EP2513490B1 - Verfahren zum betrieb einer hydraulischen arbeitsmaschine - Google Patents

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EP2513490B1
EP2513490B1 EP10787317.6A EP10787317A EP2513490B1 EP 2513490 B1 EP2513490 B1 EP 2513490B1 EP 10787317 A EP10787317 A EP 10787317A EP 2513490 B1 EP2513490 B1 EP 2513490B1
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EP
European Patent Office
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fluid
variable
time
pressure
control device
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EP10787317.6A
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Thomas Gellner
Bernd Siegler
Günther LANDGRAF
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed
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    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/028—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the actuating force
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    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6651—Control of the prime mover, e.g. control of the output torque or rotational speed

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a hydraulic working machine, in particular a machine tool, according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding hydraulic machine.
  • a method for operating a hydraulic working machine according to the preamble of claim 1 and a corresponding hydraulic working machine according to the preamble of claim 7 is made US 5,762,973 known.
  • the invention is not limited to these, but rather can be used in all types of working machines in which a, in particular time-variable, i. with time changing fluid pressure and / or volume flow (also referred to more generally below as fluid requirement) is needed.
  • a, in particular time-variable i. with time changing fluid pressure and / or volume flow (also referred to more generally below as fluid requirement) is needed.
  • the invention can be realized in hydraulic systems.
  • Hydraulic systems are known to have greater dynamics and higher power and power density over electromechanical systems, but at the same time consume more energy. Electromechanical systems can therefore be more energy efficient; However, flexible processes with high process forces and a high power density can be realized less electromechanically.
  • a hybrid approach can be followed using, for example, Variable Speed Pump Drives (DvP).
  • DvP Variable Speed Pump Drives
  • a pump is used with a standard asynchronous motor or a synchronous servo motor and a fixed displacement pump, wherein the energy is supplied depending on the energy demand in the machine cycle and the respective motor is driven accordingly.
  • the speed of the motor and thus the performance of the constant pump can, for example by a drive controller, be adapted to the needs.
  • the inventive solution includes a control of the fluid device by a control device of the working machine, in particular by a programmable logic controller, make.
  • the fluid requirements of a working machine can be served by smaller, more energy-efficient and less powerful pumps.
  • Such less powerful pumps can be driving without overload for a short time in overload mode to meet peak demands.
  • Reduced noise emissions and an electrical energy saving potential can be realized.
  • cooling devices that naturally have to correlate their conductivity directly with the performance of the fluid device can be made smaller and less powerful.
  • a variable-speed pump can be operated in partial load operation.
  • a drive controller reduces the speed of the electric motor and the pump.
  • the energy consumption, the hydraulic loss line introduced into the oil and the noise emissions decrease.
  • the drive controller adjusts the speed as needed.
  • the method according to the invention can involve the use of highly dynamic servomotors which provide the required torque at a very short acceleration time at all times.
  • a drive controller which is assigned to this highly dynamic servomotor, decentralized setpoints and actual values are processed and analyzed.
  • a pressure cell can report the actual values to the inverter, which regulates the requested speed accordingly and forwards it to a constant pump.
  • Parameterized software can take hydraulic-specific control strategies into account. For example, the software can compensate for non-linearity typical of hydraulics.
  • a standard asynchronous motor can be provided to provide the drive function.
  • a dynamic inverter can be used to control the speed of this motor. Both the control or activation of the servomotors and those of the asynchronous motors are carried out according to the invention by means of a control already provided in the working machine, in particular a programmable logic controller.
  • a solution according to the invention can also be retrofitted in existing machines, whereby the said energy-saving potentials, together with the further advantages mentioned, can also be implemented in already existing equipment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of fluid requirements in the prior art by providing a time-varying fluid volume flow 30 at time-constant fluid pressure 40.
  • the diagram 100 is on an x-axis 10th a time in seconds, a fluid volume flow in liters / minute on a first y-axis 20 and a fluid pressure in bar on a second y-axis 21.
  • Diagram 100 illustrates a processing cycle completed within 60 seconds.
  • the machine cycle illustrated in diagram 100 includes, for example, three hydraulic functions 51, 52 and 53, each with a different fluid requirement.
