EP1646462B1 - Method for shaping a workpiece - Google Patents

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EP1646462B1
EP1646462B1 EP04739964A EP04739964A EP1646462B1 EP 1646462 B1 EP1646462 B1 EP 1646462B1 EP 04739964 A EP04739964 A EP 04739964A EP 04739964 A EP04739964 A EP 04739964A EP 1646462 B1 EP1646462 B1 EP 1646462B1
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striking
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striking tool
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Kai SPÄTH
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Definitions

  • the method according to the invention thus has the advantage that a desired impact speed or the resulting deformation energy can be achieved in a predetermined by the physical laws frame, regardless of the initial position set, and that equally, within certain limits, a desired starting position can be set can, regardless of the given impact speed.
  • the forming process is very flexible.
  • a very high starting position can now be selected in order to facilitate the insertion of the workpiece into the carrier.
  • a high initial position of the impact tool may be advantageous to facilitate the feed. From this high starting position can then at the process according to the invention, depending on the requirement, both high and very low forming energies are generated.
  • the speed of the striking tool is controlled or regulated during the striking movement in such a way that the shortest possible working stroke time is achieved at any starting position.
  • This can be realized by means of the control and regulating device, which optimizes the speed profile of the impact tool depending on the position and the predetermined impact velocity of the striking tool so that as far as possible the shortest stroke time is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks. Ein solches Verfahren ist aus der US-A-5 587 633 bekannt.The invention relates to a method for forming a workpiece. Such a method is from the US-A-5 587 633 known.

Für das Umformen von Werkstücken stehen zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung. In Pressmaschinen werden die Werkstücke mit geeigneten Werkzeugen in Eingriff gebracht, die die für den Vorgang notwendigen Kräfte zur Verfügung stellen. Die Pressmaschinen unterscheiden sich generell in weg, kraft- und arbeitgebundene Pressmaschinen. Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang die arbeitgebundenen Umformvorrichtungen bzw. Pressmaschinen, insbesondere die Spindelpressen. Die bestimmenden Kenngrößen dieser arbeitgebundenen Pressmaschinen ist das Arbeitsvermögen E, das bei jedem Arbeitsspiel vollständig umgesetzt wird.Numerous methods and devices are available for forming workpieces. In press machines, the workpieces are brought into engagement with suitable tools which provide the forces necessary for the operation. The presses generally differ in off, force and work-linked presses. Of particular interest in this connection are the work-connected forming devices or pressing machines, in particular the spindle presses. The determining characteristic of these work-connected pressing machines is the working capacity E, which is fully implemented at every working cycle.

In einer Spindelpresse sind die Spindeln mit einem form- oder kraftschlüssig verbundenen Schwungrad oder auch direkt motorisch angetrieben. Die Drehbewegung wird über ein steilgängiges Mehrfachgewinde in eine geradlinige Stößelbewegung umgesetzt. Beim schlagartigen Auftreffen des Stößels auf das Werkstück wird die kinetische Energie von Schwungrad, Spindel und Stößel vollständig in Nutz- und Verlustarbeit umgewandelt. Die Energieumsetzung ist durch den Schlagwirkungsgrad ηs gekennzeichnet. (Lexikon Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Hrsg. Heinz M. Hiersig, VDI-Verlag).In a screw press, the spindles are driven by a positive or non-positive connected flywheel or directly by motor. The rotary motion is converted via a steep-going multiple thread in a straight-line plunger movement. The sudden impact of the ram on the workpiece, the kinetic energy of the flywheel, spindle and ram is completely converted into useful and lost work. The energy conversion is characterized by the impact efficiency ηs. (Lexicon Production Technology Process Engineering, Ed. Heinz M. Hiersig, VDI-Verlag).

Als Antrieb für die Spindel bzw. das Schwungrad wird in der Regel ein elektrischer Antriebsmotor, vorzugsweise ein Asynchronmotor eingesetzt. Um ein optimales Betriebsverhalten, sprich Antriebsleistung, Stromaufnahme, Wirkungsgrad, flexible Einsatzmöglichkeiten und kurze Hubzeiten zu erhalten, ist es wünschenswert die Spindelpresse bzw. den Stößelhub entsprechend zu steuern und zu regeln.As drive for the spindle or the flywheel usually an electric drive motor, preferably an asynchronous motor is used. In order to obtain optimum operating behavior, ie drive power, current consumption, efficiency, flexible application possibilities and short stroke times, it is desirable to control and regulate the screw press or the ram stroke accordingly.

In der Druckschrift DE 34 44 240 C2 ist eine Spindelpresse offenbart, bei der die Drehzahl und damit die Geschwindigkeit des Stößel in weiten Bereichen regelbar ist, und somit auch Umformarbeiten mit relativ geringem Arbeitsvermögen wie z.B. Kantenstauchen durchgeführt werden können. Die Spindelpresse umfasst ein Schwungrad mit eigenem Antrieb, das zu Beginn des Stößelhubs eine Vordrehzahl aufweist, das über eine Scheibenkupplung mit der Antriebsscheibe der Spindel verbindbar ist und das am Ende des Umformvorgangs etwa zum Stillstand kommt und von der Spindel abgekuppelt wird. Die Spindel samt Spindelantriebsscheibe verfügt ebenfalls über einen eigenen Antrieb, der zugleich auch zum Rückführen des Stößels dient. Für den Arbeitshub wird nun die Spindel mittels des Spindelantriebs beschleunigt, vorzugsweise maximal, und dann auf die am Ende des Leerhubs für die Kupplung mit dem Schwungrad erforderliche Gleichlaufgeschwindigkeit heruntergeregelt.In the publication DE 34 44 240 C2 is a screw press disclosed in which the speed and thus the speed of the plunger in wide areas can be controlled, and thus also forming work with relatively little work capacity such as edge dipping can be performed. The screw press comprises a flywheel with its own drive, which has a pre-rotation speed at the beginning of the ram stroke, which is connectable via a disc clutch with the drive pulley and the spindle comes to a standstill at the end of the forming process and is uncoupled from the spindle. The spindle including spindle drive pulley also has its own drive, which also serves to return the ram. For the working stroke, the spindle is now accelerated by means of the spindle drive, preferably maximum, and then downshifted to the speed required for the coupling with the flywheel at the end of the idle stroke.

Wird der größte Teil des Stößelhubs mit höherer Geschwindigkeit, bei noch getrennter Kupplung durchfahren, so lassen sich mit der in DE 34 44 240 offenbarten Spindelpresse kurze Taktzeiten erzielen. Allerdings sind bei dieser Ausführungsform zwei Antriebsmotoren mit hoher Leistung notwendig. was zu einem hohen Strombedarf führen kann. Bei nicht exakter Regelung der Geschwindigkeiten kann durch den Kupplungsvorgang zudem Energie verloren gehen.If the majority of the ram stroke at higher speed, with still separate clutch drive through, so can be with the in DE 34 44 240 revealed spindle press achieve short cycle times. However, in this embodiment, two high power drive motors are necessary. which can lead to a high power requirement. If the speeds are not precisely controlled, energy can also be lost through the coupling process.

DE 38 41 852 A1 beschreibt eine Antriebsanordnung zum Antrieb einer Gewindespindel einer Spindelpresse, bei der die Ankupplung der Gewindespindel an eine ständig rotierende Antriebsscheibe über ein Differential- bzw. Überlagerungsgetriebe erfolgt. Zum Ankuppeln wird eine Welle des Getriebes abgebremst. Durch entsprechende Steuerung und Regelung der Abbremsung lassen sich Drehzahl und Drehmoment und damit Presskraft und Hubgeschwindigkeit während des Zyklus variieren. Zudem kann die Bremsenergie abgegriffen und beispielsweise für den Stößelrückhub nutzbar gemacht werden. DE 38 41 852 A1 describes a drive arrangement for driving a threaded spindle of a screw press, wherein the coupling of the threaded spindle takes place on a constantly rotating drive pulley via a differential or superposition gear. For coupling, a shaft of the gearbox is braked. Through appropriate control and regulation of the braking speed and torque and thus pressing force and stroke speed can be varied during the cycle. In addition, the braking energy can be tapped and made available, for example, for the ram return stroke.

Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass eine ständig rotierende Antriebsscheibe notwendig ist, was zu einem höheren Energieverbrauch führt. Ein weiterer Nachteil ist die große Drehzahldifferenz zwischen Spindel und Antriebsscheibe beim Kuppeln, was Energieverbrauch und Kupplungsverschleiß bedeutet.The disadvantage of this design is that a constantly rotating drive pulley is necessary, resulting in higher energy consumption. Another disadvantage is the large speed difference between the spindle and drive pulley when coupling, which means energy consumption and clutch wear.

Eine direkt angetriebene Spindelpresse ist in DE 195 45 004 A1 offenbart. Hier wird ein optimales Betriebsverhalten dadurch erreicht, dass zur Verbesserung der Energiebilanz und für eine genauere Regelung des Weg-Zeit-Verlaufes ein drehzahlvariabler Antrieb bestehend aus einem Drehstromasynchronmotor und einem Frequenzsteller bzw. Stromrichter eingesetzt wird. Die erforderliche Umformenergie wird durch Variation der Drehzahl angepasst. Der Drehzahl-Zeit-Verlauf der Spindel lässt sich durch eine Einrichtung zur Steuerung oder Regelung des Antriebs variieren.A directly driven screw press is in DE 195 45 004 A1 disclosed. Here, an optimal operating behavior is achieved in that a variable-speed drive consisting of a three-phase asynchronous motor and a frequency controller or power converter is used to improve the energy balance and for a more accurate control of the path-time course. The required forming energy is adjusted by varying the speed. The speed-time profile of the spindle can be varied by a device for controlling or regulating the drive.

Durch Variation des Drehzahl-Zeit-Verlaufs lassen sich zum Erreichen der jeweils gewünschte Umformenergie relativ kurze Hubzeiten realisieren. Allerdings bleiben durch die Mechanik verursachte Toleranzen, beispielsweise beim Rückhub des Stößels oder Toleranzen in den Werkstücken unberücksichtigt, was sich zum einen auf die Genauigkeit des Umformprozesses auswirkt und andererseits auch zu einem Energieverlust führen kann.By varying the speed-time curve, relatively short stroke times can be achieved to achieve the respectively desired forming energy. However, tolerances caused by the mechanism, for example during the return stroke of the ram or tolerances in the workpieces, are disregarded, which on the one hand affects the accuracy of the forming process and on the other hand can also lead to energy loss.

