltungen kann eine Betriebsweise vorgesehen sein, bei der ein Umformen
bzw. Schmieden aus vorgewählter Höhe mit einstellbarer Energie erfolgt.
[0053] Hierzu können automatisch oder durch einen Bediener eine im Wesentlichen frei wählbare
Schlagausgangsstellung bzw. Anfangsposition zur Ausführung eines Arbeitshubs, sowie
eine Gesenkhöhe und eine Rohlings- bzw. Werkstückhöhe vorgegeben werden. Die Steuerung
ermittelt hieraus die erreichbare maximale Energie. Anschließend können Einzelschläge
bzw. Einzelarbeitshübe oder eine Folge von Arbeitshüben oder Schlägen mit Energien
zwischen 1% der maximalen Schlagenergie der Umformmaschine und der zuvor ermittelten
erreichbaren maximalen Energie programmiert bzw. eingestellt werden.
[0054] Die Steuerung kann in Ausgestaltungen dazu eingerichtet sein, ständig Plausibilitätsprüfungen
zwischen den eingegebenen bzw. vorgegebenen Daten und den tatsächlich gefahrenen Arbeitshüben
bzw. Rückhüben durchzuführen und den Betrieb der Umformmaschine zu stoppen, sollten
Grenzwerte für die automatisch ermittelten Betriebsparameter über- oder unterschritten
werden. Alternativ zu einer Dateneingabe durch einen Benutzer kann bei dieser Betriebsweise
zur Ermittlung des initial verfügbaren Arbeitshubs mit einem initialen Richtschlag
von geringer Energie gearbeitet werden.
[0055] Gemäß Ausgestaltungen kann eine Betriebsweise vorgesehen sein, bei der ein Schmieden
mit konstanter Energie aus optimaler Höhe erfolgt.
[0056] Hier ist es möglich, ein frei wählbares Energieniveau zu fixieren bzw. festzulegen.
Zusätzlich können Gesenk- und Bauteilhöhe eingegeben oder ermittelt werden, beispielsweise
durch einen Richtschlag und kontinuierlicher Ermittlung der Position des Bären im
Umkehrpunkt. Die Steuerung kann aus entsprechenden Daten eine optimale Höhe bzw. einen
optimalen Ausgangspunkt für eine Folge von Arbeitshüben bzw. eine Schlagfolge ermitteln
und eine entsprechende Folge von Arbeitshüben, z.B. mit jeweils gleicher Energie ausführen.
[0057] Gemäß Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass beim Betrieb der Umformmaschine
alle Schläge, egal ob im Dauerschlag- oder Einzelschlagmodus, immer aus der obersten
Endlage mit der, z.B. vom Bediener, festgelegten Energie ausgeführt werden. Dies entspricht
insbesondere einem Betrieb eines herkömmlichen Schmiedehammers mit vier Hydraulikanschlüssen,
und zeigt, dass die vorgeschlagene Umformmaschine flexibel betreibbar ist.
[0058] Neben den bereits genannten Vorteilen ergeben sich eine Reihe weiterer positiver
Aspekte durch den Einsatz von Proportionalventilen. Während beim konventionellen Antrieb,
der Anteil des Bremswegs am Gesamthub, mit kleiner werdender Energie höher wird, kann
mit Proportionalventilen aus verminderter Höhe geschlagen werden. Zum einen wird hierdurch
Beschleunigungsarbeit eingespart, zum andern kann die Schlagfrequenz erhöht werden.
Eine Cartridge-Bauweise der Proportionalventile erhöht zudem die Montage- und Wartungsfreundlichkeit,
da diese mit wenigen Handgriffen montiert und angeschlossen werden können. Auch der
Aufbau der bewährten Blockhydraulik gestaltet sich einfacher, da weniger ölführende
Kanäle gefertigt werden müssen. Besonders hervorzuheben ist, dass beim neuen Hammerantrieb
mit Proportionalventiltechnik keine Nachsaugphase über ein separates Nachsaugventil
im üblichen Sinn mehr notwendig ist. Nachsaugventil, Nachsaugbehälter und alle mit
der Nachsaugphase verbundenen Nachteile können entfallen. Im Wesentlichen ist hier
zu nennen, dass kein unberuhigtes, möglicherweise mit Lufteinschlüssen versetztes
Öl mehr in den Kolbenraum gelangt und somit das davon ausgehende Risiko für die Entstehung
von Kavitation eliminiert ist.
[0059] Bei der vorgeschlagenen Umformmaschine mit Proportionalventilen ist es besonders
vorteilhaft, wenn die Beschleunigungsphase des Bären abgeschlossen ist, bevor die
Umformung beginnt. Damit wird vermieden, dass im Moment des Schlags der Kolbenraum
noch über das Proportionalventil für Schlagen mit dem Speicher verbunden ist und gleichzeitig
der Bär durch den Rückprall einen entgegengesetzten Volumenstrom erzeugt, wodurch
unkontrollierbar hohe Druckspitzen im Hydrauliksystem entstehen können, die das System
beschädigen könnten. Ferner ist zu erwähnen, dass durch Beenden der Beschleunigungsphase
vor Beginn der Umformung, was einem "Loslassen" des Bären entspricht - technisch gesprochen
wird er aus der Regelung genommen - auch den Charakter der schlagenden Maschine prägt.
[0060] Auf der einen Seite darf der Zufluss von Hydraulikfluid in den zweiten Zylinderraum
bzw. Kolbenraum erst mit der Richtungsumkehr des Bären beendet werden, auf der anderen
Seite muss die Beschleunigungsphase vor Beginn der Umformung abgeschlossen sein. Dies
lässt sich durch geschicktes ansteuern der beiden Proportionalventile erreichen. Eine
gemäß Ausgestaltungen vorgesehene Überdeckungsphase, in der beide Ventile zu einem
gewissen Grad geöffnet sind, kann dafür sorgen, dass nach Beendigung der Beschleunigungsphase
bis zum Umkehren des Bären sowohl Öl in den Kolbenraum nachströmen als auch abfließen
kann.
[0061] Fluidtechnische Simulationen und Versuche in der Praxis haben gezeigt, dass die hierin
vorgeschlagene Umformmaschine und Hydrauliksteuerung, insbesondere bei Verwendung
von Proportionalventilen, so eingerichtet werden kann, dass im Hydrauliksystem, insbesondere
im Hydraulikzylinder, keine Drücke unter 3 bar entstehen. Da sich Luft erst ab unter
1 bar aus Öl löst, kann keine schädliche Kavitation entstehen. Zur Vermeidung zu hoher
Drücke kann das hydraulische System mit zusätzlichen Sicherheitsventilen ausgestattet
sein, die unabhängig von der Elektronik funktionieren. In Ausgestaltungen können Drucksensoren
vorgesehen sein, auf deren Grundlage die einwandfreie Funktion und Einstellung des
Systems geprüft werden kann.
[0062] Ein Vorteil des Wegfalls der Nachsaugphase und des damit verbundenen Luftaustausches
ist, dass nur noch kleine, wartungsarme Tankbelüftungsfilter und keine großen Haubenfilter
mehr notwendig sind. Ebenso entfällt die dazu notwendige Verrohrung. Filter- und Kühlaggregate
brauchen nicht mehr nach der benötigten Ölmenge im Nachsaugbehälter, sondern können
nach der tatsächlichen Wärmeentwicklung im System ausgelegt werden.
[0063] Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere unabhängig beanspruchbar
ist, ist eine hydraulische Umformmaschine, insbesondere ein Schmiedehammer, zur Werkstückumformung
vorgesehen.
[0064] Die hydraulische Umformmaschine, im Weiteren auch kurz Umformmaschine genannt, umfasst
einen Hydraulikkreis mit einer Einheit zur Erzeugung eines vorgegebenen Systemdrucks
(beispielsweise im Bereich zwischen 190 bar bis 210 bar, insbesondere 197 bar bis
203 bar, vorzugsweise bei etwa 200 bar) für die Hydraulikflüssigkeit (oder: das Hydraulikfluid),
beispielsweise ein Druckspeicher und/oder eine Pumpeneinheit, und zumindest ein, insbesondere
druckloses, Reservoir, beispielsweise einen Rücklauf- und/oder Nachsaugtank, für Hydraulikflüssigkeit.
Mit einem Druckspeicher und/oder der Pumpeneinheit kann Hydraulikflüssigkeit gemäß
eines vorgegebenen Systemdrucks bereitgestellt werden. Das Reservoir ist vorzugsweise
drucklos, d.h. nicht mit Systemdruck beaufschlagt. Bei dem Rücklauf- und Nachsaugtank
kann es sich um getrennte Tanks handeln. Möglich ist jedoch auch, dass es sich beim
Rücklauf- und Nachsaugtank um den gleichen Tank handelt.
[0065] Die Umformmaschine umfasst ferner einen Hydraulikzylinder, der ein Zylinderrohr mit
einem darin zwischen einem ersten und einem zweiten Ende verfahrbaren Kolben umfasst.
Der Kolben ist mit einer Kolbenstange gekoppelt, die sich in Richtung des ersten Endes
erstreckt und mit einem Bären gekoppelt oder koppelbar ist.
[0066] Der Kolben weist an der von der Kolbenstange abgewandten Seite einen sich zum zweiten
Ende hin erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen, Stangenfortsatz (oder: Kolbenfortsatz)
auf. Der Stangenfortsatz kann als separate Komponente ausgebildet sein, oder durch
einen endständigen Abschnitt der Kolbenstange gebildet sein, wobei in letzterem Fall
die Kolbenstange den Kolben beispielsweise axial mittig durchgreifen kann, so dass
die Kolbenstange an der bärseitig abgewandten Seite des Kolbens über diesen übersteht
bzw. hinausragt und den Stangenfortsatz bildet. Der Stangenfortsatz weist einen Außendurchmesser
auf, der kleiner ist als der des Kolbens.
[0067] Der Hydraulikzylinder weist am zweiten Ende bzw. im Bereich des zweiten Endes eine
zum Stangenfortsatz koaxiale und zum Kolben hin offene Bohrung auf, deren Innendurchmesser
im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Stangenfortsatzes entspricht, oder geringfügig
kleiner ist. Dabei sind die genannten Durchmesser so gewählt, dass der Stangenfortsatz
in die Bohrung eintauchen kann, insbesondere derart, dass in der Bohrung befindliche
Hydraulikflüssigkeit als Bremskissen wirkt. Vorteilhafterweise ist die koaxial zum
Stangenfortsatz gemessene Tiefe der Bohrung größer als diejenige Länge des Stangenfortsatzes,
die in die Bohrung eintauchen kann. Insbesondere ist die Tiefe der Bohrung vorzugsweise
so gewählt, dass beim Eintauchen des Stangenfortsatzes in die Bohrung dieser den Boden
der Bohrung nicht berührt, d.h. vom Boden beabstandet ist. Hinsichtlich des Durchmessers
der Bohrung kann dieser ein glattes Maß aufweisen, beispielsweise 45 mm, und der Stangenfortsatz
kann einen geringfügig kleineren Durchmesser, beispielsweise 44,6 mm, aufweisen. Der
Durchmesser der Bohrung bzw. des Stangenfortsatzes ist vorzugsweise in Abhängigkeit
der Größe der Umformmaschine, z.B. in Abhängigkeit des Durchmessers des Kolbens des
Hydraulikzylinders gewählt.
[0068] In Ausgestaltungen entspricht der Außendurchmesser des Kolbenfortsatzes im Wesentlichen
dem Außendurchmesser der Kolbenstange, oder ist gleich wie der Außendurchmesser der
Kolbenstange.
[0069] Der Hydraulikzylinder bzw. das Zylinderrohr weist im Bereich des ersten Endes einen
ersten Hydraulikanschluss und im Bereich des zweiten Endes einen zweiten Hydraulikanschluss
auf.
[0070] Ein Hydraulikanschluss ist dabei zu verstehen als ein Anschluss des Hydraulikzylinders,
der dazu vorgesehen ist, beim hydraulischen Betrieb des Hydraulikzylinders Hydraulikflüssigkeit
einem zugeordneten Zylinderraum (oder: einer Zylinderkammer) des Hydraulikzylinders
zuzuführen oder von dieser abzuführen.
[0071] Zwischen dem ersten und zweiten Hydraulikanschluss sind insbesondere keine weiteren
Hydraulikanschlüsse in dem vorgenannten Sinne und mit der vorbeschriebenen Funktion
vorhanden. Damit kann der Hydraulikzylinder und korrespondierend die Umformmaschine
konstruktiv vergleichsweise einfach aufgebaut werden.
[0072] Der zweite Hydraulikanschluss ist derart angeordnet und ausgebildet, dass der Kolben
bei einer Bewegung zum zweiten Ende hin den zweiten Hydraulikanschluss verschließt,
wenn der Stangenfortsatz eine dem zweiten Ende zugewandte Seite des Kolbenfortsatzes
die Bohrung erreicht, insbesondere wenn der Stangenfortsatz die Öffnung der Bohrung
erreicht. Vorzugsweise sind der zweite Hydraulikanschluss, der Stangenfortsatz und
die Öffnung so angeordnet und ausgebildet, dass der zweite Hydraulikanschluss durch
den Kolben etwa zeitgleich mit der Öffnung durch das distale Ende des Stangenfortsatzes
verschlossen werden. Ein in der Bohrung und im Ringraum um den Stangenfortsatz eingeschlossenes
Hydraulikfluidvolumen kann dann als Bremskissen wirken.
[0073] Der Vorteil der kombinierten Wirkung aus Stangenfortsatz und Bohrung einerseits und
Verschluss des zweiten Hydraulikanschlusses andererseits liegt in einer dadurch erreichten
Bremse für die Einheit umfassend den Kolben, die Kolbenstange und den daran befestigten
Bären mit Werkzeugen. Verschließt der Stangenfortsatz die Öffnung der Bohrung, wenn
z.B. der Stangenfortsatz in die Bohrung eintaucht entfaltet das in Bohrung befindliche
Hydraulikfluid eine Bremswirkung. Ferner erzeugt das bei Verschluss des zweiten Hydraulikanschlusses
in dem um den Stangenfortsatz bestehenden Ringraum vorhandene Hydraulikfluid ebenfalls
eine Bremswirkung. Mithin können der Kolben und damit verbundene Komponenten, wie
die Kolbenstange, Bär, Werkzeuge usw., effizient abgebremst werden, insbesondere auch
dann, wenn beispielsweise eine zur Steuerung des Hydraulikzylinders über das erste
und zweite Hydraulikventil mit zugeordneten Hydraulikventilen vorgesehene Elektronik,
Hydrauliksteuerung oder -regelung ausfällt oder defekt ist. Die Bohrung mit Stangenfortsatz
bildet mithin eine Bremse, die unabhängig von weiteren Hydraulikkomponenten, insbesondere
Steuer- oder Regeleinheiten, arbeitet. Insoweit kann die Bohrung als eine Art Bremsbuchse
bezeichnet werden. Da die Bremse insbesondere unabhängig von weiteren Hydraulikkomponenten
arbeitet d.h. allein durch die Struktur der Bohrung, des Stangenfortsatzes und der
Lage des zweiten Hydraulikanschlusses definiert ist, können diese Komponenten, insbesondere
die Bohrung mit Stangenfortsatz, auch als ein Not- oder Sicherheitsbremssystem verwendet
werden. Allerdings können die Komponenten nicht nur für den Fall einer Notbremsung
bei Systemausfall, sondern auch im regulären Betrieb zur Abbremsung der Bewegung des
Kolbens in Richtung des zweiten Endes verwendet werden.
[0074] In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das bei Verschluss der Öffnung durch
den Stangenfortsatz ausgebildete Volumen der Bohrung und der dabei um den Stangenfortsatz
ausgebildete Ringraum des zweiten Zylinderraums unter Zwischenschaltung einer Drossel,
z.B. über eine Leitung, miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann eine die Drossel
enthaltende Verbindungsleitung zwischen dem Boden der Bohrung und dem um die Öffnung
der Bohrung gebildeten Ringboden des zweiten Zylinderraums verlaufen. Verschließt
der Stangenfortsatz die Öffnung und der Kolben den zweiten Hydraulikanschluss kann
über die Drossel ein Druckausgleich zwischen dem Volumen der Bohrung und dem Volumen
des Ringraums stattfinden. Dadurch kann beispielsweise eine vergleichsweise sanfte
und effiziente Abbremsung erfolgen.
[0075] Der Stangenfortsatz ist vorzugsweise koaxial zum Kolben angeordnet, wodurch Kippmomente
bei der Abbremsung im Wesentlichen vermieden werden können.
[0076] In Ausgestaltungen kann der Radius des Stangenfortsatzes zwischen 1/3 bis 2/3 des
Radius des Kolbens betragen, insbesondere beispielsweise das ½-fache des Radius des
Kolbens.
[0077] Die axiale Länge des Stangenfortsatzes und/oder der Außendurchmesser des Stangenfortsatzes
kann in Abhängigkeit der Größe der Umformmaschine und/oder in Abhängigkeit des Durchmessers
des Kolbens des Hydraulikzylinders.
[0078] In Ausgestaltungen sind die Kolbenstange und der Stangenfortsatz einstückig hergestellt.
Beispielsweise kann sich die Kolbenstange durch den Kolben hindurch erstrecken und
in Richtung des zweiten Endes über den Kolben überstehen, wobei der Überstand bzw.
der überstehende Teil oder ein über den Kolben überstehender Teil den Stangenfortsatz
bilden kann. Möglich ist hingegen auch, dass Kolbenstange und Stangenfortsatz zwei
separate Bauteile sind, die an gegenüberliegenden Enden des Kolbens befestigt oder
festgelegt sind. Die Kolbenstange, sei es mit oder ohne Stangenfortsatz, kann als
Ganzes z.B. aus einem geschmiedeten Rohling hergestellt sein, wodurch eine vorteilhafte
mechanische Stabilität erreicht werden kann.
[0079] Gemäß Ausgestaltungen ist die jeweilige Ringfläche des Kolbens, d.h. die durch die
stirnseitige Kolbenfläche gebildete Fläche abzüglich der Querschnittsfläche der Kolbenstange
bzw. des Stangenfortsatzes im Wesentlichen oder etwa gleich groß (z.B. im Rahmen von
Abweichungen von bis zu 5 % oder 10 %) mit wie die Querschnittsfläche der Kolbenstange
bzw. des Stangenfortsatzes. Beträgt beispielsweise der Durchmesser der Kolbenstange
bzw. des Stangenfortsatzes 45 mm, was einer Fläche von ca. 15,9 cm
2 entspricht, und beträgt der Durchmesser des Kolbens z.B. 63mm, was einer Fläche von
ca. 31,2 cm
2 entspricht, so ergibt sich für die Ringfläche: 31,2 cm
2 - 15,9 cm
2 = 15,3 cm
2 bei einer Kolbenstangenfläche von 15,9 cm
2. Bei diesem Beispiel entspricht die Ringfläche im Wesentlichen der Kolbenstangenfläche
bzw. der Stangenfortsatzfläche, insbesondere im Rahmen einer Abweichung zwischen 3,5
% und 4 %.
