EP2846994B1 - Verfahren zum betreiben einer hydraulischen presse und eine hydraulische presse - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer hydraulischen presse und eine hydraulische presse Download PDF

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EP2846994B1
EP2846994B1 EP13722386.3A EP13722386A EP2846994B1 EP 2846994 B1 EP2846994 B1 EP 2846994B1 EP 13722386 A EP13722386 A EP 13722386A EP 2846994 B1 EP2846994 B1 EP 2846994B1
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EP
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pressure
setpoint
speed
reservoir
press
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Matthias Graf
Bernd Bodenstein
Manfred Maier
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Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
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Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
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    • F15B2211/6653—Pressure control

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hydraulic press according to the preamble of patent claim 1 and a hydraulic press according to the preamble of claim 9.
  • the DE 25 44 794 A1 describes a hydraulic press consisting of a press frame, a hydraulic drive, an oil pump and two accumulators.
  • the hydraulic drive consists of a working cylinder with a working piston of larger diameter and a moving cylinder with a moving piston of smaller diameter. The pistons are firmly connected to one another at a distance.
  • the working cylinder is fed from the first memory via a directional control valve and the movement cylinder from the second memory via a servo valve within a closed control loop.
  • the control circuit consists of a setpoint generator, a control amplifier, the servo valve, a displacement transducer and a measuring amplifier.
  • the directional control valve is designed as a valve with fixed switching positions.
  • a pressure relief valve is arranged in the pressure line of the pump leading to the accumulators.
  • the pump supplies the amount of oil required to drive the press from a tank via the reservoir.
  • the accumulators are loaded with a compressible medium from a gas cylinder.
  • This publication also describes the workflow and operation of this press, in which the uppermost position of the hydraulic piston is the starting point.
  • the setpoint generator sends a signal to the control amplifier.
  • This actuates the servo valve in the position in which oil is released for supplying the movement cylinder.
  • the moving piston and thus the working piston firmly connected to it move downwards.
  • This downward movement is transferred to the transducer.
  • the output signal of the displacement transducer is converted in the measuring amplifier into a signal proportional to the displacement, which is compared with the setpoint signal in the control amplifier. Deviations in the two signals are processed in the control amplifier and send correction signals to the servo valve.
  • control amplifier the servo valve, the movement cylinder, the displacement transducer and the measuring amplifier thus form a closed control loop that enables the movement of the piston to move proportionally to an electrical signal coming from the setpoint generator. In this way, the working piston is moved to a precisely defined position until just before or on the workpiece.
  • the pressing stroke which is initiated by switching the directional control valve
  • the working piston is acted upon via the directional control valve from the first reservoir, which was previously filled with an amount of oil dosed according to the pressing stroke.
  • This amount of oil causes a predetermined continuation of the movement of the working piston, which corresponds to the amount of oil dosed in the first reservoir.
  • the directional control valve is switched over again and the moving piston in the moving cylinder is moved back to the starting position.
  • the oil in the working cylinder is returned to the tank via the directional control valve.
  • the pump fills the first reservoir again with the predetermined amount of pressurized oil, which can be specified by a limit switch on the first reservoir that switches an oil valve in the pressure line of the pump leading to the first reservoir.
  • the filling of the first reservoir is regulated to the predetermined amount of pressurized oil during the break in work by adjusting and / or changing the charge volume flow by switching the oil valve. Since the compressible medium from the gas cylinder is applied to the first memory, this filling control corresponds to a regulation of the pressure prevailing in the first memory to a pressure control variable that depends on the limit switch and the compressible medium from the gas cylinder. In this known regulation, the charge volume flow is set to zero by switching the oil valve into a blocking position in which it separates the first reservoir from the pressure connection of the pump.
  • the pump which is driven by the motor that continues to run, increases the pressure in the pressure line until the pressure relief valve responds and connects the pressure connection to the tank, so that the pump runs at full speed in idle. This leads to unnecessarily high energy consumption.
  • the pump must be designed so large that it can deliver the predetermined amount of pressurized oil into the reservoir during the work break.
  • document DE 199 58 256 A1 discloses a method for operating a hydraulic press according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to reduce the energy consumption in a method for reshaping workpieces by means of a hydraulic press and a hydraulic press for reshaping workpieces.
  • the charging volume flow is set by setting the speed of the motor to the nominal speed n N and to at least one intermediate value n Z , and the energy requirement of the motor, for example the fuel consumption of an internal combustion engine or the power consumption of an electric motor, at speeds below the nominal speed n N is less than the rated speed n N , the energy consumption can be compared to that from the
  • the nominal speed is understood here to mean the maximum speed that the motor can achieve in the long term without damage or for which the motor is designed as intended.
  • the proposed method can be designed in any manner as required and, for example, have the regulation of the accumulator pressure p S in at least one additional phase.
  • the press can for example be one of the presses proposed according to the second aspect described below.
  • the pump can be designed in any manner as required, for example as a gear pump, axial piston pump or radial piston pump.
  • the motor can be designed in any manner as required and, for example, be an asynchronous motor, and its speed can be set in any manner as required, for example by means of a frequency converter.
  • the ram In the closing phase, the ram is moved or set or lowered or raised to the first lifting height, preferably starting from the third lifting height.
  • the ram In the working phase, after lowering the ram, the ram can be kept at the second lifting height, for example, by closing the pressing chamber and / or separating it from the reservoir and tank.
  • the ram is moved or set or lowered or raised to the third lift height, preferably without an intermediate stop at the first lift height.
  • the maximum pressure that the memory can withstand without damage or for which the memory is designed as intended can simply be selected for the pressure control variable P SOLL .
  • the speed is preferably set continuously to speeds from zero to the nominal speed n N.
  • the pressure control variable P SOLL is selected as a function of at least one chamber pressure p K prevailing in one of the chambers.
  • the pressure correction value K P can be selected as required and, for example, be constant at least during part of the phase and / or at least during part of the other phases. Alternatively or additionally, it can be variable over time, for example, at least during part of the phase and / or at least during part of the other phases. Alternatively or additionally, it can be selected, for example, in such a way that the pressure control variable P SOLL is greater than the chamber pressure p K by a certain percentage. This percentage is for example at least 2% or at least 3% or at least 4% or at least 5% or at least 6% or at least 7% or at least 8% or at least 9% or at least 10% or at least 12% or at least 14% or at least 16 % or at least 18% or at least 20%.
  • this percentage is, for example, a maximum of 2% or at least 3% or a maximum of 4% or a maximum of 5% or a maximum of 6% or a maximum of 7% or a maximum of 8% or a maximum of 9% or a maximum of 10% or a maximum of 12% or a maximum of 14% or a maximum of 16% or a maximum of 18% or a maximum of 20%.
