DE102012109150A1

DE102012109150A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betreiben einer Werkzeugmaschine wie Presse mit linear bewegbarem Hubelement

Info

Publication number: DE102012109150A1
Application number: DE102012109150.1A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schöllhammer; Thomas Spiesshofer; Anton Lendler
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN103692690A; US20140083313A1; CN103692690B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine, insbesondere Presse (1) und einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem linear bewegbaren, Hubelement (2), welches zur Bearbeitung eines Werkstückes (2.2) betrieben werden kann, ist für einen gezielten Energieübergang vorgesehen, dass die Größe einer für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) bereitzustellenden erforderlichen Energie (Werf) dem Betrieb der Werkzeugmaschine entnommen und teilweise aus dem in der Werkzeugmaschine bereitgestellten, gespeicherten Energie-Potential verwendet wird und über den zeitlichen Verlauf des Hubelementes (2) auf eine Steuerung und Regelung der verschiedenen Energieübergänge oder Energieinhalte der einzelnen Antriebskomponenten einwirkt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben einer Werkzeugmaschine wie Presse mit einem rotatorisch oder translatorisch angetriebenen und linear bewegbaren Hubelement, wie insbesondere für eine Presse mit einem auf ein zu bearbeitendes Werkstück mittels Werkzeug wirkenden Stößel ausgeführt.
Besagte Werkzeugmaschinen wie Pressen weisen im Wesentlichen eine mit Antriebselementen verbundene, mindestens einen Motor oder Servomotor umfassende Antriebseinrichtung, einen einen Hub ausführenden, mindestens ein Werkzeugoberteil aufnehmenden Stößel, mehrere an dem Stößel angreifende Zugstangen oder Zugpleuel zur Übertragung des Antriebs für mindestens einen Hub des Stößels auf. Dabei besitzt der Stößel ein Werkzeugoberteil, welches mit einem Werkzeugunterteil zur Bearbeitung des Werkstückes korrespondiert. Regelmäßig wird der Hub des Stößels über einen oder vor einem oberen Totpunkt zu einem oder über einen unteren Totpunkt betrieben, eingeschlossen Einzelhübe oder einen so genannten Pendelbetrieb. Eine Steuer- und Regeleinrichtung sorgt für den Betrieb der Maschine entsprechend den eingegebenen Prozeßdaten.
Im Sinne der Erfindung kann die Werkzeugmaschine wie Presse zum Umformen, Verdichten wie Paketieren und auch zum Schneiden von Materialien jeglicher Art und auch als Transferpresse oder in Pressenstraßen angewendet werden. Der Antrieb für das Hubelement wie Stößel kann auch als linearer Antrieb ausgeführt sein.
Stand der Technik
Ursprünglich wurden Pressen über Elektromotor und energiespeicherndem Schwungrad angetrieben. Inzwischen hat sich zunehmend der energieeffiziente Antrieb mittels Servomotor durchgesetzt.
So ist z. B. in EP 1 880 837 A2 eine Pressenanlage mit Energiemanagement offenbart, die einerseits ausreichend Kapazität zur Aufnahme von zusätzlicher Energie und andererseits zu jedem Zeitpunkt ausreichend Energie aufweist, um dem jeweiligen Pressenzyklus zu genügen.
Zwar wird hier schon ein Servomotorantrieb eingesetzt, jedoch ist das Gesamtkonzept dieser Presse dahingehend noch nicht hinreichend energieeffizient ausgelegt.
Insgesamt werden herkömmliche Pressen mit Servomotor erfolgreich und energiesparend betrieben, jedoch zeitigen sie z. B. keine zwangsläufige Erhöhung der Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke.
Es wurde auch gemäß der DE 10 2007 003 335 A1 das Problem aufgegriffen, die Programmierung von Antrieben für Pressen, die einen oder mehrere Servomotoren und einen Stößel aufweisen, welche mit einem Koppelgetriebe verbunden sind, zu erleichtern. Dabei wurde das Koppelgetriebe mit einem Übersetzungsverhalten ausgestaltet, das in der Nähe des unteren Totpunkts des Stößels eine hohe dynamische Steifigkeit aufweist. Das Programm erfasst schon Darstellungen der sich ergebenden Bewegungen des Stößels, um hier steuernd einzugreifen.
Des Weiteren ist es bekannt, bei einer Antriebseinrichtung für eine Mehrstößel-Transferpresse nach der DE 10 2007 024 024 A1 sowohl hohe Preßkräfte als auch variable Stößelbewegungen mit mindestens einem Hauptantrieb und mindestens einem Zweitantrieb zu realisieren.
Der verhältnismäßig hohe Aufwand für die gesamte Antriebseinrichtung zur Übertragung der Antriebsenergie auf alle Stufen der Mehrstößel-Transferpresse oder auf alle Einzelpressen der Pressenstraße gibt keine naheliegende Anregung, hier nach Realisierungsmöglichkeiten für eine weitere Energieeffizienz zu suchen.
Das trifft auch bei einer Mehrpunkt-Umformpresse für die Stößelbewegung entsprechend der 10 2007 026 227 A1 zu, bei der einerseits mit den verfügbaren Drehmomenten von Servomotoren hohe Presskräfte realisiert werden und andererseits mit mehreren mechanisch synchronisierten Druckpunkten der Antriebsaufwand gesenkt wird.
Nach Betrachtung der untersuchten Lösungen und der angewandten Regeln sind demnach weitergehende Ansätze dafür zu finden, diese im Hinblick der technischen Aufgabenstellung zu differenzieren, die hinsichtlich der Energieeffizienz und Ausbringungsoptimierung ein verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben einer Werkzeugmaschine wie Presse mit linear bewegbarem Hubelement gewährleisten.
Eine analytische Zusammenfassung zum Stand der Technik betreffend Energieeffizienz und Ausbringungsoptimierung zeigt:

1. Werkzeugmachinen wie Pressen, die einen Energiespeicher wie Schwungrad besitzen, beziehen daraus die Energie zur z. B. umformenden Einwirkung auf das Werkstück. Bei diesen Pressen kann keine energieeffiziente Änderung der Bewegungsrichtung während des Produktionsvorgangs zwischen zwei Hüben erfolgen. Außerdem ist bei diesen Pressen eine Änderung der rotatorischen Geschwindigkeit innerhalb eines Hubes nur in sehr geringem Umfang möglich.
2. Werkzeugmaschinen wie Pressen, deren Antriebe so groß dimensioniert sind, dass die erforderliche Energie zur z. B. Umformung direkt aus dem Pressenantrieb bezogen wird, können nur deshalb starke Änderungen der rotatorischen Geschwindigkeiten realisieren, weil die hohe, aber energieaufwendige Antriebsauslegung dies ermöglicht.
3. Antriebe, bei denen eine Mischform zuvor charakerisierter Ausführungen besteht, bei denen also ein hoch dimensionierter Antrieb einen starken Anteil der Umformenergie beisteuert, während für die Umformung die Bewegungsenergie teilweise genutzt wird, erbringen keine zyklische Umkehr der Bewegungsrichtung der rotatorischen Antriebe zwischen zwei Pressenhüben. In den Fällen, in denen ein Teil der Umformenergie aus der kinetischen Energie der Maschine bezogen wird, führt dies zu einer die Ausbringung negativ beeinflussenden Verlangsamung, die durch die bei der Umformung entstehenden Kräfte beeinflusst wird und in der Bewegungsvorgabe der Presse nicht berücksichtigt ist.

Ein anderes Feld für die Suche nach energieoptimierten Lösungen wird durch die Untersuchungen zur Ausbildung der so genannten „Freigängigkeit” erschlossen. Hierzu wurde gemäß DE 10 2009 050 390 A1 schon vorgeschlagen, daß kleinere Stößelhübe zu einer optimierten an Stelle der bisher großzügig ausgelegten Freigängigkeit der Presse führen, Beschleunigung und Geschwindigkeit des Stößels verringert, jedoch die Ausbringung von Teilen erhöht und kleinere Wege durch dynamische Stößelhub- und Transferbewegungen ermöglicht werden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe
Es ist im Sinne einer neu zu entwickelnden „Energiesparpresse”, auch mit Servomotorbetrieb, das erfinderisch zu lösende Problem abzuleiten, einen geringsten oder minimierten Energiebedarf konstant während der Zykluszeit zuzuführen, wozu sogar die Eigenfrequenz der Maschine auf die Zielbewegung abgestimmt werden muß, um die Anforderung an zusätzlicher Antriebsleistung zu minimieren.
Bisher hat sich gezeigt, daß zwar dynamische Änderungen auch regenerativ, d. h. generatorisch oder rekuperativ nutzbar sind, jedoch stets mit dem Nachteil, daß solche Lösungen um den Verlust der Wirkungsgrade energetisch reduziert sind.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren und eine Einrichtung mit geringstem oder minimiertem Energiebedarf und die Ausbringung erhöhendem Betrieb einer Werkzeugmaschine wie Presse mit linear bewegbarem Hubelement zu schaffen, wie sie z. B. als Presse mit einem auf ein zu bearbeitendes Werkstück mittels Werkzeug wirkenden Stößel ausgeführt wird, wobei

– eine Änderung der Bewegungsrichtung des Hubelementes wie des Stößels während des Arbeitsvorgangs zwischen den (zwei) Hüben und eine Änderung der Geschwindigkeit innerhalb eines Hubes im erforderlichen Umfang ohne energieaufwendige Antriebsleistung unter Berücksichtigung der Bewegungsvorgabe der Presse erfolgen soll,
– die Eigenfrequenz der Maschine durch die Auslegung einer Trägheit, einer Masse und ggf. einer Gelenkkinematik bestimmt und mit Elementen für gezielte Energieübergänge beeinflusst werden kann,
– für die Definition der Eigenfrequenz die Bedingungen der Auftreffgeschwindigkeit und Ablösegeschwindigkeit und auch die Bedingungen der Störgeometrie gelten und
– die Bewegung des Hubelementes – wie des Stößels einer Presse – auf die Prozeßbedingungen so abgestimmt werden, daß sowohl die erforderlich aufzubringende Energie optimiert als auch die „Freigängigkeit” besagten Hubelementes gewährleistet werden.