[0080] Nach Ausgestaltungen kann der erste Hydraulikanschluss mit dem Hydraulickreis derart
verbunden oder verbindbar sein, dass ein mit dem ersten Hydraulikanschluss verbundener
und diesem nachgeschalteter erster Zylinderraum des Hydraulikzylinders mit einem vorgegebenen
Systemdruck beaufschlagt oder beaufschlagbar ist, insbesondere mit dem von der Einheit
zur Erzeugung des Systemdrucks erzeugten Druck, beispielsweise einem Druckspeicher
und/oder einer Pumpeneinheit. Beim Betrieb des Hydraulikzylinders ist der erste Zylinderraum
vorzugsweise stets mit Systemdruck beaufschlagt. Mithin liegt in dem aufgrund der
durch den ersten Zylinderraum verlaufenden Kolbenstange als Ringraum ausgebildeten
ersten Zylinderraum der Systemdruck an. Der von der Kolbenstange abgewandte zweite
Zylinderraum ist, abgesehen von dem um den Stangenfortsatz ausgebildeten Ringvolumen,
hohlzylindrisch, d.h. nicht gänzlich als Ringraum, ausgebildet. Liegt beim Betrieb
in zweiten Zylinderraum in einer Betriebsphase ebenfalls der Systemdruck an, ergibt
sich eine Kraft, mit welcher der Kolben in Richtung des ersten Endes beschleunigt
wird.
[0081] Eine Bewegung bzw. Beschleunigung des Kolbens hin zum ersten Ende wird vorzugsweise
für einen Arbeitshub verwendet, bei dem der mit dem Kolben gekoppelte Bär auf eine
für die Umformung oder für einen Schlag vorgesehene Sollgeschwindigkeit beschleunigt
wird. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung beim Arbeitshub von oben nach unten. Bei einem
Arbeitshub wird der zweite Zylinderraum mit Hydraulikfluid gefüllt, vorzugsweise zumindest
zeitweise durch Beaufschlagung mit Systemdruck. Mithin kann der zweite Zylinderraum
auch als ein Hubraum bezeichnet werden. Korrespondierend dazu kann eine zum zweiten
Ende hin erfolgende Bewegung des Kolbens für einen Rückhub, vorzugsweise eine Bewegung
von unten nach oben, verwendet werden, bei welchem der Kolben respektive Bär in eine
zur Ausführung eines darauffolgenden Arbeitshubs bzw. Schlags vorgesehene Ausgangsposition
bewegt wird. Mithin kann der erste Zylinderraum, der insbesondere als Ringraum ausgebildet
ist, als ein Rückhubraum des Hydraulikzylinders bezeichnet werden.
[0082] Vorzugsweise ist der Hydraulikzylinder in der betriebsfertig eingerichteten Umformmaschine
im Wesentlichen vertikal angeordnet, d.h. dass sich der Kolben längs einer vertikalen
Achse bewegt, wobei das erste Ende unten und das zweite Ende oben gelegen ist. Ein
Umformzyklus kann dabei dadurch ausgeführt werden, dass der Rückhubraum und der Hubraum
bei Auslösung des Arbeitshubs mit Systemdruck beaufschlagt werden, wodurch sich eine
nach unten zum ersten Ende hin wirkende Kraft ergibt, die zusammen mit der Gewichtskraft
von Kolben, Kolbenstange und Bär und ggf. weiteren Komponenten, wie Werkzeugen am
Bären, eine Beschleunigung des Bären nach unten hin bewirken. Nach Ausführen einer
Umformung oder eines Schlags kann der Hubraum z.B. drucklos mit einem Reservoir, beispielsweise
einem Rücklauftank, verbunden werden, so dass der im Rückhubraum wirkende Systemdruck
einen Rückhub nach oben hin bewirkt. Durch geeignete Steuerung oder Regelung der Hydraulikströme
in und aus den Zylinderräumen kann der Bär beim Arbeitshub auf eine Sollgeschwindigkeit
beschleunigt werden und beim Rückhub an einer für eine nachfolgende Umformoperation
gewünschte Ausgangsposition bzw. Startposition positioniert werden. Geeignete Hydrauliksteuerungen
und damit einhergehende Systemkonfigurationen werden weiter unten noch genauer beschrieben.
Allen Ausgestaltungen ist jedoch gemein, dass der Stangenfortsatz und die Bohrung
bei Bedarf am zweiten Ende als Bremse zum Abbremsen der Rückhubbewegung wirken.
[0083] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Hydraulikkreis eine mit dem zweiten
Hydraulikanschluss verbundene oder verbindbare Ventileinheit. Der Hydraulikkreis und
die Ventileinheit sind vorzugsweise so eingerichtet, dass ein bzw. der mit dem zweiten
Hydraulikanschluss verbundener zweiter Zylinderraum des Hydraulikzylinders bei Ausführung
eines Arbeitshubs über die Ventileinheit wahlweise zumindest zeitweise mit Hydraulikdruck,
insbesondere zumindest zeitweise mit dem Systemdruck, beispielsweise durch Verbindung
mit dem Druckspeicher, beaufschlagbar oder zumindest zeitweise drucklos mit dem Reservoir,
z.B. einem Rücklauftank, verbindbar ist. Beispielsweise kann in einer Beschleunigungsphase
nach Auslösen eines Arbeitshubs zur Beschleunigung des Bären auf die Sollgeschwindigkeit
die Ventileinheit so gesteuert oder geregelt werden, dass der zweite Zylinderraum
mit Systemdruck beaufschlagt ist, beispielsweise mit dem Druckspeicher verbunden ist.
Nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit und/oder beim Rückhub kann die Ventileinheit
so gesteuert oder geregelt werden, dass der zweite Zylinderraum z.B. drucklos mit
dem Rücklauftank verbunden ist.
[0084] Nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit kann der zweite Zylinderraum beim Arbeitshub
beispielsweise mit einem Nachsaugtank verbunden werden, so dass Hydraulikfluid in
den zweiten Zylinderraum entsprechend der Volumenvergrö-ßerung des zweiten Zylinderraums
infolge der Bewegung des Kolbens zum ersten Ende hin im Wesentlichen drucklos nachgesaugt
werden kann. Das Nachsaugen nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit bzw. ein korrespondierenden
Nachsaugvolumenstrom wird durch die Ventileinheit vorzugsweise so geregelt oder gesteuert,
dass die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen erhalten bleibt und/oder dass einen vorgegebene
Umformgeschwindigkeit erreicht wird. Beispielsweise kann der Nachsaugvolumenstrom
so geregelt oder gesteuert werden, dass ein Kräftegleichgewicht zwischen Gewichtskräften
und Druckkräften im zweiten Zylinderraum einerseits und Druckkräften im ersten Zylinderraum
andererseits herrscht. Kann kein Kräftegleichgewicht erreicht werden, so wird der
Nachsaugvolumenstrom vorzugsweise derart geregelt und/oder gesteuert, dass der Bär
eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht. Vorteilhafter Weise wird die Beschleunigungsphase
und/oder die Nachsaugphase derart geregelt oder gesteuert, dass der Hydraulikdruck
in den vom Nachsaugen betroffenen Teilen des Hydraulikkreises oberhalb des Kavitationsdrucks
der Hydraulikflüssigkeit liegt.
[0085] Nach erfolgter Umformung kann der zweite Zylinderraum über die Ventileinheit mit
einem drucklosen Reservoir, z.B. einem Rücklauftank, verbunden werden, so dass der
im ersten Zylinderraum herrschende Systemdruck die Rückhubbewegung bewirkt. Beim Rückhub
kann durch Steuern oder Regeln der Ventileinheit ein aus dem zweiten Zylinderraum
in das Reservoir bzw. den Rücklauftank ergebender Rückhubvolumenstrom beispielsweise
so gesteuert oder geregelt werden, dass die Rückhubbewegung an einer vorgegebenen
Ausgangs- oder Startposition für einen nachfolgenden Arbeitshub endet. Damit ist es
z.B. möglich, die Ausgangs- oder Startposition des Kolbens im Zylinderrohr im Wesentlichen
beliebig zu wählen, was bedeutet, dass durch geeignete Steuerung oder Regelung des
Rückhubs durch die Ventileinheit die Ausgangsposition nicht zwingend am zweiten Ende
gelegen ist, bzw. nicht ausschließlich durch die aus Stangenfortsatz und Bohrung definierte
Bremse festgelegt ist. Weitere Einzelheiten hierzu werden weiter unten genauer beschrieben.
[0086] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Ventileinheit ein mit dem zweiten
Hydraulikanschluss verbundenes oder verbindbares steuer- oder regelbares erstes Hydraulikventil,
beispielsweise ein Schlagventil zur Auslösung eines Umformschlags bzw. eines Arbeitshubs,
und ein mit dem zweiten Hydraulikanschluss verbundenes oder verbindbares steuer- oder
regelbares zweites Hydraulikventil, beispielsweise ein Steigventil zur Ausführung
eines Rückhubs.
[0087] Das erste Hydraulikventil ist dazu eingerichtet, in einer Schaltstellung bzw. Steuer-
oder Regelstellung, den zweiten Zylinderraum bei Ausführung des Arbeitshubs über den
zweiten Hydraulikanschluss zumindest zeitweise mit Hydraulikdruck, insbesondere Systemdruck,
beispielsweis durch Verbindung mit dem Druckspeicher, zu beaufschlagen. Das zweite
Hydraulikventil ist dazu eingerichtet, in einer Schaltstellung bzw. Steuer- oder Regelstellung,
den zweiten Zylinderraum über den zweiten Hydraulikanschluss bei Ausführung des Arbeitshubs
zumindest zeitweise drucklos mit dem mit dem Reservoir, insbesondere einem Nachsaugtank,
zu verbinden. Mithin kann eine Steuerung oder Regelung des Arbeitshubs vorgesehen
bzw. eingerichtet sein, durch welche das erste Hydraulikventil so angesteuert, z.B.
geöffnet, wird, dass zur Auslösung eines Arbeitshubs und zur Beschleunigung des Bären
auf die Sollgeschwindigkeit der zweite Zylinderraum mit Systemdruck beaufschlagt ist.
Die Öffnung bzw. Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils kann beispielsweise so
gesteuert oder geregelt werden, dass die aus dem zweiten Zylinderraum resultierenden
Drucckräfte auf den Kolben größer sind als die aus dem ersten Zylinderraum, beispielsweise
aus dem Systemdruck, resultierenden Druckkräfte. Insbesondere ist es möglich, die
Beschleunigung bzw. den Beschleunigungsvorgang zu regeln oder zu steuern, beispielsweise
gemäß einer vorgegebenen Sollkurve für die Bewegung bzw. Beschleunigung und/oder in
Abhängigkeit der gewünschten Sollgeschwindigkeit bzw. Umformgeschwindigkeit.
[0088] Nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit kann die Steuerung oder Regelung vorsehen,
dass das erste Hydraulikventil z.B. geschlossen und das zweite Hydraulikventil geöffnet
wird, so dass Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Zylinderraum z.B. drucklos aus dem
Reservoir, z.B. dem Nachsaugtank, nachgesaugt wird. Vorzugsweise wird die Öffnung
bzw. Öffnungsweite des zweiten Hydraulikventils und mithin der Nachsaugvolumenstrom
so gesteuert oder geregelt, dass sich Kolben im Wesentlichen mit der Sollgeschwindigkeit
weiterbewegt, bzw. dass die Umformgeschwindigkeit erreicht wird und/oder der Druck
oberhalb des Kavitationsdrucks liegt, d.h. dass kein so niedriger Druck erreicht wird,
dass sich die im Öl gelöste Luft freisetzt (Kavitation).
[0089] Der beschriebene Betrieb der Umformmaschine mit lediglich zwei Hydraulikanschlüssen
und der vorgeschlagenen Bremseinheit aus Zylinderfortsatz und Bohrung ermöglichen
insbesondere eine genaue Einstellbarkeit der Sollgeschwindigkeit bzw. Umformgeschwindigkeit
des Bären bei gleichzeitig abgesichertem Betrieb, beispielsweise bei einem Ausfall
der Steuerung oder Regelung der Hydraulikventile.
[0090] Nach Ausgestaltungen können die Ventile bzw. Hydraulikventile eine integrierte Sicherheitsstufe
aufweisen. Konkret kann eine integrierte Sicherheitsstufe so umgesetzt sein, dass
ein dem Hydraulikventil zugeordnetes oder ein in dieses integriertes Sicherheitsventil
mit Druck zu beaufschlagen ist, bevor das eigentliche Hydraulikventil, z.B. ein Kolben
eines Cartridge-Ventils, gesteuert oder geregelt werden kann, bzw. zur Steuerung oder
Regelung durch die Sicherheitsstufe freigegeben wird.
[0091] Nach Ausgestaltungen kann z.B. dem Schlagventil eine entsprechende Sicherheitsstufe
zugeordnet sein. Mit einer derartigen Sicherheitsstufe kann z.B. die Annahmebereitschaft
der Umformmaschine bzw. des Hammers realisiert werden. Ist beispielsweise die Sicherheitsstufe
mit Druck beaufschlagt entspricht das einem Betriebszustand, in dem die Ausführung
eines Schlags freigegeben ist.
[0092] Vorteilhafter weise sind die Hydraulikventile elektrisch angesteuert und im stromlosen
Zustand geschossen. Dadurch können, z.B. bei Stromausfall, unkontrollierbare Bewegungen
des Bären bzw. Hydraulikzylinders vermieden werden, da in dem Hydrauliksystem, z.B.
im Speicher, auch bei stromlosen Ventilen ein Druck bzw. der Systemdruck anliegt.
[0093] Nach einer Ausgestaltung ist das erste Hydraulikventil dazu eingerichtet, bzw. wird
so gesteuert oder geregelt, dass dieses zumindest zeitweise bei dem Arbeitshub, beispielsweise
in der Beschleunigungsphase des Bären, und/oder zumindest zeitweise während eines
Rückhubs, vorzugsweise im Wesentlichen während des gesamten Rückhubs eine Schließstellung
einnimmt. Das erste Hydraulikventil wird bei einem Arbeitshub vorzugsweise in die
Schließstellung geregelt oder gesteuert, wenn die Sollgeschwindigkeit erreicht ist
und der zweite Zylinderraum über das zweite Hydraulikventil mit dem Reservoir bzw.
Nachsaugtank verbunden ist. Insbesondere kann das zweite Hydraulikventil dazu eingerichtet
sein, bzw. wird so gesteuert oder geregelt werden, dass der zweite Zylinderraum drucklos
mit dem mit dem Reservoir bzw. Nachsaugtank verbunden ist, wenn das erste Hydraulikventil
in der Schließstellung ist, beispielsweise nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit.
Dazu kann das zweite Hydraulikventil in die oder eine Offenstellung gesteuert oder
geregelt werden.
[0094] Nach einer Ausgestaltung umfasst die Umformmaschine des Weiteren eine Hydrauliksteuereinheit,
insbesondere Kontrolleinheit bzw. Steuereinheit, zur Steuerung und/oder Regelung des
Hydraulikkreises, insbesondere der Hydraulikventile, wobei die Hydrauliksteuereinheit
dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, ist zum Betrieb, insbesondere zur Steuerung
oder Regelung, einer hydraulischen Umformmaschine nach einem der hierin beschriebenen
erfindungsgenäßen Ausgestaltungen.
[0095] Die Hydrauliksteuereinheit umfasst einen Prozessor und/oder eine Steuerelektronik
oder Regelelektronik, der oder die zur Steuerung oder Regelung der Öffnungsweite des
ersten Hydraulikventils bei Ausführung eines zur Umformung eines Werkstücks vorgesehenen
Arbeitshubs so eingerichtet ist, dass
▪ in einer ersten Phase das erste Hydraulikventil geöffnet ist und der Bär in der
ersten Phase auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase, insbesondere nach
Erreichen der Sollgeschwindigkeit, die Öffnungsweite auf eine vorgegebene Nachströmöffnungsweite
reduziert bzw. verringert ist bzw. wird, und
▪ das erste Hydraulikventil im Bereich der Umformposition des Bären und während eines
zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden Rückhubs geschlossen ist bzw. wird.
[0096] Wegen weitere Ausgestaltungen der Hydrauliksteuereinheit und bezüglich Vorteilen
und vorteilhaften Wirkungen der Hydrauliksteuereinheit wird auf die Ausführungen zur
hydraulischen Umformmaschine verwiesen, die bei der Hydrauliksteuereinheit entsprechend
anwendbar sind.
[0097] Alle Betriebsweisen der hydraulischen Umformmaschine und der Steuereinheit bzw. der
Hydrauliksteuereinheit können im Rahmen der Erfindung auch als Betriebsverfahren beansprucht
werden, wobei entsprechende funktionelle Merkmale als Verfahrensschritte zu verstehen
sind. Ein Entsprechendes Verfahren kann für die vorweg genannte Hydrauliksteuereinheit
bzw. für eine entsprechende Umformmaschine die folgenden Verfahrensschritte vorsehen:
▪ in einer ersten Phase des Arbeitshubs, Öffnen des ersten Hydraulikventils, und Beschleunigen
des Bären auf eine Sollgeschwindigkeit,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase, insbesondere nach
Erreichen der Sollgeschwindigkeit, Reduzieren der Öffnungsweite auf eine vorgegebene
Nachströmöffnungsweite, und
▪ Schließen des ersten Hydraulikventils im Bereich der Umformposition des Bären und
während eines zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden Rückhubs.
[0098] Gemäß Ausgestaltungen der Hydrauliksteuereinheit kann vorgesehen sein, dass
- der Hydraulikkreis des Weiteren ein zweites Hydraulikventil umfasst, das mit dem Hydraulikanschluss
verbunden ist, und wobei die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, eine Öffnungsweite
des zweiten Hydraulikventils, welches vorzugsweise als ein Proportionalventil ausgebildet
ist, so zu steuern, dass bei einem entgegengesetzt zum Arbeitshub erfolgenden Rückhub
eine Ausgangsposition des Bären für einen nachfolgenden Arbeitshub variabel einstellbar
ist und/oder
- die Umformmaschine des Weiteren eine Messeinheit zur Ermittlung der Position des Bären
umfasst, wobei die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer
von der Messeinheit für einen vorausgehenden Arbeitshub ermittelten Umformposition,
einen oder mehrere Betriebsparameter, wie eine Ausgangposition und/oder eine Sollgeschwindigkeit
und/oder eine Schlagenergie des Bären, für einen darauffolgenden Arbeitshub zu ermitteln,
wobei, vorzugsweise, ein initialer Arbeitshub als ein bei minimaler Schlagenergie
ausgeführter Richtschlag eingerichtet ist, und/oder
- die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer variabel vorgebbaren
und/oder ermittelbaren Ausgangsposition und einer variablen Umformposition (Umkehrposition/Ruheposition),
insbesondere einer variabel vorgebbaren und/oder ermittelbaren Umformposition, die
Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils zu steuern, insbesondere derart, dass der
Arbeitshub, insbesondere ein Umformschlag, mit einer jeweils geeigneten, vorzugsweise
vorgegebenen, insbesondere einer jeweils maximal erreichbaren, Schlagenergie ausführbar
ist und/oder.
- die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, eine Ausgangsposition zur Ausführung
eines Arbeitshubs variabel einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit zumindest eines
Betriebsparameters des Hydraulikzylinders bezüglich eines oder mehrerer vorangehender
Arbeitshübe, wobei es sich bei dem Betriebsparameter vorzugsweise um einen durch eine
oder mehrere Sensoreinheiten erfassten Betriebsparameter handelt, und/oder
- die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, bei vorgegebener Umformenergie eine
Ausgangsposition für einen Arbeitshub zu ermitteln und durch Steuerung und/oder Regelung
des zweiten Hydraulikventils bei einem Rückhub einzustellen, wobei die Hydrauliksteuereinheit
vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Ausgangsposition auf Grundlagen einer freien
Weglänge des Bären zwischen Ausgangsposition und Umformposition eines vorangehenden
Arbeitshubs variabel einzustellen.