  • the chamber is or is separated from the storage unit and connected to a tank, or the chamber is or is separated from a tank and connected to the storage unit.
  • the plunger can be lowered or moved passively by its own weight and / or actively by a closing drive in the closing direction or can be actively lifted or moved in the closing direction by a closing drive.
  • This closing drive can be smaller and / or weaker and / or faster and / or have an additional hydraulic drive, for example, compared to a hydraulic drive for the work phase, which is preferably formed by a pressing chamber in the cylinder and the accumulator.
  • the plunger is actively lowered or raised or moved in the closing direction by the accumulator.
  • the pressing chamber is or is separated from the reservoir and connected to the tank.
  • the plunger can be actively lifted or moved in the reset direction by a reset drive or passively lowered or moved by its own weight and / or actively by a reset drive in the reset direction.
  • This return drive can be smaller and / or weaker and / or faster and / or have an additional hydraulic drive, for example, compared to a hydraulic drive for the work phase, which is preferably formed by a pressing chamber in the cylinder and the accumulator.
  • This additional hydraulic drive preferably has a reset chamber in the cylinder, which is separated from the pressing chamber, for example by a piston guided in the cylinder and coupled to the ram, and is or is separated from the tank and connected to the accumulator in the reset phase.
  • the chamber in the charging phase the chamber is or is closed and / or separated from the storage unit and a tank.
  • the reset chamber is or is separated from the memory and connected to the tank.
  • the plunger can then be actively lifted or moved further in the closing direction by a press drive.
  • This press drive can, for example, be larger and / or stronger and / or slower and / or have an additional hydraulic drive, for example, compared to the hydraulic drive formed by the reset chamber and accumulator.
  • This additional hydraulic drive preferably has a compression chamber in the cylinder, which is separated from the reset chamber, for example by a piston guided in the cylinder and coupled to the plunger, and is or is separated from the tank and connected to the accumulator in the working phase.
  • the charge volume flow in particular for or when regulating the accumulator pressure p S , can be set to zero in any desired manner as required.
  • the tank is connected to the pressure connection and that the charge volume flow, in particular for or when regulating the accumulator pressure p S , is set to zero by connecting a pressure connection of the pump to a tank.
  • the charge volume flow, in particular for or when regulating the accumulator pressure p S is set to zero by setting the speed of the motor to zero.
  • the setting to zero can be done quickly.
  • the second variant can be set to zero in an energy-saving manner.
  • the desired charging duration value T SOLL can be selected as required, for example such that it is a certain percentage smaller than the cycle duration T Z. This percentage is for example at least 2% or at least 3% or at least 4% or at least 5% or at least 6% or at least 7% or at least 8% or at least 9% or at least 10% or at least 12% or at least 14% or at least 16 % or at least 18% or at least 20%.
  • this percentage is, for example, at most 2% or at least 3% or at most 4% or at most 5% or at most 6% or at most 7% or at most 8% or a maximum of 9% or a maximum of 10% or a maximum of 12% or a maximum of 14% or a maximum of 16% or a maximum of 18% or a maximum of 20%.
  • the motor and the pump can run as smoothly as possible, avoiding speed peaks.
  • the third correction value K N can be, for example, 0 min -1 or 50 min -1 or 100 min -1 or 150 min -1 or 200 min -1 or 250 min -1 or 300 min -1 or 350 min - 1 and the intermediate value n Z accordingly be 1200 min -1 or 1250 min -1 or 1300 min -1 or 1350 min -1 or 1400 min -1 or 1450 min -1 or 1500 min -1 or 1550 min -1 .
  • the charging time T L over the average load speed n L is the nominal speed N n correspond.
  • the charge volume flow by regulating the Storage pressure p S is set and / or changed such that, in particular in each phase or during the entire cycle, the storage pressure p S does not fall below a lower operating pressure p U and / or does not exceed an upper operating pressure p O.
  • Maintaining the lower operating pressure p U can prevent this gas from entering the hydraulic circuit, for example in the case of a storage device that has a gas as the compression medium.
  • the upper operating pressure p O can be, for example, the maximum pressure that the memory can withstand in the long term without damage or for which the memory is designed as intended.
  • the method can already be carried out with at least partially optimized values during a later forming order.
  • the accumulator pressure p S is set by means of an adaptive control.
  • any separation for example separating the pressing chamber or the reset chamber from the tank or from the storage, and / or every connection, for example connecting the pressing chamber or the reset chamber to the storage or to the tank or connecting the pressure connection to the Storage or with the tank, and / or each closing, for example, the pressing chamber or the return chamber can be closed, for example with the aid of valves.
  • at least one valve between the memory and the pressing chamber and / or at least one valve between the memory and the return chamber and / or at least one valve between the memory and the pressure connection and / or at least one valve between the tank and the pressing chamber and / or at least one valve between the tank and the reset chamber and / or at least one valve between the tank and the pressure connection can be provided or seated.
  • Each valve can be designed in any way as required, for example as a proportional valve or control valve or rising valve or directional valve or check valve or pressure limiting valve.
  • Each proposed method can be designed in any desired manner as required and, for example, have at least one additional phase.
  • Each press used in one of the proposed methods can be designed in any way as required and, for example, at least one additional hydraulic cylinder and / or at least one additional ram and / or at least one additional hydraulic pump and / or at least one additional motor and / or have at least one additional hydraulic reservoir and / or at least one additional tank for hydraulic fluid.
  • Each cylinder provided in this press can be designed in any desired manner as required and, for example, have at least one additional pressing chamber and / or at least one additional reset chamber.
  • Each pump provided in this press can be designed in any manner as required and, for example, have at least one additional pressure connection.
  • the proposed press can be designed in any manner as required and, for example, the regulation of the accumulator pressure p S in at least one additional Have phase.
  • the proposed press enables the methods proposed according to the first aspect to be carried out.
  • control unit is designed such that the regulation of the accumulator pressure p S takes place in at least one of the phases.
  • control unit is designed in such a way that, in the closing phase, it separates at least one of the chambers from the reservoir and connects it to the tank, or at least one of the chambers separates from the tank and connects to the reservoir.
  • control unit is designed in such a way that it causes the ram to move in the working phase by separating a compression chamber forming the chamber from the tank and connecting it to the storage unit.
  • control unit is designed in such a way that it separates the pressing chamber from the reservoir in the reset phase and connects it to the tank.