Eine weitere direkt angetriebene Spindelpresse ist in der auf der Internetseite hinterlegten Lasco-Firmenzeitschrift "Upgrade" (Ausgabe: Dezember 2000) beschrieben. Als Beispiel wird ein Umformvorgang mit geringer Umformenergie aufgezeigt. Der Antriebsmotor mit Frequenzumrichter beschleunigt die beweglichen Massen, also Schwungrad und mit diesem gekoppelte Spindel, auf eine der maximalen Energie entsprechenden Drehzahl. Der Stößel wird dadurch mit maximaler Geschwindigkeit bis kurz vor Beginn des Umformvorganges abwärts getrieben, um dann generatorisch gebremst mit der vorgewählten Geschwindigkeit den Umformvorgang zu beginnen. Der Rückhub erfolgt durch Reversieren des Antriebes. Etwa auf halber Rückhubhöhe wird wiederum generatorisch gebremst und die Antriebselemente werden so verzögert, dass die mechanische Bremse im oberen Totpunkt lediglich als Parkbremse arbeitet.Another directly driven screw press is described in the Lasco company magazine "Upgrade" (issued December 2000). As an example, a forming process with low deformation energy is shown. The drive motor with frequency converter accelerates the moving masses, ie the flywheel and the coupled spindle, to a speed corresponding to the maximum energy. The plunger is thereby driven at maximum speed until shortly before the beginning of the forming process, and then, as a generator, brakes at the preselected speed to begin the forming process. The return stroke is carried out by reversing the drive. About half return stroke height is in turn braked as a generator and the drive elements are delayed so that the mechanical brake at top dead center only works as a parking brake.

In dieser vorangehend beschriebenen Spindelpresse lassen sich wie bei der in DE 195 45 004 A1 offenbarten Spindelpresse zum Erreichen der jeweils gewünschte Umformenergie relativ kurze Hubzeiten realisieren. Allerdings bleiben durch die Mechanik verursachte Toleranzen, beispielsweise beim Rückhub des Stößels oder Toleranzen in den Werkstücken ebenfalls unberücksichtigt, da die Geschwindigkeit des Stößels bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors und die Lage des Stößels, in der er abgebremst wird, je nach Werkstück fest vorgegeben sind.In this previously described screw press can be as in the in DE 195 45 004 A1 revealed spindle press to achieve the respectively desired forming energy realize relatively short stroke times. However, tolerances caused by the mechanism, for example during the return stroke of the ram or tolerances in the workpieces, are also disregarded because the speed of the ram or the speed of the drive motor and the position of the plunger in which it is braked, depending on the workpiece are fixed.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks bereitzustellen, bei denen die vorgenannten Nachteile beim Stand der Technik wenigstens teilweise überwunden oder zumindest vermindert werden.It is an object of the invention to provide a method for forming a workpiece, in which the aforementioned disadvantages of the prior art are at least partially overcome or at least reduced.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Umformen eines Werkstücks gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Umformvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 29.This object is achieved with regard to the method for forming a workpiece with the features of patent claim 1 and with regard to the forming device with the features of claim 29.

Bei dem Verfahren zum Umformen wenigstens eines Werkstücks, prallt ein Schlagwerkzeug während einer Schlagbewegung aus einer vorgegebenen oder vorgebbaren Ausgangslage mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Auftreffgeschwindigkeit auf das auf einem Träger befindliche Werkstück und die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung wird abhängig von der Lage des Schlagwerkzeugs und abhängig von der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt.In the method for forming at least one workpiece, a striking tool impacts during a striking movement from a predetermined or predeterminable starting position with a predetermined or predeterminable impact velocity on the workpiece located on a support and the speed of the striking tool during the impact movement is dependent on the position of the impact tool and controlled or regulated depending on the given impact speed.

Die Schlagbewegung ist die vorzugsweise axiale Bewegung des Schlagwerkzeugs (oder: Stößels) in Richtung des Werkstücks und zwar aus einer Ausgangslage heraus bis zum Zusammenprall mit dem Werkstück. Die Höhendifferenz, die das Schlagwerkzeug während der Schlagbewegung von der Ausgangslage bis zum Aufprall auf dem Werkstück durchläuft, ist der Hub des Schlagwerkzeugs, im Folgenden auch mit Arbeitshub bzw. Schlaghub bezeichnet. Nach dem Umformvorgang wird das Schlagwerkzeug in der Regel in eine vorbestimmte Endlage zurückgefahren. Die Höhendifferenz, die das Schlagwerkzeug während dieser Rückholbewegung durchläuft wird im Folgenden auch als Rückhub bezeichnet.The impact movement is the preferably axial movement of the impact tool (or: plunger) in the direction of the workpiece and that from a starting position until it collides with the workpiece. The difference in height which the impact tool undergoes during the impact movement from the initial position to the impact on the workpiece is the stroke of the impact tool, hereinafter also referred to as the working stroke or impact stroke. After the forming process, the impact tool is usually returned to a predetermined end position. The height difference which the striking tool undergoes during this return movement is also referred to below as the return stroke.

Die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung ist ein Maß für die zur Verfügung stehende Bewegungsenergie (E). Die Bewegungsenergie ist proportional zu dem Produkt aus der Masse (m) des Schlagwerkzeugs und dem Quadrat der Geschwindigkeit (v) des Schlagwerkzeugs (E = ½mv2). Da die Masse des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung konstant ist, spielt also vor allem die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs bzw. die Ausgangslage oder der Arbeitshub und die Beschleunigung (Bewegungsgleichungen) des Schlagwerkzeugs eine entscheidende Rolle für die beim Aufprall zur Verfügung stehende Bewegungsenergie. Die Bewegungsenergie beim Aufprall, die aus der Auftreffgeschwindigkeit des Schlagwerkzeugs resultiert, wird im Folgenden auch als Umformenergie bezeichnet.The velocity of the impact tool during the impact movement is a measure of the available kinetic energy (E). The kinetic energy is proportional to the product of the mass (m) of the impact tool and the square of the velocity (v) of the impact tool (E = ½mv 2 ). Since the mass of the impact tool is constant during the impact movement, the velocity of the impact tool or the initial position or the working stroke and the acceleration (equations of motion) of the striking tool play a decisive role for the kinetic energy available on impact. The kinetic energy during the impact, which results from the impact velocity of the striking tool, is also referred to below as forming energy.

Die Umformenergie wird bei dem Aufprall auf das Werkstück zu einem großen Teil in Nutzarbeit umgewandelt, wodurch das Werkstück verformt wird. Die Verlustenergie bzw. die daraus resultierende Verlustarbeit wird unter anderem in den Rückstoß des Schlagwerkzeugs eingebracht.The forming energy is largely converted to useful work upon impact with the workpiece, thereby deforming the workpiece. The loss energy or the resulting loss work is introduced among other things in the recoil of the impact tool.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist nun, dass die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung abhängig von der Lage des Schlagwerkzeugs gesteuert oder geregelt werden kann, um eine gewünschte bzw. vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit zu erreichen. Das bedeutet in anderen Worten, dass die momentane Geschwindigkeit (v(t)) des Schlagwerkzeugs eine Funktion der momentanen Lage (x(t)) des Schlagwerkzeugs ist (v (t) = v (x(t)). Die Lage (x) des Schlagwerkzeugs ist hier also die Variable. Die Auftreffgeschwindigkeit des Schlagwerkzeugs ist eine Konstante, die jedoch in ihrem Wert beliebig gewählt werden kann. Das Schlagwerkzeug wird demnach, je nachdem in welcher Lage (oder: Position) es sich gerade befindet, beschleunigt oder abgebremst, um schlussendlich die vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit zu erreichen.A core idea of the invention is now that the speed of the impact tool during the impact movement can be controlled or regulated depending on the position of the impact tool in order to achieve a desired or predetermined impact velocity. In other words, this means that the instantaneous velocity (v (t)) of the impact tool is a function of the momentary position (x (t)) of the impact tool (v (t) = v (x (t)) The impact velocity of the impact tool is a constant, the However, their value can be chosen arbitrarily. Accordingly, the impact tool is accelerated or decelerated, depending on which position (or position) it is currently in, in order finally to reach the predetermined impact speed.

Dabei kann die Ausgangslage (x(t0)) des Schlagwerkzeugs abhängig von der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit, beispielsweise wenn die Schlagbewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit oder einer konstanten Beschleunigung durchgeführt werden soll, oder abhängig von den Erfordernissen des Arbeitsablaufes bestimmt und eingestellt werden.In this case, the initial position (x (t 0 )) of the impact tool depending on the predetermined impact velocity, for example, when the impact movement is to be performed at a constant speed or a constant acceleration, or depending on the requirements of the workflow can be determined and set.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat also den Vorteil, dass eine gewünschte Auftreffgeschwindigkeit bzw. daraus resultierende Umformenergie in einem durch die physikalischen Gesetzmäßigkeiten vorgegebenen Rahmen, unabhängig von der eingestellten Ausgangslage erreicht werden kann, und dass gleichermaßen, innerhalb gewisser Grenzen, eine gewünschte Ausgangslage eingestellt werden kann, unabhängig von der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit. Dadurch ist das Umformverfahren sehr flexibel einsetzbar.The method according to the invention thus has the advantage that a desired impact speed or the resulting deformation energy can be achieved in a predetermined by the physical laws frame, regardless of the initial position set, and that equally, within certain limits, a desired starting position can be set can, regardless of the given impact speed. As a result, the forming process is very flexible.

Um die Geschwindigkeit während der Schlagbewegung als Funktion der Lage des Schlagwerkzeug zu ermitteln kann in einer vorteilhaften Ausführungsform wenigstens eine Lage des Schlagwerkzeugs gemessen oder bestimmt werden. Mit dem Wert der wenigstens einen Lage des Schlagwerkzeugs und der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit können dann die Geschwindigkeitswerte während der Schlagbewegung berechnet werden.In order to determine the speed during the striking movement as a function of the position of the striking tool, in an advantageous embodiment at least one position of the striking tool can be measured or determined. With the value of the at least one position of the impact tool and the predetermined impact speed, the speed values during the impact movement can then be calculated.

Die Lage des Schlagwerkzeugs wird vorzugsweise mit einer geeigneten Lagemesseinrichtung bestimmt, die den Lagewert an eine Steuerungs- und Regelungseinheit zur Steuerung oder Regelung des Schlagwerkzeugs überträgt. Dadurch ist es zum einen möglich eine bestimmte Lage, beispielsweise die Ausgangslage, zu bestimmen und dann den zum Erreichen der vorgegeben Auftreffgeschwindigkeit notwendigen oder günstigsten bzw. optimalen Geschwindigkeitsverlauf zu berechnen. Das Schlagwerkzeug wird dann während der Schlagbewegung auf diese Geschwindigkeitswerte zu gesteuert oder geregelt. Andererseits kann auch eine Steuerung oder Regelung in Echtzeit erfolgen, indem während der Schlagbewegung stets die momentane Lage gemessen oder bestimmt wird und die Geschwindigkeit dann entsprechend mit den gemessenen momentanen Lagewerten berechnet wird, vorzugsweise durch numerisches Differenzieren, und gesteuert oder geregelt wird.The position of the impact tool is preferably determined by a suitable position measuring device which transmits the position value to a control and regulation unit for controlling or regulating the impact tool. This makes it possible, for one thing, to determine a specific position, for example the initial position, and then to calculate the necessary or optimal or optimal speed profile for achieving the predetermined impact speed. The impact tool is then controlled or controlled during the impact movement to these speed values. On the other hand, a control or regulation can be done in real time by always measured during the impact movement, the current situation or is determined and the speed is then calculated in accordance with the measured instantaneous attitude values, preferably by numerical differentiation, and controlled or regulated.