  • a first function 51 which is to be executed three times, is, for example, a tool clamping function with a pressure requirement of 100 bar at a flow rate of 15 l / min. Operation of function 51 results in the last three peaks 32 of one second each in fluid flow 30.
  • a clamping pressure for a workpiece in a chuck of the working machine is maintained with a pressure requirement of 50 bar at a continuous flow rate of 5 l / min.
  • the operation of the function 52 leads to a base value 31 in the fluid volume flow 30.
  • a third function 53 is a two-time clamping (open / close) of a workpiece with a pressure requirement of 50 bar at a flow rate of 15 l / min done.
  • the operation of function 53 results in the first two peak values 32 of one second each in fluid flow 30.
  • the beginning of the respective peak values is denoted by 33, their end by 34.
  • the peak demand of 100 bar at 20 l / min is required only for relatively short periods of time 32, in conventional fluid devices, constant operation of a corresponding pump to service the potentially maximum retrievable maximum demand is common.
  • the power of a corresponding hydraulic unit should always be designed for the maximum pressure / flow rate in order to meet the peak requirements, in the present case 100 bar at 20 l / min.
  • FIG. 2 is a total of 200, a work machine shown having a hydraulic consumer 202, in particular a consumer with time-varying fluid requirements as explained above, a fluid device 201 and a control device 203.
  • FIG. 200 Although only one hydraulic consumer 202 is illustrated in FIG. 200, it should be understood that the present invention may be implemented particularly in systems having multiple hydraulic consumers 202.
  • the control device 203 is assigned to the working machine and controls the functions of this working machine (sequence control).
  • the control device 203 therefore has detailed information about the program running in the work machine and thus about the sequence and times of the individual fluid requirements and their temporal variability.
  • the control device 203 for example via control means 242, also be used for a regulation or control of the fluid device 201.
  • the fluid device 201 has a control system 220.
  • the control system 220 interacts with a pump 230, such as a fixed displacement pump 230.
  • the pump 230 is connected via a clutch 233 to a controllable electric motor 231 which, as previously explained, may be provided as an asynchronous motor or servomotor.
  • the control of the electric motor 231 via other control means 243. on.
  • a cooling device 232 is provided. It should be emphasized that, in particular due to the measures according to the invention, this cooling device 232 may also be dispensed with.
  • the frequency converter 240 has an input 241, via which an actual value of a pressure cell 250 can be provided.
  • the fluid device 201 further has a pressure control system 270, which is designed for example in a conventional manner.
  • the pump 230 delivers fluid, for example hydraulic oil, via a line 262 from a fluid reservoir 260 and provides this after passing through the pump 230 to the hydraulic consumer 202 at a pressure ready.
  • a check valve 263 is provided in a pressure line P. Excess fluid is returned to the fluid reservoir 260 via a return line 261.
  • FIG. 3 the time-variable fluid pressure 40 resulting from the operation of time-variable fluid requirements of one or more hydraulic consumers in accordance with an embodiment of the invention is shown in a diagram 300 with a time-variable fluid volume flow 30.
  • the machine cycle on which the diagram 300 is based also contains the three hydraulic functions 51, 52 and 53, each with a different fluid requirement.
  • FIGS. 1 and 3 are the same elements designated by the same reference numerals and will not be explained again at this point.
  • the time profile of the volume flow 30 corresponds in diagram 300 to that of the diagram 100, ie there is a temporal change between a basic requirement 31 and a peak requirement 32 FIG. 3
  • a demand-oriented adaptation to fluid requirements of a working machine by means of activation of a hydraulic unit by a control device, such as eg the control device 203 of FIG FIG. 2 that can be done by working machine.
  • a fluid pressure of 50 bar is provided in the periods designated 41, to both the basic requirement according to the function 51, as well as FIG. 1 as well as being able to serve the fluid requirements of the third function 53 of 50 bar and a flow rate of 15 l / min.
  • a correspondingly controlled pressure increase to 100 bar, preferably at a time 43, which is before the time 33, the fluid device will be able to deliver the then necessary pressure of 100 bar at time 33.
  • the maximum fluid requirement can be served directly at the time 33.
  • a corresponding signal is given by the control device, so that after time 34 the fluid device again provides only the base pressure 41 of 50 bar again.