[0099] Nach einer insbesondere unabhängig beanspruchbaren Ausgestaltung umfasst die Umformmaschine
des Weiteren eine Kontrolleinheit bzw. Steuereinheit (oder: Hydrauliksteuereinheit)
zur Steuerung und/oder Regelung des Hydraulickreises, insbesondere der Hydraulikventile,
wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, ist:
- bei einem Arbeitshub und zur Beschleunigung des Bären auf eine Sollgeschwindigkeit
den zweiten Zylinderraum mit Hydraulikdruck, beispielsweise mit Systemdruck, zu beaufschlagen,
- bei dem Arbeitshub und nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit der zweite Zylinderraum
im Wesentlichen drucklos zu schalten oder mit Hydraulikdruck zu beaufschlagen, der
gegenüber dem Systemdruck reduziert ist, z.B. derart, dass am Kolben ein Kräftegleichgewicht
herrscht und/oder die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehalten wird; und
- bei einem Rückhub der zweite Zylinderraum drucklos zu schalten; wobei
- der erste Zylinderraum während des Arbeitshubs und Rückhubs mit Systemdruck beaufschlagt
ist.
[0100] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist Steuereinheit dazu eingerichtet, insbesondere
programmiert:
- a) bei dem Arbeitshub das erste Hydraulikventil in eine Offenstellung zu steuern oder
zu regeln, bei der der zweite Zylinderraum über das erste Hydraulikventil mit Hydraulikdruck,
beispielsweise zumindest zeitweise mit dem (vollen) Systemdruck, beaufschlagt ist
bzw. wird bis eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit des Bären erreicht ist, und gleichzeitig
das zweite Hydraulikventil in eine Geschlossenstellung zu steuern oder regeln,
- b) bei dem Arbeitshub und nach bzw. bei Erreichen der Sollgeschwindigkeit
b1) das erste Hydraulikventil in eine Geschlossenstellung zu steuern oder regeln,
und durch Steuerung oder Regelung des zweiten Hydraulikventils in eine Offenstellung
den zweiten Zylinderraum über das zweite Hydraulikventil und/oder über ein Nachsaugventil
mit dem Reservoir, insbesondere einem Nachsaugtank, zu verbinden und einen Nachsaugvolumenstrom
im zweiten Zylinderraum zu erzeugen, mit dem die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen
erhalten bleibt und/oder mit dem im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit
erreicht wird; oder
b2) durch Steuern oder Regeln der Offenstellung des ersten Hydraulikventils über das
erste Hydraulikventil und/oder über ein Nachsaugventil einen Nachströmvolumenstrom
in den zweiten Zylinderraum zu erzeugen, mit dem die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen
erhalten bleibt und/oder mit dem im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit
erreicht wird, wobei das zweite Hydraulikventil dabei vorzugsweise in die Geschlossenstellung
gesteuert oder geregelt ist;
- c) bei einem sich an den Arbeitshub anschließenden Rückhub das mit dem zweiten Hydraulikanschluss
verbundene zweite Hydraulikventil in die Offenstellung und das mit dem zweiten Hydraulikanschluss
verbundene erste Hydraulikventil in die Geschlossenstellung zu steuern oder regeln.
[0101] Kurz gefasst bewirkt die Steuereinheit gemäß a) einen Betrieb, bei welchem der Bär
durch gesteuerte oder geregelte Beaufschlagung des zweiten Zylinderraums mit Hydraulikdruck
beschleunigt wird, beispielsweise auf eine Sollgeschwindigkeit, die beispielsweise
im Wesentlichen einer vorgegebenen Umformgeschwindigkeit entspricht bzw. mit der die
Umformgeschwindigkeit im Umformzeitpunkt erreicht wird.
[0102] Dabei wird für die schlagende Umformmaschine die Sollgeschwindigkeit erreicht, bevor
das Werkzeug auf dem Werkstück bzw. dem Schmiedeteil auftrifft. Das bedeutet, dass
der Beschleunigungsvorgang vor dem Auftreffen des Werkzeugs auf dem Werkstück bzw.
Schmiedeteil abgeschlossen ist. Im Verfahrensablauf ist das erste Hydraulikventil,
bzw. Schlagventil jedenfalls spätestens dann tatsächlich geschlossen, wenn die Umformung
beginnt bzw. der Bär die Richtung ändert, d.h. sich in Rückhubrichtung bewegt. Da
das Hydrauliksystem eine gewisse Reaktionszeit aufweist, kann das erste Hydraulikventil
bzw. Schlagventil entsprechend angesteuert werden, derart, dass dieses sicher geschlossen
ist, wenn die Umformung beginnt bzw. der Bär die Richtung ändert. Ansonsten wäre noch
Systemdruck im Kolbenraum und zusätzlich würde der umkehrende Bär Hydraulikfluid nach
oben schieben, was unkontrollierbar hohe Druckspitzen zur Folge hätte, verbunden mit
Schäden am Hydrauliksystem und/oder Hydraulikzylinder.
[0103] Gemäß Ausgestaltungen sind die Beschleunigungsphase a) und insbesondere die Phasen
b1) bzw. b2) so eingerichtet, dass im Hydraulikfluid keine Kavitation entsteht. Insbesondere
können die Beschleunigungsphase und die nachfolgende Phase mit dem Nachströmvolumenstrom
so aufeinander abgestimmt sein, dass der Druck im Hydraulikfluid oberhalb des Kavitationsdrucks
liegt.
[0104] Im Verfahrensablauf der schlagenden Umformmaschine ist vorgesehen, dass das zweite
Hydraulikventil bzw. Steigventil sicher geöffnet ist bzw. auf das Reservoir geschaltet
ist bevor der Bär die Richtung wechselt, d.h. sich in Rückhubrichtung bewegt. Um den
Reaktionszeiten des Systems Rechnung zu tragen kann das zweite Hydraulikventil bzw.
Steigventil so angesteuert werden, dass dieses sicher geöffnet ist, wenn der Bär die
Richtung wechselt. Beispielsweise kann das Steigventil bzw. zweite Hydraulikventil
bereits dann geöffnet werden, wenn die Beschleunigungsphase beendet ist oder wird.
Wäre das Steigventil nicht offen gäbe es keinen Weg für das Hydraulikfluid, das der
Bär bei dieser Richtungsänderung verschiebt, und was zu Schäden infolge hoher Drücke
führen würde.
[0105] Mithin kann am Ende der Beschleunigungsphase eine Überdeckung aus "Schlagen Ende"
und "Steigen Anfang" vorliegen, beispielsweise wenn das erste Hydraulikventil bzw.
Schlagventil und das zweite Hydraulikventil bzw. Steigventil in einer Überlappungsphase
gleichzeitig offen sind. In diesem Zustand bzw. der Überlappungsphase ist der Bär
im Wesentlichen aus der Regelung genommen (der Bär wird "losgelassen"), und kann dann
das Werkstück schlagend umformen. Insbesondere kann mithin vorgesehen sein, dass der
Bär zumindest während der Umformung, vorteilhafterweise - unter Berücksichtigung der
Reaktionszeiten des Hydrauliksystems - bereits vor der Umformung, aus der Regelung
genommen ist.
[0106] Gemäß Schritten b1) und b2 kann der Nachsaugvolumenstrom zumindest teilweise über
ein Nachsaugventil erzeugt werden, wobei bei dieser Betriebsweise der Nachsaugvolumenstrom
entweder vollständig über das Nachsaugventil oder über das Nachsaugventil und das
erste/zweite Hydraulikventil erzeugt werden kann. Möglich ist, wie Schritte b1) und
b2) ausführen, insbesondere, dass der Nachsaugvolumenstrom über das erste/zweite Hydraulikventil
erfolgt, so dass ein Nachsaugventil nicht zwingend erforderlich ist.
[0107] Für den Verlauf nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit gibt es beispielsweise die
beiden folgenden zwei Alternativen für den weiteren Arbeitshub.
[0108] In einer Arbeitsweise nach b1) kann das erste Hydraulikventil geschlossen und das
zweite Hydraulikventil kann geöffnet werden. Es resultiert ein Systemseitig druckloser
Nachsaugvolumenstrom in den zweiten Zylinderraum der die Volumenvergrößerung des zweiten
Zylinderraums durch nachgesaugtes Hydraulikfluid kompensiert bzw. ausgleicht. Dabei
kann die Offenstellung des zweiten Hydraulikventils so geregelt oder gesteuert werden,
sollte das erforderlich sein, dass die Sollgeschwindigkeit erhalten bleibt und/oder
die Umformgeschwindigkeit erreicht wird. Der Nachsaugvolumenstrom kann alternativ
oder zumindest auch teilweise über ein separates Nachsaugventil erfolgen.
[0109] In der alternativen Arbeitsweise nach b2) kann vorgesehen sein, dass das erste Hydraulikventil
nicht komplett geschlossen wird, wobei das zweite Hydraulikventil vorzugsweise geschlossen
bleibt. Beispielsweise kann das erste Hydraulikventil nur teilweise in die Geschlossenstellung
geregelt oder gesteuert werden, so dass sich ein druckbasierter Nachströmvolumenstrom
einstellt, der im zweiten Zylinderraum einen gegenüber dem Systemdruck verringerten
Druck erzeugt. Der Nachströmvolumenstrom kann dabei so geregelt oder gesteuert werden,
dass der Bär nicht weiter beschleunigt wird und die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen
erhalten bleibt. Die Steuerung und/oder Regelung der Ventile kann beispielsweise auf
Grundlage vorgegebener Steuer- und/oder Regelungskurven erfolgen, die z.B. aus einem
Testbetrieb der Umformmaschine und/oder durch Simulation ermittelt werden können.
Auch bei dieser Betriebsweise ist ein Nachsaugvolumenstrom über ein Nachsaugventil
möglich, der über das Nachsaugventil und/oder das erste Hydraulikventil erfolgen kann.
[0110] Wird das erste Hydraulikventil bzw. das Schlagventil am Ende der Beschleunigungsphase
geschlossen, entweder ganz, was mit einem Nachsaugen einhergehen würde oder nur teilweise,
was mit einem Nachströmen einhergehen würde, kommt es infolge des an der Ringseite
des Hydraulikzylinders anliegenden Systemdrucks zu einer Bremswirkung auf den Bären.
Insoweit ist die Formulierung wonach "die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehalten
wird" bzw. "im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht wird"
so zu verstehen, dass die Beschleunigungsphase so eingerichtet ist, dass trotz möglicherweise
auftretender Bremskräfte nach dem Zeitpunkt, in dem durch zumindest teilweises Schließen
des ersten Hydraulikventils die Beschleunigungsphase beendet wird, die zur Umformung
vorgesehene Geschwindigkeit des Bären vorliegt. Soll beispielsweise ein Schlag mit
5 m/s, was z.B. 100% Energievorwahl an der Umformmaschine entsprechen kann, ausführt
werden, und die Beschleunigungsphase erstreckt sich über einen Hub von 450 mm, bei
einem zur Verfügung stehenden maximalen Hub von 500 mm bis das Werkzeug das Werkstück
bzw. Schmiedeteil trifft, ergibt sich ein verbleibender Weg von 50 mm. Wirken auf
diesem Weg Bremskräfte, d.h. gegen die Hubbewegung gerichtete Kräfte, d.h. es herrscht
kein Kräftegleichgewicht, ist die Geschwindigkeit des Bären dem Hub von 450 mm leicht
höher (z.B. 0,2 m/s) als bei 500 mm. Entsprechende Bremskräfte bzw. Bremswirkungen
können, sofern für die Umformung und die Sollgeschwindigkeit relevant, bei der Ansteuerung
des ersten Hydraulikventils bzw. Schlagventils, bzw. bei der Steuerung bzw. Regelung
der Beschleunigungsphase berücksichtigt werden.
[0111] In der Nachsaugphase bzw. Nachströmphase kann eine gewisse, der Bewegung des Bären
entgegenwirkende Kraft, z.B. eine vertikal nach oben wirkende Kraft bei einer Abwärtsbewegung
des Bären beim Hub, gewünscht sein. Eine solche Kraft kann zumindest die anfängliche
Beschleunigung für den Rückhub, die durch den Rückprall entsteht, verstärken. Damit
kann erreicht werden, dass sich das Werkzeug, insbesondere das Oberwerkzeug, in kürzerer
bzw. kürzester Zeit (z.B. wenige Millisekunden) wieder vom Werkstück, insbesondere
dem Unterwerkzeug trennt. Kurze Druckberührzeiten sind vorteilhaft für lange Werkzeugstandzeiten.
[0112] Ein Rückprall entsteht immer dann, wenn der Bär mehr kinetische Energie mitbringt,
als bei einer Umformung bzw. einem Schlag in Umformarbeit umgewandelt werden kann.
[0113] Besonders vorteilhaft bei der vorgeschlagenen Umformmaschine und dem Verfahren zur
Umformung ist, dass die auf die Beschleunigungsphase (geöffnetes Schlagventil) folgende
Bremsphase optimiert werden kann, so dass optimale Umformschläge eingerichtet bzw.
erreicht werden können.
[0114] Wie erwähnt, kann die Umformmaschine so eingerichtet sein, dass sich der Bär bei
der Beschleunigung abwärts, und beim Rückhub nach oben bewegt. Die Bewegung des Bären
erfolgt dabei vertikal mit einem bewegten Oberwerkzeug.
[0115] In der Arbeitsweise nach c), die dem Rückhub entspricht, wird das erste Hydraulikventil
geschlossen und das zweite Hydraulikventil in eine Offenstellung geregelt oder gesteuert,
wobei der zweite Zylinderraum drucklos mit dem Reservoir bzw. Rücklauftank verbunden
wird. Der im ersten Zylinderraum anliegende Systemdruck bewirkt die Rückhubbewegung.
Durch Steuern oder Regeln der Offenstellung des zweiten Hydraulikventils beim Rückhub,
kann die effektiv wirkende Rückhubkraft gezielt gesteuert oder geregelt werden, insbesondere
derart, dass der Kolben an einer für einen nächsten Arbeitshub gewünschten Ausgangsposition
zum Stehen kommt. Die Ausgangsposition kann im Wesentlichen auf eine beliebige Stelle
zwischen dem ersten und zweiten Hydraulikanschluss bzw. zwischen den beiden Umkehrpunkten
am ersten und zweiten Ende geregelt oder gesteuert werden. Dadurch ergibt sich insbesondere
eine optimierte Bewegungsführung, wobei der Kolben beispielsweise nicht bei jedem
Rückhub zum Umkehrpunkt bzw. Totpunkt am zweiten Ende bewegt werden muss. Es kann
beispielsweise der Verschleiß verringert werden und es können exakt reproduzierbare
Arbeitshübe und Sollgeschwindigkeiten eingestellt bzw. erreicht werden.
[0116] Ein Vorteil der vorgeschlagenen Umformmaschine bzw. des Verfahrens liegt auch darin,
dass zweite Hydraulikventil bzw. Steigventil, beispielsweise durch eine geeignete
Funktion oder Rampe, gezielt bzw. gesteuert/geregelt geöffnet und geschlossen werden
kann. Eine entsprechende Steuerung/Regelung kann vorsehen, dass das zweite Hydraulikventil
bzw. Steigventil zunächst weit geöffnet ist (es kann viel Hydraulikfluid abfließen)
um den Rückprall zu kompensieren, dann kann das zweite Hydraulikventil bzw. Steigventil
z.B. stetig geschlossen werden, um beim Rückhub eine zunächst sanfte Bremsung zu erzeugen,
gefolgt von einem zügigeren Schließen um abschließend einen gezielten Stopp zu erhalten,
z.B. an einer vorgegebenen Position mit wenig Überlauf (über die gewünschten Startposition
für einen nachfolgenden Schlag) und hoher Wiederholgenauigkeit.
[0117] Nach Ausgestaltungen können zumindest zu Beginn bzw. in der Anfangsphase und/oder
Beschleunigungsphase, eines auf den Rückhub folgenden weiteren Arbeitshubs das erste
und zweite Hydraulikventil so umgesteuert bzw. geregelt werden, dass das erste Hydraulikventil
in der Offenstellung und das zweite Hydraulikventil in der Geschlossenstellung ist.
[0118] Vorzugsweise ist während Arbeitshubs und des Rückhubs der erste Zylinderraum über
den ersten Hydraulikanschluss mit dem Systemdruck beaufschlagt, vorzugsweise aus dem
Druckspeicher.
[0119] Nach einer Ausgestaltung ist eine Hydraulische Umformmaschine nach einer der hierin
beschriebenen Ausgestaltungen vorgesehen, welche des Weiteren ein Wegemesssystem bzw.
eine Wegemesseinheit zur Erfassung der Position und/oder Geschwindigkeit des Kolbens,
der Kolbenstange und/oder des Bären umfasst. Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten
der Wegemesseinheit können bzw. werden vorzugsweise verwendet zur Steuerung oder Regelung
der Hydraulikventile beim Arbeitshub, z.B. im Rahmen der Beschleunigung auf die Sollgeschwindigkeit,
und/oder beim Rückhub, beispielsweise im Rahmen der Positionierung des Kolbens bzw.
Bären in der Ausgangsposition oder Startposition für einen nachfolgenden Arbeitshub.
Im Rahmen einer Regelung können die Sollgeschwindigkeit beispielsweise die Führungsgröße
und die jeweils ermittelte Position oder Geschwindigkeit als Istwert zur Regelung
der Hydraulikventile verwendet werden.
[0120] Nach einer Ausgestaltung kann der Hydraulikkreis des Weiteren zumindest einen, vorzugsweise
zwei, Druckaufnehmer umfassen. Beispielsweise kann ein erster Druckaufnehmer zur Erfassung
des Hydraulikdrucks im ersten Zylinderraum und ein zweiter Druckaufnehmer kann zur
Erfassung des Hydraulikdrucks im zweiten Zylinderraum eingerichtet sein. Vorzugsweise
sind der oder die Druckaufnehmer in einer sich an den ersten bzw. zweiten Hydraulikanschluss
anschließenden Hydraulikleitung angeschlossen. Druckwerte des/der Druckaufnehmer können
beispielsweise verwendet werden zur Steuerung oder Regelung des Hydraulikkreises,
insbesondere der Ventileinheit bzw. der Hydraulikventile, derart, dass der Hydraulikdruck
im Hydrauliksystem, insbesondere in den Zylinderräumen stets oder im Wesentlichen
stets oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Die Druckwerte können
ferner oder alternativ auch zur Steuerung und/oder Regelung der Hydraulikventile zur
Erreichung der Sollgeschwindigkeit und Umformgeschwindigkeit verwendet werden. Hierzu
können der Steuerung und/oder Regelung beispielsweise vorgegebene Druckkurven bereitgestellt
werden, und die Steuereinheit kann derart eingerichtet bzw. programmiert sein, dass
die erfassten Hydraulikdrucke der Druckkurve folgen.