Lösung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 22 gelöst.
Der Erfindungsgedanke ist so zu charakterisieren, daß bei der Werkzeugmaschine wie Presse

– geringster Energiebedarf besteht, wenn dieser minimiert und konstant während der Zykluszeit zugeführt wird und
– die Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs, wie Erbringen der Umformenergie ohne Antriebsleistung und/oder Betrieb nahe der auf die kinematischen Bedingungen abzustimmenden Eigenfrequenz unter Berücksichtigung der Freigängigkeit realisiert werden.

Demgemäß wird nach Anspruch 1 das Verfahrensprinzip zum Betreiben der Werkzeugmaschine, insbesondere Presse mit mindestens einem linear bewegbaren Hubelement wie Stößel zur Bearbeitung eines Werkstückes mit mindestens einem Hub über einen oder vor einem oberen Totpunkt zu einem oder über einen unteren Totpunkt so betrieben, dass in einer Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten, d. h. einer zeitlichen Folge oder versetzen Folge, im Sinne einer Sequenz von Schritten oder parallel versetzen Schritten

a) die Größe einer für die Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Energie in einem ersten Schritt unter Einbeziehung eines ersten Wertes mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine, wie
– einer translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse eines Antriebes oder
– eines heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie eines Hubelementes oder
– einem vorspannbaren Element, wie einer Feder oder einer Kolben-/Zylinder-Einheit oder
– eines elektrischen Energiespeichers, wie in einem E-Netz oder Akkumulator ermittelt und als Energie bereitgestellt wird,
b) in einem zweiten Schritt die so bereitgestellte Energie in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes determinierten Bereich oder ersten Teilbereich eines Bewegungsablaufes des Hubelementes in einer Zykluszeit oder Bearbeitungszeit oder einer geöffneten Zeit in dem Betrieb der Werkzeugmaschine entnommen wird und
c) in einem dritten Schritt die zur Bearbeitung des Werkstückes aufzuwendende Energie teilweise aus dem in der Werkzeugmaschine gemäß obigem Merkmal a) bereitgestellten, gespeicherten Energie-Potential verwendet wird und unter Bildung eines zweiten Wertes für eine wirksame Energie mittels mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine, wie
– der translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse des Antriebes oder
– des heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes oder
– dem vorspannbaren Element, wie der Feder oder der Kolben-/Zylinder-Einheit oder
– des elektrischen Energiespeichers

Diesem Erfindungsprinzip sind selbständig untergeordnet

– nach Anspruch 2, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes Trägheiten oder Trägheitsmomente mindestens einer der translatorisch oder rotatorisch bewegten Massen des Antriebes oder mindestens eines hebbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes verändert werden, oder
– nach Anspruch 3, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes die gespeicherte/speicherbare Energie aus dem vorspannbaren Element wie Feder oder Kolben-/Zylinder-Einheit verändert wird, oder
– nach Anspruch 4, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes die gespeicherte/speicherbare elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers durch Dimensionierung eines E-Motors oder E-generators verändert wird.

Nach diesen Merkmalen kann gemäß Anspruch 5

a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs nach einem jeden Hub über den oder vor dem oberen Totpunkt zu dem oder über den unteren Totpunkt oder umgekehrt gewechselt werden,
b) in einer ersten Endlage des linear bewegten Hubelementes im oberen Totpunkt ein Stillstand des rotatorischen Antriebes derart eingeleitet werden, dass besagte erste Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes übereinstimmt,
c) in einer zweiten Endlage im unteren Totpunkt eine Bewegungsumkehr des linear bewegten Hubelementes über z. B. eine Gelenkkinematik ein Teil aus der gespeicherten rotatorischen Energie die Energie eingeleitet werden, wobei
d) diese Energie für einen wirksamen Energiebedarf des Antriebs zur Bearbeitung des Werkstückes mindestens eine von Kategorien einer Reibungsenergie, einer Umformenergie, einer Energie für Wirkungsgradverluste, einer Energie für beschleunigte oder verzögerte Massen oder einer Energie für einen Gewichtsausgleich des Hubelementes berücksichtigt, d. h. um mindestens eine der Kategorien auch ergänzt werden.

Alternativ dazu kann gemäß Anspruch 6

a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs nach einem jeden Hub über den oder vor dem oberen Totpunkt zu dem oder über den unteren Totpunkt oder umgekehrt beibehalten werden,
b) in einer ersten Endlage des linear bewegten Hubelementes im oberen Totpunkt eine Veränderung des rotatorischen Antriebes derart eingeleitet werden, dass besagte erste Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes übereinstimmt,
c) in einer Endlage im unteren Totpunkt eine Bewegungsumkehr des linear bewegten Hubelementes über eine Gelenkkinematik ein Teil aus der gespeicherten rotatorischen Energie die Energie eingeleitet wird, wobei
d) diese Energie für einen wirksamen Energiebedarf des Antriebs zur Bearbeitung des Werkstückes mindestens eine von Kategorien einer Reibungsenergie, einer Umformenergie, einer Energie für Wirkungsgradverluste, einer Energie für beschleunigte oder verzögerte Massen oder einer Energie für einen Gewichtsausgleich des Hubelementes berücksichtigt, d. h. um mindestens eine der Kategorien auch ergänzt werden.

Unter Bezugnahme auf die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4 wird nach Anspruch 7

a) die Energie unter Berücksichtigung mindestens eine der Kategorien einer Eigenfrequenz der Werkzeugmaschine, einer Trägheit des rotatorischen Antriebs, einer Masse des Hubelementes oder der Gelenkkinematik bestimmt sowie über mindestens ein Mittel wie die Feder für einen gezielten Energieübergang eingeleitet und
b) ein Bewegungsablauf, wie der zeitliche Verlauf des Hubelementes oder der Weg des Hubes unter Berücksichtigung der Eigenfrequenz nach mindestens eine der Bedingungen einer Auftreffgeschwindigkeit, einer Abhebegeschwindigkeit oder einer Störgeometrie definiert.

Des Weiteren ist das Verfahren nach Anspruch 8 ausbaufähig, indem die für den Antrieb wirksame Energie unter Berücksichtigung mindestens einer von Kategorien

a) der aus einer Hubhöhe und der Gelenkkinematik resultierenden Reibungsenergie,
b) der aus den Operationen des Werkzeuges resultierenden Umformenergie,
c) der die Bereiche dynamischer Änderungen der Antriebsleistung oder die Eigenfrequenz umfassenden Energie für Wirkungsgradverluste

Das Verfahren nach Anspruch 9 wird dadurch ausgebildet, dass

a) Energieübergänge gemäß der Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten von der erforderlichen Energie zur Bildung der wirksamen Energie mittels mindestens eines der energiespeichernden Elemente der Werkzeugmaschine oder mittels Dimensionierung eines Bauteils oder mehreren Bauteilen mindestens eines der energiespeichernden Elemente so aufeinander abgestimmt werden, dass in die Werkzeugmaschine wie Presse mindestens eine den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützende, durch den zeitlichen Verlauf des Hubelementes oder den Weg des Hubes beeinflußte Bewegung des Hubelementes eingeleitet wird, wobei
b) zunächst Daten von mindestens einer der Bedingungen
– von Belastungen des Werkzeuges,
– für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung, von Bewegungsvorgängen wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke,
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke,
– eines Energieverbrauchs oder
– des zeitlichen Verlaufes des Hubelementes oder des Weges des Hubes aufgenommen werden,
c) sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils, wie Hubelement oder Stößel oder zur Veränderung von Trägheiten eines beteiligten, energiespeichernden, wie rotatorisch oder translatorisch bewegten Bauteils eingesteuert oder -geregelt werden und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine wie Presse gesteuert oder geregelt werden,
d) so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse hinsichtlich
– Belastungen des Werkzeuges,
– einzuhaltender Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung der Bewegungsvorgänge wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke,
– Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke,
– des Energieverbrauchs oder
– des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes optimiert werden.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens werden nach Anspruch 10 die Daten für Antriebsleistungen zum optimierten zeitlichen Verlauf des Hubelementes oder Weg des Hubes unter Berücksichtigung von mindestens Reibungskräften oder mindestens einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes oder beider Kategorien gebildet, wobei diese Daten aus Reibungskräften oder einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes entweder aus Daten eines gesamten Bereiches eines Bewegungsablaufes des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel) oder eines Teilbereiches determiniert werden.
Die Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel können nach Anspruch 11 aufgenommen und für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes eingesteuert oder eingeregelt werden.
Speziell nach Anspruch 12 wird die Gelenkkinematik (wie auch Gelenkübersetzungen) in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs für die energetisch optimierte Bewegung des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel für die Bearbeitung des Werkstückes betrieben, so dass eine Drehzahl der optimierten Bewegung eines Bearbeitungsvorganges ideal und nicht eine konstante Drehzahl abgebildet wird.
Nach Anspruch 13 werden die Daten für die zu optimierende Bewegung des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel über ein Analysetool einer Steuer- und Regeleinrichtung definiert und als Daten für eine Geschwindigkeitsvorgabe zur Bewegung des jeweils beteiligten Bauteils zum Betreiben der Werkzeugmaschine wie Presse vorgegeben.
Das Verfahren ist nach Anspruch 14 durch die Verwendung eines Programms für die Steuer- und Regeleinrichtung ausführbar, welches mindestens einen der Programmschritte

– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für
– die Bewegungsrichtung des rotatorischen Antriebs,
– die jeweilige Endlage des linear bewegten Hubelementes wie Stößel im oberen Totpunkt oder unteren Totpunkt,
– den Stillstand des rotatorischen Antriebes im oberen Totpunkt und Übereinstimmung der Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes,
– die Bewegungsumkehr in einer Endlage im unteren Totpunkt des linear bewegten Hubelementes wie Stößel über die Gelenkkinematik mittels der in ihr gespeicherten rotatorischen Energie,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für
– die auftretenden Energieübergänge von der erforderlichen Energie zur Bildung der wirksamen Energie für die Einleitung eines die jeweiligen Zustände im Bearbeitungsprozeß unterstützenden oder optimierten Verlauf des Hubelementes oder Weg des Hubes,
– Belastungen des Werkzeuges,
– einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für zu bearbeitende Werkstücke,
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten zur Beeinflussung der potentiellen Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel) oder zur Veränderung von Trägheiten eines energiespeichernden Bauteils (Hubelement wie Stößel oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs) und des Geschwindigkeitsverlaufes des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine wie Presse,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung/-regelung von Daten für Antriebsleistungen zum optimierten Verlauf des Hubelementes oder des Weges des Hubes unter Berücksichtigung von Reibungskräften und einer Energie (wie Umformenergie) für die Bearbeitung (wie Umformung) der Teile wie Werkstücke, die aus Daten eines gesamten Bereiches eines Bewegungsablaufes des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel) oder eines Teilbereiches determiniert werden,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs) für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes oder des Weges des Hubes,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für die in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs zu steuernde Gelenkkinematik (Gelenkübersetzungen) für den optimierten Verlauf des Hubelementes oder Weg des oder
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für den optimierten Verlauf des Hubelementes oder den Weg des Hubes über das Analysetool der Steuer- und Regeleinrichtung und Vorgabe als Daten zum Betreiben der Werkzeugmaschine wie Presse

Das so offenbarte Verfahren wird durch eine im Anspruch 15 angegebene Einrichtung für eine Werkzeugmaschine wie Presse mit mindestens einem linear bewegbaren Hubelement wie Stößel als ein erster Energieträger, welches Hubelement wie Stößel

• mit einem translatorischen oder rotatorischen Antrieb als ein zweiter Energieträger verbunden ist und
• in Hüben über einen oder vor einem oberen Totpunkt zu einem oder über einen unteren Totpunkt betreibbar ist,

a) die Bewegungsrichtung des rotatorischen Antriebs nach jedem Hub über einen oder vor einem oberen Totpunkt zu einem oder über einen unteren Totpunkt (oder umgekehrt) wechselbar oder beibehaltbar ist (analog den Ansprüchen 5a), 6a)) und
b) in einer Endlage des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel im oberen Totpunkt ein Stillstand des rotatorischen Antriebes besteht, welche Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes in Übereinstimmung ist und
c) in einer Endlage im unteren Totpunkt eine Bewegungsumkehr des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel über die Gelenkkinematik mittels der in dem zweiten Energieträger gespeicherten Energie einleitbar ist.

Dazu wird nach Anspruch 16 eine Steuer- und Regeleinrichtung verwendet, die einen den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützenden, optimierten Verlauf des Hubelementes oder Weg des Hubes (H) der Werkzeugmaschine wie Presse einleitet und mit der

– zunächst Daten von mindestens eine der Bedingungen
– der Belastungen des Werkzeuges,
– für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für zu bearbeitende Werkstücke oder
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2)

– sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils des ersten Energieträgers (Hubelement wie Stößel) oder zur Veränderung von Trägheiten oder Trägheitsmomenten eines beteiligten Bauteils, eines rotatorischen Elementes wie Motor oder eines Federelementes einsteuerbar sind und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel) über die erfassten Energiezustände in der der Werkzeugmaschine wie Presse regelbar ist,
– so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse hinsichtlich
– der Belastungen des Werkzeuges,
– der einzuhaltenden Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für die zu bearbeitenden Werkstücke,
– der Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke oder
– des Energieverbrauchs optimierbar sind.

Die Einrichtung weist nach Anspruch 17 sowohl herkömmliche Baugruppen auf, wie

a) einen Antrieb, umfassend mindestens einen Motor, ein Exzentergetriebe, einen rotatorischen Antrieb wie Zahnradgetriebe oder einen translatorischen Antrieb wie Linearantrieb,
b) eine Gelenkkinematik, umfassend mindestens Pleuel, Führungselemente, Zug-Druckelemente oder Zugstangen,
c) energiespeichernde Mittel, wie mindestens
– einen ersten Energieträger, umfassend das Hubelement und/oder ein Hubelement/Stößel-Gewichtsausgleich, und
– ein zweiter Energieträger, aufweisend den translatorischen oder rotatorischen Antrieb (3) und ein Schwungrad,

– einer für die Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Energie
– eines ersten Wertes mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine als bereitstehende Energie in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes determinierten Bereich oder ersten Teilbereich eines Bewegungsablaufes des Hubelementes und
– eines zweiten Wertes als in einer Zykluszeit oder Bearbeitungszeit oder einer geöffneten Zeit in dem Betrieb der Werkzeugmaschine wirksamen Energie

Die Einrichtung kann gemäß Anspruch 18 durch die Verwendung mindestens eines energiespeichernden Elementes, dessen Trägheit oder Trägheitsmoment veränderbar ist, vervollkommnet werden, welches energiespeichernde Element

– nach Anspruch 19 durch die Verwendung des Schwungrades oder eines Schwungrades mit veränderbarem Wirkdurchmesser oder
– nach Anspruch 20 durch die Verwendung eines als Hohlkörper ausgebildeten Schwungrades, welcher Hohlkörper mit flüssigen Medien oder Schüttgütern für veränderbare Trägheiten oder Trägheitsmomente befüllbar oder entleerbar ist, oder
– nach Anspruch 21 durch die Verwendung von drehzahlbeeinflußten Fliehgewichten oder
– nach Anspruch 22 durch die Verwendung eines von dem Hubelement wie Stößel beaufschlagbaren, invers zu einer Geschwindigkeit des Hubelementes wie Stößel veränderbaren Körpers