  • a leading provision 45 of a time-variable fluid pressure 40 at the times 43 illustrated in diagram 300 is made possible in particular by the control device as part of the work machine having precise information about the impending fluid requirements, so that a corresponding fluid device advantageously leads to a fluid requirement can be adjusted.
  • FIG. 3 or diagram 300 which is illustrated, for example, by using the in FIG. 2 can be realized, significant advantages can be achieved.
  • a power of a hydraulic power unit of 4 kW as in FIG. 1 permanent provision of 100 bar is to be provided under the FIG. 3 only one hydraulic unit with a power consumption of about 2.2 kW required.
  • This weaker hydraulic unit can be driven during the request peaks 32, in particular in the context of function 51, briefly in overload operation, without any damage to be feared.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende hydraulische Arbeitsmaschine.
    • Stand der Technik
  • Ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende hydraulische Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 ist aus US 5 762 973 bekannt.
  • Wenngleich nachfolgend hauptsächlich auf Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern vielmehr in allen Arten von Arbeitsmaschinen einsetzbar, in denen ein, insbesondere zeitvariabler d.h. sich mit der Zeit ändernder, Fluiddruck und/oder - volumenstrom (im Folgenden auch allgemeiner als Fluidanforderung bezeichnet) benötigt wird. Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung bei Hydrauliksystemen realisiert werden.
  • Im Maschinenbau werden für die Bereitstellung von Energie für Antriebe einerseits herkömmliche Hydrauliksysteme mit einer Pumpe und einem Standardelektromotor, andererseits rein elektromechanische Lösungen eingesetzt.
  • Hydraulische Systeme besitzen gegenüber elektromechanischen Systemen bekanntermaßen eine größere Dynamik sowie eine höhere Kraft- und Leistungsdichte, verbrauchen jedoch gleichzeitig mehr Energie. Elektromechanische Systeme können also energieeffizienter sein; flexible Prozesse mit hohen Prozesskräften und einer hohen Leistungsdichte lassen sich elektromechanisch jedoch schlechter verwirklichen.
  • Zur Lösung dieses Konflikts kann ein hybrider Ansatz verfolgt werden, bei dem beispielsweise drehzahlvariable Pumpenantriebe (DvP) verwendet werden. Hierzu wird eine Pumpe mit einem Standardasynchronmotor oder einem Synchronservomotor und einer Konstantpumpe verwendet, wobei die Energiebereitstellung in Abhängigkeit vom Energiebedarf im Maschinenzyklus erfolgt und der jeweilige Motor entsprechend angesteuert wird. Die Drehzahl des Motors und damit die Leistung der Konstantpumpe kann, beispielsweise durch ein Antriebsregelgerät, dem Bedarf angepasst werden.
  • Durch Hybridverfahren lassen sich damit bereits bestimmte Vorteile erzielen, es besteht jedoch weiterhin der Bedarf nach einer verbesserten Bereitstellung eines bedarfsangepassten Fluiddrucks und/oder -volumenstroms für Arbeitsmaschinen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird hierzu ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, sowie eine entsprechende hydraulische Arbeitsmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine besonders vorteilhafte, bedarfsabhängige und bedarfsorientierte Anpassung eines Fluidsystems, insbesondere eines Hydraulikpumpensystems, an die Fluidanforderungen einer Arbeitsmaschine ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet, eine Ansteuerung der Fluideinrichtung durch eine Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine, insbesondere durch eine speicherprogrammierbare Steuerung, vorzunehmen.
  • Hierdurch können, wie im Folgenden erläutert, die Fluidanforderungen einer Arbeitsmaschine durch kleinere, energiesparendere und leistungsschwächere Pumpen bedient werden. Derartige leistungsschwächere Pumpen lassen sich dabei auch ohne Nachteile kurzzeitig im Überlastbetrieb fahren, um Spitzenanforderungen zu befriedigen. In der Konsequenz können durch die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise Geräuschemissionen reduziert und ein elektrisches Energieeinsparpotential realisiert werden. Ferner können beispielsweise auch Kühleinrichtungen, die ihrer Leitungsfähigkeit naturgemäß direkt mit der Leistungsfähigkeit der Fluideinrichtung korrelieren müssen, kleiner und leistungsschwächer ausgelegt werden. Gegebenenfalls kann auf eine zusätzliche Kühlung vollständig verzichtet werden. Mit besonderem Vorteil lässt sich mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen im Vergleich zu herkömmlichen, ventilgeregelten Hydrauliksystemen auch ein deutlich niedrigerer Wärmeeintrag in das Hydrauliköl und damit ein geringerer Verschleiß realisieren.