Dass die Lage des Schlagwerkzeugs gemäß der Erfindung innerhalb der Umformvorrichtung jederzeit bekannt ist, hat den weiteren Vorteil, dass ein wiederholgenaues Arbeiten ermöglicht wird. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn beispielsweise mittels der Lagemesseinrichtung die Ausgangslage des Schlagwerkzeugs und/oder die Lage nach einer Rückholbewegung des Schlagwerkzeugs gemessen oder bestimmt wird. Sollte nun beispielsweise bei der Rückholbewegung des Schlagwerkzeugs eine zu große Toleranz auftreten, d.h. der tatsächliche Rückhub ist größer oder kleiner als die vorgegebene Höhendifferenz, so wird diese durch die Lagemesseinrichtung erfasst und zur Bestimmung des Geschwindigkeitsverlaufs eines darauffolgenden Arbeitshubs genutzt, so dass das Schlagwerkzeug wiederum mit genau der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit auf dem Werkstück aufprallt.The fact that the position of the impact tool according to the invention within the forming device is known at all times has the further advantage that it enables repeatable working. It is particularly advantageous if, for example, by means of the position measuring device, the initial position of the impact tool and / or the position after a return movement of the impact tool is measured or determined. If, for example, too great a tolerance occurs during the return movement of the impact tool, i. the actual return stroke is greater or smaller than the predetermined height difference, this is detected by the position measuring device and used to determine the speed curve of a subsequent power stroke, so that the impact tool in turn bounces with exactly the predetermined impact velocity on the workpiece.

Bei mehrmaligem Aufprallen des Schlagwerkzeugs auf dasselbe Werkstück ist es vorteilhaft, wenn die Lage des Schlagwerkzeugs nach der Verformung des Werkstücks durch den Aufprall gemessen oder bestimmt wird. So kann bei mehrmaliger Bearbeitung eines Werkstücks in der Vorrichtung die durch die Verformung veränderte Höhe des Werkstücks erfasst und der darauffolgende Arbeitshub beispielweise um diese Wegstrecke verlängert werden, so dass die auf das Werkstück übertragene Umformenergie stets konstant ist.In the case of repeated bouncing of the impact tool on the same workpiece, it is advantageous if the position of the impact tool is measured or determined after the deformation of the workpiece by the impact. Thus, with repeated machining of a workpiece in the apparatus, the height of the workpiece as a result of the deformation can be detected and the subsequent working stroke can be extended by this distance, for example, so that the deformation energy transmitted to the workpiece is always constant.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Schlagwerkzeug aus der Ausgangslage auf die vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit beschleunigt. Zum Erreichen einer Auftreffgeschwindigkeit niedriger als eine maximale Auftreffgeschwindigkeit kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die Ausgangslage niedriger als eine maximale Ausgangslage eingestellt wird.In a particularly advantageous embodiment, the striking tool is accelerated from the starting position to the predetermined impact speed. To achieve an impact speed lower than a maximum impact velocity, it may be advantageous if the starting position is set lower than a maximum starting position.

Das Schlagwerkzeug kann bei seiner Schlagbewegung in der Regel aus einer maximalen Ausgangslage einen durch die Umformvorrichtung vorgegebenen maximalen Arbeitshub durchlaufen, nach dem die größte bzw. maximale Auftreffgeschwindigkeit und damit die maximale Umformenergie erreicht wird. Aufgrund der möglichen Lageerfassung des Schlagwerkzeugs kann der Stößel bzw. das Schlagwerkzeug aber auch von jeder beliebigen Lage oder Position innerhalb des maximalen Arbeitshubs aus gefahren werden, so dass sich ein Arbeitshub kleiner dem maximalen Arbeitshub ergibt. Dabei ist dann die höchste erreichbare Auftreffgeschwindigkeit bzw. Umformenergie geringer als die maximale Auftreffgeschwindigkeit bzw. Umformenergie.The percussion tool can usually pass through a maximum working stroke predetermined by the shaping device during its impact movement from a maximum initial position, after which the maximum or maximum impact velocity and thus the maximum deformation energy is achieved. Due to the possible position detection of the impact tool of the But ram or the impact tool but also be driven from any position or position within the maximum power stroke, so that a working stroke is smaller than the maximum stroke. In this case, the highest attainable impact velocity or deformation energy is then less than the maximum impact velocity or deformation energy.

Das ist insbesondere in Anwendungen mit flachen Werkstücken und/oder niedriger erforderlicher Umformenergie von besonderem Vorteil. Bei Beschleunigen aus der Ausgangslage wird dann beim Aufprall auf das Werkstück gerade die erwünschte Auftreffgeschwindigkeit bzw. Umformenergie erreicht. Der kurze Arbeitshub bringt einerseits sehr kurze Hubzeiten mit sich, wodurch sich sehr kurze Taktzeiten erzielen lassen, andererseits kann dadurch auch Energie eingespart werden.This is particularly advantageous in applications with flat workpieces and / or low deformation energy required. When accelerating from the starting position, the desired impact velocity or deformation energy is then just reached upon impact with the workpiece. The short working stroke brings very short stroke times with it, which can be achieved very short cycle times, on the other hand, thereby energy can be saved.

Insbesondere vorteilhaft ist es auch, wenn das Schlagwerkzeug aus der Ausgangslage beschleunigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Lage zwischen der Ausgangslage und dem Werkstück abgebremst wird, um die vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit zu erreichen. Die Geschwindigkeit wird also über die Hublänge so variiert, so dass beispielsweise auch aus einer hohen Ausgangslage und bei einem großen Arbeitshub das Erzeugen niedriger Auftreffgeschwindigkeiten bzw. Umformenergien möglich ist. Um dennoch eine kurze Arbeitshubzeit zu erzielen wird das Schlagwerkzeug zunächst möglichst mit einer maximalen Anfahrbeschleunigung auf eine maximale Geschwindigkeit beschleunigt, die in der vorbestimmten Lage zwischen der Ausgangslage und dem Werkstück erreicht wird, ab der das Schlagwerkzeug dann bis auf die gewünschte Auftreffgeschwindigkeit abgebremst wird, die niedriger als die maximale Geschwindigkeit ist.It is also particularly advantageous if the impact tool is accelerated from the initial position and braked when reaching a predetermined position between the starting position and the workpiece in order to achieve the predetermined impact velocity. The speed is thus varied over the stroke length so that, for example, even from a high starting position and at a large working stroke, the generation of low impact speeds or forming energies is possible. In order nevertheless to achieve a short working stroke time, the impact tool is first accelerated, if possible, with a maximum starting acceleration to a maximum speed, which is achieved in the predetermined position between the starting position and the workpiece, from which the impact tool is then decelerated to the desired impact speed, the lower than the maximum speed.

In der Praxis kann nun beispielsweise beim Bearbeiten der Stirnseite sehr großer bzw. langer Werkstücke eine sehr hohe Ausgangslage gewählt werden, um das Einführen des Werkstücks in den Träger zu erleichtern. Auch beim Einsatz automatischer Zuführeinrichtungen für die Werkstücke, beispielsweise Robotern mit Greifern oder automatischen Greifwerkzeugen, kann eine hohe Ausgangslage des Schlagwerkzeugs von Vorteil sein, um die Zuführung zu erleichtern. Aus dieser hohen Ausgangslage können dann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, je nach Anforderung, sowohl hohe als auch sehr niedrige Umformenergien erzeugt werden.In practice, for example, when machining the front side of very large or long workpieces, a very high starting position can now be selected in order to facilitate the insertion of the workpiece into the carrier. Even with the use of automatic feeders for the workpieces, such as robots with grippers or automatic gripping tools, a high initial position of the impact tool may be advantageous to facilitate the feed. From this high starting position can then at the process according to the invention, depending on the requirement, both high and very low forming energies are generated.

Ferner ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung so gesteuert oder geregelt wird, dass bei beliebiger Ausgangslage die kürzest mögliche Arbeitshubzeit erreicht wird. Das lässt sich mittels der Steuerungs- und Regelungseinrichtung realisieren, die den Geschwindigkeitsverlauf des Schlagwerkzeugs abhängig von der Lage und der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit des Schlagwerkzeugs rechnerisch so optimiert, dass möglichst die kürzeste Hubzeit erreicht wird.Furthermore, it is particularly advantageous if the speed of the striking tool is controlled or regulated during the striking movement in such a way that the shortest possible working stroke time is achieved at any starting position. This can be realized by means of the control and regulating device, which optimizes the speed profile of the impact tool depending on the position and the predetermined impact velocity of the striking tool so that as far as possible the shortest stroke time is achieved.

Die Steuerung und Regelung der Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs erfolgt vorzugsweise mit einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung, die einen drehzahlvariablen Antriebsmotor einer Antriebseinrichtung für das Schlagwerkzeug steuert und regelt.The control and regulation of the speed of the impact tool is preferably carried out with a control and regulating device which controls and regulates a variable-speed drive motor of a drive device for the impact tool.