  • control unit is designed in such a way that it closes at least one of the chambers and / or separates it from the storage unit and tank in the charging phase.
  • control unit is designed in such a way that it causes the plunger to move in the reset phase by separating a reset chamber forming the chamber from the tank and connecting it to the reservoir.
  • control unit is designed in such a way that it separates the reset chamber from the memory in the working phase and connects it to the tank.
  • the charge volume flow in particular for or when regulating the accumulator pressure p S , can be set to zero in any desired manner as required.
  • the tank is connected to the pressure connection, and that the control unit is designed such that it sets the charge volume flow to zero by connecting the pressure connection to the tank.
  • the motor is designed such that its speed can be set to zero, and that the control unit is designed such that it sets the charge volume flow to zero by setting the speed to zero.
  • control unit can be designed in such a way that it adjusts and / or changes the charge volume flow by regulating the storage pressure p S in such a way that the storage pressure p S does not fall below a lower operating pressure p U and / or an upper operating pressure p O does not exceed.
  • control unit is designed in such a way that it sets or can set the accumulator pressure p S by means of an adaptive control. It can then be provided that the control unit is designed in such a way that it uses at least one of the pressure control variables P SOLL and / or during the adaptive control at least one of the intermediate values n Z and / or at least one of the charging duration setpoint values T SOLL and / or at least one of the correction values K P , K N changes or can change.
  • control unit can, for example, disconnect the press chamber or the reset chamber from the tank or from the memory and / or connect the press chamber or the reset chamber to the memory or to the tank or to connect the pressure connection to the memory or to the tank and / or cause or carry out the closing of the pressing chamber or the reset chamber.
  • Each valve can be designed in any way as required, for example as a proportional valve or control valve or rising valve or directional valve or check valve or pressure limiting valve.
  • Each proposed press can be designed in any manner as required and for example at least one additional hydraulic cylinder and / or at least one additional ram and / or at least one additional hydraulic pump and / or at least one additional motor and / or at least one additional hydraulic accumulator and / or have at least one additional tank for hydraulic fluid and / or at least one additional control unit and / or at least one additional pressure sensor.
  • everyone Cylinder can be designed in any manner as required and, for example, have at least one additional pressing chamber and / or at least one additional reset chamber.
  • Each pump can be designed in any desired manner as required and, for example, have at least one additional pressure connection.
  • FIG. 1 a preferred embodiment of a hydraulic press 10 is shown schematically, which can be operated in cycles, each of which has a closing phase, a working phase, a reset phase and a loading phase in this order.
  • the press 10 has a hydraulic cylinder 11, a tappet 12, a boost pressure pump or hydraulic pump 13, a motor 14, a hydraulic accumulator 15, a pre-fill container or tank 16 for hydraulic fluid, a control unit 17, three pressure sensors 18.1 to 18.3, three valves 19.1 to 19.3 and a frequency converter 20.
  • the cylinder 11 has two chambers, namely a press chamber 11.1 and a reset chamber 11.2, and a piston 11.3, which is guided in the cylinder 11 and separates the press chamber 11.1 adjoining its upper side from the reset chamber 11.2 adjoining its lower side.
  • the upper end of the plunger 12 is attached to the underside of the piston 11.3 and is thus coupled to the cylinder 11 and at its lower end holds a forming tool 21 coupled to it for forming a workpiece.
  • the pump 13 has a suction connection 13.1 and a pressure connection 13.2.
  • the motor 14 is coupled to the pump 15 as a drive.
  • the accumulator 15 is connected to the pressing chamber 11.1, the restoring chamber 11.2 and the pressure connection 13.2 and is designed, for example, as a hydraulic accumulator with a pressure vessel filled with nitrogen.
  • the tank 16 is connected to the pressing chamber 11.1, the reset chamber 11.2 and the suction connection 13.1.
  • the motor 14 is an example of a induction motor and has a nominal rotational speed n N, is exemplified 2000 min -1.
  • the frequency converter 20 is connected on the one hand to the motor 14 and on the other hand to the control unit 17.
  • the control unit 17 is designed in such a way that it can set the speed of the motor 14 continuously or almost continuously from zero to the nominal speed n N and thus to zero, to the nominal speed n N and to at least one intermediate value n Z by suitably controlling the frequency converter 20 , for which 0 ⁇ n Z ⁇ n N applies.
  • the control unit 17 is also connected to the pressure sensors 18, of which an accumulator pressure sensor 18.1 is used to detect the accumulator pressure p S in the accumulator 15, a first chamber pressure sensor 18.2 to detect the working pressure p A prevailing in the pressing chamber 11.1 and a second chamber pressure sensor 18.3 for detection of the restoring pressure p R prevailing in the restoring chamber 11.2.
  • the control unit 17 is also connected to the valves 19, which are, for example, directional control valves and of which a first valve 19.1 is between the pressing chamber 11.1 and the memory 15 and between the pressing chamber 11.1 and the tank 16 sits, a second valve 19.2 between the reset chamber 11.2 and the memory 15 and between the reset chamber 11.2 and the tank 16 and a third valve 19.3 between the pressure port 13.2 and the memory 15 as well as the pressure connection 13.2 and the tank 16 is seated.
  • the first valve 19.1 is a 3/3-way valve, thus has three connections for hydraulic fluid lines and three switching positions, and can optionally separate the pressing chamber 11.1 from the tank 16 and connect it to the memory 15 or disconnect it from the memory 15 and connect it to the tank 16 or disconnect from reservoir 15 and tank 16.
  • the second valve 19.2 is a 3/3-way valve and can optionally separate the reset chamber 11.2 from the tank 16 and connect it to the memory 15 or separate it from the memory 15 and connect it to the tank 16 or separate it from the memory 15 and tank 16.
  • the third valve 19.3 is a 3/2-way valve, so it has three connections for hydraulic fluid lines and two switching positions, and can optionally separate the pressure connection 13.2 from the tank 16 and connect it to the memory 15 or disconnect it from the memory 15 and connect it to the tank 16.
  • FIG. 2 3 are three cycles of a preferred embodiment of a method of operating press 10 of FIG. 1 and for forming workpieces by means of the press 10 of the FIG. 1 on the basis of the accumulator pressure p S in the accumulator 15, the path H of the plunger 12 and the speed n of the motor 14 over time.
  • the control unit 17 enables the press 10 to be operated cyclically in accordance with this preferred embodiment of the method. It is designed in such a way that in each cycle it lowers the ram 12 and thus the forming tool 21 coupled to it in the closing phase to a first stroke height H1, in the working phase further lowers it to a second stroke height H2 and holds it there, in the reset phase back over the first lifting height H1 away and further to a third lifting height H3 and holds in the loading phase at the third lifting height H3.