[0121] Möglich ist es insbesondere, dass die Steuereinheit so eingerichtet bzw. programmiert
ist, dass die ermittelten Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Druckwerte zur Steuerung
oder Regelung des Hydraulikkreises gemäß vorgegebener Positions-, Geschwindigkeits-
und/oder Druckverläufe verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, den Arbeitshub
und/oder Rückhub auf Grundlage einer vorgegebenen Positions-, Geschwindigkeits- und/oder
Drucckurve zu steuern oder zu regeln, dahingehend, dass die jeweils ermittelten Istwerte
der Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Druckkurve folgen. Positions-, Geschwindigkeits-
und/oder Druckkurve können beispielsweise in Form von Wertetabellen oder anderweitigen
Vorgabedaten gegeben sein. Insbesondere können Position, Geschwindigkeit und/oder
Druck als Sollwerte in Abhängigkeit der Zeit gegeben sein. Möglich ist beispielsweise
auch die Verwendung eines Positions-Geschwindigkeitsprofils und/oder eines Positions-Druckprofils
und/oder eines Druck-Geschwindigkeitsprofils als Sollprofil zur Steuerung oder Regelung
des Arbeitshubs und/oder Rückhubs.
[0122] Nach einer Ausgestaltung kann, wie weiter oben bereits angedeutet, das Volumen der
Bohrung über eine Drossel mit dem Volumen der zweiten Zylinderkammer verbunden sein,
so dass die Bohrung mit dem zweiten Zylinderraum insbesondere dann über die Drossel
verbunden ist, wenn der zweite Hydraulikanschluss durch den Kolben und die Öffnung
durch den Stangenfortsatz verschlossen sind. Durch die Drossel kann ein Druckausgleich
zwischen dem Volumen der Bohrung und dem Ringvolumen um den Stangenfortsatz erreicht
werden, insbesondere wenn der Stangenfortsatz die Öffnung der Bohrung am zweiten Ende
verschließt.
[0123] Nach einer Ausgestaltung ist eine Hydrauliksteuereinheit zum Betrieb, insbesondere
zur Steuerung oder Regelung, einer hydraulischen Umformmaschine nach einem der hierin
beschriebenen Ausgestaltungen vorgesehen. Die Hydrauliksteuereinheit umfasst einen
Prozessor und/oder eine Steuerelektronik oder Regelelektronik, der oder die zur Steuerung
oder Regelung des Hydraulickreises so eingerichtet, insbesondere programmiert, ist/sind,
dass diese die im Betrieb die nachfolgenden erläuterten Schritte ausführen. Insbesondere
kann der Prozessor, die Steuerelektronik und/oder die Regelelektronik eine Programmierung
aufweisen und/oder es können auf einer zugeordneten elektronischen Speichereinheit
computerlesbare oder elektronisch lesbare Instruktionen gespeichert sein, die bei
Ausführung durch den Prozessor, die Steuerelektronik und/oder die Regelelektronik
die nachfolgend beschriebenen Schritte bewirken. Die Hydrauliksteuereinheit ist steuerungstechnisch
und/oder regelungstechnisch zumindest mit den Hydraulikventilen zu deren Steuerung/Regelung
verbunden, vorzugsweise des Weiteren mit der Wegemesseinheit und/oder den Druckaufnehmern.
[0124] Die vorgenannten Steuerung- und/oder Regelschritte können so eingerichtet sein, dass:
- a) zur Beschleunigung des Bären auf eine Sollgeschwindigkeit der zweite Zylinderraum
über ein mit diesem verbundenes erstes Hydraulikventil gesteuert oder geregelt mit
Hydraulikdruck beaufschlagt wird, insbesondere mit Systemdruck;
- b) nach oder bei Erreichen der Sollgeschwindigkeit
b1) über den zweiten Hydraulikanschluss (38) ein Nachströmvolumenstrom in den zweiten
Zylinderraum (45) über ein Nachsaugventil erzeugt und/oder über den zweiten Hydraulikanschluss
ein, insbesondere druckbasierter, Nachströmvolumenstrom in den zweiten Zylinderraum
über das erste Hydraulikventil so gesteuert oder geregelt wird, dass die Sollgeschwindigkeit
im Wesentlichen erhalten bleibt und/oder im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit
erreicht wird, oder
b2) das erste Hydraulikventil geschlossen, und über ein Nachsaugventil ein Nachsaugvolumenstrom
und/oder über den zweiten Hydraulikanschluss ein, insbesondere druckloser, Nachsaugvolumenstrom
über ein mit dem zweiten Zylinderraum einerseits und mit dem Reservoir, insbesondere
Nachsaugtank, andererseits verbundenes zweites Hydraulikventil so gesteuert oder geregelt
wird, dass die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen erhalten bleibt und/oder im Umformzeitpunkt
eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht wird.
[0125] Zu den genannten Schritten a), b) und b1) bzw. b2) wird auf die entsprechenden obigen
Ausführungen verwiesen, die hier entsprechend gelten.
[0126] Insbesondere wird unter einem Nachströmvolumenstrom bzw. einem Nachströmen eine druckbasierte
Zufuhr von Hydraulikfluid verstanden, und unter einem Nachsaugvolumenstrom bzw. einem
Nachsaugen wird eine druckloses Nachsaugen von Hydraulikfluid verstanden. Beim Nachströmen
wird mithin das Hydraulikfluid unter Druck, der kleiner oder gleich dem Systemdruck
sein kann, zugeführt, und beim Nachsaugen wird das Hydraulikfluid ohne aktive Druckbeaufschlagung
durch das System zugeführt, d.h. nachgesaugt.
[0127] Nach Ausgestaltungen ist die Hydrauliksteuereinheit des Weiteren dazu eingerichtet,
eine Position und/oder Geschwindigkeit des Kolbens, der Kolbenstange und/oder des
Bären über eine Wegemesseinheit der Umformmaschine zu ermitteln, und das erste und/oder
zweite Hydraulikventil in Abhängigkeit der ermittelten Position und/oder Geschwindigkeit
zu steuern oder zu regeln, vorzugsweise gemäß eines vorgegebenen oder vorgebbaren
Positions- oder Geschwindigkeitsverlaufs oder -profils. Beispielsweise können basierend
auf der ermittelten Position und/oder Geschwindigkeit der Nachstromvolumenstrom und/oder
der Nachsaugvolumenstrom bei einem Arbeitshub und/oder der Volumenstrom aus dem zweiten
Zylinderraum bei einem Rückhub basierend auf Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten
geregelt oder gesteuert werden, insbesondere dahingehend, dass die Sollgeschwindigkeit
und/oder die Umformgeschwindigkeit erreicht wird, und/oder dass eine vorgegebene Ausgangs-
oder Startposition für einen nachfolgenden Arbeitshub erreicht wird.
[0128] Nach Ausgestaltungen ist die Hydrauliksteuereinheit des Weiteren eingerichtet, den
im ersten und/oder zweiten Zylinderraum herrschenden Hydraulikdruck mittels eines
ersten bzw. zweiten Druckaufnehmers der Umformmaschine zu ermitteln, und das erste
und/oder zweite Hydraulikventil in Abhängigkeit des ermittelten Hydraulikdrucks zu
steuern und/oder regeln, insbesondere gemäß eines vorgegebenen Druckverlaufs und/oder
derart, dass der Hydraulikdruck im Hydraulikkreis, insbesondere in den Zylinderräumen,
vorzugsweise im zweiten Zylinderraum, im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks
des Hydraulikfluids liegt.
[0129] Gemäß Ausgestaltungen ist eine hydraulische Umformmaschine nach einem der hierin
beschriebenen Ausgestaltungen vorgesehen, die eine Hydrauliksteuereinheit nach einem
der hierin beschriebenen Ausgestaltungen umfasst.
[0130] Gemäß Ausgestaltungen ist ferner ein insbesondere unabhängig beanspruchbares Verfahren
zum Betrieb, insbesondere zur Steuerung oder Regelung eines Arbeitshubs und Rückhubs,
eines Hydraulikzylinders einer hydraulischen Umformmaschine, insbesondere nach einem
hierin beschriebenen Ausgestaltungen, bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen
Umformmaschine, insbesondere nach einem hierin beschriebenen Ausgestaltungen, vorgesehen.
[0131] Der Hydraulikzylinder umfasst ein Zylinderrohr mit einer Hubkammer, d.h. einer Zylinderkammer
oder einem Zylinderraum, der bei einem Arbeitshub Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird,
und einer Rückhubkammer, d.h. einer Zylinderkammer oder einem Zylinderraum, der bei
einem Rückhub Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird.
[0132] Die Hubkammer und Rückhubkammer sind durch einen in einem Zylinderrohr des Hydraulikkolbens
verfahrbaren Kolben voneinander getrennt. Der Hydraulikzylinder umfasst ferner eine
Kolbenstange, die rückhubkammerseitig verläuft und mit dem Kolben einerseits und einem
Bären andererseits verbunden bzw. gekoppelt ist, einen am Kolben hubkammerseitig ausgebildeten
Stangenfortsatz und eine am hubkammerseitigen Ende des Zylinderrohrs ausgebildete
Bohrung. Der Innendurchmesser der Bohrung entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser
des Stangenfortsatzes, insbesondere derart, dass der Stangenfortsatz in die Bohrung
eintauchen kann. Die Bohrung ist vorzugsweise nach Art eines Sacklochs ausgebildet
und weist eine zum Stangenfortsatz hin orientierte Öffnung auf. Die Bohrung und der
Stangenfortsatz sind koaxial zueinander angeordnet und ausgebildet, wobei der Stangenfortsatz
vorzugsweise des Weiteren koaxial zum Kolben und der Kolbenstange ausgebildet ist.
[0133] Die Rückhubkammer weist einen ersten Hydraulikanschluss auf, und die Hubkammer weist
einen zweiten Hydraulikanschluss auf. Außer den beiden Hydraulikanschlüssen sind in
axialer Richtung zwischen den beiden Hydraulikanschlüssen vorzugsweise keine weiteren
Hydraulikanschlüsse vorhanden. Hierbei ist unter einem Hydraulikanschluss ein Anschluss
zu verstehen, über welchen der jeweils zugeordneten Kammer bzw. dem jeweils zugeordneten
Zylinderraum, d.h. Hubkammer bzw. Rückhubkammer, Hydraulikflüssigkeit zugeführt bzw.
abgeführt wird, zum Zwecke des aktiven Betriebs des Hydraulikzylinders, zur Ausführung
des Arbeitshubs bzw. Rückhubs.
[0134] Bei dem Verfahren wird in einer Ausgestaltung bei einem Rückhub der zweite Hydraulikanschluss
durch den Kolben verschlossen, wenn der Stangenfortsatz eine dem Stangenfortsatz zugewandte
Öffnung der Bohrung erreicht. Dadurch kann der Kolben beim Rückhub am zweiten Ende
des Zylinderrohrs abgebremst werden.
[0135] Das Verfahren umfasst in Ausgestaltungen die folgenden Schritte, bei welchen:
- a) beim Auslösen eines Arbeitshubs, insbesondere Schlags, und zumindest zeitweise
während des Arbeitshubs zur Beschleunigung des Bären von einer Ausgangsposition auf
eine Sollgeschwindigkeit die Hubkammer über den zweiten Hydraulikanschluss mit Hydraulikflüssigkeit
druckbeaufschlagt wird, wobei die Druckbeaufschlagung durch ein mit dem zweiten Hydraulikanschluss
verbundenes erstes Hydraulikventil gesteuert oder geregelt wird, und wobei ein mit
dem zweiten Hydraulikanschluss verbundenes zweites Hydraulikventil in die Geschlossenstellung
gesteuert, d.h. geschlossen, ist,
- b) bei Erreichen der Sollgeschwindigkeit beim Arbeitshub
b1) über ein Nachsaugventil ein Nachströmvolumenstrom erzeugt und/oder die Druckbeaufschlagung
und ein damit erzeugter Nachströmvolumenstrom von Hydraulikfluid über das erste Hydraulikventil
so gesteuert oder geregelt werden, dass die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehalten
wird und/oder im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht wird;
oder
b2) das erste Hydraulikventil in die Geschlossenstellung gesteuert, bzw. geschlossen
wird, und die Hubkammer bzw. der zweite Hydraulikanschluss, insbesondere drucklos,
mit einem Reservoir, z.B. einem Nachsaugtank, über ein Nachsaugventil und/oder über
ein zweites Hydraulikventil verbunden wird, wobei ein sich vom Reservoir über das
zweite Hydraulikventil und den zweiten Hydraulikanschluss in die Hubkammer ergebender
Nachsaugvolumenstrom durch Ansteuern oder Regeln des zweiten Hydraulikventils, insbesondere
des Öffnungszustands des zweiten Hydraulikventils, so geregelt oder gesteuert wird,
dass die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehalten wird und/oder im Umformzeitpunkt
eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht wird.
- c) bei einem Rückhub das erste Hydraulikventil geschlossen wird bzw. bleibt, das zweite
Hydraulikventil geöffnet wird und der zweite Hydraulikanschluss mit dem (drucklosen)
Reservoir, z.B. einem Rücklauftank, verbunden wird, wobei der mit Systemdruck über
den Rückhubraum beaufschlagte Kolben Hydraulikflüssigkeit des Hubraums über den zweiten
Hydraulikanschluss und das zweite Hydraulikventil in das Reservoir verdrängt.
[0136] Hinsichtlich Vorteilen und zu Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf entsprechende
Ausführungen zur Steuerung bzw. Regelung des Hubs bzw. Rückhubs bei der Umformmaschine
verwiesen.
[0137] Hinsichtlich der Formulierungen "dass die Sollgeschwindigkeit (v(soll)) im Wesentlichen
beibehalten wird" und "im Umformzeitpunkt eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht
wird" wird auf die obigen Ausführungen verwiesen, die für alle hierin vorgeschlagenen
Ausgestaltungen anwendbar sind. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, dass die
am Ende der Beschleunigungsphase erreichte Geschwindigkeit größer ist als die Geschwindigkeit
bei der Umformung, beispielsweise wenn der Bär nach Ende der Beschleunigungsphase
bei geöffnetem erstem Hydraulikventil z.B. durch anliegenden Systemdruck abgebremst
wird. Abbremsungen können z.B. auf den letzten 5 % bis 15 %, insbesondere 10 %, des
Arbeitshubs bzw. des Hubs des Hydraulikzylinders erfolgen, unmittelbar vor der Umformung,
und können z.B. im Rahmen von 0,1 m/s bis 0,5 m/s, insbesondere bei etwa 0,2 m/s liegen.
[0138] Nach verfahrensgemäßen Ausgestaltungen umfasst das Verfahren des Weiteren einen oder
mehrere der folgenden Schritte bzw. Merkmale:
- Ermitteln der Position und/oder Geschwindigkeit des Bären mittels einer Wegemesseinheit
der Umformmaschine, und Steuern oder Regeln der Druckbeaufschlagung im Schritt a)
auf Grundlage der Position und/oder Geschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit bzw.
Umformgeschwindigkeit und/oder Steuern oder Regeln der Druckbeaufschlagung im Schritt
a) auf Grundlage der ermittelten Position und/oder Geschwindigkeit und eines vorgegebenen
Positions- und/oder Geschwindigkeitsverlaufs.
- Ermitteln der Position des Bären mittels einer Wegemesseinrichtung und Steuern oder
Regeln des zweiten Hydraulikventils, insbesondere des Öffnungszustands des zweiten
Hydraulikventils, beim Rückhub derart, dass der Bär bzw. Kolben am Ende des Rückhubs
in einer vorgegebenen oder vorgebbaren, vorzugsweise variabel vorgebbaren oder variabel
wählbaren, Ausgansposition zur Ausführung eines nachfolgenden Arbeitshubs positioniert
ist.
- Erfassen des Hydraulikdrucks im Hubraum mittels eines Druckaufnehmers der Umformmaschine
und Steuern oder Regeln des ersten und/oder zweiten Hydraulikventils bei einem Arbeitshub,
insbesondere nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit, auf Grundlage des erfassten Hydraulikdrucks,
insbesondere derart, dass der Hydraulikdruck im Hydraulikfluid im Wesentlichen stets
oberhalb des Kavitationsdrucks der Hydraulikflüssigkeit liegt.
- Der Kolben verschließt beim Rückhub den zweiten Hydraulikanschluss, wenn bzw. sobald
das freie bzw. distale Ende des Stangenfortsatzes die dem Stangenfortsatz zugewandte
Öffnung der Bohrung erreicht, so dass der Kolben mit Kolbenstange und mitbewegten
Komponenten durch die zwischen Kolben und dem Boden der Bohrung verbleibende Hydraulikflüssigkeit
abgebremst wird.
- Einstellen, insbesondere Regeln oder Steuern, der Rückhubbewegung des Kolbens zu der
Ausgangsposition als Startpunkt für einen weiteren bzw. nachfolgenden Arbeitshub derart,
dass der vom Kolben von der Ausgangsposition zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit
zurückgelegte Weg optimiert, insbesondere maximiert oder minimiert ist, und/oder
dass eine nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit anschließende Nachströmphase gemäß
b1) oder Nachsaugphase gemäß b2) optimiert, insbesondere minimiert ist.
- Zur Ausführung eines Rückhubs wird das erste Hydraulikventil geschlossen oder bleibt
geschlossen, und die Hubkammer wird über den zweiten Hydraulikanschluss und das zweite
Hydraulikventil mit einem Reservoir, insbesondere Rücklauftank, verbunden, wobei ein
sich von der Hubkammer in das Reservoir ergebender Rücklaufvolumenstrom durch Ansteuern
oder Regeln des zwischengeschalteten zweiten Hydraulikventils vorzugsweise so geregelt
oder gesteuert wird, dass der Bär bzw. der Kolben bei der Rückhubbewegung an einer
vorgegebenen Position, insbesondere einer zur Ausführung eines nachfolgenden Arbeitshubs
geeigneten bzw. gewünschten, insbesondere vorgegebenen, Ausgangsposition positioniert
wird.
- Beim Rückhub wird der Kolben durch Steuern oder Regeln des Öffnungszustands des zweiten
Hydraulikventils gesteuert oder geregelt gebremst.
- Steuern oder Regeln des Öffnungszustands des zweiten Hydraulikventils bei geschlossenem
ersten Hydraulikventil bei einem Rückhub derart, dass der Kolben basierend einer erfassten
Position des Kolbens, der Kolbenstange oder des Bären beim Rückhub gesteuert oder
geregelt an einer vorgegebenen oder vorgebbaren Position, insbesondere Ausgangsposition
zum Auslösen eines nachfolgenden Arbeitshubs, positioniert wird, wobei die Ausgangsposition
vorzugsweise in Abhängigkeit der zu erreichenden Sollgeschwindigkeit gewählt wird
oder ist, und, weiter vorzugsweise, die Ausgangsposition einer zwischen dem ersten
Hydraulikanschluss und dem zweiten Hydraulikanschluss wählbaren oder vorgebbaren,
insbesondere im Wesentlichen variabel wählbaren oder vorgebbaren, Position des Kolbens
entspricht.
- Der Stangenfortsatz und die Bohrung wirken als eine Art Notbremse, insbesondere bei
Ausfall der Hydrauliksteuerung, beispielsweise des
zweiten Hydraulikventils bei einem Rückhub. Die Bremswirkung des Stangenfortsatzes
und der Bohrung kann selbstverständlich auch bei einem regulären Betrieb eingesetzt
werden, wenn beispielsweise der Ausgangspunkt für einen Arbeitshub einer Position
des Kolbens im Bereich des zweiten Endes entspricht.