Als Steuerungs- und Regelungseinrichtung wird vorzugsweise eine Frequenzumrichtereinheit verwendet, die die Drehzahl und die Drehrichtung des Antriebsmotors steuert und regelt. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Ftequenzumrichtereinheit mit Hilfe eines Mikroprozessors den Drehzahlverlauf des Antriebsmotors während der Schlagbewegung in Abhängigkeit einer vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit und einer vorgegebenen Ausgangslage und/oder einer mittels einer Lagemesseinrichtung bestimmten Lage bestimmt.As a control and regulating device preferably a frequency converter unit is used, which controls the speed and the direction of rotation of the drive motor and controls. It is particularly advantageous if the Ftequenzumrichtereinheit determined by means of a microprocessor, the speed profile of the drive motor during the impact movement in response to a predetermined impact velocity and a predetermined starting position and / or determined by a position measuring device location.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Schlagwerkzeug nach dem Aufprall durch eine Rückholbewegung in eine vorgegebene oder vorgebbare Endlage zurückgehoben. Die Rückholbewegung in die Endlage erfolgt vorzugsweise bei umgekehrter Drehrichtung des Antriebsmotors. Es sind jedoch auch andere Methoden denkbar das Schlagwerkzeug in die Endlage zu bringen. So kann beispielsweise das Schlagwerkzeug mittels Teleskopstangen hydraulisch oder pneumatisch zurückgehoben werden. Der hierfür notwendige Druck lässt sich beispielweise bei der Schlagbewegung des Stößels durch Zusammenpressen einer Flüssigkeit oder eines Gases in einer geeigneten Kammer erzeugen.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the impact tool is lifted back after the impact by a return movement in a predetermined or predeterminable end position. The return movement into the end position is preferably carried out in the reverse direction of rotation of the drive motor. However, other methods are conceivable to bring the impact tool in the final position. Thus, for example, the impact tool can be lifted by means of telescopic rods hydraulically or pneumatically. The pressure required for this purpose can be generated, for example, during the impact movement of the plunger by compressing a liquid or a gas in a suitable chamber.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Rückholbewegung in die Endlage abhängig von der Lage des Schlagwerkzeug gesteuert und geregelt wird. Eine optimale Steuerung und Regelung der Geschwindigkeit des Schlagwerkzeug ist dabei durch die Ftequenzumrichtereinheit gegeben, deren Mikroprozessor den Drehzahlverlauf während des Hubs in Abhängigkeit der vorgegebenen Endlage und/oder einer mittels der Lagemesseinrichtung bestimmten Lage bestimmt. Diese Steuerungs- und Regelungsmöglichkeit kann beim Rückholen des Schlagwerkzeugs mittels des Antriebsmotors eingesetzt werden.It is particularly advantageous if the speed of the striking tool is controlled and regulated during the return movement into the end position as a function of the position of the striking tool. An optimal control and regulation of the speed of the impact tool is given by the Ftequenzumrichtereinheit whose microprocessor determines the speed curve during the stroke in dependence on the predetermined end position and / or determined by the position measuring device location. This control and regulation option can be used when retrieving the impact tool by means of the drive motor.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn als Endlage eines Rückhubs die Ausgangslage des Schlagwerkzeugs für den Arbeitshub gewählt wird. Vor allem, wenn mehrere gleiche Werkstücke nacheinander bearbeitet werden sollen, wird so stets die optimale Hubzeit und Umformenergie erreicht. Es ist jedoch auch möglich das Schlagwerkzeug in eine beliebige andere Endlage zu fahren. Das kann von Vorteil sein, wenn nacheinander verschieden Werkstücke bearbeitet werden sollen. Die Endlage des Rückhubs kann dann insbesondere abhängig vom zu bearbeitenden Werkstück und/oder von der gewünschten Auftreffgeschwindigkeit bei der darauffolgenden Schlagbewegung gewählt werden.It is particularly useful if the initial position of the impact tool is selected for the working stroke as the end position of a return stroke. Especially when several identical workpieces are to be processed one after the other, the optimum stroke time and forming energy are always achieved. However, it is also possible to drive the impact tool in any other end position. This can be advantageous if different workpieces are to be processed one after the other. The end position of the return stroke can then be selected in particular depending on the workpiece to be machined and / or the desired impact velocity in the subsequent impact movement.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Schlagwerkzeug bei der Rückholbewegung in die Endlage vom Werkstück oder Träger weg beschleunigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Lage zwischen dem Werkstück oder dem Träger einerseits und der Endlage andererseits mittels des Antriebsmotors abgebremst. Bei Erreichen der Endlage wird das Schlagwerkzeug dann durch eine mechanische Bremseinrichtung vollständig abgebremst. Diese Steuerung- und Regelung der Geschwindigkeit bei der Rückholbewegung hat den Vorteil, dass das Schlagwerkzeug sehr genau in die Endlage gefahren werden kann, gleichzeitig aber diese Endlage sehr schnell erreicht. Des Weiteren wird die Gefahr vermindert, dass die mechanische Bremseinrichtung schnell verschleißt oder dass der Überlauf bzw. die Toleranz des Rückhubes zu groß ist, wie es bei zu hoher Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs bei Erreichen der Endlage der Fall sein kann.In a particularly advantageous embodiment, the impact tool is accelerated away during the return movement into the end position of the workpiece or carrier and braked upon reaching a predetermined position between the workpiece or the carrier on the one hand and the end position on the other hand by means of the drive motor. Upon reaching the end position, the impact tool is then completely decelerated by a mechanical braking device. This control and regulation of the speed during the return movement has the advantage that the impact tool can be driven very accurately in the end position, but at the same time reached this end position very quickly. Furthermore, the risk is reduced that the mechanical braking device wears quickly or that the overflow or the tolerance of the return stroke is too large, as it may be the case at too high speed of the impact tool when reaching the end position.

Diese genaue Geschwindigkeitsregelung beim Rückhub bzw. die daraus resultierende genaue Endlage des Schlagwerkzeugs ist zum Beispiel besonders vorteilhaft, wenn das Werkstück mit dem Schlagwerkzeug mit nach oben in die Endlage gefahren wird und in der Endlage abgenommen wird. Das Werkstück kann dann stets mit hoher Genauigkeit mit Hilfe einer Abführeinrichtung, beispielsweise einem Greifwerkzeug, abgenommen und abgeführt werden.This precise speed control during the return stroke or the resulting exact end position of the impact tool is for example particularly advantageous when the workpiece is driven with the impact tool up to the end position and removed in the end position. The workpiece can then always with high accuracy by means of a discharge device, such as a gripping tool, removed and removed.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform wird das Schlagwerkzeug beim Beschleunigen mit einer vorgegebenen konstanten Anfahrbeschleunigung beschleunigt. Vorzugsweise wird das Schlagwerkzeug auch beim Abbremsen mit einer vorgegebenen konstanten Bremsbeschleunigung abgebremst. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und gleichzeitig eine energiesparende Arbeitsweise erreicht. Der Betrag der konstanten Anfahrbeschleunigung und der konstanten Bremsbeschleunigung kann beispielsweise jeweils abhängig von der Bewegungsrichtung des Schlagwerkzeugs, also je nachdem, ob es eine Schlagbewegung oder eine Rückholbewegung durchführt, gewählt werden. Dabei kann dann beispielsweise auch die Wirkung der Schwerkraft auf das Schlagwerkzeug berücksichtigt und die Beschleunigung entsprechend ausgewählt werden.In a particularly expedient embodiment, the impact tool is accelerated during acceleration with a predetermined constant starting acceleration. Preferably, the impact tool is decelerated even during braking with a predetermined constant braking acceleration. This achieves high accuracy and at the same time an energy-saving mode of operation. The amount of the constant starting acceleration and the constant braking acceleration, for example, depending on the direction of movement of the impact tool, that is, depending on whether it performs a striking movement or a return movement, are selected. In this case, for example, the effect of gravity on the impact tool can be considered and the acceleration can be selected accordingly.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Antriebsmotor vor dem Aufprall des Schlagwerkzeugs auf das Werkstück momentlos geschaltet und/oder in der Antriebseinrichtung abgekuppelt wird. Dadurch werden Belastungen für den Motor und die Steuerungs- und Regelungseinrichtung vermieden, die durch auftretende Strom- und Spannungsspitzen erzeugt werden können. Momentlos schalten lässt sich der Antriebsmotor in der Regel über die Frequenzumrichtereinheit. Das momentlos Schalten oder Abkuppeln erfolgt beispielsweise auf ein Signal der Lagemesseinrichtung kurz vor dem Aufprall, so dass möglichst keine Umformenergie verloren geht.It is especially advantageous if the drive motor is switched to the workpiece without torque prior to the impact of the impact tool and / or uncoupled in the drive device. As a result, loads for the engine and the control and regulating device are avoided, which can be generated by occurring current and voltage peaks. The drive motor can usually be switched momentarily via the frequency inverter unit. The instantaneous switching or uncoupling takes place, for example, on a signal of the position measuring device shortly before the impact, so that as far as possible no forming energy is lost.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird während dem Abbremsen des Schlagwerkzeugs mittels des Antriebsmotors der Antriebsmotor als Generator betrieben. Die während des Abbremsens durch den Generator gewonnene Energie kann dann in das Stromnetz zurückgespeist werden.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the drive motor is operated as a generator during deceleration of the striking tool by means of the drive motor. The energy gained during deceleration by the generator can then be fed back into the power grid.

Die Lage des Schlagwerkzeugs in der Umformvorrichtung wird vorzugsweise mittels wenigstens eines, insbesondere berührungslosen Positionsgebers, insbesondere eines optischen oder magnetischen oder induktiven und vorzugsweise inkrementalen Positionsgebers bestimmt. Der Vorteil dieser Methode ist, dass die Messung berührungslos durchgeführt werden kann und die Messeinrichtung somit an einer sicheren Position in der Maschine angebracht werden kann.The position of the impact tool in the forming device is preferably determined by means of at least one, in particular non-contact position sensor, in particular an optical or magnetic or inductive and preferably incremental position sensor. The advantage of this method is that the measurement can be carried out without contact and the measuring device can thus be mounted in a safe position in the machine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine Umformvortichtung verwendet, die als Spindelpresse ausgeführt ist, und bei der der Antriebsmotor in der Antriebseinrichtung der Spindelpresse arbeitet. Der Antriebsmotor treibt dann vorzugsweise direkt ein Schwungrad an, das wiederum eine mit diesem gekoppelte Spindel in rotation versetzt. Die Spindel wirkt so mit dem Schlagwerkzeug zusammen, vorzugsweise über ein Gewinde, dass dieses durch die Rotation der Spindel abhängig von der Drehrichtung zum Werkstück bzw. Träger hin oder von diesen weg bewegt wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a Umformvortichtung is used, which is designed as a screw press, and wherein the drive motor operates in the drive device of the screw press. The drive motor then preferably directly drives a flywheel, which in turn displaces a spindle coupled thereto in rotation. The spindle cooperates with the impact tool, preferably via a thread, that this is moved by the rotation of the spindle depending on the direction of rotation to the workpiece or carrier out or away.

Die insbesondere für den Einsatz in dem Verfahren oder zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung konzipierte Umformvorrichtung umfasst wenigstens einen Träger für das Werkstück, wenigstens ein Schlagwerkzeug, wenigstens eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des Schlagwerkzeugs relativ zum Träger und wenigstens eine Lagemesseinrichtung zur Bestimmung der Lage des Schlagwerkzeugs innerhalb der Umformvorrichtung, wobei zum Umformen des Werkstücks eine Ausganglage des Schlagwerkzeugs einstellbar oder eingestellt ist und wobei eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während eines Arbeitshubs in Abhängigkeit der Lage steuert und regelt, so dass eine vorgegebene oder vorgebbare Auftreffgeschwindigkeit auf dem Werkstück erreicht wird.The forming device designed in particular for use in the method or for carrying out the method according to the present invention comprises at least one support for the workpiece, at least one impact tool, at least one drive device for moving the impact tool relative to the support and at least one position measuring device for determining the position of the Impact tool within the forming device, wherein for the forming of the workpiece, a starting position of the striking tool is adjustable or adjusted and wherein a control and regulating device is provided which controls the speed of the percussion tool during a working stroke depending on the position and controls, so that a predetermined or predetermined Impact speed on the workpiece is achieved.

Die Umformvorrichtung ist vorzugsweise eine Spindelpresse. Es ist aber auch denkbar, die Umformvorrichtung als eine andere arbeitgebundene Umformmaschine bzw. Pressmaschine, beispielsweise ein Hammer, oder als eine kraftgebundene Pressmaschinen wie eine Hydraulikpresse auszubilden. Die Umformvorrichtungen unterscheiden sich dann im Wesentlichen in der konkreten Ausgestaltung der Antreibseinrichtung. Eine Vielzahl möglicher Antriebe lassen sich mit geeigneten Mitteln so steuern- und regeln, dass die Geschwindigkeit über den Hub variiert werden kann. Durch den Einsatz der Lagemesseinrichtung ist das dann auch aus jeder beliebigen Ausgangslage heraus möglich.The forming device is preferably a screw press. However, it is also conceivable to form the forming device as another work-bound forming machine or pressing machine, for example a hammer, or as a force-bonded pressing machines such as a hydraulic press. The forming devices then differ substantially in the concrete Design of the driving device. A large number of possible drives can be controlled and regulated by suitable means so that the speed can be varied via the stroke. By using the position measuring device that is then also possible from any starting position out.