  • the closing phase can be recognized by the steeply sloping segment of the H-line
  • the working phase can be recognized by the subsequent gently sloping and then horizontal segment
  • the reset phase can be recognized by the subsequent flat and then steeply rising segment
  • the loading phase by that to recognize the subsequent horizontal segment.
  • the lowering of the plunger 12 and the forming tool 21 in the closing phase is achieved or brought about by the control unit 17 in that it separates the pressing chamber 11.1 and the reset chamber 11.2 from the accumulator 15 and with the tank 16 by activating the first valve 19.1 and the second valve 19.2 accordingly connects.
  • the piston 11.3, the plunger 12 and the forming tool 21 are pulled downwards by their own weight. Hydraulic oil is sucked from the tank 16 into the pressing chamber 11.1 and pressed out of the reset chamber 11.2 into the tank 16.
  • the lowering of the plunger 12 and the forming tool 21 in the working phase is achieved or brought about by the control unit 17 by separating the pressing chamber 11.1 from the tank 16 and connecting it to the reservoir 15 by activating the first valve 19.1 accordingly.
  • the accumulator 15 is almost fully charged after the press 10 starts up and consequently at the beginning of the first cycle, so that the accumulator pressure p S is just below an upper operating pressure p O , which corresponds to the maximum pressure that the accumulator 15 can withstand over the long term without damage can or for which it is intended.
  • the piston 11.3, the plunger 12 and the forming tool 21 are pressed downward against the forming force or the forming pressure by the hydraulic oil in the reservoir 15 under the reservoir pressure p S. In the process, hydraulic oil is pressed from the reservoir 15 into the pressing chamber 11.1 and from the reset chamber 11.2 into the tank 16.
  • the holding of the ram 12 and the forming tool 21 in the working phase is achieved or effected by the control unit 17 in that it separates the pressing chamber 11.1 from the reservoir 15 and tank 16 by activating the first valve 19.1 accordingly and thus closes it. Since neither the hydraulic oil enclosed in the pressing chamber 11.1 can flow out, nor can hydraulic oil flow into the pressing chamber 11.1, the piston 11.3, the ram 12 and the forming tool 21 are kept motionless.
  • the lifting of the ram 12 and the forming tool 21 in the reset phase is achieved or brought about by the control unit 17 by actuating them accordingly of the first valve 19.1 separates the pressing chamber 11.1 from the reservoir 15 and connects it to the tank 16 and, by appropriately activating the second valve 19.2, separates the reset chamber 11.2 from the tank 16 and connects it to the reservoir 15.
  • the piston 11.3, the plunger 12 and the forming tool 21 are pressed upwards by the hydraulic oil in the accumulator 15 under the accumulator pressure p S. In the process, hydraulic oil is pressed from the reservoir 15 into the reset chamber 11.2 and from the pressing chamber 11.1 into the tank 16.
  • the control unit 17 is also designed in such a way that it charges the accumulator 15 with a charge volume flow in all phases as required, ie depending on the currently required working pressure p A and reset pressure p R.
  • the charging of the memory 15 is achieved or effected by the control unit 17 by setting the speed of the motor 14 by appropriately controlling the frequency converter 20 so that it drives the pump 13, and by appropriately controlling the third valve 19.3 it separates the pressure connection 13.2 from the tank 16 and connects to the memory 15.
  • the pump 13 thus sucks in hydraulic oil from the tank 16 and presses it into the reservoir 15 with a charge volume flow that depends on the speed of the motor 14 set by means of the frequency converter 20.
  • control unit 17 is also designed in such a way that it regulates the accumulator pressure p S to a pressure command variable P SOLL in all phases by setting the speed and thus the charge volume flow accordingly, as will be described in more detail below.
  • the control unit 17 achieves or effects the setting of the speed for needs-based pressure regulation by continuously setting the speed from zero to the nominal speed n N and thus to zero, to the nominal speed n N and to intermediate values n Z , by suitably controlling the frequency converter 20 for that 0 ⁇ n Z ⁇ n N applies.
  • the regulation of the storage pressure p S is achieved or effected by the control unit 17 in that it is in the FIG. 2
  • the first cycle shown after starting the press 10 first sets the speed to the nominal speed n N and then the accumulator pressure p S regulates exclusively by either setting the charging volume flow to zero by setting the speed to zero, or setting the speed to the nominal speed n N as well as a cycle duration T Z and a charging duration T L during which the charging volume flow is greater than zero, and a via the charging time T L averaged load speed n L determined.
  • the control unit 17 has set the speed n in the closing phase to 0% of the nominal speed n N for this first cycle, in an initial section of the working phase to 100% of the nominal speed n N , in a subsequent end section of the working phase to 0% of the nominal speed n N , in the reset phase and in an initial section of the charging phase to 100% of the nominal speed n N and then in a subsequent end section of the charging phase to 0% of the nominal speed n N.
  • it has determined the value 75% of the cycle duration T Z for the charging time T L and the value 100% of the nominal speed n N for the charging speed n L.
  • K N is a speed correction value with 0 ⁇ K N ⁇ n L ⁇ (1 - T L : T Z ).
  • K N is a speed correction value with 0 ⁇ K N ⁇ n L ⁇ (1 - T L : T Z ).
  • K N 5% ⁇ n N.
  • control unit 17 is also designed in such a way that it again determines the cycle duration T Z , the charging duration T L and the charging speed n L in the second cycle, analogously to the first cycle.
  • the control unit 17 has set the speed n for this second cycle to 0% of the nominal speed n N in an initial section of the closing phase, to 60% of the nominal speed n N in a subsequent end section of the closing phase and the working phase, in the reset phase and in an initial section the charging phase to the maximum intermediate value n Z , ie 80% of the nominal speed n N and then in a subsequent end section of the Charging phase to 0% of the nominal speed n N.