- Das erste Hydraulikventil und das zweite Hydraulikventil werden im Verfahrensschritt
b2) so gesteuert oder geregelt, dass beide Hydraulikventile im Bereich des Zeitpunkts
der Erreichung der Sollgeschwindigkeit in einer Überdeckungsphase zeitweise gleichzeitig
zumindest teilweise geöffnet sind so dass ein im Wesentlicher unterbrechungsfreier
Hydraulikfluidstrom zur Hubkammer erreicht wird.
- Ein Nachströmen im Schritt b1) umfasst eine Zufuhr von Hydraulikfluid zur Hubkammer
unter Hydraulikdruck, und ein Nachsaugen im Schritt b2) umfasst eine drucklose Zufuhr
von Hydraulikfluid aus dem Reservoir, Insbesondere Nachsaugtank. Beim Nachströmen
ist der Druck bzw. Hydraulikdruck vorzugsweise kleiner als der Systemdruck, wobei
der jeweils herrschende bzw. angelegte Hydraulikdruck im Wesentlichen beliebig geregelt
oder gesteuert werden kann, insbesondere im Bereich von sehr kleinen Drücken bis hin
zum Systemdruck, insbesondere von drucklos bis hin zum Systemdruck.
- Durch Steuern oder Regeln des ersten und/oder zweiten Hydraulikventils wird der Volumenstrom
des Hydraulikfluids von oder zur Hubkammer gesteuert oder geregelt, und, basierend
auf dem gesteuerten oder geregelten Volumenstrom wird die Geschwindigkeit und/oder
Position des Bären beim Arbeitshub bzw. Rückhub eingestellt, insbesondere gesteuert
oder geregelt.
- Die ersten und/oder zweiten Hydraulikventile werden so geregelt oder gesteuert werden
und/oder die Ausgangsposition wird so gewählt, dass sich der Bär nach Erreichen der
Sollgeschwindigkeit bis zum Beginn eines Umformvorgangs mit im Wesentlichen konstanter
Geschwindigkeit weiterbewegt und/oder dass im Umformzeitpunkt die Umformgeschwindigkeit
erreicht wird.
- Als erstes und/oder zweites Hydraulikventil wird ein regelbares Hydraulikventil verwendet,
vorzugsweise ein Stetig-Wegeventil, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil
und/oder ein Regel-Wegeventil.
- Das erste und/oder zweite Hydraulikventil wird/werden in einer Bewegungsphase bzw.
Hubphase nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit so geregelt oder gesteuert, dass der
Hydraulikdruck in der Hubkammer einem vorgegebenen oder vorgebbaren Hydraulikdruck
oder Druckbereich entspricht, wobei der vorgegebene oder vorgebbare Druck oder Druckbereich
vorzugsweise zwischen 2 bis 6 bar, weiter bevorzugt zwischen 3 bis 4 bar beträgt.
Durch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung kann der Hydraulikdruck so eingestellt
werden, so dass dieser im Wesentlichen stets oberhalb des Kavitationsdrucks der Hydraulikflüssigkeit
im Hydrauliksystem liegt.
- Das erste und/oder zweite Hydraulikventil wird/werden basierend einer Wertetabelle
für Positionen, Geschwindigkeiten und/oder Sollgeschwindigkeiten des Bären, und/oder
für Druckverläufe in der Hubkammer dynamisch geregelt oder gesteuert, und/oder basierend
auf ermittelten Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären dynamisch geregelt
oder gesteuert.
- Ermittelte Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten oder -verläufe des Bären und/oder
Druckverläufe des Hydraulikdrucks in der Hubkammer und/oder Rückhubkammer werden überwacht
und/oder in einer Speichereinheit gespeichert.
- Das erste und/oder zweite Hydraulikventil und ein daraus resultierender Volumenstrom
an Hydraulikfluid werden derart geregelt oder gesteuert, dass die Zeitdauer bis zur
Erreichung der Sollgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der Zeitdauer der
Bewegungsphase nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit maximiert wird, wobei, optional,
die Bewegungsphase zwischen 5% bis 15%, vorzugsweise etwa 10 % des Hubs des Hydraulikzylinders
überstreicht.
[0139] Die verfahrensseitigen Ausgestaltungen liefern analoge Vorteile wie die der Umformmaschine
und der Hydrauliksteuereinheit. Insbesondere kann ein vergleichsweise einfacher Aufbau
bei gleichzeitig sicherem Betrieb erreicht werden.
[0140] Am Bären bzw. Stößel sind im Betrieb der Umformmaschine üblicherweise für die jeweilige
Umformaufgabe spezifische Werkzeuge gekoppelt, die bei Einwirken auf ein umzuformendes
Werkstück am Ende eines Arbeitshubs oder Presshubs das Werkstück umformen.
[0141] Der Hydraulikzylinder kann insbesondere ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder, wie
z.B. ein Differenzialzylinder, sein.
[0142] Unter einem Arbeitshub wird insbesondere ein Betrieb des Hydraulikzylinders verstanden,
der in einer Umformoperation mündet. Unter einem Rückhub wird insbesondere ein Betrieb
des Hydraulikzylinders verstanden, bei welchem der Kolben bzw. Bär zurückbewegt wird,
beispielsweise in eine zur Ausführung eines nachfolgenden Arbeitshubs vorgesehene
Ausgangsposition wird. Ausgangspositionen aufeinanderfolgender Arbeitshübe können,
müssen aber nicht identisch sein. Arbeitshub und Rückhub können zyklisch ausgeführt
werden, wobei die Hydraulikventile entsprechend zyklisch angesteuert werden.
[0143] Der Begriff Hydraulikkreis ist in dem hierin verwendeten Sinne insbesondere allgemein
zu verstehen. Insbesondere sollen vom Begriff Hydraulikkreis nicht nur Hydraulikleitungen
umfasst sein, sondern je nach Kontext auch zusätzliche Bestandteile und Komponenten
wie Steuereinheiten, Regeleinheiten, Ventile, Pumpen, Druckaufnehmer, Hydraulikzylinder,
Steuerblöcke usw., die zum hydraulischen Betrieb des Hydraulikzylinders vorhanden
bzw. erforderlich sind.
[0144] Bei den hierin angesprochenen Hydraulikventilen handelt es sich insbesondere um Ventile
mit einstellbar variablem Volumenstrom, d.h. bei welchen der Volumenstrom einstellbar,
insbesondere steuer- oder regelbar ist. Ein solches Ventil unterscheidet sich von
einem herkömmlichen Auf-Zu-Ventil mit lediglich zwei anwählbaren Schaltstellungen,
darin, dass mehrere beispielsweise eine Vielzahl von Schaltstellungen gezielt steuer-
oder regelbar einstellbar sind. Insbesondere können die hierin angesprochenen Hydraulikventile
derart ausgebildet sein, dass der Volumenstrom im Wesentlichen kontinuierlich bzw.
stufenlos einstellbar ist, und dass der Öffnungszustand des Ventils, insbesondere
die Öffnungsweite und/oder die Öffnungszeit gezielt, z.B. im Zeitverlauf gemäß einer
Funktion der Zeit oder in Abhängigkeit anderer Größen, einstellbar, insbesondere steuerbar
oder regelbar, ist. In Frage kommen insbesondere regelbare Ventile, die eine steuerungs-
und/oder regelungstechnische Einstellung des Volumenstroms bzw. der Öffnungsweite
und/oder Öffnungszeit ermöglichen.
[0145] Der Hydraulikkreis kann insbesondere dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom des/der
Hydraulikventile in Abhängigkeit einer in einer Beschleunigungsphase des Arbeitshubs
zu erreichenden Sollgeschwindigkeit des Bären einzustellen und zu variieren, insbesondere
zu steuern oder zu regeln. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis dazu eingerichtet
sein, den Volumenstrom, beispielsweise die Öffnungsweite und/oder die Öffnungsdauer
des/der Hydraulikventile im Zeitverlauf so einzustellen, dass die Sollgeschwindigkeit
innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Hubbereichs des Kolbens erreicht wird.
Zur Einstellung und Variation, insbesondere Steuerung oder Regelung des Volumenstroms
kann eine entsprechende Kontrolleinheit, insbesondere Steuereinheit oder Regeleinheit,
beispielsweise in einer Wertetabelle hinterlegte Daten verwenden, die für die jeweiligen
Betriebsbedingungen und Betriebsparameter, wie z.B. Umformmaschine, Bärtyp, Bärgewicht,
Werkzeughöhe, Werkzeuggewicht, Art der Umformung, Art des Werkstoffs usw., im Zeitverlauf
einzustellende Volumenströme und/oder Hydraulikdrücke zur Erreichung der gewünschten
Sollgeschwindigkeit angeben, und/oder aus denen die Kontrolleinheit die einzustellenden
Volumenströme ermitteln und/oder dynamisch regeln oder steuern kann.
[0146] Bei dem Nachsaugtank oder Rücklauftank handelt es sich vorzugsweise um ein druckloses
Reservoir für Hydraulikflüssigkeit.
[0147] Bei einem vertikal betriebenen Bären, bei dem der Arbeitshub vertikal nach unten
erfolgt, wirkt das Gewicht des Kolbens, der Kolbenstange, des Bären und ggf. daran
befestigter Komponenten, wie Werkzeuge, beschleunigend. Mithin kann die Umformmaschine
bzw. die Hydrauliksteuereinheit bei solchen vertikal arbeitenden Umformmaschinen dazu
eingerichtet sein, nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit die Hydraulikventile umzusteuern,
so dass die für die Umformung gewünschte Geschwindigkeit erreicht wird. Am Kolben
wirken einerseits die durch den Systemdruck in der ersten Zylinderkammer bzw. der
Hubkammer erzeugten Rückstellkräfte und andererseits das Gewicht aus Kolben, Kolbenstange
Bär usw. und die aus der Druckbeaufschlagung des zweiten Zylinderraums bzw. der Hubkammer
resultierenden Hubkräfte.
[0148] Wird der zweite Zylinderraum nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit drucklos geschaltet,
wirkt auf den Kolben im Wesentlichen die Rückstellkraft des ersten Zylinderraums und
die Gewichtskraft. Damit ein Rückhub erfolgen kann, muss die Rückstellkraft größer
als die Gewichtskraft sein. Resultiert bei einer Betriebsweise mit Drucklosschaltung
des zweiten Zylinderraums nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit eine Rückstellkraft,
so kann zur Erreichung einer vorgegebenen Umformgeschwindigkeit im Umformzeitpunkt
die Sollgeschwindigkeit größer als die Umformgeschwindigkeit eingestellt werden, so
dass sich in der nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit ergebenen Bewegungsphase die
Umformgeschwindigkeit erreicht wird. Dabei kann die aus Rückstellkraft und Gewichtskraft
resultierende, der Bewegung entgegenwirkende Kraft bei der Einstellung der Sollgeschwindigkeit
berücksichtigt werden, insbesondere dahingehend, dass die Sollgeschwindigkeit durch
die entgegenwirkende Kraft ab Drucklosschaltung bei Erreichen der Umformposition auf
die Umformgeschwindigkeit eingestellt ist.
[0149] Vorzugsweise wird die Umformmaschine derart betrieben, dass die Sollgeschwindigkeit
kurz vor bzw. unmittelbar vor der Umformposition bzw. dem Umformpunkt erreicht wird,
so dass eine durch Drucklosschaltung ggf. bewirkte Reduktion der Geschwindigkeit vernachlässigbar
ist, d.h. dass die Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen erhalten bleibt.
[0150] Sollwerttabellen oder (Sollwert-)funktionen können für Position, Geschwindigkeit
und/oder Hydraulikdruck bei gegebenen Randbedingungen, umfassend z.B. Masse des Bären
und damit bewegter Komponenten, Hubweg des Hydraulikzylinders, Art des Hydraulikfluids
(Viskosität usw.) usw., durch Test- oder Probeläufe und/oder durch Simulation ermittelt
werden. Die Sollwerttabellen oder (Sollwert-)funktionen können z.B. auf einem elektronischen
Speicher der Umformmaschine hinterlegt sein oder werden, und einer Steuereinheit oder
Regeleinheit zur zeitlichen Steuerung oder Regelung der Hydraulikventile zur Verfügung
gestellt werden.
[0151] Der Druckspeicher kann beispielsweise durch eine Pumpeneinheit gespeist werden, die
den Hydraulikkreis und den Druckspeicher mit dem Systemdruck beaufschlagt.
[0152] Die Hydraulikventile stellen Stellglieder dar, die beispielsweise in Form von steuerbaren
oder regelbaren Ventilen und/oder Pumpen mit regel- oder steuerbarem Motor, als eine
regelbare oder steuerbare Einheit, gebildet sein können. Die Stellglieder können beispielsweise
ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Stetig-Wegeventile, ein Proportional-Wegeventile,
ein Servo-Wegeventile, ein Regel-Wegeventile und Servopumpen. Der Einsatz der genannten
Stellglieder ermöglicht die Umsetzung vorteilhafter, insbesondere relativ kurzer,
Stellzeiten zur Stellung und zur Variation der Volumenströme, und insbesondere eine
vergleichsweise genaue und/oder wiederholbare Durchführung eines Bewegungszyklus aus
Arbeitshub, Umformung und Rückhub zur Werkstückumformung. Mit derartigen Stellgliedern
können insbesondere vergleichsweise kurze Stellzeiten und vergleichsweise schnelle
Reaktions- und Ansprechzeiten erreicht werden, wodurch Kavitationen, zumindest weitgehend
oder gar gänzlich vermieden werden können.
[0153] Eine Regelung kann auf einem vorgegebenen oder vorgebbaren Hydraulikdruck, Hydraulikdruckintervall
und/oder einem vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen oder örtlichen Hydraulikdruckverlauf
als Führungsgröße basieren. Beispielsweise kann der Hydraulikdruck bzw. dessen Verlauf
für die Zeitspanne eines Arbeitshubs oder Rückhubs oder für die Position des Bären
oder des Kolbens des Hydraulikzylinders während eines Arbeitshubs oder Rückhubs vorgegeben
oder vorgebbar sein.
[0154] Entsprechende Hydraulikdrücke und/oder -verläufe können z.B. aus einem Testbetrieb
der Umformmaschine und/oder aus Simulationen gewonnen werden.
[0155] Eine Optimierung des Bewegungsablaufs des Hydraulikzylinders bei einem Arbeitshub
kann beispielsweise vorsehen, dass die Nachsaugphase bzw. Nachströmphase im Bereich
von 5% bis 15%, vorzugsweise 10 % des Hubs des Hydraulikzylinders entspricht. Insbesondere
kann der Volumenstrom zur Beschleunigung des Bären so eingestellt und variiert werden,
dass die nach der Beschleunigungsphase verbleibende Zeitspanne bis unmittelbar vor
dem Umformvorgang größer ist als die Stell-, Ansprech- und/oder Schaltzeiten der Hydraulikventile,
oder allgemein des Stellglieds. Dabei können, durch entsprechendes Einstellen und
Variieren, d.h. Steuern und/oder Regeln, der Volumenströme in der Beschleunigungsphase,
die Länge der Beschleunigungsphase und entsprechend die Länge der Nachsaug- oder Nachströmphase
bzw. deren Verhältnis z.B. auch in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit
oder Umformgeschwindigkeit, eingestellt werden.
[0156] Beispielsweise kann der Volumenstrom bei niedrigen Sollgeschwindigkeiten langsamer
und mit kleinerem Anstieg bzw. kleinerer Änderungsgeschwindigkeit hochgeregelt oder
gestellt werden, damit die Sollgeschwindigkeit in einer späten Phase des Arbeitshubs,
z.B. im letzten Drittel des Arbeitshubs, erreicht wird. Bei hohen Sollgeschwindigkeiten
kann der Volumenstrom entsprechend schneller hochgeregelt werden, beispielsweise derart,
dass die Sollgeschwindigkeit ebenfalls in einer späten Phase des Arbeitshubs erreicht
wird. Möglich ist auch, dass die Ausgangsposition bzw. Startposition des Kolbens zur
Ausführung eines Arbeitshubs in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit eingestellt wird.
Beispielsweise können für kleinere Sollgeschwindigkeiten bzw. Umformgeschwindigkeiten
Ausgangspositionen gewählt werden die näher am ersten Ende gelegen sind, und für größere
Sollgeschwindigkeiten bzw. Umformgeschwindigkeiten können Ausgangspositionen verwendet
werden, die näher am zweiten Ende gelegen sind.
[0157] Bei der vorgeschlagenen Umformmaschine und der Hydrauliksteuerung ist es insbesondere
möglich, für einen Arbeitshub zur Beschleunigung des Bären, ausgehend von einem im
Bewegungsablauf des Bären gelegenen Umkehrpunkt mit Bärgeschwindigkeit Null, hin zur
Sollgeschwindigkeit nur ein Teilhub des Hydraulikzylinders zu verwenden. Entsprechend
ist es möglich, die Ausgangsposition des Arbeitshubs in Richtung des ersten Endes
zu verschieben, bzw. den Rückhub zu verkürzen. Die für jeweils gegebene Sollgeschwindigkeiten
geeigneten Ausgangspositionen können beispielsweise aus Test- oder Probeläufen und/oder
durch Simulation gewonnen werden, und beispielsweise in Form einer Wertetabelle in
einer Datenbank einer Kontroll- Steuer- oder Regeleinheit der Umformmaschine oder
des Hydraulikkreises bereitgestellt werden.
[0158] Bei Verkürzung des Ruckhubwegs, beispielsweise bei vergleichsweise kleinen Sollgeschwindigkeiten,
ist es möglich, die Frequenz für Umformoperationen der Umformmaschine zu erhöhen,
und/oder durch die Verkürzung des Rückhubwegs Energie einzusparen.
[0159] Bei dem vorgeschlagenen Betrieb unter Verwendung der beiden Hydraulikanschlüsse durch
die Einstellung und Variation, insbesondere Steuerung oder Regelung, des Volumenstroms
zu bzw. von den Zylinderräumen, z.B. in Abhängigkeit der zu erreichenden Sollgeschwindigkeit,
ist es möglich, die Nachsaug- bzw. Nachströmphase zu verkürzen, wodurch z.B. eine
Beruhigung des Hydraulikfluids im Reservoir, z.B. im Nachsaugtank oder Rücklauftank,
erreicht werden kann, so dass kleinere Reservoirs verwendet werden können. Ferner
kann die Gefahr von Kavitationen in der Phase nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit
verringert werden.
[0160] Durch eine Einstellung und Variation, insbesondere Steuerung oder Regelung, des Volumenstroms
in den zweiten Zylinderraum bzw. Hubkammer, ist es insbesondere möglich, das pro Zeiteinheit
in die zweite Zylinderkammer fließende Volumen an Hydraulikfluid und/oder das Zeitintervall,
in dem Hydraulikfluid in den zweiten Zylinderraum fließt einzustellen, insbesondere
zu steuern oder regeln. Mithin ist es beispielsweise möglich, die Öffnungsweite der
Hydraulikventile und deren Öffnungsdauer, insbesondere die Füllzeit, gezielt und variabel
einzustellen. Der Volumenstrom kann beispielsweise durch Steuerung oder Regelung des
Öffnungszustands der Hydraulikventile entsprechend einer Funktion der Zeit und/oder
einer Funktion des Hubs bzw. der Hubposition eingestellt und/oder variiert werden.
Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Dauer der Beschleunigungsphase zur Erreichung
der Sollgeschwindigkeit einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit.