Schließlich gestattet die Einrichtung nach Anspruch 23, dass mittels veränderbarer Trägheiten oder Trägheitsmomente der benannten Komponenten zyklisch je Pressenhub steuer-/regelbare oder werkzeugabhängige Voreinstellungen möglich werden.
Für den Fachmann offenbart die Erfindung die Vermeidung der eingangs festgestellten Nachteile z. B. bei einer Vorrichtung zur Blechbearbeitung, die ein Werkzeug und eine Presse in der das Werkzeug eingebaut ist, umfasst, wobei die Presse einen linear bewegbaren Pressenstößel aufweist, dass die rotatorischen und linearen Bewegungen innerhalb des Bewegungszyklus zweimal gleichzeitig zum Stillstand kommen können und die kinetische Energie teilweise in geeigneten Einheiten gespeichert wird (Federn, elektrische Energie über generatorische Bremsung) und ansonsten als potentielle Energie der linear bewegten Massen vorliegt.
Die Höhe dieser potentiellen Energie kann so ausgelegt werden, dass diese einen erheblichen Teil der zur Umformung erforderlichen Energie aufbringen und überraschend größer 50% anstrebt.
Dabei tendiert am Ende des Umformbereichs die lineare Bewegung des Pressenstößels zu Null, während die rotatorische Energie des Pressenantriebes einen Betrag größer Null aufweist, wobei dessen Bewegungsrichtung sich während der Umformung nicht ändert.
Dahingegen können nach dem Stand der Technik bei Pressenanlagen, die einen Energiespeicher wie Schwungrad besitzen, aus dem die Energie zur Umformung bezogen wird, keine Änderungen der Bewegungsrichtung während des Produktionsvorgangs zwischen zwei Hüben ermöglicht werden. Auch ist bei diesen Pressen eine Änderung der rotatorischen Geschwindigkeit innerhalb eines Hubes nur in sehr geringem Umfang möglich.
Außerdem werden durch die Erfindung die Nachteile bei Pressen vermieden, deren Antriebe so groß dimensioniert sind, dass die erforderliche Energie zur Umformung direkt aus dem Pressenantrieb bezogen wird und die starken Änderungen der rotatorischen Geschwindigkeiten nur durch hohe Antriebsleistungen ermöglicht werden können.
Auch werden die Nachteile der Antriebe vermieden, bei denen eine Mischform beider Ausführungen gegeben ist, bei denen also ein hoch dimensionierter Antrieb einen starken Anteil der Umformenergie beisteuert, während für die Umformung die Bewegungsenergie teilweise und/oder marginal genutzt wird. Obwohl der Fachmann bei diesen Pressen eine zyklische Umkehr der Bewegungsrichtung der rotatorischen Antriebe zwischen zwei Pressenhüben findet, führt in den Fällen, in denen ein Teil der Umformenergie aus der kinetischen Energie der Anlage bezogen wird, zu einer Verlangsamung der Hübe. Da diese Verlangsamung durch die bei der Umformung entstehenden Kräfte zwangsläufig beeinflusst wird, ist sie nach dem Stand der Technik nicht in der Bewegungsvorgabe der Presse berücksichtigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen am Ausführungsbeispiel einer Presse
1 das schematische Prinzip der Bewegungsformen, und zwar

– Einzelheit a) die lineare Bewegungsform des Stößels,
– Einzelheit b) die rotatorische Bewegungsform des Antriebs,

2 das virtuelle Schema des der Erfindung zugrundeliegenden Modells der Eigenfrequenz,
3 das grafische Prinzip der Durchführung des Verfahrens mit den Symbolen oder Dimensionen der erfindungsgemäßen Beziehungen und
4 das funktionelle Schema einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Prinzipielle Wege zur Ausführung der Erfindung
Zur grafischen Verdeutlichung der Ausgangssituation des durch die Erfindung gelösten Problems sollen zunächst gemäß 1 am virtuellen Beispiel einer Presse mit Stößel das Prinzip der linearen Bewegungsform des Stößels und die rotatorische Bewegungsform des Antriebs als schematisches Prinzip der Bewegungsformen dargestellt werden, und zwar wie in der Einzelheit a) als lineare Bewegungsform eines hier nicht bezeichneten Hubelementes wie Stößel und in der Einzelheit b) als rotatorische Bewegungsform eines hier nicht bezeichneten Antriebs.
Es bedeuten symbolisch und wirkungsmäßig:
A = Start und Ende der Bewegung

– bei rotatorisch bewegten Einheiten wie Antrieb: Stillstand (Einzelheit b))
– bei linear bewegte Einheiten wie Stößel: Stillstand (Einzelheit a)).
– Energieformen: Potentielle Energie der linearen Einheiten (Pressenstößel, Oberwerkzeug), evtl. zusätzliche nach unten gerichtete Energien aus Einheiten, die Energie speichern können (z. B. Federn, o. ä.).

– bei rotatorisch bewegten Einheiten: Stillstand (Einzelheit b))
– bei linear bewegten Einheiten (Einzelheit a): Die potentielle Energie aus Position A wird teilweise in Umformenergie umgewandelt, evtl. teilweise in weiteren Einheiten gespeichert (z. B. Federkräfte, elektrische Energie über generatorische Bremsung) und wird ansonsten in rotatorische Energie des Pressenantriebs umgesetzt. Diese rotatorische Energie ist in der Lage über eine Gelenkkinematik die linear bewegte Masse des Hubelementes wie Stößel ganz oder teilweise in die Ausgangshöhe in Position A zu überführen. Dabei unterstützen gespeicherte Energien (z. B. Federkräfte, elektrische Energien, s. o.). Der elektrische Antrieb unterstützt die Rückführung über Ausgleich der Verlustleistungen und der Umformleistung. Diese Unterstützung kann zu jedem Zeitpunkt der Gesamtbewegung erfolgen und ist entweder konstant oder so gesteuert, dass eine günstigere Bewegungsform entsteht. Energieformen: Keine weitere nutzbare potentielle Energie, kinetische Energie in den rotatorisch bewegten Einheiten und zusätzliche nach oben gerichtete Energien aus Einheiten, die Energie speichern können (z. B. Federn, o. ä.).

In der 1 sind weiter bezeichnet ein oberer Totpunkt OT und ein unterer Totpunkt UT als Begrenzung eines Hubes H des nicht dargestellten Hubelementes wie Stößel. Gemäß der Einzelheit a) sind in dem Koordinatensystem der oberen Kurve mit t = Zeitachse und s = Wegachse sowie ein Bereich L mit einem 1. Teilbereich Lx und einem 2. Teilbereich Ly des linearen Bewegungsablaufes des Hubelementes wie Stößel dargestellt, wobei B = UT das Ende der erfindungsrelevanten Umformbewegung in einer Umformzeit = Lx + Ly kennzeichnet. Aus der unteren Kurve ist unter Berücksichtigung einer Achse V = Geschwindigkeit der Gesamtablauf der linearen Bewegungsform charakterisiert.
Entsprechend der Einzelheit b) sind in dem Koordinatensystem der oberen Kurve mit α und der unteren Kurve mit ω die Geschwindigkeiten der rotatorischen Bewegungsform des nicht dargestellten Antriebs über die Zeitachse t dem linearen Bewegungsablauf gegenübergestellt, in denen die Positionen A = Start und Ende der Bewegung und B = Ende der Umformbewegung gekennzeichnet sind.
Hiermit ist für den Fachmann das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer in 4 als Einrichtung schematisch dargestellten Werkzeugmaschine 1, insbesondere Presse mit mindestens einem linear bewegbarem Hubelement 2 wie Stößel der Presse 1, welches Hubelement 2 von einem rotatorischen Antrieb 3 über eine Gelenkkinematik 4 zur Bearbeitung eines Werkstückes 2.2 angetrieben und mit mindestens einem Hub H über einen oder vor einem oberen Totpunkt OT zu einem oder über einen unteren Totpunkt UT betrieben wird, hinsichtlich der wesentlichen Merkmale nachvollziehbar dargestellt, die vorgeben, daß

a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub H ausführenden rotatorischen Antriebs nach jedem Hub über den oder vor dem oberen Totpunkt OT zu dem oder über den unteren Totpunkt UT oder umgekehrt gewechselt wird und
b) in einer Endlage A des linear bewegten Hubelemente im oberen Totpunkt OT ein Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 derart eingeleitet wird, dass besagte Endlage A mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 übereinstimmt.

Um dem Erfindungsgedanken mit seinen weiteren wesentlichen Merkmalen für den aufgabengemäß erforderlichen Energiebedarf folgen zu können, wird in der 2 zunächst das virtuelle Schema des der Erfindung zugrundeliegenden Modells der nicht bezeichneten Eigenfrequenz zur Verdeutlichung des erfinderischen Vorgehens dargestellt. Darin wird die hier so genannte Eigenfrequenz aus der Masse m des Hubelementes wie Stößel 2, der Trägheit J des rotatorischen Antriebs 3, der Gelenkkinematik 4 mit ihrer Masse und ihren Positionen und einem Mittel wie Feder F für den Energieübergang bestimmt. Dieses Modell wird diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung zugrunde gelegt.
Hierin ist der Energieübergang beispielsweise mittels einer Feder F dargestellt.
Die Daten für die zu optimierende Bewegung des beteiligten Bauteils, wie des als Stößel ausgebildeten Hubelementes 2 werden über ein Analysetool 5.1 einer Steuer- und Regeleinrichtung 5 definiert und als Daten für eine Geschwindigkeitsvorgabe zur Bewegung des jeweils beteiligten Bauteils wie des Hubelementes 2 vorgegeben.
Die 3 stellt das grafische Prinzip der Durchführung des Verfahrens dar. Die Symbole oder Dimensionen der erfindungsgemäßen Beziehungen werden wie folgt erläutert:
In dem Koordinatensystem dieser Kurve sind mit t die Zeitachse und s die Wegachse gekennzeichnet, und zwar analog 1 zum linearen Bewegungsablaufes des Hubelementes 2 wie Stößel. Der Verlauf der Positionen B-A-B mit einer Zykluszeit t_Zyklus zum linearen Bewegungsablauf bezeichnet, die sich aus einer Umformzeit t_Lx+Ly, umfassend die Teilbereiche Lx + Ly, und einer geöffneten Zeit t_L-(Lx+Ly) des Bereiches L minus Umformzeit t_Lx+Ly im erfindungsrelevanten Bewegungsablauf zusammensetzt. Verfahrenstypisch und erfindungswesentlich sind in der Kurve eine Auftreffgeschwindigkeit V_Lx, wirkend vor der Position B, und eine Abhebegeschwindigkeit V_Ly, wirkend nach der Position B, dargestellt, die Bestandteil der Umformzeit t_Lx+Ly sind.
Aus der 3 kann der Fachmann eine so genannte aber dort nicht bezeichnete geöffnete Zeit t_L-(Lx+Ly) entnehmen. Darunter wird die Zeit verstanden, die kontaktlos zwischen dem in diesem Falle oberen Werkzeuges 2.1 zu einem in der noch zu erläuternden 4 dargestellten, jedoch nicht bezeichneten unteren Werkzeug gegeben ist. Besagte geöffnete Zeit t_L-(Lx+Ly) hat erfindungswesentlich eine so genannte Störgeometrie S, wie beispielsweise begründet aus einem Werkstück 2.2 (4) und der der Gelenkkinematik 4 (2, 4), zu berücksichtigen, was auch im Hinblick auf die aufgabengemäß erforderliche Freigängigkeit funktionell bedeutsam.
In Ausübung des Erfindungsgedankens, dass in einer Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten, d. h. einer zeitlichen Folge oder versetzen Folge,