  • it has the same value for the cycle duration T Z as determined in the first cycle, for the charging duration T L a larger value than in the first cycle and for the charging speed n L a smaller value than in the first cycle.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine hydraulische Presse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
  • Die DE 25 44 794 A1 beschreibt eine hydraulische Presse bestehend aus einem Pressengestell, einem hydraulischen Antrieb, einer Ölpumpe und zwei Speichern. Der hydraulische Antrieb besteht aus einem Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben größeren Durchmessers und einem Bewegungszylinder mit einem Bewegungskolben kleineren Durchmessers. Die Kolben sind mit Abstand fest miteinander verbunden. Der Arbeitszylinder wird aus dem ersten Speicher über ein Wegeventil und der Bewegungszylinder aus dem zweiten Speicher über ein Servoventil innerhalb eines geschlossenen Regelkreises gespeist. Der Regelkreis besteht aus einem Sollwertgeber, einem Regelverstärker, dem Servoventil, einem Wegaufnehmer und einem Messverstärker. Das Wegeventil ist als Ventil mit festen Schaltstellungen ausgebildet. Zur Absicherung der Hydraulik-Anlage gegen zu hohe Drücke ist in der zu den Speichern führenden Druckleitung der Pumpe ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Die für den Antrieb der Presse benötigte Ölmenge liefert die Pumpe aus einem Tank über die Speicher. Die Speicher werden mit einem kompressiblen Medium aus einer Gasflasche beaufschlagt.
  • Diese Druckschrift beschreibt außerdem den Arbeitsablauf und Betrieb dieser Presse, bei dem die oberste Stellung der Hydraulikkolben Ausgangspunkt ist. Nachdem die Anlage eingeschaltet ist und die Speicher gefüllt sind, wird vom Sollwertgeber ein Signal an den Regelverstärker gegeben. Dieser betätigt das Servoventil in die Stellung, in der Öl für die Speisung des Bewegungszylinders freigegeben wird. Der Bewegungskolben und damit der mit ihm fest verbundene Arbeitskolben bewegen sich nach unten. Diese Abwärtsbewegung wird auf den Wegaufnehmer übertragen. Das Ausgangssignal des Wegaufnehmers wird im Messverstärker in ein dem Weg proportionales Signal umgewandelt, das im Regelverstärker mit dem Sollwertsignal verglichen wird. Abweichungen der beiden Signale werden im Regelverstärker verarbeitet und geben Korrektursignale an das Servoventil. Der Regelverstärker, das Servoventil, der Bewegungszylinder, der Wegaufnehmer und der Messverstärker bilden also einen geschlossenen Regelkreis, der die Bewegung des Bewegungskolbens proportional einem vom Sollwertgeber kommenden elektrischen Signal ermöglicht. Auf diese Weise wird der Arbeitskolben in eine genau festgelegte Position bis kurz vor oder auf das Werkstück gefahren.
  • Während des zweiten Teiles des Arbeitshubes, des Presshubs, der durch Umschalten des Wegeventils eingeleitet wird, wird der Arbeitskolben über das Wegeventil aus dem ersten Speicher beaufschlagt, der zuvor mit einer dem Presshub entsprechend dosierten Ölmenge gefüllt wurde. Diese Ölmenge bewirkt eine vorbestimmte Fortsetzung der Bewegung des Arbeitskolbens, die der im ersten Speicher dosierten Ölmenge entspricht.
  • Nachdem der Arbeitskolben den Presshub durchgeführt hat, wird das Wegeventil wieder umgeschaltet und der Bewegungskolben im Bewegungszylinder in die Ausgangsposition zurückbewegt. Das im Arbeitszylinder vorhandene Öl wird dabei über das Wegeventil in den Tank zurückgefördert.
  • Während der Arbeitspause füllt die Pumpe den ersten Speicher wieder mit der vorbestimmten Druckölmenge, die durch einen Endschalter am ersten Speicher vorgegeben werden kann, der ein Ölventil in der zum ersten Speicher führenden Druckleitung der Pumpe schaltet.
  • Bei diesem bekannten Verfahren und dieser bekannten Presse wird also während der Arbeitspause die Füllung des ersten Speichers auf die vorbestimmte Druckölmenge geregelt, indem der Ladevolumenstrom durch Schalten des Ölventils eingestellt und/oder geändert wird. Da der erste Speicher mit dem kompressiblen Medium aus der Gasflasche beaufschlagt wird, entspricht diese Füllungsregelung einer Regelung des im ersten Speicher herrschenden Drucks auf eine Druckführungsgröße, die von dem Endschalter und dem kompressiblen Medium aus der Gasflasche abhängt. Bei dieser bekannten Regelung wird der Ladevolumenstrom auf Null eingestellt, indem das Ölventil in eine Sperrstellung geschaltet wird, in der es den ersten Speicher vom Druckanschluss der Pumpe trennt. Nahteilig ist dabei, dass dann die durch den weiter laufenden Motor weiter angetriebene Pumpe den Druck in der Druckleitung so lange erhöht, bis das Druckbegrenzungsventil anspricht und den Druckanschluss mit dem Tank verbindet, sodass die Pumpe mit voller Drehzahl im Leerlauf läuft. Dies führt zu unnötig hohem Energieverbrauch. Außerdem muss die Pumpe so groß ausgelegt sein, dass sie während der Arbeitspause die vorbestimmte Druckölmenge in den Speicher fördern kann.
  • Dokument DE 199 58 256 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren zum Umformen von Werkstücken mittels einer hydraulischen Presse und einer hydraulischen Presse zum Umformen von Werkstücken den Energieverbrauch zu senken.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Presse gemäß Anspruch 9. Weitere mögliche Ausführungsformen und -varianten sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse in Zyklen, insbesondere zum Umformen von Werkstücken, vor, wobei:
    • jeder Zyklus wenigstens eine Phase aufweist, in der durch den im Speicher (15) herrschenden Speicherdruck pS Hydraulikflüssigkeit aus einem hydraulischen Speicher (15) in eine Kammer (11.1, 11.2) eines hydraulischen Zylinders (11) der Presse (10) gedrückt wird, um einen an den Zylinder (11) gekoppelten Stößel (12) der Presse (10), an den ein Umformwerkzeug (21) zum Umformen eines Werkstücks gekoppelt werden kann, relativ zum Zylinder (11) zu bewegen;
    • in wenigstens einem Teil jedes Zyklus eine von einem Motor (14) angetriebene hydraulische Pumpe (13) Hydraulikflüssigkeit in den Speicher (15) mit einem Ladevolumenstrom fördert und der Speicherdruck pS auf eine Druckführungsgröße PSOLL geregelt wird, indem eine Drehzahl des Motors (14) auf eine Nenndrehzahl nN des Motors (14) und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ eingestellt wird, für den 0 < nZ < nN gilt,
    • der Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung eingestellt wird;
    • in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt wird; und
    • für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ eingestellt wird, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist.