Insbesondere ist es möglich, sowohl bei kleinen als auch bei großen Sollgeschwindigkeiten
die Hydraulikventile so zu steuern oder Regeln, dass die Sollgeschwindigkeit kurz
vor oder unmittelbar vor dem Umformvorgang erreicht wird oder ist, vorzugsweise derart,
dass die Dauer der Nachströmphase oder Nachsaugphase auf ein Minimum reduziert wird
bzw. ist. Da Kavitationen insbesondere in der Nachsaugphase auftreten können, kann
durch die Minimierung der Nachsaugphase ein funktionssichererer Betrieb erreicht werden.
[0161] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der anhängenden Figuren
näher beschrieben. Es zeigen:
- FIG. 1
- schematisch eine Umformmaschine, bei der es sich beispielsweise um einen Schmiedehammer
handeln kann;
- FIG. 2
- eine vergrößerte Darstellung eines Hydraulikzylinders der Umformmaschine;
- FIG. 3
- eine vergrößerte Darstellung eines oberen Endes des Hydraulikzylinders;
- FIG. 4
- einen Verfahrensablauf einer ersten Variante eines Umformzyklus für die Umformmaschine;
- FIG. 5
- ein beispielhaftes Verlaufsdiagramm für einen Arbeitszyklus mit druckbeaufschlagter
Nachströmphase;
- FIG. 6
- einen Verfahrensablauf einer zweiten Variante eines Umformzyklus für die Umformmaschine;
und
- FIG. 7
- ein beispielhaftes Verlaufsdiagramm für einen Arbeitszyklus mit druckloser Nachsaugphase.
[0162] FIG. 1 zeigt schematisch eine Umformmaschine 1, bei der es sich beispielsweise um
einen Schmiedehammer handeln kann.
[0163] Die Umformmaschine 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 2, einen Bären 3 mit einem Obergesenk
4, ein an einer Schabotte 5 abgebrachtes Untergesenk 6 und einen Hydraulikkreis 7.
Die Umformmaschine 1 umfasst ferner eine Kontrolleinheit 8, beispielsweise eine Hydrauliksteuerung
oder -regelung, mit z.B. einem Prozessor und/oder einer programmierbaren oder programmierten
Elektronikeinheit.
[0164] Die Kontrolleinheit 8 ist über Steuerleitungen und/oder Datenleitungen 9 mit einer
Wegemesseinheit 10, die z.B. einen Messsensor und eine zugeordnete Skala umfasst,
mit einem ersten Druckaufnehmer 11 und einem zweiten Druckaufnehmer 12, mit einem
ersten Hydraulikventil 13 und einem zweiten Hydraulikventil 14 verbunden.
[0165] Der Hydraulikkreis 7 umfasst, abgesehen von Hydraulikleitungen 15, neben den Druckaufnehmern
11, 12 und den Hydraulikventilen 13, 14 des Weiteren eine Pumpeneinheit 16, einen
Druckspeicher 17 und ein erstes Sicherheitsventil 18 und zweites Sicherheitsventil
19. Ferner ist zumindest ein Reservoir 20 für Hydraulikflüssigkeit, insbesondere in
Form eines ein Nachsaugtanks und/oder Rücklauftanks, vorgesehen.
[0166] Die hydraulische Umformmaschine 1 ist vorgesehen zur Umformung von Werkstücken 21,
wobei die Umformung durch das Obergesenk 4 und Untergesenk 6 erfolgt. Konkret erfolgt
die Umformung indem der Bär 3 mit dem daran befestigten Obergesenk 4 in einem Arbeitshub
22 von einer Ausgangsposition 24 nach unten zum Untergesenk 6 bewegt wird. Auf den
Arbeitshub 22 folgt im Betrieb der Umformmaschine 1 ein Rückhub 23, bei dem der Bär
3 zu einer Ausgangs- oder Anfangsposition 24 bewegt wird. Der Arbeitshub 22 und Rückhub
23 mit zwischenliegender Umformung bilden einen Arbeitszyklus, der zyklisch wiederholt
werden kann.
[0167] Der Hydraulikzylinder 2, der in FIG. 2 vergrößert dargestellt ist, umfasst ein Zylinderrohr
25 mit einem darin längs einer Längsachse 26 zwischen einem ersten Ende 27 und einem
zweiten Ende 28 verfahrbaren Kolben 29, der mit einer Kolbenstange 30 gekoppelt ist,
die sich in Richtung des ersten Endes 27 erstreckt und mit dem Bären 3 gekoppelt oder
koppelbar ist.
[0168] Der Kolben 29 weist an der von der Kolbenstange 30 abgewandten Seite 31 einen sich
zum zweiten Ende 28 hin erstreckenden zylinderförmigen Stangenfortsatz 32 auf, dessen
Außendurchmesser 33 kleiner ist als der des Kolbens 29. Der Stangenfortsatz 32 ist
bezüglich der Längsachse 26 koaxial zum Kolben 29 und zur Kolbenstange 30 ist.
[0169] Der der Hydraulikzylinder 2 weist am zweiten Ende 28 eine zum Stangenfortsatz 32
bezüglich der Längsachse 25 koaxiale und zum Kolben 29 bzw. Stangenfortsatz 32 hin
offene Bohrung 34 auf. Der Innendurchmesser 35 der Bohrung 24 entspricht im Wesentlichen
dem Außendurchmesser 33 des Stangenfortsatzes 32, so dass der Stangenfortsatz 32 in
die Bohrung 34 eintauchen kann. Die Bohrung 34 ist nach Art eines Sacklochs ausgebildet,
mit einer zum Zylinderfortsatz 32 hin orientierten Öffnung 36.
[0170] Der Hydraulikzylinder 2 bzw. das Zylinderrohr 25 weist im Bereich des ersten Endes
27 einen ersten Hydraulikanschluss 37 und im Bereich des zweiten Endes 28 einen zweiten
Hydraulikanschluss 38 auf.
[0171] Der zweite Hydraulikanschluss 38 ist derart angeordnet bzw. positioniert, dass der
Kolben 29 bei einer Bewegung zum zweiten Ende 28 hin den zweiten Hydraulikanschluss
38 verschließt, wenn der Stangenfortsatz 32 die Bohrung 34 erreicht bzw. diese verschließt,
was in FIG. 3 vergrößert dargestellt ist.
[0172] Die Bohrung 34 ist, in dem Betriebszustand nach FIG. 3 mit einem um den Stangenfortsatz
32 gebildeten Ringraum 39 über eine Drossel 40 verbunden, wobei die Drossel 40 vorliegend
in einen zwischen dem Boden 41 der Bohrung 34 und einer bodenartigen Schulter 42 bzw.
Ringschulter am zweiten Ende 28 des Zylinderrohrs 25 verlaufenden Kanal 43 geschaltet
ist.
[0173] Auf Seite der Kolbenstange 26 bzw. im Bereich des ersten Endes 27 weist der Hydraulikzylinder
2 einen ersten Zylinderraum 44 auf, und auf der Seite des Stangenfortsatzes 32 bzw.
im Bereich des zweiten Endes 28 weist der Hydraulikzylinder 2 einen zweiten Zylinderraum
45 auf.
[0174] Wie aus FIG. 2 ersichtlich ist, ist der erste Zylinderraum 44 als Ringraum ausgebildet,
und wie aus der Zusammenschau der FIG. 2 und 3 ersichtlich ist, ist der zweite Zylinderraum
45 lediglich dann ein Ringraum, wenn das distale Ende 46 des Stangenfortsatzes 32
die Öffnung 36 verschließt bzw. erreicht.
[0175] Beim Betrieb des Hydraulikzylinders 2 für eine Umformoperation des Werkstücks 21
wird der zweite Zylinderraum 39 im Arbeitshub 22 mit Hydraulikflüssigkeit bzw. Hydraulikdruck
beaufschlagt, wodurch der Kolben 29 zum ersten Ende 27 hin beschleunigt wird. Nach
der Umformoperation wird der Kolben 29 im Rückhub 23 zum zweiten Ende 28 hinbewegt.
Erfolgt beim Rückhub 23 keine Abbremsung der aus dem Kolben 29, der Kolbenstange 26,
dem Stangenfortsatz 32, dem Bären 3 und dem Obergesenk 4, und ggf. weiteren damit
gekoppelten Komponenten gebildeten bewegten Masse, erfolgt eine Abbremsung spätestens
dann, wenn das distale Ende 46 des Stangenfortsatzes 32 die Öffnung 36 der Bohrung
34 erreicht.
[0176] Erreicht das distale Ende 46 des Stangenfortsatzes 32 die Öffnung 36, ist der zweite
Hydraulikanschluss 38 verschlossen, und das in der Bohrung 34 und im Ringraum 39 befindliche
Hydraulikfluid wirkt als Bremskissen für die bewegte Masse. Dabei bewirkt die Drossel
40 einen Druckausgleich zwischen dem in der Bohrung 34 befindlichen Hydraulikfluid
und dem im Ringraum 39 befindlichen Hydraulikfluid, wodurch die Dämpfungs- und Bremscharakteristik
verbessert wird.
[0177] Die Abbremsung des Kolbens 29 bzw. der bewegten Masse durch das Zusammenwirken des
Stangenfortsatzes 32 und der Bohrung 34 ist allerdings nicht zwingend, denn erfindungsgemäß
kann die Kontrolleinheit 8 derart eingerichtet sein, dass eine Abbremsung des Kolbens
29 bzw. der bewegten Massen durch eine Steuerung bzw. Regelung der Hydraulikventile
13 und 14 erfolgen kann, was nachfolgend anhand eines beispielhaften Umformzyklus
erläutert werden soll.
[0178] Hierzu zeigt FIG. 4 einen Verfahrensablauf einer ersten Variante eines Umformzyklus.
FIG. 6 zeigt einen Verfahrensablauf einer zweiten Variante eines Umformzyklus für
die Umformmaschine. Die Verfahrensabläufe werden durch die Kontrolleinheit 8 geregelt
bzw. gesteuert.
[0179] Gemäß der Variante nach FIG. 4 ist der Kolben 29 bzw. Bär 3 bei Beginn eines Arbeitshubs
22 in der Ausgangsposition bzw. Anfangsposition 24, in FIG. 4 mit Anfangsposition
i bezeichnet, positioniert. Beim Auslösen des Arbeitshubs 22, beispielsweise eines
Schlags, wird der zweite Zylinderraum 45, bzw. die Hubkammer, über den zweiten Hydraulikanschluss
38 mit Hydraulikfluid druckbeaufschlagt. Der Hydraulikdruck kann dabei dem Systemdruck
entsprechen, der durch die Pumpeneinheit 16 bzw. den Druckspeicher 17 bereitgestellt
wird. Hierzu wird das erste Hydraulikventil 13 durch die Kontrolleinheit in eine Offenstellung
gesteuert bzw. geregelt, beispielsweise (ganz) geöffnet. In Richtung des Arbeitshubs
22 wirken mithin der durch das erste Hydraulikventil 13 erzeugte Hydraulikdruck, vorzugsweise
der Systemdruck, und das Gewicht der zu bewegenden Masse (Kolben 29, Stangenfortsatz
23, Kolbenstange 26, Bär 3, Obergesenk 4) abzüglich etwaiger Reibungsverluste. In
dieser Phase wird der Bär 3, genauer die zu bewegende Masse, beschleunigt. Die Beschleunigung
dient dazu, den Bären 3 auf eine Sollgeschwindigkeit v(soll) zu beschleunigen. Solange
die Sollgeschwindigkeit v(soll) nicht erreicht ist, wird die Druckbeaufschlagung fortgesetzt.
Das zweite Hydraulikventil 14 ist dabei geschlossen bzw. in die Geschlossenstellung
gesteuert oder geregelt.
[0180] Ist bzw. wird die Sollgeschwindigkeit v(soll) erreicht, greift die Kontrolleinheit
8 steuerungs- oder regeltechnisch ein, und steuert bzw. regelt die Druckbeaufschlagung
über den zweiten Hydraulikanschluss 38, konkret die Offenstellung des ersten Hydraulikventils
13 derart, dass sich der Kolben 29 mit im Wesentlich gleichbleibender Geschwindigkeit,
d.h. der Sollgeschwindigkeit, weiterbewegt und/oder dass die Umformgeschwindigkeit
erreicht wird. Die Feststellung, ob die Sollgeschwindigkeit erreicht ist bzw. ob sich
der Kolben 29 bzw. Bär 3 mit Sollgeschwindigkeit weiterbewegt, kann beispielsweise
über Geschwindigkeits- oder Positionsdaten der Wegemesseinheit 10 ermittelt werden.
Insbesondere kann das erste Hydraulikventil 13 gegenüber der Beschleunigungsphase
zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit v(soll) weiter geschlossen werden, so dass
der im zweiten Zylinderraum 45 anliegende Hydraulikdruck gegenüber dem Systemdruck
vermindert ist. Dabei wird durch das erste Hydraulikventil 13 bzw. den zweiten Hydraulikanschluss
38 ein druckbeaufschlagter Nachströmvolumenstrom erzeugt. Dieser wirkt mit der Gewichtskraft
der bewegten Masse dem im ersten Zylinderraum 44 herrschenden Systemdruck entgegen.
Hierzu, und im Übrigen während des gesamten Umformzyklus, wird der erste Hydraulikanschluss
37 mit dem Systemdruck, z.B. aus dem Druckspeicher 17, beaufschlagt.
[0181] Bei Erreichen des Werkstücks 21 erfolgt die Umformoperation, an welche sich nach
Erreichen des unteren Umkehrpunkts bzw. unteren Totpunkts des Hydraulikzylinders 2
der Rückhub 23 anschließt.
[0182] Nach der Umformoperation, die beispielsweise über Geschwindigkeits- und/oder Positionsdaten
der Wegemesseinheit 10 festgestellt werden kann, erfolgt der Rückhub 23. Dabei werden
die Hydraulikventile 13 und 14 umgesteuert bzw. entsprechend geregelt. Konkret wird
das erste Hydraulikventil 13 geschlossen, und das zweite Hydraulikventil 14 wird geöffnet.
Dadurch wird der zweite Hydraulikanschluss 38 drucklos mit dem Reservoir 20, einem
Rücklauftank, verbunden, so dass im zweiten Zylinderraum 39 kein systembedingter Hydraulikdruck
anliegt. Der im ersten Zylinderraum 44 anliegende Systemdruck beschleunigt die bewegte
Masse, insbesondere den Bären 3 nach oben, infolgedessen der Rückhub 23 erfolgt. Wie
weiter oben beschrieben, ist es, da Umformung und Beginn des Rückhubs in vergleichsweise
kurzer Zeit aufeinander folgen (im Bereich von Millisekunden) und/oder auf Grund von
Systemträgheit, von Vorteil, wenn die Hydraulikventile vor der Umformung umgesteuert
werden, bzw. dass der Bär bzw. der Hydraulikzylinder kurz vor der Umformung aus der
Regelung genommen wird, so dass Druckspitzen im Bereich der Umformung beim Rückprall
vermieden werden. Es wird auf die Ausführungen weiter oben verwiesen.
[0183] Erfolgt der Rückhub 23 bis zum zweiten Ende 28, kann der Kolben 29 durch die Bremswirkung
des Stangenfortsatzes 32 und der Bohrung 34 abgebremst werden. Allerdings kann eine
Abbremsung des Kolbens 29 auch dadurch herbeigeführt werden, dass der Rückfluss des
Hydraulikfluids über den zweiten Hydraulikanschluss 38 und das zweite Hydraulikventil
14 gedrosselt wird, indem der Öffnungszustand des zweiten Hydraulikventils 14 entsprechend
gesteuert oder geregelt wird. Insbesondere kann das zweite Hydraulikventil 14 zunehmend
geschlossen werden, so dass die zur Verdrängung des Hydraulikfluids aus den zweiten
Zylinderraum 39 erforderliche Kraft zunimmt. Dadurch entsteht eine Bremskraft, die
die Rückhubbewegung 23 des Kolbens 29 bremst. Bei geeigneter Steuerung bzw. Regelung
des Öffnungszustands des zweiten Hydraulikventils 14 kann erreicht werden, dass die
Rückhubbewegung an einer gewünschten Anfangsposition zur Ausführung eines nachfolgenden
Arbeitshubs 22 endet, wobei diese Anfangsposition, in FIG. 4 mit i+1 bezeichnet ist
und der Anfangsposition i bei Auslösung des vorangehenden Arbeitshubs 22 entsprechen
kann, jedoch nicht muss. Je nach Umformanforderungen ist es z.B. möglich, dass die
beiden Anfangspositionen i und i+1 voneinander abweichen. Aufgrund der Möglichkeit
der Steuerung bzw. Regelung des Rückhubs 23 über das zweite Hydraulikventil 14 kann
die nach dem Rückhub 23 erreichte Anfangsposition i+1 vom Umkehrpunkt bzw. Totpunkt
am zweiten Ende 28 (siehe hierzu Darstellung der FIG. 3) abweichen, und an einer im
Wesentlichen beliebigen Position zwischen dem ersten Ende 27 und dem zweiten Ende
28 liegen.
[0184] Insbesondere kann die Anfangsposition 24 in Abhängigkeit der zu erreichenden Sollgeschwindigkeit
gewählt werden. Möglich ist das insbesondere, da die Druckbeaufschlagung des zweiten
Zylinderraums 45 über das erste Hydraulikventil 13 gesteuert oder geregelt werden
kann. Beispielsweise kann die Ausgangsposition 24 so gewählt oder eingestellt werden,
dass die Sollgeschwindigkeit v(soll) bei der jeweils gewählten Druckbeaufschlagung,
beispielsweise mit Systemdruck, auf dem ab der Ausgangsposition 24 verbleibenden Kolbenhub
erreicht wird, vorzugsweise derart, dass die ab Erreichung der Sollgeschwindigkeit
v(soll) bis zur Umformung verbleibende Zeitspanne optimiert, insbesondere minimiert
ist. Beispielsweise können die Ausgangsposition 24 und die Druckbeaufschlagung in
der Beschleunigungsphase so eingestellt werden, dass die Sollgeschwindigkeit v(soll)
unmittelbar vor der Umformung erreicht ist.
[0185] FIG. 5 zeigt ein beispielhaftes Verlaufsdiagramm für einen Arbeitszyklus A mit druckbeaufschlagter
Nachströmphase über das erste Hydraulikventil 13 nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit.
Dabei sind auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate der über den zweiten Hydraulikanschluss
38 und das erste Hydraulikventil 13 dem ersten Zylinderraum 45 zugeführte Hydraulikdruck
P aufgetragen. Bei Beginn des Arbeitszyklus A bei t
0 wird das erste Hydraulikventil 13 in die Offenstellung gesteuert oder geregelt, so
dass im ersten Zylinderraum 45 der Systemdruck P
S anliegt. Dieser Systemdruck P
S wird aufrechterhalten, bis der Bär 3 in einem Zeitpunkt t
v(soll) die Sollgeschwindigkeit v(soll) erreicht hat. Im Zeitpunkt t
v(soll) ist der Umformpunkt noch nicht erreicht, und der Öffnungszustand des ersten Hydraulikventils
13 wird so gesteuert oder geregelt, dass der erste Zylinderraum 45 mit einem Nachströmdruck
P
N zur Erzeugung eines Nachströmvolumenstroms druckbeaufschlagt wird, wobei der Nachströmdruck
P
N kleiner ist als der Systemdruck P
S. Der Nachströmdruck P
N ist beispielsweise so eingestellt bzw. gesteuert oder geregelt, dass der Kolben 29
im Kräftegleichgewicht ist, d.h. dass die erreichte Sollgeschwindigkeit v(soll) aufrechterhalten
wird. Bei oder kurz vor dem Umformzeitpunkt tu wird das erste Hydraulikventil 13 geschlossen.