a) die Größe einer für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 erforderlichen Energie W_erf (hier so benannt und nicht dargestellt) in einem ersten Schritt unter Einbeziehung eines ersten Wertes W_erf1 (hier so benannt und nicht dargestellt) mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine, wie
– einer translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse m des Antriebes 3 oder
– eines heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes 2 oder
– einem vorspannbaren Element, wie einer Feder) oder einer Kolben-/Zylinder-Einheit (hier benannt und nicht dargestellt) oder
– eines elektrischen Energiespeichers (hier benannt und nicht dargestellt), wie in einem E-Netz oder Akkumulator (hier benannt und nicht dargestellt) ermittelt und als Energie W_erf1 (hier so benannt und nicht dargestellt) ermittelt und bereitgestellt wird,
b) in einem zweiten Schritt die so bereitgestellte Energie W_erf1 in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 determinierten Bereich L oder ersten Teilbereich Lx eines Bewegungsablaufes des Hubelementes 2 in der Zykluszeit t_Zyklus oder Bearbeitungszeit t_Lx+Ly oder der geöffneten Zeit t_L in dem Betrieb der Werkzeugmaschine entnommen wird und
c) in einem dritten Schritt die zur Bearbeitung des Werkstückes 2.2 aufzuwendende Energie W_erf teilweise aus dem in der Werkzeugmaschine gemäß Merkmal a) bereitgestellten, gespeicherten Energie-Potentials verwendet wird und unter Bildung eines zweiten Wertes W_erf2 (hier so benannt und nicht dargestellt) für eine wirksame Energie mittels mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine 1, wie
– der translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse m des Antriebes 3 oder
– des heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes 2 oder
– dem vorspannbaren Element, wie der Feder F oder der Kolben-/Zylinder-Einheit oder
– des elektrischen Energiespeichers auf den zeitlichen Verlauf des Hubelementes 2 beschleunigend oder verzögernd oder auf den Weg des Hubes H eingewirkt wird,

_erf2

Die Reibungsenergie berücksichtigt den Weg der Hubhöhe H zwischen OT und UT (1) und die Gelenkkinematik 4. Die Umformenergie wird aus den Operationen des mit dem Stößel 2 (2, 4) agierenden Werkzeuges 2.1 (4) bestimmt. Die Wirkungsgradverluste umfassen Verluste aus dynamischen Änderungen, aus der Antriebsleistung und aus der zur 2 erläuterten Eigenfrequenz.
Hinsichtlich der oben angegebenen wesentlichen Merkmale wird nun das Verfahrensprinzip dadurch ausgebildet, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H

– Trägheiten oder Trägheitsmomente J mindestens einer der translatorisch oder rotatorisch bewegten Massen m des Antriebes 3 oder mindestens eines hebbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes 2 oder
– die gespeicherte/speicherbare Energie aus dem vorspannbaren Element wie Feder F oder Kolben-/Zylinder-Einheit oder
– die gespeicherte/speicherbare elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers durch Dimensionierung eines E-Motors oder E-generators verändert (hier nicht dargestellt)

Damit wird nachvollziehbar, dass

a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs 3 nach einem jeden Hub H über den oder vor dem oberen Totpunkt OT zu dem oder über den unteren Totpunkt UT oder umgekehrt gewechselt werden kann,
b) in der Endlage A des linear bewegten Hubelementes 2 im oberen Totpunkt OT ein Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 derart eingeleitet werden kann, dass besagte Endlage A mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 übereinstimmt,
c) in der Endlage B im unteren Totpunkt UT eine Bewegungsumkehr des linear bewegten Hubelementes 2 über die Gelenkkinematik 4 ein Teil aus der gespeicherten rotatorischen Energie die Energie W_erf2 eingeleitet werden kann, wobei
d) diese Energie W_erf2 für einen wirksamen Energiebedarf des Antriebs 3 zur Bearbeitung des Werkstückes 2.2 mindestens eine von Kategorien einer Reibungsenergie, einer Umformenergie, einer Energie für Wirkungsgradverluste, einer Energie für beschleunigte oder verzögerte Massen m oder einer Energie für einen Gewichtsausgleich des Hubelementes 2 berücksichtigt, d. h. um mindestens eine der Kategorien auch ergänzt werden kann.

Andererseits kann ermöglicht werden, dass die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs 3 nach einem jeden Hub H über den oder vor dem oberen Totpunkt OT zu dem oder über den unteren Totpunkt UT oder umgekehrt beibehalten wird, wobei dann in der Endlage A des linear bewegten Hubelementes 2 im oberen Totpunkt OT eine Veränderung des rotatorischen Antriebes 3 derart eingeleitet wird, dass besagte Endlage A mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 übereinstimmt.
Das Verfahren wird demnach so ausgeführt, dass die Energie W_erf2 unter Berücksichtigung mindestens eine von Kategorien

a) der aus einer Hubhöhe H und der Gelenkkinematik 4 resultierenden Reibungsenergie,
b) der aus den Operationen des Werkzeuges 2.1 resultierenden Umformenergie oder
c) der die Bereiche dynamischer Änderungen der Antriebsleistung oder die Eigenfrequenz umfassenden Energie für Wirkungsgradverluste,

Des Weitern gewährleistet das Verfahren, dass

a) Energieübergänge gemäß der Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten von der erforderlichen Energie W_erf1 zur Bildung der wirksamen Energie W_erf2 mittels mindestens eines der energiespeichernden Elemente der Werkzeugmaschine 1 oder mittels Dimensionierung eines Bauteils oder mehreren Bauteilen mindestens eines der energiespeichernden Elemente so aufeinander abgestimmt werden, dass in die Werkzeugmaschine wie Presse 1 mindestens eine den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützende, durch den zeitlichen Verlauf des Hubelementes 2 oder den Weg des Hubes H beeinflußte Bewegung des Hubelementes 2 eingeleitet werden kann, wobei
b) zunächst Daten von mindestens eine der Bedingungen
– von Belastungen des Werkzeuges 2.1,
– für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung, von Bewegungsvorgängen wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke 2.2,
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke 2.2,
– eines Energieverbrauchs oder
– des zeitlichen Verlaufes des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H aufgenommen werden,
c) sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils, wie Hubelement oder Stößel 2 oder zur Veränderung von Trägheiten eines beteiligten, energiespeichernden, wie rotatorisch oder translatorisch bewegten Bauteils eingesteuert oder -geregelt werden und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine wie Presse 1 gesteuert oder geregelt werden können,
d) so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse 1 hinsichtlich
– Belastungen des Werkzeuges 2.1,
– einzuhaltender Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung der Bewegungsvorgänge wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke 2.2,
– Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke 2.2,
– des Energieverbrauchs oder
– des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H optimierbar werden.