Wird nun eine Umformvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Spindelpresse ausgeführt, so umfasst die Antriebseinrichtung vorzugsweise einen drehzahlvariablen Antriebsmotor, wobei insbesondere ein Asynchronmotor zum Einsatz kommen kann. Weiterhin umfasst die Antriebseinrichtung ein Schwungrad, das mit einer Spindel gekoppelt ist und vom Antriebsmotor angetrieben wird.If now a forming device for carrying out the method according to the invention is designed as a screw press, then the drive device preferably comprises a variable-speed drive motor, wherein in particular an asynchronous motor can be used. Furthermore, the drive device comprises a flywheel, which is coupled to a spindle and is driven by the drive motor.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Umformvorrichtung wird als Steuerungs- und Regelungseinrichtung eine Frequenzumrichtereinheit eingesetzt, die die Antriebsmotordrehzahl und eventuell auch die Drehrichtung des Antriebsmotors steuert und regelt. Die Frequenzumrichtereinheit umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor. In einen dem Mikzoprozessor zugehörigen Speicher können unter anderem die gewünschten Werte für die jeweilige Ausgangslage und die Geschwindigkeit eingegeben werden. Auch die von der Lagemesseinrichtung erfassten Werte werden als Signal an den Mikroprozessor übermittelt. Aus diesen Werten bestimmt bzw. berechnet der Prozessor dann denn notwendigen bzw. günstigsten Drehzahlverlauf während einer Schlagbewegung.In a particularly advantageous embodiment of the forming device, a frequency converter unit is used as a control and regulating device, which controls and regulates the drive motor speed and possibly also the direction of rotation of the drive motor. The frequency converter unit preferably comprises a microprocessor. Among other things, the desired values for the respective starting position and the speed can be entered into a memory associated with the microprocessor. The values detected by the position measuring device are also transmitted as a signal to the microprocessor. From these values, the processor then determines or calculates the necessary or most favorable speed profile during a striking movement.

Für die Rückholbewegung des Schlagwerkzeugs von dem Werkstück oder Träger ist vorzugsweise zudem eine Endlage für des Schlagwerkzeug einstellbar oder eingestellt. Die Endlage wird ebenfalls in dem dem Mikroprozessor zugehörigen Speicher eingespeichert, so dass der Prozessor auch den Verlauf der Rückholbewegung berechnen kann. Die Rückholbewegung erfolgt vorzugsweise über Ändern der Drehrichtung des Antriebsmotors.For the return movement of the impact tool from the workpiece or carrier preferably also an end position for the impact tool is adjustable or adjusted. The end position is also stored in the memory associated with the microprocessor, so that the processor can also calculate the course of the return movement. The return movement is preferably carried out by changing the direction of rotation of the drive motor.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn zum Festhalten des Schlagwerkzeugs in der Endlage eine mechanische Bremseinrichtung vorgesehen ist. Die mechanische Bremseinrichtung bzw. Bremse wirkt dann bei Erreichen der Endlage beispielsweise auf das Schwungrad und hält dieses fest, wodurch auch das Schlagwerkzeug in seiner Bewegung gestoppt wird.It is particularly advantageous if a mechanical braking device is provided for holding the striking tool in the end position. The mechanical brake device or brake then acts upon reaching the end position for example, on the flywheel and holds this, whereby the impact tool is stopped in its movement.

Die Lagemesseinrichtung umfasst vorzugsweise einen herkömmlichen und insbesondere berührungslosen Positionsgeber, insbesondere einen optischen, magnetischen oder induktiven und vorzugsweise inkrementalen Positionsgeber.The position measuring device preferably comprises a conventional and in particular non-contact position sensor, in particular an optical, magnetic or inductive and preferably incremental position sensor.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.The invention will be further elucidated on the basis of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

FIG 1a
eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung,
FIG 1b
das Verfahren gemäß FIG 1a bei durchgeführter Schlagbewegung,
FIG 2
ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, das theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe bei konstanter Anfahrbeschleunigung darstellt,
FIG 3
ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, das theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe bei konstanter Anfahrbeschleunigung und anschließender konstanter Abbremsung auf eine konstante Auftreffgeschwindigkeit aus unterschiedlichen Ausgangslagen darstellt,
FIG 4
ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, das theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe zum Erreichen verschiedener Auftreffgeschwindigkeiten aus einer konstanten Ausgangslage darstellt,
FIG 5
ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, das reale, gemessene Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe bei dem Verfahren gemäß der Erfindung darstellt,
FIG 6
eine vorteilhafte Ausführungsform einer Umformvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Shown schematically in each case:
FIG. 1a
a simplified representation of an embodiment of the method according to the invention,
FIG. 1b
the method according to FIG. 1a when carried out impact movement,
FIG. 2
a velocity-time diagram representing theoretical velocity-time curves with constant acceleration of start,
FIG. 3
a speed-time diagram representing theoretical speed-time curves with constant acceleration of acceleration and subsequent constant deceleration to a constant impact velocity from different starting positions,
FIG. 4
a velocity-time diagram representing theoretical velocity-time profiles for achieving different impact velocities from a constant starting position,
FIG. 5
a velocity-time diagram illustrating real, measured velocity-time profiles in the method according to the invention,
FIG. 6
an advantageous embodiment of a forming device for Implementation of the method according to the invention.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in den FIG 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are in the 1 to 6 provided with the same reference numerals.

In FIG 1a und FIG 1b ist das Umformverfahren gemäß der Erfindung stark vereinfacht dargestellt. Zur Veranschaulichung zeigen FIG 1a und FIG 1b eine einfache Umformvorrichtung mit einem Schlagwerkzeug, insbesondere einem Stößel 1, einer Antriebseinrichtung 2 und einem Träger 3, auf dem ein Werkstück 4 angeordnet ist. Die Lage des Stößels wird mit einem Positionsgeber bestimmt (hier nicht dargestellt, vgl. FIG 6). Der Stößel 1 wird von der Antriebseinrichtung 2 aus einer Ausgangslage H0a, H0b, H0c, H0d (H0a = H0d > H0b > H0c), heraus beschleunigt (FIG 1a). Die Anfangsgeschwindigkeiten des Stößels v0a, v0b, v0c, v0d sind in allen zugehörigen Ausgangslagen H0a, H0b, H0c, H0d gleich 0 m/s. Der Stößel 1 bewegt sich bei der Vorrichtung nach unten auf das auf dem Träger 3 befindliches Werkstück 4 zu. Hat der Stößel 1 das Werkstück 4 erreicht prallt er mit einer Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc, vAd auf (FIG 1b).In FIG. 1a and FIG. 1b the forming process according to the invention is shown greatly simplified. To illustrate FIG. 1a and FIG. 1b a simple forming device with a percussion tool, in particular a plunger 1, a drive device 2 and a support 3, on which a workpiece 4 is arranged. The position of the plunger is determined by a position sensor (not shown here, cf. FIG. 6 ). The plunger 1 is accelerated by the drive device 2 from an initial position H 0a, H 0b, H 0c, H 0d (H 0a = H 0d> H 0b> H 0c) out ( FIG. 1a ). The initial velocities of the plunger v 0a , v 0b , v 0c , v 0d are in all associated starting positions H 0a , H 0b , H 0c , H 0d equal to 0 m / s. The plunger 1 moves in the device down to the befindliches on the carrier 3 workpiece 4. When the ram 1 has reached the workpiece 4, it collides with an impact velocity v Aa , v Ab , v Ac , v Ad ( FIG . FIG. 1b ).

Die Ausgangslage H0a, H0b, H0c, H0d des Stößels 1 kann beliebig eingestellt werden. So könnten beispielweise auch zwei unterschiedlich große bzw. hohe Werkstücke mit der gleichen Auftreffgeschwindigkeit vA, die aus demselben Arbeitshub ΔH resultiert, bearbeitet werden oder durch Beschleunigen aus den unterschiedlichen Ausgangslagen H0a, H0b, H0c, H0d unterschiedliche Auftreffgeschwindigkeiten vAa, vAb, vAc, vAd erreicht werden. Der maximale Arbeitshub ΔHa wird aus der Ausgangslage H0a erreicht und führt bei kontinuierlicher Beschleunigung zu einer maximalen Auftreffgeschwindigkeit vAa und der damit verbundenen maximalen Umformenergie. Es lassen sich auch beliebig niedrigere Ausgangslagen H0b, H0c einstellen. Je niedriger die Ausgangslage gewählt wird, desto niedriger ist dann allerdings auch die maximal erreichbare Auftreffgeschwindigkeit (vAb > vAc) bei kontinuierlicher Beschleunigung.The starting position H 0a , H 0b , H 0c , H 0d of the plunger 1 can be set arbitrarily. Thus, for example, two different sized or high workpieces with the same impact velocity v A , which results from the same stroke ΔH, edited or by accelerating from the different starting positions H 0a , H 0b , H 0c , H 0d different impact velocities v Aa , v Ab , v Ac , v Ad are reached. The maximum working stroke ΔH a is reached from the starting position H 0a and, with continuous acceleration, leads to a maximum impact velocity v Aa and the associated maximum forming energy. It is also possible to set arbitrarily lower initial positions H 0b , H 0c . However, the lower the starting position is chosen, the lower is the maximum achievable impact velocity (v Ab > v Ac ) with continuous acceleration.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ebenfalls möglich, den Stößel 1 in Richtung auf das Werkstück 4 aus einer Ausgangslage Hod zunächst zu beschleunigen und nach einem vorbestimmten ersten Teilarbeitshub ΔHd1 bzw. in einer vorbestimmten Höhe bzw. Lage Hd, im Folgenden auch als Abbremslage bezeichnet, für einen vorbestimmten zweiten Teilarbeitshub ΔHd2 abzubremsen, so dass eine Auftreffgeschwindigkeit vAd eingestellt bzw. die daraus resultierende Umformenergie erzeugt wird, die kleiner der aus der Ausgangslage H0d maximal möglichen ist.In the method according to the invention, it is likewise possible first to accelerate the plunger 1 in the direction of the workpiece 4 from a starting position H od and after a predetermined first partial working stroke ΔH d1 or in a predetermined height or position H d , hereinafter also referred to as Abbremslage slow for a predetermined second Teilarbeitshub ΔH d2 , so that an impact velocity v Ad set or the resulting deformation energy is generated, the smaller the from the starting position H 0d is the maximum possible.