Bis zu diesem Zeitpunkt ist das zweite Hydraulikventil 14 bei der Verfahrensvariante
nach FIG. 4 geschlossen, und im ersten Zylinderraum 44 liegt der Systemdruck P
S an.
[0186] Für den Rückhub R bzw. bereits bei der Umformung wird das zweite Hydraulikventil
14 in die Offenstellung gesteuert bzw. geregelt, so dass der zweite Zylinderraum 45
drucklos mit dem Rücklauftank verbunden ist. Der im ersten Zylinderraum 44 anliegende
Systemdruck P
S führt nach der Umformung zu einer rückstellenden Kraft, die den Rückhub 23 bewirkt.
[0187] Beim Rückhub 23 kann das zweite Hydraulikventil 14 anfänglich ganz geöffnet sein,
und im weiteren Zeitverlauf in die Geschlossenstellung geregelt oder gesteuert werden,
derart, dass der Kolben 29 an einer vorgegebenen Ausgangsposition für einen nachfolgenden
Arbeitshub 22 positioniert wird. Wird das zweite Hydraulikventil 14 nicht zugesteuert
oder -geregelt, wird die bewegte Masse spätestens durch die aus Stangenfortsatz 32
und Bohrung 34 sowie durch den Ringraum 39 abgebremst, nachdem der Kolben 29 den zweiten
Hydraulikanschluss 38 verschließt.
[0188] Im Unterschied zu dem in FIG. 5 gezeigten Verlauf kann der Verlauf des über das erste
Hydraulikventil 13 bereitgestellten Hydraulikdrucks P anders verlaufen, wobei dieser
beispielsweise kontinuierlich oder schrittweise abnehmen kann. Der Verlauf des Hydraulikdrucks
P kann auf Grund des steuer- oder regelbaren ersten Hydraulikventils 13 im Wesentlichen
beliebig eingestellt werden, vorzugsweise so, dass Kavitationen vermieden werden und
die Sollgeschwindigkeit v(soll) sicher erreicht wird. Die Steuerung oder Regelung
kann beispielsweise auf einer vorgegebenen Druckverlaufskurve beruhen, die z.B. aus
Testläufen und/oder Simulation ermittelt werden kann.
[0189] FIG. 6 zeigt einen Verfahrensablauf einer zweiten Variante eines Umformzyklus für
die Umformmaschine 1.
[0190] Gemäß der Variante nach FIG. 6 ist der Kolben 29 bzw. Bär 3 bei Beginn eines Arbeitshubs
22 in der Ausgangsposition bzw. Anfangsposition 24, in FIG. 6 mit Anfangsposition
i bezeichnet, positioniert. Beim Auslösen des Arbeitshubs 22, beispielsweise eines
Schlags, wird der zweite Zylinderraum 45, bzw. Hubkammer, über den zweiten Hydraulikanschluss
38 mit Hydraulikfluid druckbeaufschlagt. Der Hydraulikdruck P kann dabei dem Systemdruck
P
S entsprechen, der durch die Pumpeneinheit 16 bzw. den Druckspeicher 17 bereitgestellt
wird. Hierzu wird das erste Hydraulikventil 13 durch die Kontrolleinheit 8 in eine
Offenstellung gesteuert bzw. geregelt. In Richtung des Arbeitshubs 22 wirken mithin
der Hydraulikdruck P, insbesondere der Systemdruck P
S und das Gewicht der zu bewegenden Masse (Kolben 29, Stangenfortsatz 23, Kolbenstange
26, Bär 3, Obergesenk 4) abzüglich etwaiger Reibungsverluste. In dieser Phase wird
der Bär 3, genauer die zu bewegende Masse, beschleunigt. Die Beschleunigung dient
dazu, den Bären 3 auf eine Sollgeschwindigkeit v(soll) zu beschleunigen. Solange die
Sollgeschwindigkeit v(soll) nicht erreicht ist, wird die Druckbeaufschlagung fortgesetzt.
Das zweite Hydraulikventil 14 ist dabei geschlossen bzw. in die Geschlossenstellung
gesteuert oder geregelt.
[0191] Ist bzw. wird die Sollgeschwindigkeit v(soll) erreicht, greift die Kontrolleinheit
8 steuerungs- oder regeltechnisch ein, und steuert bzw. regelt das erste Hydraulikventil
13 in die Geschlossenstellung und das zweiten Hydraulikventil in eine Offenstellung.
Dadurch wird der zweite Zylinderraum 45 drucklos mit dem Reservoir 20, einem Nachsaugtank,
verbunden, aus welchem über das zweite Hydraulikventil 14 und den zweiten Hydraulikanschluss
38 Hydraulikfluid nachgesaugt wird. Die Feststellung, ob die Sollgeschwindigkeit v(soll)
erreicht ist kann analog zu der ersten Variante erfolgen.
[0192] Durch das drucklose Nachsaugen kann sich die bewegte Masse mit der erreichten Sollgeschwindigkeit
v(soll) weiterbewegen, so dass diese im Wesentlichen erhalten bleibt. Sofern es systembedingt
durch das Nachsaugen zu einer Abbremsung der bewegten Masse kommt, ist diese Reduktion
in der Regel vernachlässigbar, so dass die Sollgeschwindigkeit v(soll) im Wesentlichen
erhalten bleibt und/oder die gewünschte Umformgeschwindigkeit erreicht wird. Hierzu
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Beschleunigungsphase so eingestellt wird, dass
die Sollgeschwindigkeit v(soll) erst kurz vor bzw. unmittelbar vor der Umformung erreicht
wird, so dass etwaige Verzögerungen der bewegten Masse (z.B. um 0,2 m/s, siehe obige
Ausführungen) vernachlässigbar sind. Möglich ist es auch, etwaige Verzögerungen mit
einzubeziehen, insbesondere derart, dass die Sollgeschwindigkeit um den Verzögerungswert
erhöht wird, so dass im Umformpunkt die gewünschte Umformgeschwindigkeit vorliegt.
[0193] Der erste Hydraulikanschluss 37 ist, und im Übrigen auch während des gesamten Umformzyklus,
insbesondere beim Rückhub 23, mit dem Systemdruck P
S, z.B. aus dem Druckspeicher 17, beaufschlagt.
[0194] Bei Erreichen des Werkstücks 21 erfolgt die Umformoperation, an welche sich nach
Erreichen des unteren Umkehrpunkts bzw. unteren Totpunkts des Hydraulikzylinders 2
der Rückhub 23 anschließt.
[0195] Nach der Umformoperation, die beispielsweise über Geschwindigkeits- und/oder Positionsdaten
der Wegemesseinheit 10 festgestellt werden kann, erfolgt der Rückhub 23. Dabei bleibt
das erste Hydraulikventil 13 in der Geschlossenstellung und das zweite Hydraulikventil
14 wird in die Offenstellung gesteuert und/oder geregelt bzw. verbleibt in der Offenstellung.
Dadurch wird der zweite Hydraulikanschluss 38 drucklos mit dem Reservoir 20, insbesondere
einem Rücklauftank, verbunden, so dass im zweiten Zylinderraum 39 kein systembedingter
Hydraulikdruck P anliegt. Der im ersten Zylinderraum 44 anliegende Systemdruck P
S beschleunigt die bewegte Masse, insbesondere den Bären 3 nach oben, und bewirkt den
Rückhub 23.
[0196] Die Abbremsung des Bären 3 bzw. der bewegten Masse und die Einstellung einer Ausgangsposition
i+1 bzw. Startposition für einen nachfolgenden Arbeitshub 22 kann analog zur Variante
nach FIG. 4 erfolgen. Es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
[0197] Vorteilhaft bei dieser Variante kann sein, dass das Überführen des ersten Hydraulikventils
13 in die Geschlossenstellung und das Überführen des zweiten Hydraulikventils 14 in
eine Offenstellung zum Nachsaugen überlappen, insbesondere zur Vermeidung von Strömungsabrissen
im Hydraulikfluid.
[0198] FIG. 7 zeigt ein beispielhaftes Verlaufsdiagramm für einen Arbeitszyklus A mit druckloser
Nachsaugphase über das zweite Hydraulikventil 14 nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit
v(soll). Dabei sind auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate der über den
zweiten Hydraulikanschluss 38 und das erste Hydraulikventil 13 dem ersten Zylinderraum
45 zugeführte Hydraulikdruck P aufgetragen. Bei Beginn des Arbeitszyklus A bei t
0 wird das erste Hydraulikventil 13 in die Offenstellung gesteuert oder geregelt, so
dass im ersten Zylinderraum 45 der Systemdruck P
S anliegt, durch welchen die Beschleunigung des Bären 3 erfolgt. Dieser Systemdruck
P
S wird aufrechterhalten, bis der Bär 3 in einem Zeitpunkt t
v(soll) die Sollgeschwindigkeit v(soll) erreicht hat. Im Zeitpunkt t
v(soll) ist der Umformpunkt noch nicht erreicht, und das erste Hydraulikventil 13 wird in
die Geschlossenstellung gesteuert und/oder geregelt. Ferner wird das zweite Hydraulikventil
14 geöffnet, so dass der zweite Zylinderraum 45 drucklos mit dem Reservoir 20, insbesondere
einem Nachsaugtank, verbunden ist. Über den zweiten Hydraulikanschluss 38 und das
zweite Hydraulikventil 14 stellt sich durch die fortgesetzte Bewegung des Kolbens
29 ein druckloser Nachsaugvolumenstrom ein, durch welchen sich die bewegte Masse im
Wesentlichen mit der erreichten Sollgeschwindigkeit weiterbewegen kann. Im ersten
Zylinderraum 44 liegt durchwegs der Systemdruck P
S an.
[0199] Die in FIG. 7 dargestellte gestrichelte Linie bei t
v(soll) entspricht einer Variante, bei welcher der Öffnungszustand des ersten Hydraulikventils
13 und der des zweiten Hydraulikventils 14 beim Umsteuern bzw. Regeln der Hydraulikventile
bei t
v(soll) überlappen. Ein solcher Überlapp ist, wie bereits erwähnt, vorteilhaft zur Vermeidung
von Strömungsabrissen.
[0200] Der Rückhub erfolgt wie bei der Variante nach FIG. 5, wobei hier das erste Hydraulikventil
13 bereits geschlossen und das zweite Hydraulikventil 14 bereits geöffnet sind. Der
im ersten Zylinderraum 44 anliegende Systemdruck P
s wirkt dem Gewicht der bewegten Masse entgegen und bewirkt so den Rückhub 23. Zum
Rückhub 23 wird auf die Ausführungen zu FIG. 5 verwiesen, die hier analog gelten.
[0201] Durch Minimieren der Zeitspanne zwischen Erreichen der Sollgeschwindigkeit v(soll)
und der Umformung wird die Nachströmphase bzw. Nachsaugphase verkürzt bzw. minimiert.
Da insbesondere der Übergang von der Beschleunigungsphase zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit
auf die Nachströmphase bzw. Nachsaugphase und die Nachström- bzw. Nachsaugphasen vergleichsweise
anfällig für das Auftreten von Kavitationen sind, kann die Wahrscheinlichkeit für
das Auftreten von Kavitationen durch Minimieren der Nachströmphasen bzw. Nachsaugphasen
zumindest verringert werden. Bei geeigneter Steuerung oder Regelung können Kavitationen
sogar gänzlich vermieden, zumindest jedoch weitestgehend vermieden werden.
[0202] Zur Vermeidung von Kavitationen ist es möglich, dass die Kontrolleinheit 8 den Hydraulikdruck
P im Hydraulikkreis 7 über die Druckaufnehmer 11 und 12 erfasst und die Hydraulikventile
13, 14 so steuert oder regelt, dass der im Hydraulikkreis, insbesondere im zweiten
Zylinderraum 45, herrschende Hydraulikdruck P stets oberhalb des Kavitationsdrucks
der Hydraulikflüssigkeit liegt.
[0203] Die Beschleunigungsphase zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit v(soll) und die nachfolgende
Nachströmphase bzw. Nachsaugphase können so eingerichtet werden, dass der Hydraulikdruck
im Hydraulikkreis stets über dem Kavitationsdruck der Hydraulikflüssigkeit liegt.
Hierzu ist es auf Grund der Steuerung bzw. Regelung der Volumenströme möglich, diese
so einzustellen, beispielsweise auf Basis von Testläufen und/oder Simulation, dass
der Arbeitshub und/oder Rückhub kavitationsfrei ausgeführt werden können. Parameter
zur Einstellung des Arbeitshubs und/oder Rückhubs sind insbesondere die Höhe des Hydraulikdrucks
bei der Beschleunigung, der zeitliche Verlauf des Hydraulikdrucks P zur Beschleunigung,
die Dauer der Beschleunigungsphase bis zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit v(soll),
der Nachströmvolumenstrom und der Nachsaugvolumenstrom. Diese Parameter können über
das erste und zweite Hydraulikventil 13, 14 gesteuert oder geregelt werden.
[0204] Insgesamt zeigt sich, dass die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst wird.
[0205] Die zu Grunde liegende Erfindung hat insbesondere auch die folgenden Vorteile bzw.
vorteilhaften Wirkungen:
- Am Hydraulikzylinder sind nur zwei Hydraulikanschlüsse zur Ausführung eines Arbeitszyklus
erforderlich, sprich der untere erste Hydraulikanschluss und der obere zweite Hydraulikanschluss.
- Der obere bzw. zweite Hydraulikanschluss wird sowohl für den Arbeitshub als auch für
den Rückhub verwendet.
- Der untere bzw. erste Hydraulikanschluss kann durchwegs mit Systemdruck PS beaufschlagt werden, so dass insoweit keine Steuerung oder Regelung erforderlich
ist.
- Der Stangenfortsatz, der z.B. Teil der Kolbenstange sein kann falls wenn diese z.B.
den Kolben durchgreift, und die Bohrung am ersten Ende, insbesondere am oberen Ende
des Zylinderrohrs oberhalb des Kolbens können zur Abbremsung der bewegten Masse verwendet
werden, insbesondere als eine Notbremse, z.B. bei Ausfall der Steuer- oder Regelelektronik.
- Das Abbremsen der bewegten Masse beim Rückhub kann vorteilhaft über den Stangenfortsatz
und die Bohrung erfolgen, oder alternativ durch Steuerung oder Regelung des zweiten
Hydraulikventils, d.h. des Rücklaufs in den Rücklauftank. Es sind keine zusätzlichen
Bremsdrosseln, wie bei bekannten Umformmaschinen oder Schmiedehämmern, erforderlich,
über welche das im oberen Zylinderraum verbliebene Hydraulikfluid zur Erreichung einer
Bremswirkung abzuführen ist.
- Die vorgeschlagene Umformmaschine bzw. Hydrauliksteuerung ermöglicht flexibel einstellbare
Ausgangspositionen bzw. Startpositionen für den Arbeitshub, ist mithin nicht auf lediglich
einen oberen Totpunkt beschränkt.
- Die vorgeschlagene Umformmaschine bzw. Hydrauliksteuerung ermöglicht ein korrektes
Anfahren des variablen oberen Totpunkts, also der Ausgangsposition für den nächsten
Schlag, wenn z.B. die Wegemesseinheit oder ein Wegmesssystem zur Positionsüberwachung
verwendet wird. Auch lassen sich die Hydraulikventile auf Grundlage von Geschwindigkeitsdaten
bzw. Druckdaten steuern oder regeln, so dass die Beschleunigungsphase optimiert werden
kann und/oder nach vorgegebenen Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Druckkurven
oder -verläufen gesteuert oder geregelt werden kann.
- Die vorgeschlagene Umformmaschine bzw. Hydrauliksteuerung benötigt kein separates
Nachsaugventil wie übliche Umformmaschinen oder Schmiedehämmer.
- Die vorgeschlagene Umformmaschine bzw. Hydrauliksteuerung ermöglicht für die Phase
des Arbeitshubs nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit eine gewisse Flexibilität hinsichtlich
der Steuerung oder Regelung der Hydraulikventile.
- Insbesondere ist einerseits ein Betrieb möglich, bei dem nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit
Hydraulikfluid über das zweite Hydraulikventil drucklos nachgesaugt wird, und andererseits
ein Betrieb, bei dem nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit Hydraulikfluid über das
erste Hydraulikventil druckbasiert nachströmt. Es kann, je nach den Anforderungen
für den Arbeitshub wahlweise die eine oder andere Variante gewählt werden, was insbesondere
vorteilhaft hinsichtlich unterschiedlicher Umformoperationen und/oder einer Vermeidung
von Strömungsabrissen und/oder Kavitationen ist.
- Es ist möglich, die Beschleunigungsphase und/oder die Nachsaugphase oder Nachströmphase
zu optimieren, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs und deren Dauer.
Zur Optimierung können die Beschleunigungsphase über das erste Hydraulikventil und
die daran anschließende Nachsaugphase oder Nachströmphase über das zweite bzw. erste
Hydraulikventil variabel gesteuert oder geregelt werden. Insbesondere ist, wie bereits
erwähnt, für die Nachsaugphase kein separates Nachsaugventil erforderlich.
- Das erste Hydraulikventil kann als Schlagventil verwendet werden, und das zweite Hydraulikventil
kann in der Variante mit Nachsaugen sowohl als Nachsaugventil als auch als Steigventil
für den Rückhub verwendet werden.
- Die Umformmaschine bzw. Hydrauliksteuerung ermöglicht insbesondere einen Arbeitszyklus,
bei dem der Arbeitszyklus durch Öffnen des ersten Hydraulikventils initiiert wird.
Ist die gewünschte Sollgeschwindigkeit erreicht, können das erste Hydraulikventil
geschlossen und das zweite Hydraulikventil geöffnet werden, wobei aufgrund der Steuerung
oder Regelung zwischen Öffnen des zweiten Hydraulikventils und Schließen des ersten
Hydraulikventils eine Überdeckungsphase integriert werden kann, so dass der Hydraulikfluidstrom
nicht abreißt. Das Nachsaugen kann über das zweite Hydraulikventil erfolgen bis hin
zur Umformung, mit nachfolgendem Rückhub über das zweite Hydraulikventil.
- Die unterschiedlichen Varianten betreffend das Nachsaugen z.B. aus einem Nachsaugtank
oder -behälter und das Nachströmen z.B. aus dem Druckspeicher ermöglichen Betriebsweisen,
bei welchen Hydrauliköl drucklos aus den Nachsaugtank kommt (Nachsaugphase) bzw. daraus
angesaugt wird, und bei welchen Hydrauliköl druckbasiert über das erste Hydraulikventil
gesteuert oder geregelt zugeführt wird. Das Hydrauliköl zum Nachströmen kann basierend
auf dem vom Druckspeicher bereitgestellten Hydraulikdruck zugeführt werden.