  • Außerhalb der eigentlichen Bearbeitungsdauer in einer entsprechenden Arbeitsmaschine, bzw. in sonstigen Zeiten geringerer Fluidanforderungen, kann eine drehzahlvariable Pumpe im Teillastbetrieb gefahren werden. Hierbei reduziert beispielsweise ein Antriebsregelgerät die Drehzahl des Elektromotors und der Pumpe. Hierdurch sinken, beispielsweise in einem Hydrauliksystem, der Energieverbrauch, die ins Öl eingeführte hydraulische Verlustleitung sowie die Geräuschemissionen. Sobald das Hydrauliksystem wieder mehr Leistung benötigt, verstellt das Antriebsregelgerät erneut bedarfsgerecht die Drehzahl.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei die Verwendung hochdynamischer Servomotoren beinhalten, welche zu jedem Zeitpunkt das erforderliche Drehmoment bei sehr kurzer Beschleunigungszeit bereitstellen. In einem Antriebsregelgerät, das diesem hochdynamischen Servomotor zugeordnet ist, werden dezentral Soll- und Ist-Werte verarbeitet und analysiert. Eine Druckmessdose kann die Ist-Werte an den Umrichter melden, welcher die abgeforderte Drehzahl entsprechend regelt und an eine Konstantpumpe weitergibt. Parametrierte Software kann dabei hydraulikspezifische Regelstrategien berücksichtigen. So kann die Software beispielsweise für die Hydraulik typische NichtLinearitäten ausgleichen.
  • Alternativ kann auch ein Standardasynchronmotor zur Bereitstellung der Antriebsfunktion vorgesehen sein. Ein dynamischer Umrichter kann zur Steuerung der Drehzahl dieses Motors verwendet werden. Sowohl die Regelung bzw. Ansteuerung der Servomotoren als auch jene der Asynchronmotoren wird erfindungsgemäß durch eine bereits in der Arbeitsmaschine bereitstehende Steuerung, insbesondere eine Speicherprogrammierbare Steuerung, vorgenommen.
  • Mit besonderem Vorteil lässt sich eine erfindungsgemäße Lösung auch in bestehenden Arbeitsmaschinen nachrüsten, wodurch sich die genannten Energieeinsparpotenziale nebst den genannten weiteren Vorteilen auch in bereits vorhandenen Einrichtungen realisieren lassen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung zeitvariabler Fluidanforderungen sowie der Bereitstellung zeitvariabler Fluiddrücke und/oder -volumenströme im Stand der Technik.
    Figur 2
    zeigt eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
    Figur 3
    zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung zeitvariabler Fluidanforderungen sowie der Bereitstellung zeitvariabler Fluiddrücke und/oder -volumenströme gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • In Figur 1 ist anhand eines Diagramms 100 die Bedienung von Fluidanforderungen im Stand der Technik mittels Bereitstellung eines zeitvariablen Fluidvolumenstroms 30 bei zeitkonstantem Fluiddruck 40 dargestellt. In dem Diagramm 100 ist auf einer x-Achse 10 eine Zeit in Sekunden, auf einer ersten y-Achse 20 ein Fluidvolumenstrom in Liter/Minute und auf einer zweiten y-Achse 21 ein Fluiddruck in bar angegeben.
  • Das Diagramm 100 veranschaulicht einen Verarbeitungszyklus, der innerhalb von 60 Sekunden abgeschlossen ist. Der in Diagramm 100 dargestellte Maschinenzyklus beinhaltet beispielsweise drei hydraulische Funktionen 51, 52 und 53 mit jeweils unterschiedlicher Fluidanforderung.