Der Stößel 1 kann vorzugsweise mit konstanter Anfahrbeschleunigung und konstanter Bremsbeschleunigung beschleunigt werden, die jeweils verschiedene Beträge der Beschleunigung besitzen können. Das Verfahren ist jedoch nicht auf diese Variante beschränkt, da Anfahrbeschleunigung und Bremsbeschleunigung nicht zwingend konstant sein müssen.The plunger 1 can preferably be accelerated with constant starting acceleration and constant braking acceleration, which can each have different amounts of acceleration. However, the method is not limited to this variant since starting acceleration and deceleration do not necessarily have to be constant.

In FIG 1a ist sind die Teilarbeitshübe ΔHd1 und ΔHd2 sowie die Abbremslage Hd zwischen Anfahrbeschleunigungs- und Abbremsvorgang nur aus der maximalen Ausgangslage (H0a = H0d) dargestellt. Der Stößel 1 kann aber auch aus allen anderen Ausgangslagen (H0b, H0c = H0d) zunächst beschleunigt und ab einer vorbestimmten und normalerweise zu der in FIG 1a verschiedenen Lage Hd abgebremst werden.In FIG. 1a is the partial strokes ΔH d1 and ΔH d2 and the braking position H d between Anfahrbeschleunigungs- and braking only from the maximum starting position (H 0a = H 0d ) shown. But the plunger 1 can also from all other starting positions (H 0b , H 0c = H 0d ) first accelerated and from a predetermined and normally to the in FIG. 1a be braked different position H d .

Ein Geschwindigkeitsverlauf mit Anfahrbeschleunigungs- und Abbremsvorgang ist in der Praxis beispielsweise dann von Vorteil, wenn große oder lange Werkstücke in die Maschine eingesetzt werden müssen und daher unterhalb des Stößels viel Platz zur Verfügung stehen muss. Der Stößel 1 wird dann beispielsweise in die maximale Ausgangslage H0a = H0d gefahren und nach dem Einlegen des Werkstücks 4 zunächst beschleunigt und anschließend auf die gewünschte Auftreffgeschwindigkeit vAd abgebremst. Werden flache Werkstücke 4 bearbeitet, wird die Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc in der Regel einfach durch Beschleunigen aus der jeweils notwendigen Ausgangslage H0a, H0b, H0c erzeugt.A speed course with acceleration and deceleration process is advantageous in practice, for example, when large or long workpieces have to be inserted into the machine and therefore a lot of space must be available below the ram. The plunger 1 is then moved, for example, in the maximum starting position H 0a = H 0d and after the insertion of the workpiece 4 is first accelerated and then decelerated to the desired impact velocity v Ad . If flat workpieces 4 are processed, the impact velocity v Aa , v Ab , v Ac is usually generated simply by accelerating from the respectively required starting position H 0a , H 0b , H 0c .

Der Geschwindigkeitsverlauf über den Stößelhub, sowohl Arbeitshub als auch Rückhub wird von einer Steuer- und Regeleinheit, vorzugsweise eine Mikroprozessoreinheit in einer Frequenzumrichtereinheit bestimmt (hier nicht dargestellt) die in der Antriebseinrichtung 2 untergebracht ist.The speed profile over the ram stroke, both working stroke and return stroke is determined by a control and regulating unit, preferably a microprocessor unit in a frequency converter unit (not shown here) which is housed in the drive device 2.

Dabei sind zumindest die Ausgangslage H0a H0b, H0c, H0d, und die gewünschte Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc, vAd vorzugeben. Weiterhin kann der Betrag der Anfahrbeschleunigung und der Bremsbeschleunigung vorgegeben werden oder vorgegeben bzw. voreingestellt sein. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung berechnet dann den Geschwindigkeitsverlauf über die Höhe des Arbeitshubs bzw. Teilarbeitshubs ΔHa, ΔHb, ΔHc bzw. ΔHd1 und ΔHd2, so dass sich insgesamt zum Erreichen der gewünschten Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc, vAd bei den vorgegebenen Werten für die Anfahrbeschleunigung und die Bremsbeschleunigung, möglichst die kürzeste Hubzeit ergibt. Dabei kann das Ergebnis ein Geschwindigkeitsverlauf mit kontinuierlicher Anfahrbeschleunigung sein oder die Steuerungs- und Regelungseinrichtung bestimmt eine Abbremslage Hd, ab der der Stößel 1 bis zum Auftreffen abgebremst wird.In this case, at least the starting position H 0a H 0b , H 0c , H 0d , and the desired impact velocity v Aa , v Ab , v Ac , v Ad pretend. Furthermore, the amount of the starting acceleration and the braking acceleration can be specified or predefined or preset. The control and regulation device then calculates the speed profile over the height of the working stroke or sub-hubs ΔH a , ΔH b , ΔH c and ΔH d1 and ΔH d2 , so that overall to achieve the desired impact velocity v Aa , v Ab , v Ac , v Ad at the given values for the starting acceleration and the braking acceleration, as far as possible the shortest stroke time results. In this case, the result may be a speed course with continuous acceleration of approach or the control and regulation device determines a braking position H d , from which the plunger 1 is decelerated until impact.

Der Rückhub ist in den FIG 1a und 1b lediglich durch den Pfeil angedeutet. Nach dem Aufprall auf dem Werkstück 4 wird der Stößel 1 mittels der Antriebseinrichtung 2 wieder in seine Ausgangslage H0a, H0b, H0c, H0d oder in eine beliebige andere Endlage zurückgefahren. Dazu wird er zunächst beschleunigt und in einer ebenfalls von des Steuer- und Regeleinheit bestimmten Lage Hd abgebremst, so dass er in seiner Endlage annähernd die Geschwindigkeit 0 m/s besitzt. Die Lage Hd, ab der der Stößel 1 abgebremst wird, ist abhängig von der gewünschten Endlage und eventuell auch vom Rückstoß des Stößels 1.The return stroke is in the FIGS. 1a and 1b indicated only by the arrow. After the impact on the workpiece 4, the plunger 1 is returned by means of the drive means 2 back to its initial position H 0a , H 0b , H 0c , H 0d or in any other end position. For this purpose, it is first accelerated and decelerated in a likewise determined by the control unit and control position H d , so that it has in its final position approximately the speed 0 m / s. The position H d , from which the plunger 1 is braked, is dependent on the desired end position and possibly also on the recoil of the plunger. 1

FIG 2 zeigt theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe bei konstanter Anfahrbeschleunigung aus verschiedenen Ausgangslage H0a, H0b, H0c. Der Stößel wird mit einer konstanten Anfahrbeschleunigung aus der Ausgangslage H0a, H0b, H0c auf die maximale Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc für eine maximale Umformenergie (100%) beschleunigt. Diese maximale Auftreffgeschwindigkeit vAa, vAb, vAc ist im Diagramm mit vE100% (H0a), vE100% (H0b), vE100% (H0c) bezeichnet. Die Zeitspanne bis die maximale Auftreffgeschwindigkeit vE100% erreicht ist entspricht der Gesamtdauer des Arbeitshubs tGes aus der jeweiligen Ausgangslage H0a, H0b, H0c, wobei t0 immer gleich 0 s ist. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass aus den verschiedenen Ausgangslagen H0a, H0b, H0c bei konstanter Anfahrbeschleunigung jeweils verschieden hohe maximale Auftreffgeschwindigkeiten vE100% (H0a), vE100% (H0b), vE100% (H0c) erzielt werden können und zwar je höher die Ausgangslage desto höher die Auftreffgeschwindigkeit Die Gesamtdauer des Arbeitshubs tGes verlänger sich mit steigender Ausgangslage H0a, H0b, H0c. FIG. 2 shows theoretical speed-time curves at constant starting acceleration from different starting position H 0a , H 0b , H 0c . The ram is accelerated at a constant starting acceleration from the starting position H 0a , H 0b , H 0c to the maximum impact velocity v Aa , v Ab , v Ac for a maximum forming energy (100%). This maximum impact velocity v Aa , v Ab , v Ac is denoted in the diagram by v E100% (H 0a ), v E100% (H 0b ), v E100% (H 0c ). The time span until the maximum impact velocity v E100% is reached corresponds to the total duration of the working stroke t Ges from the respective initial position H 0a , H 0b , H 0c , where t 0 is always equal to 0 s. From the diagram it can be seen that from the different starting positions H 0a , H 0b , H 0c at constant starting acceleration respectively different high maximum impact velocities v E100% (H 0a ), v E100% (H 0b ), v E100% (H 0c ) can be achieved The higher the initial position, the higher the impact velocity. The total duration of the working stroke t Ges longer with increasing starting position H 0a , H 0b , H 0c .