  • Da somit bei diesem vorgeschlagenen Verfahren die Einstellung des Ladevolumenstroms durch Einstellen der Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ erfolgt und der Energiebedarf des Motors, beispielsweise der Brennstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors oder die Stromaufnahme eines Elektromotors, bei Drehzahlen unter Nenndrehzahl nN kleiner als bei Nenndrehzahl nN ist, kann der Energieverbrauch im Vergleich zu dem aus der
  • DE 25 44 794 A1 bekannten Verfahren gesenkt werden. Hierdurch kann auch der Wirkungsgrad des Verfahrens gesteigert werden. Außerdem führt eine Senkung der Drehzahl zu einer Geräuschreduzierung.
  • Als Nenndrehzahl wird hier die maximale Drehzahl verstanden, die der Motor auf Dauer ohne Beschädigung erbringen kann beziehungsweise auf die der Motor bestimmungsgemäß ausgelegt ist.
  • Das vorgeschlagene Verfahren kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer zusätzlichen Phase aufweisen.
  • Die Presse kann beispielsweise eine der gemäß dem weiter unten beschriebenen zweiten Aspekt vorgeschlagenen Pressen sein.
  • Die Pumpe kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Zahnradpumpe, Axialkolbenpumpe oder Radialkolbenpumpe.
  • Der Motor kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein Asynchronmotor sein, und die Einstellung seiner Drehzahl kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines Frequenzumrichters.
  • In der Schließphase erfolgt das Fahren oder Stellen oder Senken oder Heben des Stößels auf die erste Hubhöhe bevorzugt ausgehend von der dritten Hubhöhe.
  • In der Arbeitsphase kann nach Bedarf nach dem Senken des Stößels der Stößel auf der zweiten Hubhöhe gehalten werden, indem beispielsweise die Presskammer verschlossen und/oder von Speicher und Tank getrennt wird oder ist.
  • In der Rückstellphase erfolgt das Fahren oder Stellen oder Senken oder Heben des Stößels auf die dritte Hubhöhe bevorzugt ohne Zwischenstopp bei der ersten Hubhöhe.
  • Für die Druckführungsgröße PSOLL kann beispielsweise einfach der maximale Druck gewählt werden, den der Speicher auf Dauer ohne Beschädigung aushalten kann beziehungsweise auf den der Speicher bestimmungsgemäß ausgelegt ist.
  • Die Drehzahl wird bevorzugt kontinuierlich auf Drehzahlen von Null bis zur Nenndrehzahl nN eingestellt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einer der Phasen die Druckführungsgröße PSOLL als Funktion in Abhängigkeit von wenigstens einem in einer der Kammern herrschenden Kammerdruck pK gewählt wird.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass für die Funktion PSOLL = pK + KP gilt, worin KP ein Druckkorrekturwert mit 0 < KP ist.
  • Hierdurch wird sichergestellt, dass der Speicher immer ausreichend Überdruck im Vergleich zu dem während der Phase oft immer weiter ansteigenden Kammerdruck pK zur Verfügung stellt, andererseits jedoch nicht zu hoch ist, sodass der Motor nicht unnötig schnell laufen beziehungsweise die Pumpe nicht unnötig stark fördern muss.
  • Der Druckkorrekturwert KP kann nach Bedarf beliebig gewählt werden und beispielsweise zumindest während eines Teils der Phase und/oder zumindest während eines Teils der anderen Phasen konstant sein. Alternativ oder zusätzlich kann er beispielsweise zumindest während eines Teils der Phase und/oder zumindest während eines Teils der anderen Phasen zeitlich variabel sein. Alternativ oder zusätzlich kann er beispielsweise derart gewählt werden, dass die Druckführungsgröße PSOLL um einen bestimmten Prozentsatz größer als der Kammerdruck pK ist. Dieser Prozentsatz beträgt beispielsweise wenigstens 2 % oder wenigstens 3 % oder wenigstens 4 % oder wenigstens 5 % oder wenigstens 6 % oder wenigstens 7 % oder wenigstens 8 % oder wenigstens 9 % oder wenigstens 10 % oder wenigstens 12 % oder wenigstens 14 % oder wenigstens 16 % oder wenigstens 18 % oder wenigstens 20 %. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Prozentsatz beispielsweise höchstens 2 % oder wenigstens 3 % oder höchstens 4 % oder höchstens 5 % oder höchstens 6 % oder höchstens 7 % oder höchstens 8 % oder höchstens 9 % oder höchstens 10 % oder höchstens 12 % oder höchstens 14 % oder höchstens 16 % oder höchstens 18 % oder höchstens 20 %.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer der Phasen erfolgt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass
    • jeder Zyklus eine Schließphase zum Schließen der Presse, eine Arbeitsphase zum Umformen des Werkstücks, eine Rückstellphase zum Öffnen der Presse und eine Beschickphase zum Entnehmen eines umgeformten Werkstücks aus der Presse und zum Einlegen eines umzuformenden Werkstücks in der Presse in dieser Reihenfolge aufweist;
    • in der Schließphase der Stößel auf eine erste Hubhöhe gefahren wird, sodass das Umformwerkzeug das umzuformende Werkstück berührt oder sich in geringem Abstand zu dem umzuformenden Werkstück befindet;
    • in der Arbeitsphase der Stößel weiter auf eine zweite Hubhöhe gefahren wird, sodass das Umformwerkzeug gegen das Werkstück presst;
    • in der Rückstellphase der Stößel zurück auf die erste Hubhöhe und weiter auf eine dritte Hubhöhe gefahren wird, sodass das Umformwerkzeug sich vom umgeformten Werkstücks löst und entfernt;
    • in der Beschickphase der Stößel auf der dritten Hubhöhe gehalten wird.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass in der Schließphase die Kammer vom Speicher getrennt und mit einem Tank verbunden wird oder ist oder die Kammer von einem Tank getrennt und mit dem Speicher verbunden wird oder ist.
  • Bei der ersten Alternative kann der Stößel passiv durch sein Eigengewicht und/oder aktiv durch einen Schließantrieb in Schließrichtung gesenkt oder bewegt werden oder aktiv durch einen Schließantrieb in Schließrichtung gehoben oder bewegt werden. Dieser Schließantrieb kann beispielsweise im Vergleich zu einem Hydraulikantrieb für die Arbeitsphase, der bevorzugt durch eine Presskammer im Zylinder und den Speicher gebildet wird, kleiner und/oder schwächer und/oder schneller sein und/oder beispielsweise einen zusätzlichen Hydraulikantrieb aufweisen.
  • Bei der zweiten Alternative wird der Stößel aktiv durch den Speicher in Schließrichtung gesenkt oder gehoben oder bewegt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in der Arbeitsphase das Fahren des Stößels erfolgt, indem eine die Kammer bildende Presskammer von einem Tank getrennt und mit dem Speicher verbunden wird.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass in der Rückstellphase die Presskammer vom Speicher getrennt und mit dem Tank verbunden wird oder ist.