[0206] Insgesamt ermöglicht die vorgeschlagene Umformmaschine, die vorgeschlagene Hydrauliksteuerung
und das vorgeschlagene Verfahren einen vergleichsweise einfachen Aufbau mit flexibler
Steuerung oder Regelung des Arbeitszyklus, wobei durch den Stangenfortsatz und die
Bohrung ein sicherer Betrieb bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
[0207]
- 1
- Umformmaschine
- 2
- Hydraulikzylinder
- 3
- Bär
- 4
- Obergesenk
- 5
- Schabotte
- 6
- Untergesenk
- 7
- Hydraulikkreis
- 8
- Kontrolleinheit
- 9
- Steuer-/Datenleitung
- 10
- Wegemesseinheit
- 11, 12
- erster und zweiter Druckaufnehmer
- 13, 14
- erstes und zweites Hydraulikventil
- 15
- Hydraulikleitung
- 16
- Pumpeneinheit
- 17
- Druckspeicher
- 18, 19
- Sicherheitsventil
- 20
- Reservoir
- 21
- Werkstück
- 22
- Arbeitshub
- 23
- Rückhub
- 24
- Anfangsposition
- 25
- Zylinderrohr
- 26
- Längsachse
- 27
- erstes Ende
- 28
- zweites Ende
- 29
- Kolben
- 30
- Kolbenstange
- 31
- Seite, abgewandt der Kolbenstange
- 32
- Stangenfortsatz
- 33
- Außendurchmesser
- 34
- Bohrung
- 35
- Innendurchmesser
- 36
- Öffnung
- 37
- erster Hydraulikanschluss
- 38
- zweiter Hydraulikanschluss
- 39
- Ringraum
- 40
- Drossel
- 41
- Boden
- 42
- Schulter
- 43
- Kanal
- 44
- erster Zylinderraum
- 45
- zweiter Zylinderraum
- 46
- distales Ende
- A
- Arbeitszyklus
- v(soll)
- Sollgeschwindigkeit
- t
- Zeit
- PS
- Systemdruck
- PN
- Nachströmdruck
1. Hydraulische Umformmaschine (1), insbesondere schlagende Umformmaschine, vorzugsweise
Schmiedehammer, zur Umformung eines Werkstücks (21), umfassend
- einen Hydraulikzylinder (2) mit einem in einem Zylinderrohr (25) geführten Kolben
(29), der das Zylinderrohr (25) in einen von einer mit einem Bären (3) gekoppelten
Kolbenstange (30) durchgriffenen ersten Zylinderraum (44) und in einen zweiten Zylinderraum
(45) unterteilt, wobei der erste Zylinderraum (44) einen ersten Hydraulikanschluss
(37) und der zweite Zylinderraum einen zweiten Hydraulikanschluss (38) aufweisen
- einen Hydraulikkreis (7) mit einer Steuereinheit (6) zur Steuerung und/oder Regelung
des Betriebs des Hydraulikzylinders (2), wobei der Hydraulikkreis (7) ein mit der
Steuereinheit (6) steuerungstechnisch gekoppeltes erstes Hydraulikventil (13) umfasst,
das vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet ist, und über den zweiten Hydraulikanschluss
(38) mit dem zweiten Zylinderraum (45) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, eine Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils
(13) bei Ausführung eines zur Umformung eines Werkstücks vorgesehenen Arbeitshubs
so zu regeln und/oder steuern, dass
▪ in einer ersten Phase das erste Hydraulikventil (13) geöffnet ist und der Bär (3)
in der ersten Phase auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase die Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils (13) auf eine Nachströmöffnungsweite reduziert ist, und
▪ das erste Hydraulikventil (13) während eines zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden
Rückhubs geschlossen ist.
2. Hydraulische Umformmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei der Hydraulikkreis (7) des
Weiteren ein zweites Hydraulikventil (14) umfasst, das mit dem zweiten Hydraulikanschluss
(38) verbunden ist, und wobei die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, eine Öffnungsweite
des zweiten Hydraulikventils (14), welches vorzugsweise als ein Proportionalventil
ausgebildet ist, so zu steuern, dass bei einem entgegengesetzt zum Arbeitshub erfolgenden
Rückhub eine Ausgangsposition des Bären (3) für einen nachfolgenden Arbeitshub variabel
einstellbar ist.
3. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
des Weiteren eine Messeinheit zur Ermittlung der Position des Bären (3), wobei die
Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer von der Messeinheit für
einen vorausgehenden Arbeitshub ermittelten Umformposition, einen oder mehrere Betriebsparameter,
wie eine Ausgangposition und/oder eine Sollgeschwindigkeit und/oder eine Schlagenergie
des Bären (3) für einen nachfolgenden Arbeitshub zu ermitteln, wobei, vorzugsweise,
ein initialer Arbeitshub als ein bei minimaler Schlagenergie ausgeführter Richtschlag
eingerichtet ist.
4. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer variabel vorgebbaren
und/oder ermittelbaren Ausgangsposition und/oder einer variablen Umformposition, insbesondere
einer variabel vorgebbaren und/oder ermittelbaren Umformposition, die Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils (13) zu steuern, insbesondere derart, dass der Arbeitshub,
insbesondere ein Umformschlag, mit einer jeweils geeigneten, vorzugsweise vorgegebenen,
insbesondere jeweils maximal verfügbaren, Schlagenergie ausführbar ist.
5. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, eine Ausgangsposition zur Ausführung eines
Arbeitshubs variabel einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters
des Hydraulikzylinders (2) bezüglich eines oder mehrerer vorangehender Arbeitshübe,
wobei es sich bei dem Betriebsparameter vorzugsweise um einen durch eine oder mehrere
Sensoreinheiten erfassten Betriebsparameter handelt.
6. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, bei vorgegebener Umformenergie eine Ausgangsposition
für einen Arbeitshub zu ermitteln und durch Steuerung und/oder Regelung des zweiten
Hydraulikventils (14) bei einem Rückhub einzustellen, wobei die Steuereinheit (8)
vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Ausgangsposition auf Grundlage einer freien
Weglänge des Bären (3) zwischen Ausgangsposition und Umformposition eines vorangehenden
Arbeitshubs variabel einzustellen.
7. Hydraulische Umformmaschine (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, vorzugsweise
Schmiedehammer, eingerichtet zur Werkstückumformung, umfassend einen Hydraulikkreis
(7) mit einer Einheit zur Erzeugung eines vorgegebenen Systemdrucks (PS) für die Hydraulikflüssigkeit und zumindest einem Reservoir (20) für Hydraulikflüssigkeit
und umfassend einen Hydraulikzylinder (2) mit einem Zylinderrohr (25) mit einem darin
zwischen einem ersten und einem zweiten Ende (27, 28) verfahrbaren Kolben (29), der
mit einer Kolbenstange (30) gekoppelt ist, die sich in Richtung des ersten Endes (27)
erstreckt und mit einem Bären (3) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei der Kolben (29)
das Zylinderrohr in einen ersten und zweiten Zylinderraum unterteilt und an der von
der Kolbenstange (30) abgewandten Seite (31) einen sich zum zweiten Ende (28) hin
erstreckenden Stangenfortsatz (32) aufweist, dessen Außendurchmesser (33) kleiner
ist als der des Kolbens (29), wobei der Hydraulikzylinder (2) am zweiten Ende (28)
eine zum Stangenfortsatz (32) koaxiale und zum Kolben (29) hin offene Bohrung (34)
aufweist, deren Innendurchmesser (35) im Wesentlichen dem Außendurchmesser (33) des
Stangenfortsatzes (32) entspricht, so dass der Stangenfortsatz (32) in die Bohrung
(34) eintauchen kann, und wobei der Hydraulikzylinder (2) bzw. das Zylinderrohr (25)
im Bereich des ersten Endes (27) einen ersten Hydraulikanschluss (37) und im Bereich
des zweiten Endes (28) einen zweiten Hydraulikanschluss (38) umfasst, der derart angeordnet
ist, dass der Kolben (29) bei einer Bewegung zum zweiten Ende (28) hin den zweiten
Hydraulikanschluss (38) verschließt, wenn der Stangenfortsatz (32) die Bohrung (34)
erreicht.
8. Hydraulische Umformmaschine (1), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- der erste Hydraulikanschluss (37) mit dem Hydraulikkreis (7) verbunden oder verbindbar
ist, so dass der mit dem ersten Hydraulikanschluss (37) verbundene und diesem nachgeschaltete
erste Zylinderraum (44) des Hydraulikzylinders (2) mit Systemdruck (PS), insbesondere einem Druckspeicher, verbunden oder verbindbar ist, und/oder
- wobei der Hydraulikkreis (7) eine mit dem zweiten Hydraulikanschluss (38) verbundene
oder verbindbare Ventileinheit (13, 14) umfasst, wobei der Hydraulikkreis (7) und
die Ventileinheit (13, 14) so eingerichtet sind, dass der mit dem zweiten Hydraulikanschluss
(38) verbundene zweite Zylinderraum (45) des Hydraulikzylinders (2) bei Ausführung
eines Arbeitshubs (22) über die Ventileinheit (13, 14) wahlweise zumindest zeitweise
mit Hydraulikdruck (P) beaufschlagbar oder zumindest zeitweise drucklos mit dem Reservoir
(20) verbindbar ist.
9. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
erste Hydraulikventil (13) dazu eingerichtet ist, zumindest zeitweise bei dem Arbeitshub
(22) und/oder zumindest zeitweise während eines Rückhubs (23), vorzugsweise im Wesentlichen
während des gesamten Rückhubs (23) eine Schließstellung einzunehmen, und wobei das
zweite Hydraulikventil (14) dazu eingerichtet ist, den zweiten Zylinderraum (45) drucklos
mit dem Reservoir (20) zu verbinden, wenn das erste Hydraulikventil (13) in der Schließstellung
ist.
10. Hydraulische Umformmaschine (1) zumindest nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit
(8) dazu eingerichtet, insbesondere programmiert ist:
a) bei dem Arbeitshub das erste Hydraulikventil (13) in eine Offenstellung zu steuern
oder regeln, bei der der zweite Zylinderraum (45) über das erste Hydraulikventil (13)
mit Hydraulikdruck (P) beaufschlagt ist bzw. wird bis eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit
(v(soll)) des Bären (3) erreicht ist, und gleichzeitig das zweite Hydraulikventil
(14) in eine Geschlossenstellung zu steuern oder regeln,
b) bei dem Arbeitshub (22) und nach bzw. bei Erreichen der Sollgeschwindigkeit (v(soll))
b1) das erste Hydraulikventil (13) in eine Geschlossenstellung zu steuern oder regeln,
und durch Steuerung oder Regelung des zweiten Hydraulikventils (14) in eine Offenstellung,
den zweiten Zylinderraum (45) über das zweite Hydraulikventil (14) und/oder über ein
Nachsaugventil mit dem Reservoir (20), insbesondere einem Nachsaugtank, zu verbinden
und einen Nachsaugvolumenstrom in den zweiten Zylinderraum (45) zu erzeugen, mit dem
die Sollgeschwindigkeit (v(soll)) im Wesentlichen erhalten bleibt und/oder im Umformzeitpunkt
(tu) eine vorgegebene Umformgeschwindigkeit erreicht wird; oder
b2) durch Steuern oder Regeln der Offenstellung des ersten Hydraulikventils (13) über
das erste Hydraulikventil (13) und/oder über ein Nachsaugventil einen Nachströmvolumenstrom
in den zweiten Zylinderraum (45) zu erzeugen, mit dem die Sollgeschwindigkeit (v(soll))
im Wesentlichen erhalten bleibt und/oder mit dem im Umformzeitpunkt (tu) eine vorgegebene
Umformgeschwindigkeit erreicht wird, wobei das zweite Hydraulikventil (14) dabei vorzugsweise
in die Geschlossenstellung gesteuert oder geregelt ist;
c) bei einem sich an den Arbeitshub (22) anschließenden Rückhub (23) das mit dem zweiten
Hydraulikanschluss (38) verbundene zweite Hydraulikventil (14) in die Offenstellung
und das mit dem zweiten Hydraulikanschluss (38) verbundene erste Hydraulikventil (13)
in die Geschlossenstellung zu steuern oder regeln; und, optional,
d) zumindest zu Beginn eines auf den Rückhub (23) folgenden weiteren Arbeitshubs (22)
das erste und zweite Hydraulikventil (13, 14) so umzusteuern oder zu regeln, dass
das erste Hydraulikventil (13) in einer Offenstellung und das zweite Hydraulikventil
(14) in der Geschlossenstellung ist, wobei
e) während des Arbeitshubs (22) und des Rückhubs (23) der erste Zylinderraum (44)
über den ersten Hydraulikanschluss (37) mit dem Systemdruck (PS) beaufschlagt ist.
11. Hydraulische Umformmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- die Umformmaschine des Weiteren eine Wegemesseinheit (10) zur Erfassung der Position
und/oder Geschwindigkeit des Kolbens (29), der Kolbenstange (30) und/oder des Bären
(3) umfasst
und/oder
- wobei der Hydraulikkreis (7) des Weiteren zumindest einen, vorzugsweise zwei Druckaufnehmer
(11, 12) umfasst, wobei ein erster Druckaufnehmer (11) zur Erfassung des Hydraulikdrucks
(P) im ersten Zylinderraum (44) und ein zweiter Druckaufnehmer (12) zur Erfassung
des Hydraulikdrucks (P) im zweiten Zylinderraum (45) eingerichtet sind.
12. Hydraulische Umformmaschine (1) zumindest nach Anspruch 7, wobei
- das Volumen der Bohrung (34) über eine Drossel (40) mit dem Volumen des zweiten
Zylinderraums (45) verbunden ist, so dass die Bohrung (34), mit dem zweiten Zylinderraum
(45) über die Drossel (40) insbesondere dann verbunden sind, wenn der zweite Hydraulikanschluss
(38) durch den Kolben (29) verschlossen ist und/oder
- ein Durchmesser der Bohrung größer ist als ein Durchmesser des Stangenfortsatzes,
derart, dass ein durch einen Durchmesserunterschied zwischen Bohrung und Stangenfortsatz
gebildeter Ringspalt als eine Drossel zur Abbremsung des Kolbens wirkt.
13. Hydrauliksteuereinheit (8) zum Betrieb, insbesondere zur Steuerung oder Regelung,
einer hydraulischen Umformmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend
einen Prozessor und/oder eine Steuerelektronik oder Regelelektronik, der oder die
zur Steuerung oder Regelung der Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils (13) bei
Ausführung eines zur Umformung eines Werkstücks (21) vorgesehenen Arbeitshubs so eingerichtet
ist, insbesondere derart, dass
▪ in einer ersten Phase das erste Hydraulikventil (13) geöffnet ist und der Bär (3)
in der ersten Phase auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase die Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils (13) auf eine vorgegebene Nachströmöffnungsweite reduziert
ist, und
▪ das erste Hydraulikventil (13) während eines zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden
Rückhubs geschlossen ist.
14. Hydrauliksteuereinheit (8) nach Anspruch 13, wobei
- der Hydraulikkreis des Weiteren ein zweites Hydraulikventil (14) umfasst, das mit
dem zweiten Hydraulikanschluss (38) verbunden ist, und wobei die Hydrauliksteuereinheit
(8) dazu eingerichtet ist, eine Öffnungsweite des zweiten Hydraulikventils (14), welches
vorzugsweise als ein Proportionalventil ausgebildet ist, so zu steuern, dass bei einem
entgegengesetzt zum Arbeitshub erfolgenden Rückhub eine Ausgangsposition des Bären
(3) für einen nachfolgenden Arbeitshub variabel einstellbar ist und/oder
- die Umformmaschine (1) des Weiteren eine Messeinheit zur Ermittlung der Position
des Bären (3) umfasst, wobei die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, auf
Grundlage einer von der Messeinheit für einen vorausgehenden Arbeitshub ermittelten
Umformposition, einen oder mehrere Betriebsparameter, wie eine Ausgangposition und/oder
eine Sollgeschwindigkeit und/oder eine Schlagenergie des Bären (3), für einen darauffolgenden
Arbeitshub zu ermitteln, wobei, vorzugsweise, ein initialer Arbeitshub als ein bei
minimaler Schlagenergie ausgeführter Richtschlag eingerichtet ist, und/oder
- die Hydrauliksteuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer variabel
vorgebbaren und/oder ermittelbaren Ausgangsposition und einer variablen Umformposition,
insbesondere einer variabel vorgebbaren und/oder ermittelbaren Umformposition, die
Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils (13) zu steuern, insbesondere derart, dass
der Arbeitshub, insbesondere ein Umformschlag, mit einer jeweils geeigneten, vorzugsweise
vorgegebenen, insbesondere jeweils maximal verfügbaren, Schlagenergie ausführbar ist
und/oder.
- die Hydrauliksteuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, eine Ausgangsposition zur
Ausführung eines Arbeitshubs variabel einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit zumindest
eines Betriebsparameters des Hydraulikzylinders (2) bezüglich eines oder mehrerer
vorangehender Arbeitshübe, wobei es sich bei dem Betriebsparameter vorzugsweise um
einen durch eine oder mehrere Sensoreinheiten erfassten Betriebsparameter handelt,
und/oder
- die Hydrauliksteuereinheit dazu eingerichtet ist, bei vorgegebener Umformenergie
eine Ausgangsposition für einen Arbeitshub zu ermitteln und durch Steuerung und/oder
Regelung des zweiten Hydraulikventils (14) bei einem Rückhub einzustellen, wobei die
Hydrauliksteuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Ausgangsposition auf
Grundlage einer freien Weglänge des Bären (3) zwischen Ausgangsposition und Umformposition
eines vorangehenden Arbeitshubs variabel einzustellen.
15. Hydrauliksteuereinheit (8) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Hydrauliksteuereinheit
(8) des Weiteren eingerichtet ist, eine Position und/oder Geschwindigkeit des Kolbens
(29), der Kolbenstange (30) und/oder des Bären (3) über eine Wegemesseinheit (10)
zu ermitteln, und das erste und/oder zweite Hydraulikventil (13, 14) in Abhängigkeit
der ermittelten Position und/oder Geschwindigkeit zu steuern oder regeln, vorzugsweise
gemäß eines vorgegebenen oder vorgebbaren Positions- und/oder Geschwindigkeitsverlaufs.
16. Hydrauliksteuereinheit (8) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Hydrauliksteuereinheit
(8) des Weiteren eingerichtet ist, den im ersten und/oder zweiten Zylinderraum (44,
45) herrschenden Hydraulikdruckruck (P) mittels eines ersten bzw. zweiten Druckaufnehmers
(11, 12) zu ermitteln, und das erste und/oder zweite Hydraulikventil (13, 14) in Abhängigkeit
des ermittelten Hydraulikdrucks (P) zu steuern und/oder regeln, insbesondere gemäß
eines vorgegebenen Druckverlaufs und/oder derart, dass der Hydraulikdruck (P) im Hydraulikkreis
(7), insbesondere im zweiten Zylinderraum (45), im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks
des Hydraulikfluids liegt.
17. Verfahren zum Betrieb, insbesondere zur Steuerung oder Regelung, eines Hydraulikzylinders
(2) einer hydraulischen Umformmaschine (1), insbesondere nach einem der Ansprüche
1 bis 12,
- Steuern und/oder Regeln der Öffnungsweite des ersten Hydraulikventils (13) durch
die Steuereinheit (8) bei Ausführung eines zur Umformung eines Werkstücks (21) vorgesehenen
Arbeitshubs derart, dass
▪ in einer ersten Phase das erste Hydraulikventil (13) geöffnet ist und der Bär (3)
in der ersten Phase auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird,
▪ in einer sich an die erste Phase anschließenden zweiten Phase die Öffnungsweite
des ersten Hydraulikventils (13) auf eine vorgegebene Nachströmöffnungsweite reduziert
wird, und
▪ das erste Hydraulikventil (13) während eines zum Arbeitshub entgegengesetzt verlaufenden
Rückhubs geschlossen ist.