  • Eine erste Funktion 51, die dreimal ausgeführt werden soll, ist beispielsweise eine Werkzeugklemmfunktion mit einer Druckanforderung von 100 bar bei einem Volumenstrom von 15 l/min. Die Bedienung der Funktion 51 führt zu den letzten drei Spitzenwerten 32 von jeweils einer Sekunde in dem Fluidvolumenstrom 30.
  • In einer zweiten Funktion 52 wird ein Spanndruck für ein Werkstück in einem Spannfutter der Arbeitsmaschine mit einer Druckanforderung von 50 bar bei einem dauerhaften Volumenstrom von 5 l/min aufrechterhalten. Die Bedienung der Funktion 52 führt zu einem Basiswert 31 in dem Fluidvolumenstrom 30.
  • In einer dritten Funktion 53 soll ein zweimaliges Spannen (Auf/Zu) eines Werkstücks mit einer Druckanforderung von 50 bar bei einem Volumenstrom von 15 l/min erfolgen. Die Bedienung der Funktion 53 führt zu den ersten zwei Spitzenwerten 32 von jeweils einer Sekunde in dem Fluidvolumenstrom 30.
  • Im Ergebnis wird die Arbeitsmaschine im Stand der Technik so angesteuert, dass immerwährend der maximal notwendige Druck von 100 bar aufrecht erhalten wird (Linie 40), wobei die Volumenströme zwischen 5 l/min (mit 31 bezeichnet) und 5+15=20 l/min (mit 32 bezeichnet) schwanken. Der Beginn der jeweiligen Spitzenwerte ist mit 33, ihr Ende mit 34 bezeichnet. Wenngleich also die Spitzenanforderung von 100 bar bei 20 l/min nur über relativ kurze Zeiträume 32 erforderlich ist, ist in herkömmlichen Fluideinrichtungen ein konstanter Betrieb einer entsprechenden Pumpe zur Bedienung der potentiell maximal abrufbaren Höchstanforderung üblich. Mit anderen Worten ist beim Einsatz nichtdrehzahlvariabler Pumpen die Leistung eines entsprechenden Hydraulikaggregats immer auf den maximalen Druck/Volumenstrom auszulegen, um die Spitzenanforderungen bedienen zu können, im vorliegenden Fall also auf den Maximalwert 100 bar bei 20 l/min.
  • In Figur 2 ist, insgesamt mit 200 bezeichnet, eine Arbeitsmaschine dargestellt, die einen hydraulischen Verbraucher 202, insbesondere einen Verbraucher mit zeitvariablen Fluidanforderungen wie oben erläutert, eine Fluideinrichtung 201 sowie eine Steuereinrichtung 203 aufweist.
  • Wenngleich in der Figur 200 nur ein hydraulischer Verbraucher 202 dargestellt ist, sei zu verstehen gegeben, dass die vorliegende Erfindung insbesondere auch in Systemen realisiert sein kann, die mehrere hydraulische Verbraucher 202 aufweisen.
  • Die Steuereinrichtung 203 ist dabei der Arbeitsmaschine zugeordnet und steuert die Funktionen dieser Arbeitsmaschine (Ablaufsteuerung). Die Steuereinrichtung 203 verfügt daher über detaillierte Informationen über das in der Arbeitsmaschine ablaufende Programm und somit über die Abfolge und Zeitpunkte der einzelnen Fluidanforderungen und ihre zeitliche Variabilität. Mit besonderem Vorteil kann daher die Steuereinrichtung 203, beispielsweise über Ansteuermittel 242, auch für eine Regelung bzw. Steuerung der Fluideinrichtung 201 verwendet werden.
  • Die Fluideinrichtung 201 weist ein Regel- bzw. Steuersystem 220 auf. Das Regel- bzw. Steuersystem 220 interagiert mit einer Pumpe 230, beispielsweise einer Konstantpumpe 230. Die Pumpe 230 ist über eine Kupplung 233 mit einem regelbaren Elektromotor 231 verbunden, der, wie zuvor erläutert, als Asynchronmotor oder Servomotor vorgesehen sein kann. Die Regelung des Elektromotors 231 erfolgt über weitere Ansteuermittel 243. auf. Optional ist eine Kühleinrichtung 232 vorgesehen. Es sei betont, dass insbesondere auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahmen gegebenenfalls auch auf diese Kühleinrichtung 232 verzichtet werden kann.