  • Somit kann der Stößel aktiv durch einen Rückstellantrieb in Rückstellrichtung gehoben oder bewegt werden oder passiv durch sein Eigengewicht und/oder aktiv durch einen Rückstellantrieb in Rückstellrichtung gesenkt oder bewegt werden. Dieser Rückstellantrieb kann beispielsweise im Vergleich zu einem Hydraulikantrieb für die Arbeitsphase, der bevorzugt durch eine Presskammer im Zylinder und den Speicher gebildet wird, kleiner und/oder schwächer und/oder schneller sein und/oder beispielsweise einen zusätzlichen Hydraulikantrieb aufweisen. Dieser zusätzliche Hydraulikantrieb weist bevorzugt eine Rückstellkammer im Zylinder auf, die beispielsweise durch einen im Zylinder geführten, an den Stößel gekoppelten Kolben von der Presskammer getrennt ist und in der Rückstellphase vom Tank getrennt und mit dem Speicher verbunden wird oder ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in der Beschickphase die Kammer verschlossen und/oder von dem Speicher und einem Tank getrennt wird oder ist.
  • Hierdurch kann der Stößel auf der dritten Hubhöhe gehalten werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in der Rückstellphase das Fahren des Stößels erfolgt, indem eine die Kammer bildende Rückstellkammer von einem Tank getrennt und mit dem Speicher verbunden wird.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass in der Arbeitsphase die Rückstellkammer vom Speicher getrennt und mit dem Tank verbunden wird oder ist.
  • Dann kann der Stößel aktiv durch einen Pressantrieb weiter in Schließrichtung gehoben oder bewegt werden. Dieser Pressantrieb kann beispielsweise im Vergleich zu dem durch Rückstellkammer und Speicher gebildeten Hydraulikantrieb größer und/oder stärker und/oder langsamer sein und/oder beispielsweise einen zusätzlichen Hydraulikantrieb aufweisen. Dieser zusätzliche Hydraulikantrieb weist bevorzugt eine Presskammer im Zylinder auf, die beispielsweise durch einen im Zylinder geführten, an den Stößel gekoppelten Kolben von der Rückstellkammer getrennt ist und in der Arbeitsphase vom Tank getrennt und mit dem Speicher verbunden wird oder ist.
  • Bei jedem vorgeschlagenen Verfahren kann der Ladevolumenstrom, insbesondere zum oder beim Regeln des Speicherdrucks pS, nach Bedarf auf beliebige Art und Weise auf null eingestellt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Tank an den Druckanschluss angeschlossen ist, und dass der Ladevolumenstrom, insbesondere zum oder beim Regeln des Speicherdrucks pS, auf null eingestellt wird, indem ein Druckanschluss der Pumpe mit einem Tank verbunden wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Ladevolumenstrom, insbesondere zum oder beim Regeln des Speicherdrucks pS, auf null eingestellt wird, indem die Drehzahl des Motors auf null eingestellt wird.
  • Durch das Einstellen auf null kann ein zu schneller Anstieg des Speicherdrucks pS gebremst oder gar beendet werden.
  • Bei der ersten Variante kann das Einstellen auf null schnell erfolgen.
  • Bei der zweiten Variante kann das Einstellen auf null energiesparend erfolgen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass:
    • in jedem Zyklus eine Ladedauer TL ermittelt wird, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist;
    • die Ladedauer TL auf einen Ladedauersollwert TSOLL geregelt wird, indem die Drehzahl entsprechend eingestellt und/oder geändert wird.
  • Hierdurch kann ein möglichst gleichmäßiger Lauf des Motors und der Pumpe, bei dem Drehzahlspitzen vermieden werden, erreicht werden, falls der Ladedauersollwert TSOLL möglichst auf oder knapp unter die Zyklusdauer TZ gelegt wird.
  • Der Ladedauersollwert TSOLL kann nach Bedarf beliebig gewählt werden, beispielsweise derart, dass er um einen bestimmten Prozentsatz kleiner als die Zyklusdauer TZ ist. Dieser Prozentsatz beträgt beispielsweise wenigstens 2 % oder wenigstens 3 % oder wenigstens 4 % oder wenigstens 5 % oder wenigstens 6 % oder wenigstens 7 % oder wenigstens 8 % oder wenigstens 9 % oder wenigstens 10 % oder wenigstens 12 % oder wenigstens 14 % oder wenigstens 16 % oder wenigstens 18 % oder wenigstens 20 %. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Prozentsatz beispielsweise höchstens 2 % oder wenigstens 3 % oder höchstens 4 % oder höchstens 5 % oder höchstens 6 % oder höchstens 7 % oder höchstens 8 % oder höchstens 9 % oder höchstens 10 % oder höchstens 12 % oder höchstens 14 % oder höchstens 16 % oder höchstens 18 % oder höchstens 20 %.
  • Es ist vorgesehen, dass:
    • in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt wird;
    • für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ eingestellt wird, für den nZ = nL · TL: TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL: TZ) ist.
  • Hierdurch kann ein möglichst gleichmäßiger Lauf des Motors und der Pumpe, bei dem Drehzahlspitzen vermieden werden, erreicht werden. Der Drehzahlkorrekturwert KN dient, falls 0 < KN gilt, als Sicherheitspolster, damit im nachfolgenden Zyklus eine Druck- und Volumenreserve im Speicher aufgebaut werden kann. Falls beispielsweise in dem einen Zyklus TL: TZ = 75 % sowie nL = 1600 min-1 ermittelt wurde, so soll dementsprechend 0 ≤ KN < 1600 min-1 · (1 - 75 %) = 400 min-1 gelten. Somit kann für den nachfolgenden Zyklus der dritte Korrekturwert KN beispielsweise 0 min-1 oder 50 min-1 oder 100 min-1 oder 150 min-1 oder 200 min-1 oder 250 min-1 oder 300 min-1 oder 350 min-1 und der Zwischenwert nZ dementsprechend 1200 min-1 oder 1250 min-1 oder 1300 min-1 oder 1350 min-1 oder 1400 min-1 oder 1450 min-1 oder 1500 min-1 oder 1550 min-1 betragen.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass in dem bestimmten Zyklus:
    • zuerst die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN eingestellt wird und
    • danach der Speicherdruck pS, insbesondere ausschließlich, dadurch geregelt wird, dass der Ladevolumenstrom auf null und die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN eingestellt wird.