FIG 3 zeigt theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe bei konstanter Anfahrbeschleunigung und anschließender konstanter Abbremsung auf eine konstante Auftreffgeschwindigkeit. Es soll nun aus den gleichen Ausgangslagen H0a H0b, H0c wie bei FIG 2 eine konstante Auftxeffgeschwindigkeit VA erzeugt werden, aus der beispielsweise nur 10% der maximalen Umformenergie resultieten, also vA gleich vE10% (H0a, H0b, H0c). Bei bekannter konstanter Anfahrbeschleunigung und Bremsbeschleunigung, bekanntet Auftreffgeschwindigkeit und bekannter Ausgangslage lässt sich zu jeder Ausgangslage über die Bewegungsgleichungen die Gesamtdauer des Arbeitshubs tges und die Arbeitshubzeit t1, bzw. die Abbremslage bestimmen, zu der der Abbremsvorgang erfolgen muss. Das Ergebnis eines solchen idealisierten Geschwindigkeits-Zeit-Verlaufs ist in FIG 3 dargestellt. Die maximalen Geschwindigkeiten vmax (H0a), vmax (H0b), vmax (H0c werden nach den Arbeitshubzeiten t1 (H0a), t1 (H0b), t1 (H0c) erreicht. Danach wird der Stößel mit der Bremsbeschleuniguag abgebremst und trifft nach der Gesamtdauer des Arbeitshubs tGes (H0a), tGes, (H0b), tGes (H0c) mit der Geschwindigkeit vE10% auf dem Werkstück auf. Aus FIG 3 ist ersichtlich, je höher die Ausgangslage H0a, H0b, H0c gewählt wird, desto länger ist.die Gesamtdauer des Arbeitshubs tGes bis zum Erreichen der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit vE10% Des Weiteren verlängert sich mit erhöhter Ausgangslage H0a, H0b, H0c auch die Arbeitshubzeit (H0a), t1 (H0b), t1 (H0c bis der Abbremsvorgang eingeleitet wird und die maximale Geschwindigkeit des Stößels vmax (H0a) vmax (H0b), vmax (H0c) nimmt zu. FIG. 3 shows theoretical speed-time curves with constant starting acceleration and subsequent constant deceleration to a constant impact velocity. It should now from the same starting positions H 0a H 0b , H 0c as in FIG. 2 a constant Auftxeffgeschwindigkeit V A are generated, resulting in the example, only 10% of the maximum deformation energy, ie v A equals v E10% (H 0a , H 0b , H 0c ). With a known constant acceleration acceleration and deceleration, known impact velocity and known starting position can be at any starting position on the equations of motion, the total duration of the working stroke t ges and determine the working stroke t 1 , or the braking position to which the deceleration must occur. The result of such an idealized velocity-time curve is in FIG. 3 shown. The maximum velocities v max (H 0a ), v max (H 0b ), v max (H 0c) are reached after the working stroke times t 1 (H 0a ), t 1 (H 0b ), t 1 (H 0c ) the ram brakes with the brake acceleration and, after the total duration of the working stroke t Ges (H 0a ), t Ges , (H 0b ), t Ges (H 0c ), hits the workpiece at the speed v E10% FIG. 3 is apparent, the higher the starting position H 0a , H 0b , H 0c is selected, the longer ist.die total duration of the working stroke t Ges until reaching the predetermined impact velocity v E10% Furthermore, extended with increased starting position H 0a , H 0b , H 0c also the working stroke time (H 0a ), t 1 (H 0b ), t 1 (H 0c until the deceleration process is initiated and the maximum speed of the plunger v max (H 0a ) v max (H 0b ), v max (H 0c ) increases.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht nun zudem aus einer konstanten Ausgangslage je nach Anforderung verschiedene Auftreffgeschwindigkeiten zu erzeugen. In FIG 4 sind drei theoretische Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe zum Erreichen jeweils verschiedener Aufueffgeschwindigkeiten aus einer konstanten Ausgangslage dargestellt. Die Ausgangslage entspricht der maximalen Ausgangslage H0a. Um die der maximalen Umformenergie entsprechende Auftreffgeschwindigkeit vE100% zu erreichen wird der Stößel aus der Ausgangslage H0a, heraus bis zum Aufprall auf das Werkstück konstant beschleunigt. Die Dauer dieses Arbeitshubs ist im Diagramm mit tGes (100%) bezeichnet. Soll nun aus derselben Ausgangslage H0a, lediglich eine Auftreffgeschwindigkeit VE50% erreicht werden, die 50% der maximalen Umformenergie entspricht, so wird der Stößel zunächst auf vmax (50%) beschleunigt und ab einer vorbestimmten Lage bzw. Zeit auf die vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit vE50% abgebremst. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, das dieser Vorgang länger dauert (tges (50%)), als die Beschleunigung auf 100% der Umformenergie. Die dritte Kurve zeigt das Anfahren einer Auftreffgeschwindigkeit vB10%, die lediglich 10% der maximalen Umformenergie entspricht, ebenfalls aus der Ausgangslage H0a. Die maximale Geschwindigkeit vmax (10%) ist in diesem Fall niedriger als beim Erzeugen der 50%-igen Umformenergie und die Gesamtdauer des Arbeitshubs tGes (10%) ist nochmals länger. Der Zusammenhang zwischen Umformenergie E und Geschwindigkeit v lässt sich in idealer Weise mit E = ½mv2 angeben. Die Geschwindigkeit v ist daher proportional zu der Wurzel aus E.The method according to the invention now also makes it possible to generate different impact speeds from a constant starting position as required. In FIG. 4 are three theoretical speed-time curves to achieve each different Aufueffgeschwindigkeiten from a constant starting position shown. The starting position corresponds to the maximum starting position H 0a . In order to achieve the impact speed v E100% corresponding to the maximum deformation energy, the plunger is constantly accelerated out of the initial position H 0a , out until impact with the workpiece. The duration of this working stroke is indicated in the diagram as t Ges (100%). Should now from the same starting position H 0a , only one impact velocity V E50% can be achieved, which corresponds to 50% of the maximum forming energy, the plunger is first accelerated to v max (50%) and from a predetermined position or time to the predetermined impact velocity v E50% braked. It can be seen from the diagram that this process lasts longer (t tot (50%)) than the acceleration to 100% of the transformation energy. The third curve shows the approach of an impact velocity v B10% , which corresponds to only 10% of the maximum deformation energy, also from the starting position H 0a . The maximum velocity v max (10%) is in this case lower than when generating the 50% forming energy and the total duration of the working stroke t Ges (10%) is even longer. The relationship between transformation energy E and velocity v can ideally be given as E = ½mv 2 . The velocity v is therefore proportional to the root of E.

FIG 5 zeigt drei reale, gemessene Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe des Verfahrens gemäß der Erfindung, die mit den in FIG 4 dargestellten theoretischen Geschwindigkeits-Zeit-Verläufen vergleichbar sind. Der Arbeitshub bzw. die Ausgangslage kann bei allen Kurven A, B, C als gleich groß angenommen werden. Für die Umformprozesse wurden jedoch unterschiedliche Auftreffgeschwindigkeiten bzw. unterschiedliche Umformenergien gewählt, die mit 100%, 50%, und 10% bezeichnet und den Kurven A, B, C zugeordnet sind. Zudem ist den Geschwindigkeits-Zeit-Verläufen jeweils der Kraftstoß α, β, γ beim Auftreffen des Stößels auf das Werkstück bei der jeweiligen Auftreffzeit überlagert. FIG. 5 shows three real, measured speed-time courses of the method according to the invention, with the in FIG. 4 shown theoretical speed-time courses are comparable. The working stroke or the starting position can be assumed to be the same for all curves A, B, C. For the forming processes, however, different impact velocities or different forming energies were chosen, which are denoted by 100%, 50%, and 10% and are assigned to the curves A, B, C. In addition, the speed-time curves each of the force impulse α, β, γ superimposed upon impact of the plunger on the workpiece at the respective impact time.

Die Kurve A (100%) zeigt den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf für eine Beschleunigung auf die maximale Geschwindigkeit zum Erreichen der maximalen Umformenergie. Der Stößel wird aus der Ausgangslage über den Kurvenabschnitt K1 beschleunigt, bis er die maximal mögliche Auftreffgeschwindigkeit vE100% im Kurvenabschnitt K2 erreicht. Der Kurvenabschnitt K3 verdeutlicht das Abbremsen des Stößels durch den Energieverlust beim Aufprall. Ein Teil der Energie wird in den Umformvorgang eingebracht. Die restliche Energie wird zumindest teilweise in einen Rückstoß des Stößels umgesetzt (K4). Der Restbetrag der Geschwindigkeit in der Kurve A(100%) ist auf diesen Rückstoß zurückzuführen.The curve A (100%) shows the speed-time curve for an acceleration to the maximum speed to reach the maximum deformation energy. The plunger is accelerated from the starting position via the curve section K1 until it reaches the maximum possible impact velocity v E100% in the curve section K2. The curve section K3 illustrates the deceleration of the plunger by the energy loss during impact. Part of the energy is introduced into the forming process. The remaining energy is at least partially converted into a recoil of the plunger (K4). The remainder of the speed in the curve A (100%) is due to this recoil.

Anschließend wird der Stößel mittels des Antriebsmotors, der in der Regel erst nach dem Aufprall und Rückstoß wieder eingeschaltet bzw. angekuppelt wird kontrolliert in Richtung der Endlage gefahren. Dabei wird der Stößel zunächst bis zu einer vorbestimmten Lage beschleunigt, was der Kurvenabschnitt K5 zeigt. Bei Erreichen der vorbestimmten Lage wird der Stößel mittels des Motors gebremst. Diese Lage bzw. die dazugehörige Zeit, durch die sie in dieser und in den folgenden Kurven dargestellt wird, und die zu dieser Zeit erreichte maximale Geschwindigkeit beschreibt der Kurvenabschnitt K6. Nach Erreichen der vorbestimmten Lage wird der Stößel mittels des Antriebsmotors abgebremst, bis er eine sehr geringe Geschwindigkeit erreicht (K7). Ist der Stößel in der vorbestimmten Endlage angekommen greift zusätzlich eine mechanische Bremse, was aus Kurvenabschnitt 8 ersichtlich ist. Durch die mechanische Bremse wird der Stößel auf genau 0 m/s abgebremst und in der Endlage gehalten. Durch das Greifen der mechanischen Bremse wird der Betrag der Bremsbeschleunigung verändert, was sich in K8 als kleine Ausbuchtung im Kurvenverlauf darstellt.Subsequently, the plunger is driven by means of the drive motor, which is usually switched on or coupled again only after the impact and recoil in the direction of the end position. In this case, the plunger is first accelerated to a predetermined position, which shows the curve section K5. Upon reaching the predetermined position of the plunger is braked by means of the motor. This position or the associated time, by which it is represented in this and the following curves, and the maximum speed reached at this time is described by the curve section K6. After reaching the predetermined position of the plunger is slowed down by means of the drive motor until it reaches a very low speed (K7). If the plunger arrived in the predetermined end position additionally engages a mechanical brake, which is evident from curve section 8. The mechanical brake decelerates the ram to exactly 0 m / s and holds it in the end position. By gripping the mechanical brake, the amount of braking acceleration is changed, which is represented in K8 as a small bulge in the curve.

Der Kraftstoß α erfolgt genau zu dem Zeitpunkt, bei dem der Stößel auf dem Werkstück aufprallt. In der Darstellung ist das daran zu sehen, dass das Maximum von α bei einer Zeit kurz nach Erreichen der gewünschten Auftreffgeschwindigkeit liegt. Das trifft auch auf die Kraftstöße β und γ in den weiteren Kurven zu.The force pulse α occurs exactly at the time when the plunger impacts the workpiece. In the illustration, this can be seen from the fact that the maximum of α is at a time shortly after reaching the desired impact speed. This also applies to the power surges β and γ in the other curves.

Die Kurve B (50%) zeigt den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf für eine Beschleunigung auf eine Geschwindigkeit zum Erreichen von 50% der maximalen Umformenergie bei konstantem Arbeitshub. Das bedeutet, der Stößel wird zunächst beschleunigt (K1) bis eine vorbestimmte Lage mit einer vorbestimmten maximalen Geschwindigkeit vmax erreicht ist (K9) und anschließend auf die gewünschte Auftreffgeschwindigkeit vB50%, (K2) abgebremst. Die Verringerung der Geschwindigkeit während des Abbremsvorgangs zeigt Kurvenabschnitt K10. Im Kurvenabschnitt K2 wird dann wiederum die gewünschte Auftreffgeschwindigkeit vB50% erreicht. Der weitere Verlauf der Kurve B (50%) entspricht dem Verlauf der Kurve A (100%). Der Stößel wird durch den Aufprall abgebremst (K3) und zurückgestoßen (K4). Anschließend greift der Antriebsmotor und führt den Stößel durch Beschleunigen (K5, K6) und Abbremsen (K7) in die Endlage, in der die mechanische Bremse den Stößel zum Stillstand bringt (K8).The curve B (50%) shows the velocity-time curve for an acceleration to a speed to reach 50% of the maximum forming energy at constant stroke. This means that the plunger is first accelerated (K1) until a predetermined position with a predetermined maximum speed v max is reached (K9) and then decelerated to the desired impact speed v B50% , (K2). The reduction in the speed during the deceleration process is shown in curve section K10. In curve section K2, the desired impact velocity v B50% is again achieved. The further course of curve B (50%) corresponds to the course of curve A (100%). The ram is slowed down by the impact (K3) and pushed back (K4). Subsequently, the drive motor engages and guides the plunger by accelerating (K5, K6) and braking (K7) to the end position, in which the mechanical brake brings the plunger to a standstill (K8).