Dafür können die Daten für Antriebsleistungen zum optimierten zeitlichen Verlauf des Hubelementes 2 oder Weg des Hubes H unter Berücksichtigung von mindestens Reibungskräften oder mindestens einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 oder beider Kategorien gebildet werden, wobei diese Daten aus Reibungskräften oder einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 entweder aus Daten des gesamten Bereiches L des Bewegungsablaufes des Hubelementes wie Stößel 2 oder des Teilbereiches Lx determiniert werden.
Es können auch Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils, wie Hubelement oder Stößel 2 aufgenommen und für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H eingesteuert oder eingeregelt werden.
Die Gelenkkinematik 4 wie auch Gelenkübersetzungen wird/werden in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs 3 für die energetisch optimierte Bewegung des beteiligten Bauteils, wie Hubelement oder Stößel (2) für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 betrieben, so dass eine Drehzahl der optimierten Bewegung eines Bearbeitungsvorganges ideal und nicht eine konstante Drehzahl abgebildet werden kann.
Durch die Verwendung eines Programms für die Steuer- und Regeleinrichtung 5 mit mindestens einem der Programmschritte

– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für
– die Bewegungsrichtung des rotatorischen Antriebs 3,
– die jeweilige Endlage des linear bewegten Hubelementes wie Stößel (2) im oberen Totpunkt OT oder unteren Totpunkt UT,
– den Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 im oberen Totpunkt OT und Übereinstimmung der Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes 3,
– die Bewegungsumkehr in einer Endlage im unteren Totpunkt UT des linear bewegten Hubelementes wie Stößel 2 über die Gelenkkinematik 4 mittels der in ihr gespeicherten rotatorischen Energie,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für
– die auftretenden Energieübergänge von der erforderlichen Energie W_erf1 zur Bildung der wirksamen Energie W_erf2 für die Einleitung eines die jeweiligen Zustände im Bearbeitungsprozeß unterstützenden oder optimierten Verlauf des Hubelementes 2 oder Weg des Hubes H
– Belastungen des Werkzeuges 2.1,
– einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen auch zur Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke 2.2,
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke 2.2,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten zur Beeinflussung der potentiellen Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel 2) oder zur Veränderung der Trägheiten J des energiespeichernden Bauteils (Hubelement wie Stößel 2 oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs 3) und des Geschwindigkeitsverlaufes des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine wie Presse 1,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung/-regelung von Daten für Antriebsleistungen zum optimierten Verlauf des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H unter Berücksichtigung von Reibungskräften und einer Energie wie Umformenergie für die Bearbeitung wie Umformung der Teile wie Werkstücke 2.2, die aus Daten eines gesamten Bereiches L eines Bewegungsablaufes des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel 2) oder eines Teilbereiches Lx determiniert werden,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel 2 oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs 3) für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes 2 oder des Weges des Hubes H,
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für die in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs 3 zu steuernde Gelenkkinematik 4 (Gelenkübersetzungen) für den optimierten Verlauf des Hubelementes 2 oder Weg des Hubes H oder
– Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für den optimierten Verlauf des Hubelementes 2 oder den Weg des Hubes H über das Analysetool 5.1 der Steuer- und Regeleinrichtung 5 und Vorgabe als Daten zum Betreiben der Werkzeugmaschine wie Presse 1

1

Mit der 4 wird das funktionelle Schema einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert, nach dem die Presse 1 konstruktiv ausgeführt werden kann.
Neben den schon erwähnten üblichen Baugruppen der Presse 1, nämlich Hubelement 2 wie Stößel, Werkzeug 2.1, rotatorischer Antrieb 3, Gelenkkinematik 4 ist die neu konzipierte Steuer- und Regeleinrichtung 5 mit dem Analysetool 5.1 vorgesehen, welches Daten für die energetisch zu optimierende Bewegung des Hubelementes wie Stößel 2 über die Steuer- und Regeleinrichtung 5 definiert und als Daten für eine Geschwindigkeitsvorgabe zur Bewegung des Hubelementes wie Stößel zum Betreiben der Presse 1 vorgibt.
Des Weiteren sind vorgesehen:

– Das linear bewegbare Hubelement wie Stößel 2 als ein erster Energieträger, welches
– mit dem translatorischen oder in diesem Falle rotatorischen Antrieb 3 als ein zweiter Energieträger verbunden ist und
– in Hüben H über den oder vor dem oberen Totpunkt OT zu einem oder über einen unteren Totpunkt UT betreibbar ist, wobei die Bewegungsrichtung des rotatorischen Antriebs 3 nach jedem Hub H wechselbar oder beibehaltbar ist und in der Endlage des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel 2 im oberen Totpunkt OT ein Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 besteht, welche Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes 3 in Übereinstimmung ist und in der Endlage im unteren Totpunkt UT eine Bewegungsumkehr des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel (2) über die Gelenkkinematik 4 mittels der in dem zweiten Energieträger 3 gespeicherten Energie einleitbar ist.
– Die Steuer- und Regeleinrichtung 5 für den einleitbaren, den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützenden, optimierten Verlauf des Hubelementes 2 oder Weg des Hubes H der Werkzeugmaschine wie Presse 1, mit der verfahrensgemäß
– zunächst Daten von mindestens eine der Bedingungen
– der Belastungen eines Werkzeuges 2.1,
– für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für zu bearbeitende Werkstücke 2.2 oder
– einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke 2.2 aufnehmbar sind,
– sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils des ersten Energieträgers (Hubelement wie Stößel 2) oder zur Veränderung von Trägheiten oder Trägheitsmomenten J des beteiligten Bauteils, eines rotatorischen Elementes wie Motor des Antriebes 3 oder des Federelementes F einsteuerbar sind und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel 2) über die erfassten Energiezustände in der der Werkzeugmaschine wie Presse 1 regelbar ist,
– so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse 1 hinsichtlich
– der Belastungen des Werkzeuges 2.1,
– der einzuhaltenden Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für die zu bearbeitenden Werkstücke 2.2,
– der Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2) oder
– des Energieverbrauchs optimierbar sind.
– Der Antrieb 3, umfassend mindestens (nicht dargestellt) einen Motor, ein Exzentergetriebe, den rotatorischen Antrieb wie Zahnradgetriebe oder den translatorischen Antrieb wie Linearantrieb, die Gelenkkinematik 4, umfassend mindestens (nicht dargestellt) Pleuel, Führungselemente, Zug-Druckelemente oder Zugstangen, energiespeichernde Mittel, wie mindestens den ersten Energieträger, umfassend das Hubelement 2, ein Hubelement/Stößel-Gewichtsausgleich (nicht dargestellt), und den zweiten Energieträger, aufweisend den translatorischen (nicht dargestellt) oder rotatorischen Antrieb 3 mit (nicht dargestellt) Schwungrad, Mittel 5.2 der Steuer- und Regeleinrichtung 5 für die Aufnahme, Verarbeitung oder Ausgabe einer jeweiligen Größe
– der für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 erforderlichen Energie W_erf
– des ersten Wertes W_erf1 mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine 1 als bereitstehende Energie W_erf1 in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 determinierten Bereich L oder ersten Teilbereich Lx eines Bewegungsablaufes des Hubelementes 2 und
– des zweiten Wertes W_erf2 als in der Zykluszeit t_Zyklus oder Bearbeitungszeit t_Lx+Ly oder der geöffneten Zeit t_L-(Lx+Ly) in dem Betrieb der Werkzeugmaschine wirksamen Energie.
– Mindestens ein energiespeicherndes Element (nicht dargestellt), dessen Trägheit oder Trägheitsmoment J veränderbar ist, welches als
– Schwungrad oder Schwungrad mit veränderbarem Wirkdurchmesser oder
– als Hohlkörper im Schwungrad, welcher Hohlkörper mit flüssigen Medien oder Schüttgütern befüllbar oder entleerbar ist, oder
– drehzahlbeeinflußtes Fliehgewicht oder
– ein von dem Hubelement wie Stößel beaufschlagbares, invers zu einer Geschwindigkeit des Hubelementes 2 wie Stößel veränderbarer Körper für veränderbare Trägheiten oder Trägheitsmomente J ausgebildet werden kann.
– Die Einrichtung mit den veränderbaren Trägheiten oder Trägheitsmomente J der benannten Komponenten, die zyklisch je Pressenhub steuer-/regelbar oder werkzeugabhängig voreinstellbar sind.

Gewerbliche Anwendbarkeit
Entsprechend der aufgabengemäßen Zielstellung, bei einer gattungsgemäßen Werkzeugmaschine den geringsten Energiebedarf durch Minimierung desselben konstant während der Zykluszeit zuzuführen und die Eigenfrequenz der Maschine auf die Zielbewegung abzustimmen, um die Anforderung an zusätzlicher Antriebsleistung zu minimieren, weisen das vorgeschlagene Verfahren und die Einrichtung den Weg für eine energieoptimierte Werkzeugmaschine, die insbesondere dem Betreiber wirtschaftliche Vorteile erschließt. Eine derartige Maschine ist mit herkömmlichen Maschinen- und Steuerungselementen konstruktiv und technologisch günstig herstellbar.
Bezugszeichenliste