  • Die Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors 231 und damit der Pumpe 230 erfolgt über ein als Frequenzumrichter 240 ausgebildetes Antriebsregelgerät. Der Frequenzumrichter 240 weist einen Eingang 241 auf, über den ein Ist-Wert einer Druckmessdose 250 bereitgestellt werden kann. Die Fluideinrichtung 201 verfügt ferner über ein Druckregelsystem 270, das beispielsweise in herkömmlicher Weise ausgeführt ist.
  • Die Pumpe 230 fördert Fluid, beispielsweise Hydrauliköl, über eine Leitung 262 aus einem Fluidreservoir 260 und stellt dieses nach Durchlaufen der Pumpe 230 dem hydraulischen Verbraucher 202 mit einem Druck bereit. In einer Druckleitung P ist ein Rückschlagventil 263 vorgesehen. Über eine Rückleitung 261 wird überschüssiges Fluid in das Fluidreservoir 260 zurückgeführt.
  • In Figur 3 ist der sich aus der Bedienung zeitvariabler Fluidanforderungen eines oder mehrer hydraulischer Verbraucher gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ergebende zeitvariable Fluiddrucks 40 bei zeitvariablem Fluidvolumenstrom 30 in einem Diagramm 300 dargestellt. Auch der dem Diagramm 300 zugrunde liegende Maschinenzyklus beinhaltet die drei hydraulischen Funktionen 51, 52 und 53 mit jeweils unterschiedlicher Fluidanforderung. In den Figuren 1 und 3 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden an dieser Stelle nicht erneut erläutert.
  • Der zeitliche Verlauf des Volumenstroms 30 entspricht in Diagramm 300 jenem des Diagramms 100, d.h. es erfolgt eine zeitliche Änderung zwischen einer Basisanforderung 31 und einer Spitzenanforderung 32. In Figur 3 ist ferner veranschaulicht, wie unter Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine bedarfsorientierte Anpassung an Fluidanforderungen einer Arbeitsmaschine mittels Ansteuerung einer Hydraulikeinheit durch eine Steuereinrichtung, wie z.B. der Steuereinrichtung 203 der Figur 2, der Arbeitsmaschine erfolgen kann.
  • Durch eine entsprechende Hydraulikpumpe bzw. Fluideinrichtung wird in den mit 41 bezeichneten Zeiträumen ein Fluiddruck von 50 bar bereitgestellt, um sowohl die Grundanforderung entsprechend der Funktion 51, wie anhand Figur 1 erläutert, als auch die Fluidanforderungen der dritten Funktion 53 von 50 bar und einem Volumenstrom von 15 l/min bedienen zu können. Durch eine entsprechend angesteuerte Druckerhöhung auf 100 bar, vorzugsweise zu einem Zeitpunkt 43, welcher vor dem Zeitpunkt 33 liegt, wird die Fluideinrichtung zum Zeitpunkt 33 den dann notwendigen Druck von 100 bar liefern können. Durch eine derartige Ansteuerung zur voreilenden Bereitstellung 45 eines Fluiddrucks und/oder -volumenstroms kann die maximale Fluidanforderung unmittelbar zum Zeitpunkt 33 bedient werden. Am Ende der Maximalanforderung 32, d.h. zum Zeitpunkt 34, wird durch die Steuereinrichtung ein entsprechendes Signal gegeben, so dass nach Zeitpunkt 34 die Fluideinrichtung erneut wieder nur den Basisdruck 41 von 50 bar zur Verfügung stellt.
  • Eine in Diagramm 300 veranschaulichte voreilende Bereitstellung 45 eines zeitvariablen Fluiddrucks 40 zu den Zeitpunkten 43 wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Steuereinrichtung als Teil der Arbeitsmaschine über genaue Informationen über die bevorstehenden Fluidanforderungen verfügt, so dass eine entsprechende Fluideinrichtung mit besonderem Vorteil voreilend an eine Fluidanforderung angepasst werden kann.