Die Kurve C (10%) zeigt den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf für eine Beschleunigung auf eine Geschwindigkeit zum Erreichen von 10% der maximalen Umformenergie bei ebenfalls konstantem Arbeitshub. Der Kurvenverlauf ist vergleichbar mit dem von B (50%). Die gewünschte Auftreffgesclzwindigkeit vE10% ist jedoch niedriger, so dass zunächst auf eine niedrigere maximale Geschwindigkeit vmax als bei B (50%) beschleunigt wird (K1, K9) und über einen längeren Zeitraum abgebremst werden muss (K10). Die Gesamtdauer des Arbeitshubs ist dadurch im Vergleich zu B (50%) unwesentlich länger.The curve C (10%) shows the speed-time curve for an acceleration to a speed to reach 10% of the maximum forming energy with a likewise constant working stroke. The curve is comparable to that of B (50%). However, the desired impact velocity v E10% is lower, so that first to a lower maximum velocity v max than B (50%) is accelerated (K1, K9) and decelerated over a longer period of time (K10). The total duration of the working stroke is thus insignificantly longer compared to B (50%).

In FIG 6 ist eine Umformvorrichtung dargestellt, die sich besonders zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet. Der Stößel 1 wird über eine Spindel 5 angetrieben. Dazu verfügt die Spindel 5 über ein steilgängiges Gewinde 9 in dem eine am Stößel 1 befestigte Stößelmutter 8 läuft. Die Spindel 5 ist mit einem Schwungrad 6 gekoppelt, das von einem Antriebsmotor 7, in der Regel ein drehzahlvariabler in seiner Drehrichtung veränderbarer Asynchronmotor, direkt angetrieben wird. Über den Antriebsmotor wird nun das Schwungrad 6 und die mit diesem gekoppelte Spindel 5 in Rotation versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit von Schwungrad 6 und Spindel 5 wird über die Drehzahl des Antriebsmotors 7 eingestellt. Für Steuerung- und Regelung der Drehzahl ist eine Frequenzumrichtereinheit mit einem Mikroprozessor (hier nicht dargestellt) vorgesehen. Die Rotation der Spindel 5 wird über die Spindelmutter 8 auf den Stößel 1 übertragen und dieser dadurch in Richtung auf den Träger 3 zu oder von diesem weg bewegt. Dabei ist die Drehzahl des Antriebsmotors 7 ein Maß für die Geschwindigkeit des Stößels 1.In FIG. 6 a forming device is shown, which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. The plunger 1 is driven by a spindle 5. For this purpose, the spindle 5 has a steep-threaded thread 9 in which a ram 8 attached to the ram 1 runs. The spindle 5 is coupled to a flywheel 6, which is directly driven by a drive motor 7, usually a variable speed variable in its direction of rotation asynchronous motor. The flywheel 6 and the spindle 5 coupled thereto are now set in rotation via the drive motor. The rotational speed of flywheel 6 and spindle 5 is adjusted via the rotational speed of the drive motor 7. For controlling the speed and a frequency converter unit with a microprocessor (not shown) is provided. The rotation of the spindle 5 is transmitted via the spindle nut 8 on the plunger 1 and this moves in the direction of the carrier 3 to or away from this. The speed of the drive motor 7 is a measure of the speed of the plunger. 1

Auf den Träger 3 kann ein Werkstück (hier nicht dargestellt) aufgebracht sein, auf dass der Stößel mit vorgegebener Auftreffgeschwindigkeit aufprallt. Kurz vor dem Aufprall wird der Antriebsmotor 7 ausgeschaltet, so dass die Steuer- und Regeleinrichtung vor Beschädigung bzw. Beeinträchtigung durch Spannungs- und Stromspitzen, die beim Aufprall entstehen können, geschützt ist. Nach dem Aufprall bzw. Rückstoß des Stößels 1 wird der Antriebsmotor 7 wieder eingeschaltet und der Stößel 1 zurück in seine Endlage gehoben.On the carrier 3, a workpiece (not shown here) may be applied, so that the plunger impacts with a predetermined impact speed. Shortly before the impact of the drive motor 7 is turned off, so that the control and regulating device is protected from damage or interference from voltage and current peaks that may occur during impact. After the impact or recoil of the plunger 1 of the drive motor 7 again turned on and the plunger 1 lifted back to its end position.

Die Lage des Stößels 1 wird berührungslos, vorzugsweise mittels eines magnetischen, inkrementalen Positionsgebers 10 bestimmt bzw. gemessen. Die Messwerte können an die Frequenzumrichtereinheit und an eine externe Steuer- und Regeleinrichtung übertragen werden. Die gemessenen Werte nutzt die Frequenzumrichtereinheit, um beispielsweise den Drehzahl- bzw. den Geschwindigkeitsverlauf des Stößels 1 zu ermitteln, der für einen optimalen Umformprozess oder zum Erreichen der vorgegeben Endlage notwendig ist.The position of the plunger 1 is determined without contact, preferably by means of a magnetic, incremental position sensor 10 or measured. The measured values can be transmitted to the frequency converter unit and to an external control device. The measured values are used by the frequency converter unit in order to determine, for example, the speed or the speed profile of the plunger 1, which is necessary for an optimum forming process or for reaching the predetermined end position.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Stößeltappet
22
Antriebseinrichtungdriving means
33
Trägercarrier
44
Werkstückworkpiece
55
Spindelspindle
66
Schwungradflywheel
77
Antriebsmotordrive motor
88th
Spindelmutterspindle nut
99
Gewindethread
1010
Positionsgeberlocator
H0a, H0b, H0c, H0d H 0a , H 0b , H 0c , H 0d
Ausgangslagestarting position
ΔHa, ΔHb, ΔHc,ΔH a , ΔH b , ΔH c ,
Arbeitshubstroke
Hd H d
AbbremslageAbbremslage
ΔHd1, ΔHd2 ΔH d1, ΔH d2
TeilarbeitshubTeilarbeitshub
v0, v0a, v0b, v0c v 0 , v 0a , v 0b , v 0c
Anfangsgeschwindigkeitinitial velocity
vA,VAa, vAb, vAc, vAd v A , V Aa , v Ab , v Ac , v Ad
Auftreffgeschwindigkeitimpact velocity
vE100%, vE50%, vE10% v E100% , v E50% , v E10%
Auftreffgeschwindigkeit bei 100%, 50%, 10% UmformenergieImpact velocity at 100%, 50%, 10% strain energy
Vmax, vmaxd V max , v maxd
maximale Geschwindigkeitmaximum speed
t0, t1, tGcs t 0 , t 1 , t Gcs
ArbeitshubzeitArbeitshubzeit
α, β, γα, β, γ
Kraftstoßpower Blast
K1 bis K10K1 to K10
Kurvenabschnittecurve sections

Claims (8)

  1. A method of shaping at least one work piece (4) wherein
    (a) a striking tool (1) bounces against the work piece (4) located on a work piece holder (3) during a striking movement from a predetermined or predeterminable initial position (H0a, H0b, H0c) at a predetermined or predeterminable impact velocity (VAa, VAb, VAc, VAd), and
    (b) wherein the velocity of said striking tool (1) is controlled or regulated during the striking movement as a function of the position of said striking tool (1) and in dependence on the predetermined impact velocity (vAa, vAb, VAc, VAd),
    (c) with the instantaneous position of said striking tool (1) during the striking movement being permanently measured and with the values of the instantaneous position of said striking tool (1) as measured and said predetermined impact velocity (vAa, vAb, vAC, vAd) being used to compute the velocity values during the striking movement,
    (d) wherein said striking tool (1) is accelerated out of the initial position (H0d) and is decelerated when a predetermined position (Hd) between said initial position (H0d) and said work piece (4) is reached in order to achieve said predetermined impact velocity (vAd)
    (e) wherein said striking tool (1) is elevated and returned into a predetermined or predeterminable final position by a returning movement after the impact,
    (f) wherein the velocity of said striking tool (1) is controlled or regulated during the returning movement into said final position as a function of the position of said striking tool (1), and
    (g) wherein the final position of the returning stroke is different from the initial position of the previously performed striking movement and wherein the final position is selected as a function of the work piece (4) to be processed and/or the desired impact velocity (vAa, vAb, vAc, vAd) during the subsequent striking movement.
  2. The method according to Claim 1,
    wherein at least one position of said striking tool (1), in particular the initial position (H0a, H0b, H0c, H0d) of said striking tool (1) and/or the position after a returning movement of said striking tool (1) or the position of said striking tool (1) after shaping of said work piece (4) is measured or determined by the impact and the velocity values are computed by using said at least one positional value of said striking tool (1) and said predetermined impact velocity (vAa, VAb, VAc, VAd) during the striking movement.
  3. The method according to Claim 2,
    wherein the positional value of said striking tool (1) is transmitted to a control and regulator unit for control or regulation of said striking tool (1), and wherein the control and regulation of the velocity of said striking tool (1) is performed by means of said control and regulator unit that controls and regulates a speed-variable driving motor (7) in a driving means (2) for said striking tool, and wherein a frequency converter unit is employed as control and regulator unit, which controls and regulates the rotational speed and the sense of rotation of said driving motor (7), with said driving motor (7) being preferably switched without momentum and/or decoupled in said driving means (2) prior to the impact of said striking tool (1) on said work piece (4), and/or with said driving motor (7) being operated as generator by means of said driving motor (7) during deceleration of said striking tool (1) while the energy produced during deceleration by said generator is fed back into the mains supply network.
  4. The method according to any of the preceding Claims,
    wherein the speed of said striking tool (1) is accelerated from said initial position (H0a, H0b, H0c) to said predetermined impact velocity (VAa, VAb, VAc, VAd) and wherein said initial position (H0b, H0c) is set to a level lower than a maximum initial position (H0a) for achieving an impact velocity (VAb, VAc) lower than a maximum impact velocity (vAa).
  5. The method according to Claim 5,
    wherein the velocity of said striking tool (1) during the striking movement is controlled or regulated in such a manner that the shortest working stroke cycle possible (tGes) will be achieved with any initial position (H0a, H0b, H0c, H0c) possible.
  6. The method according to any or several of the preceding Claims,
    wherein said striking tool (1) is accelerated during the returning movement into said final position away from said tool or tool holder and, when a predetermined position (Hd) between said work piece (4) or said tool holder (3), on the one hand, and said final position, on the other hand, is reached, is decelerated by a generator function by means of said driving motor (7), and/or is completely decelerated by a mechanical braking means when said final position is reached.
  7. The method according to any or several of the preceding Claims,
    wherein said striking tool (1) is accelerated at a predetermined constant starting acceleration and/or is decelerated in braking at a predetermined constant braking acceleration.
  8. The method according to any or several of the preceding Claims,
    wherein a shaping device is employed which is a screw press, and wherein said driving motor (7) operates in the driving means (2) of said screw press and drives a flywheel (6) directly that causes a spindle (5) to rotate which is coupled to said flywheel.
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EP1646462A1 EP1646462A1 (en) 2006-04-19
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EP (1) EP1646462B1 (en)
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