A: Start und Ende der Bewegung
B: Ende der Umformbewegung
F: vorspannbares Element wie Feder, Symbolik Energieübergang
J: Trägheit, Trägheitsmoment
H: Hub
OT: oberer Totpunkt
UT: unterer Totpunkt
L: Bereich eines Bewegungsablaufes
Lx: 1. Teilbereich eines Bewegungsablaufes
Ly: 2. Teilbereich eines Bewegungsablaufes
Lx + Ly: Umformzeit
m: Masse des Hubelementes 2 wie Stößel
S: Störgeometrie
s: Wegachse zur linearen Bewegungsform
t: Zeitachse zur linearen Bewegungsform
W_erf: erforderliche Energie (nicht zeichnerisch darstellbar) für die Bearbeitung eines Werkstückes 2.2
W_erf1: erster Wert eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine als bereitstehende Energie (nicht zeichnerisch darstellbar) in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 determinierten Bereich L oder ersten Teilbereich Lx eines Bewegungsablaufes des Hubelementes 2
W_erf2: zweiter Wert (nicht zeichnerisch darstellbar) als in einer Zykluszeit t_Zyklus, Bearbeitungszeit t_Lx+Ly oder einer geöffneten Zeit t_L-(Lx+Ly) in dem Betrieb der Werkzeugmaschine wirksamen Energie
α: Achse einer Geschwindigkeit zur rotatorischen Bewegungsform
ω: Achse einer Geschwindigkeit zur rotatorischen Bewegungsform
t_Zyklus: Zykluszeit = f(Umformzeit (Lx + Ly) + geöffnete Zeit (L – Umformzeit))
t_Lx+Ly: Umformzeit
t_L-(Lx+Ly): geöffnete Zeit
V: Geschwindigkeit
V_Lx: Auftreffgeschwindigkeit
V_Ly: Abhebegeschwindigkeit
1: Werkzeugmaschine wie Presse
2: Hubelement wie Stößel
2.1: Werkzeug
2.2: zu bearbeitendes Werkstück
3: rotatorischer Antrieb
4: Gelenkkinematik
5: Steuer- und Regeleinrichtung
5.1: Analysetool
5.2: Mittel der Steuer- und Regeleinrichtung 5 für die Aufnahme, Verarbeitung oder Ausgabe von Größen, wie erforderliche Energie W_erf, des ersten Wertes W_erf1 mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine als bereitstehende Energie in mindestens dem für die Bearbeitung des Werkstückes 2.2 determinierten Bereich L oder ersten Teilbereich Lx des Bewegungsablaufes des Hubelementes 2 und des zweiten Wertes W_erf2 als in der Zykluszeit t_Zyklus, Bearbeitungszeit t_Lx+Ly oder geöffneten Zeit t_L-(Lx+Ly) in dem Betrieb der Werkzeugmaschine 1 wirksamen Energie.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1880837 A2 [0005]
DE 102007003335 A1 [0008]
DE 102007024024 A1 [0009]
DE 102009050390 A1 [0014]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine, insbesondere Presse (1) mit mindestens einem linear bewegbaren Hubelement (2), wie ein Stößel der Presse (1), welches Hubelement (2) zur Bearbeitung eines Werkstückes (2.2) mit mindestens einem Hub (H) über einen oder vor einem oberen Totpunkt (OT) zu einem oder über einen unteren Totpunkt (UT) betrieben werden kann, wobei in einer Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten, d. h. einer zeitlichen Folge oder versetzen Folge, a) die Größe einer für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) erforderlichen Energie (W_erf) in einem ersten Schritt unter Einbeziehung eines ersten Wertes (W_erf1) mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine, wie – einer translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse (m) eines Antriebes (3) oder – eines heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie eines Hubelementes (2) oder – einem vorspannbaren Element, wie einer Feder (F) oder einer Kolben-/Zylinder-Einheit, oder – eines elektrischen Energiespeichers, wie in einem E-Netz oder Akkumulator ermittelt und als Energie (W_erf1) bereitgestellt wird, b) in einem zweiten Schritt die so bereitgestellte Energie (W_erf1) in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) determinierten Bereich (L) oder ersten Teilbereich (Lx) eines Bewegungsablaufes des Hubelementes (2) in einer Zykluszeit (t_Zyklus) oder Bearbeitungszeit (t_Lx+Ly) oder einer geöffneten Zeit (t_L-(Lx+Ly)) in dem Betrieb der Werkzeugmaschine entnommen wird und c) in einem dritten Schritt die zur Bearbeitung des Werkstückes (2.2) aufzuwendende Energie (W_erf) teilweise aus dem in der Werkzeugmaschine gemäß Merkmal a) bereitgestellten, gespeicherten Energie-Potentials verwendet wird und unter Bildung eines zweiten Wertes (W_erf2) für eine wirksame Energie mittels mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine, wie – einer translatorisch oder rotatorisch bewegten Masse (m) des Antriebes (3) oder – des heb-/absenkbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes (2) oder – dem vorspannbaren Element, wie der Feder (F) oder der Kolben-/Zylinder-Einheit oder – des elektrischen Energiespeichers auf den zeitlichen Verlauf des Hubelementes (2) beschleunigend oder verzögernd oder auf den Weg des Hubes (H) eingewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) Trägheiten oder Trägheitsmomente (J) mindestens einer der translatorisch oder rotatorisch bewegten Massen (m) des Antriebes (3) oder mindestens eines hebbaren Maschinenelementes wie des Hubelementes (2) verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) die gespeicherte/speicherbare Energie aus dem vorspannbaren Element, wie Feder (F) oder Kolben-/Zylinder-Einheit, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) die gespeicherte/speicherbare elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers durch Dimensionierung eines E-Motors oder E-generators verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs (3) nach einem jeden Hub (H) über den oder vor dem oberen Totpunkt (OT) zu dem oder über den unteren Totpunkt (UT) oder umgekehrt gewechselt wird, b) in einer Endlage (A) des linear bewegten Hubelementes (2) im oberen Totpunkt (OT) ein Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) derart eingeleitet wird, dass besagte Endlage (A) mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) übereinstimmt, c) in einer Endlage (B) im unteren Totpunkt (UT) eine Bewegungsumkehr des linear bewegten Hubelementes (2) über eine Gelenkkinematik (4) ein Teil aus der gespeicherten rotatorischen Energie die Energie (W_erf2) eingeleitet wird, wobei d) diese Energie (W_erf2) für einen wirksamen Energiebedarf des Antriebs (3) zur Bearbeitung des Werkstückes (2.2) mindestens eine von Kategorien einer Reibungsenergie, einer Umformenergie, einer Energie für Wirkungsgradverluste, einer Energie für beschleunigte oder verzögerte Massen (m) oder einer Energie für einen Gewichtsausgleich des Hubelementes (2) berücksichtigt, d. h. um mindestens eine der Kategorien auch ergänzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Bewegungsrichtung des einen vollen Hub ausführenden rotatorischen Antriebs (3) nach einem jeden Hub (H) über den oder vor dem oberen Totpunkt (OT) zu dem oder über den unteren Totpunkt (UT) oder umgekehrt beibehalten wird, b) in einer Endlage (A) des linear bewegten Hubelementes (2) im oberen Totpunkt (OT) eine Veränderung des rotatorischen Antriebes (3) derart eingeleitet wird, dass besagte Endlage (A) mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) übereinstimmt, c) in einer Endlage (B) im unteren Totpunkt (UT) eine Bewegungsumkehr des linear bewegten Hubelementes über eine Gelenkkinematik (4) ein Teil aus der gespeicherten rotatorischen Energie die Energie (W_erf2) eingeleitet wird, wobei d) diese Energie (W_erf2) für einen wirksamen Energiebedarf des Antriebs (3) zur Bearbeitung des Werkstückes (2.2) mindestens eine von Kategorien einer Reibungsenergie, einer Umformenergie, einer Energie für Wirkungsgradverluste, einer Energie für beschleunigte oder verzögerte Massen (m) oder einer Energie für einen Gewichtsausgleich des Hubelementes berücksichtigt, d. h. um mindestens eine der Kategorien auch ergänzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie (W_erf2) unter Berücksichtigung mindestens eine von Kategorien a) der aus einer Hubhöhe (H) und der Gelenkkinematik (4) resultierenden Reibungsenergie, b) der aus den Operationen des Werkzeuges (2.1) resultierenden Umformenergie, c) der die Bereiche dynamischer Änderungen der Antriebsleistung oder die Eigenfrequenz umfassenden Energie für Wirkungsgradverluste, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) Energieübergänge gemäß der Folge von Schritten oder Auswahl von Schritten von der erforderlichen Energie (W_erf1) zur Bildung der wirksamen Energie (W_erf2) mittels mindestens eines der energiespeichernden Elemente der Werkzeugmaschine oder mittels Dimensionierung eines Bauteils oder mehreren Bauteilen mindestens eines der energiespeichernden Elemente so aufeinander abgestimmt werden, dass in die Werkzeugmaschine wie Presse (1) mindestens eine den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützende, durch den zeitlichen Verlauf des Hubelementes (2) oder den Weg des Hubes (H) beeinflußte Bewegung des Hubelementes (2) eingeleitet wird, wobei b) zunächst Daten von mindestens eine der Bedingungen – von Belastungen des Werkzeuges (2.1), – für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung, von Bewegungsvorgängen wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke (2.2), – einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2), – eines Energieverbrauchs oder – des zeitlichen Verlaufes des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) aufgenommen werden, c) sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils, wie Hubelement oder Stößel (2) oder zur Veränderung von Trägheiten eines beteiligten, energiespeichernden, wie rotatorisch oder translatorisch bewegten Bauteils eingesteuert oder -geregelt werden und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine wie Presse (1) gesteuert oder geregelt werden, d) so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse (1) hinsichtlich – Belastungen des Werkzeuges (2.1), – einzuhaltender Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung der Bewegungsvorgänge wie auch Freigängigkeit für zu bearbeitende Werkstücke (2.2), – Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2), – des Energieverbrauchs oder – des zeitlichen Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) optimiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten für Antriebsleistungen zum optimierten zeitlichen Verlauf des Hubelementes (2) oder Weg des Hubes (H) unter Berücksichtigung von mindestens Reibungskräften oder mindestens einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) oder beider Kategorien gebildet werden, wobei diese Daten aus Reibungskräften oder einer Energie für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) entweder aus Daten eines gesamten Bereiches (L) eines Bewegungsablaufes des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel (2)) oder eines Teilbereiches (Lx) determiniert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel (2) aufgenommen und für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) eingesteuert oder eingeregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkinematik (4) (Gelenkübersetzungen) in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs (3) für die energetisch optimierte Bewegung des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel (2) für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) betrieben wird, so dass eine Drehzahl der optimierten Bewegung eines Bearbeitungsvorganges ideal und nicht eine konstante Drehzahl abgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten für die zu optimierende Bewegung des beteiligten Bauteils, wie Hubelement, Stößel (2) über ein Analysetool (5.1) einer Steuer- und Regeleinrichtung (5) definiert und als Daten für eine Geschwindigkeitsvorgabe zur Bewegung des jeweils beteiligten Bauteils zum Betreiben der Werkzeugmaschine wie Presse (1) vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Programms für die Steuer- und Regeleinrichtung (5) mit mindestens einem der Programmschritte – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für – die Bewegungsrichtung (gemäß den Ansprüchen 5a) und 6a)) des rotatorischen Antriebs (3), – die jeweilige Endlage des linear bewegten Hubelementes wie Stößel (2) im oberen Totpunkt (OT) oder unteren Totpunkt (UT), – den Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) im oberen Totpunkt (OT) und Übereinstimmung der Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes (3), – die Bewegungsumkehr in einer Endlage im unteren Totpunkt (UT) des linear bewegten Hubelementes wie Stößel (2) über die Gelenkkinematik (4) mittels der in ihr gespeicherten rotatorischen Energie, – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für – die auftretenden Energieübergänge von der erforderlichen Energie (W_erf1) zur Bildung der wirksamen Energie (W_erf2) für die Einleitung eines die jeweiligen Zustände im Bearbeitungsprozeß unterstützenden oder optimierten Verlauf des Hubelementes (2) oder Weg des Hubes (H), – Belastungen des Werkzeuges (2.1), – einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für zu bearbeitende Werkstücke (2.2), – einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2), – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten zur Beeinflussung der potentiellen Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel (2)) oder zur Veränderung von Trägheiten (J) eines energiespeichernden Bauteils (Hubelement wie Stößel (2) oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs (3)) und des Geschwindigkeitsverlaufes des beteiligten Bauteils über die erfassten Energiezustände in der Werkzeugmaschine (1) wie Presse (1), – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung/-regelung von Daten für Antriebsleistungen zum optimierten Verlauf des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H) unter Berücksichtigung von Reibungskräften und einer Energie (wie Umformenergie) für die Bearbeitung (wie Umformung) der Teile wie Werkstücke (2.2), die aus Daten eines gesamten Bereiches (L) eines Bewegungsablaufes des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel (2)) oder eines Teilbereiches (Lx) determiniert werden, – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten aus dynamischen Änderungen des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel (2) oder rotatorischer Elemente wie des Antriebs (3)) für eine Überlagerung des optimierten Verlaufs des Hubelementes (2) oder des Weges des Hubes (H), – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für die in Abhängigkeit einer Drehzahl des rotatorischen Antriebs (3) zu steuernde Gelenkkinematik (4) (Gelenkübersetzungen) für den optimierten Verlauf des Hubelementes (2) oder Weg des Hubes (H) oder – Aufnahme, Verarbeitung, Einsteuerung von Daten für den optimierten Verlauf des Hubelementes (2) oder den Weg des Hubes (H) über das Analysetool (5.1) der Steuer- und Regeleinrichtung (5) und Vorgabe als Daten zum Betreiben der Werkzeugmaschine wie Presse (1).
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für eine Werkzeugmaschine wie Presse (1) mit mindestens einem linear bewegbaren Hubelement wie Stößel (2) als ein erster Energieträger, welches Hubelement wie Stößel (2) • mit einem translatorischen oder rotatorischen Antrieb (3) als ein zweiter Energieträger verbunden ist und • in Hüben (H) über einen oder vor einem oberen Totpunkt (OT) zu einem oder über einen unteren Totpunkt (UT) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Bewegungsrichtung des rotatorischen Antriebs (3) nach jedem Hub (H) über einen oder vor einem oberen Totpunkt (OT) zu einem oder über einen unteren Totpunkt (UT) (oder umgekehrt) wechselbar oder beibehaltbar ist (analog den Ansprüchen 5a), 6a)) und b) in einer Endlage des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel (2) im oberen Totpunkt (OT) ein Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) besteht, welche Endlage mit dem Stillstand des rotatorischen Antriebes (3) in Übereinstimmung ist und c) in einer Endlage im unteren Totpunkt (UT) eine Bewegungsumkehr des linear bewegbaren Hubelementes wie Stößel (2) über die Gelenkkinematik (4) mittels der in dem zweiten Energieträger (3) gespeicherten Energie einleitbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung (5) einleitbaren, den jeweiligen Zuständen im Bearbeitungsprozeß unterstützenden, optimierten Verlauf des Hubelementes (2) oder Weg des Hubes (H) der Werkzeugmaschine wie Presse (1), mit der – zunächst Daten von mindestens eine der Bedingungen – der Belastungen eines Werkzeuges (2.1), – für einzuhaltende Abstände einer Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für zu bearbeitende Werkstücke (2.2) oder – einer hohen Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2) aufnehmbar sind, – sodann Daten entweder zur Beeinflussung der potentielle Energie einer Ausgangslage eines beteiligten Bauteils des ersten Energieträgers (Hubelement wie Stößel (2)) oder zur Veränderung von Trägheiten oder Trägheitsmomenten (J) eines beteiligten Bauteils, eines rotatorischen Elementes wie Motor des Antriebes (3) oder eines Federelementes (F) einsteuerbar sind und der Geschwindigkeitsverlauf des beteiligten Bauteils (Hubelement wie Stößel (2)) über die erfassten Energiezustände in der der Werkzeugmaschine wie Presse (1) regelbar ist, – so dass die Leistungsdaten der Werkzeugmaschine wie Presse (1) hinsichtlich – der Belastungen des Werkzeuges (2.1), – der einzuhaltenden Abstände der Arbeitsweise zur Koordinierung von Bewegungsvorgängen (Freigängigkeit) für die zu bearbeitenden Werkstücke (2.2), – der Ausbringung der zu bearbeitenden Werkstücke (2.2) oder – des Energieverbrauchs optimierbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch a) einen Antrieb (3), umfassend mindestens einen Motor, ein Exzentergetriebe, einen rotatorischen Antrieb wie Zahnradgetriebe oder einen translatorischen Antrieb wie Linearantrieb, b) eine Gelenkkinematik (4), umfassend mindestens Pleuel, Führungselemente, Zug-Druckelemente oder Zugstangen, c) energiespeichernde Mittel, wie mindestens – einen ersten Energieträger, umfassend das Hubelement (2), ein Hubelement/Stößel-Gewichtsausgleich, und – einen zweiten Energieträger, aufweisend den translatorischen oder rotatorischen Antrieb (3), ein Schwungrad, d) Mittel (5.2) der Steuer- und Regeleinrichtung (5) für die Aufnahme, Verarbeitung oder Ausgabe einer jeweiligen Größe – einer für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) erforderlichen Energie (W_erf) – eines ersten Wertes (W_erf1) mindestens eines energiespeicherbaren Elementes der Werkzeugmaschine als bereitstehende Energie (W_erf1) in mindestens einem für die Bearbeitung des Werkstückes (2.2) determinierten Bereich (L) oder ersten Teilbereich (Lx) eines Bewegungsablaufes des Hubelementes (2) und – eines zweiten Wertes (W_erf2) als in einer Zykluszeit (t_Zyklus) oder Bearbeitungszeit (t_Lx+Ly) oder einer geöffneten Zeit (t_L-(Lx+Ly)) in dem Betrieb der Werkzeugmaschine wirksamen Energie.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch die Verwendung mindestens eines energiespeichernden Elementes, dessen Trägheit oder Trägheitsmoment (J) veränderbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Schwungrades oder eines Schwungrades mit veränderbarem Wirkdurchmesser zur Veränderung der Trägheit oder des Trägheitsmomentes (J).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch die Verwendung eines als Hohlkörper ausgebildeten Schwungrades, welcher Hohlkörper mit flüssigen Medien oder Schüttgütern für veränderbare Trägheiten oder Trägheitsmomente (J) befüllbar oder entleerbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch die Verwendung von drehzahlbeeinflußten Flichgewichten zur Veränderung der Trägheit oder des Trägheitsmomentes (J).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch die Verwendung eines von dem Hubelement (2) wie Stößel beaufschlagbaren, invers zu einer Geschwindigkeit des Hubelementes (2) wie Stößel veränderbaren Körpers für veränderbare Trägheiten oder Trägheitsmomente (J).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderbaren Trägheiten oder Trägheitsmomente (J) der Komponenten zyklisch je Pressenhub steuer-/regelbar oder werkzeugabhängig voreinstellbar sind.