  • Durch das in Figur 3 bzw. Diagramm 300 veranschaulichte Verfahren, das beispielsweise durch Verwendung der in Figur 2 dargestellten Einrichtung realisiert sein kann, lassen sich signifikante Vorteile erzielen. Gegenüber einer Leistung eines Hydraulikaggregats von 4 kW, wie es in Figur 1 zur ständigen Bereitstellung von 100 bar vorgesehen sein müsste, ist im Rahmen der Figur 3 nur noch eine Hydraulikeinheit mit einer Leistungsaufnahme von etwa 2,2 kW erforderlich. Diese schwächere Hydraulikeinheit kann während der Anforderungsspitzen 32, insbesondere im Rahmen von Funktion 51, kurzzeitig im Überlastbetrieb gefahren werden, ohne dass Schäden zu befürchten wären.
  • Hierdurch werden eine Geräuschemission, ein Energieverbrauch und/oder eine thermische Belastung durch eine derartige Hydraulikeinheit bzw. Fluideinrichtung signifikant reduziert.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit einer zugeordneten Steuereinrichtung (203) zur Ablaufsteuerung der Arbeitsmaschine, einem Hydrauliksystem mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (202) mit zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) sowie wenigstens einer Fluideinrichtung (201) zum Bereitstellen eines Fluiddrucks (40, 40') und eines Fluidvolumenstroms (30) zur Bedienung der zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53), wobei die wenigstens eine Fluideinrichtung (201) eine drehzahlvariable Pumpe (230) umfasst, wobei ein zeitvariabler Fluiddruck (40') zur Bedienung der zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) nach Maßgabe der Steuereinrichtung (203) mittels einer zeitvariablen Einstellung einer Drehzahl der drehzahlvariablen Pumpe (230) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Maßgabe der Steuereinrichtung (203) eine gegenüber den zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) voreilende Bereitstellung (45) des Fluiddrucks (40') vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die voreilende Bereitstellung (45) des Fluiddrucks (40') so vorgenommen wird, dass die Fluidanforderungen (51, 52, 53) mit dem richtigen Fluiddruck bedient werden.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (203) verwendet wird, die eine speicherprogrammierbare Steuerung, eine numerische Steuerung oder eine Bewegungssteuerung aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch die Steuereinrichtung (203) wenigstens ein Drucksollwert einer Regel- und/oder Steuereinrichtung (220) der drehzahlvariablen Pumpe (230) zum Zwecke der Einstellung der Drehzahl vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch die Steuereinrichtung (203) unterschiedliche, jeweils einem Druck zugeordnete Parametersätze und/oder Vorgabewerte eines Antriebsregelgeräts (240) der drehzahlvariablen Pumpe (230) zum Zwecke der Einstellung der Drehzahl vorgegeben oder aktiviert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Fluidanforderung einer während des Betriebs durchzuführenden Maschinenfunktion (51, 52, 53) zugeordnet ist.
  7. Hydraulische Arbeitsmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit einer zugeordneten Steuereinrichtung (203) zur Ablaufsteuerung, einem Hydrauliksystem mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (202) mit zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) sowie wenigstens einer Fluideinrichtung (201) zum Bereitstellen eines Fluiddrucks (40, 40') und eines Fluidvolumenstroms (30) zur Bedienung der zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53), wobei die wenigstens eine Fluideinrichtung (201) eine drehzahlvariable Pumpe (230) umfasst, mit Mitteln (240-243) zur Vorgabe einer zeitvariablen Drehzahl der drehzahlvariablen Pumpe (230) nach Maßgabe der Steuereinrichtung (203) zur Bereitstellung eines zeitvariabler Fluiddruck (40') zur Bedienung der zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (203) Mittel zum Vornehmen einer gegenüber den zeitvariablen Fluidanforderungen (51, 52, 53) voreilenden Bereitstellung (45) des Fluiddrucks (40') aufweist.
  8. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, die als stationäre oder mobile Bearbeitungsmaschine, insbesondere als Presse, Werkzeugmaschine, Druckgießmaschine, Rohrbiegemaschine, Holzbearbeitungsmaschine und/oder Kunststoffbearbeitungsmaschine ausgebildet ist.
  9. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Fluideinrichtung (201) ein Antriebsregelgerät (240), einen Elektromotor (231), eine Konstantpumpe, eine Druckmesseinrichtung (250), eine Druckregeleinrichtung (270), eine Drucksteuerung und/oder eine Kühleinrichtung (232) aufweist.
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