  • Dies geschieht bevorzugt nach dem Anfahren der Presse, wobei der bestimmte Zyklus insbesondere der erste Zyklus nach dem Anfahren der Presse ist.
  • In diesem bestimmten, insbesondere ersten Zyklus wird also die über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL der Nenndrehzahl nN entsprechen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Ladevolumenstrom durch die Regelung des Speicherdrucks pS derart eingestellt und/oder geändert wird, dass, insbesondere in jeder Phase oder während des ganzen Zyklus, der Speicherdruck pS einen unteren Betriebsdruck pU nicht unterschreitet und/oder einen oberen Betriebsdruck pO nicht überschreitet.
  • Das Einhalten des unteren Betriebsdrucks pU kann beispielsweise bei einem Speicher, der ein Gas als Kompressionsmedium aufweist, verhindern, dass dieses Gas in den Hydraulikkreislauf gerät. Der obere Betriebsdruck pO kann beispielsweise der maximale Druck sein, den der Speicher auf Dauer ohne Beschädigung aushalten kann beziehungsweise auf den der Speicher bestimmungsgemäß ausgelegt ist.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass pU ≤ PSOLL ≤ PO gilt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass:
    • wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einer der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einer der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einer der Korrekturwerte KP, KN gespeichert wird;
    • bei einem späteren Umformauftrag für gleiche oder ähnliche Werkstücke die gespeicherten Werte als Anfangswerte verwendet werden.
  • Somit kann bei einem späteren Umformauftrag das Verfahren bereits mit zumindest teilweise optimierten Werten durchgeführt werden.
  • Es ist vorgesehen, dass der Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung eingestellt wird.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass bei der adaptiven Regelung wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einer der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einer der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einer der Korrekturwerte KP, KN geändert wird.
  • Bei jedem vorgeschlagenen Verfahren kann jedes Trennen, beispielsweise das Trennen der Presskammer oder der Rückstellkammer vom Tank oder vom Speicher, und/oder jedes Verbinden, beispielsweise das Verbinden der Presskammer oder der Rückstellkammer mit dem Speicher oder mit dem Tank oder das Verbinden des Druckanschlusses mit dem Speicher oder mit dem Tank, und/oder jedes Verschließen, beispielsweise das Verschließen der Presskammer oder der Rückstellkammer, beispielsweise mit Hilfe von Ventilen erfolgen. Bevorzugt kann wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und der Presskammer und/oder wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und der Rückstellkammer und/oder wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und dem Druckanschluss und/oder wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und der Presskammer und/oder wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und der Rückstellkammer und/oder wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und dem Druckanschluss vorgesehen sein oder sitzen.
  • Jedes Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Proportionalventil oder Regelventil oder Steigventil oder Wegeventil oder Rückschlagventil oder Druckbegrenzungsventil.
  • Jedes vorgeschlagene Verfahren kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens eine zusätzliche Phase aufweisen.
  • Jede in einem der vorgeschlagenen Verfahren verwendete Presse kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen zusätzlichen hydraulischen Zylinder und/oder wenigstens einen zusätzlichen Stößel und/oder wenigstens eine zusätzliche hydraulische Pumpe und/oder wenigstens einen zusätzlichen Motor und/oder wenigstens einen zusätzlichen hydraulischen Speicher und/oder wenigstens einen zusätzlichen Tank für Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Jeder in dieser Presse vorgesehene Zylinder kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens eine zusätzliche Presskammer und/oder wenigstens eine zusätzliche Rückstellkammer aufweisen. Jede in dieser Presse vorgesehene Pumpe kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen zusätzlichen Druckanschluss aufweisen.
  • Die vorgeschlagenen Verfahren können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise, insbesondere ganz oder teilweise, kombiniert werden.
  • Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt eine hydraulische Presse, insbesondere zum Umformen von Werkstücken, vor, aufweisend:
    • einen hydraulischen Zylinder, der wenigstens eine Kammer aufweist,
    • einen Stößel, der an den Zylinder gekoppelt ist und an den ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Werkstücks gekoppelt werden kann;
    • eine hydraulische Pumpe, die einen Druckanschluss aufweist,
    • einen Motor, der an die Pumpe gekoppelt ist und eine Nenndrehzahl nN hat,
    • einen hydraulischen Speicher, der an wenigstens eine der Kammern und den Druckanschluss angeschlossen ist,
    • einen Tank für Hydraulikflüssigkeit, der an wenigstens eine der Kammern angeschlossen ist,
    • einen Speicherdrucksensor zum Erfassen des im Speicher herrschenden Speicherdrucks pS;
    • eine Steuereinheit, die einen Betrieb der Presse in Zyklen ermöglicht und mit dem Speicherdrucksensor und dem Motor verbunden ist;
    wobei:
    • der Motor derart ausgebildet ist, dass seine Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ eingestellt werden kann, für den 0 < nZ < nN gilt;
    • die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass:
      • in wenigstens einer Phase jedes Zyklus durch den Speicherdruck pS Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicher in wenigstens eine der Kammern gedrückt wird, um den Stößel relativ zum Zylinder zu bewegen;
      • in wenigstens einem Teil jedes Zyklus die Pumpe Hydraulikflüssigkeit in den Speicher mit einem Ladevolumenstrom fördert und die Steuereinheit den Speicherdruck pS auf eine Druckführungsgröße PSOLL regelt, indem sie die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen der Zwischenwerte nZ einstellt
      • sie den Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung einstellt;
      • in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt; und
      • für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ einstellt, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist.
  • Die vorgeschlagene Presse kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer zusätzlichen Phase aufweisen.
  • Die vorgeschlagene Presse ermöglicht die Ausführung der gemäß dem ersten Aspekt vorgeschlagenen Verfahren.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Presse zusätzlich aufweist:
    • wenigstens einen Kammerdrucksensor zum Erfassen des in einer der Kammern herrschenden Kammerdrucks pK;
    wobei:
    • die Steuereinheit mit jedem Kammerdrucksensor verbunden ist;
    • die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in wenigstens einer der Phasen:
      • die Druckführungsgröße PSOLL als Funktion in Abhängigkeit von wenigstens einem der Kammerdrucke pK wählt.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass für die Funktion PSOLL = pK + KP gilt, worin KP ein Druckkorrekturwert mit 0 < KP ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer der Phasen erfolgt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass:
    • jeder Zyklus eine Schließphase zum Schließen der Presse, eine Arbeitsphase zum Umformen des Werkstücks, eine Rückstellphase zum Öffnen der Presse und eine Beschickphase zum Entnehmen eines umgeformten Werkstücks aus der Presse und zum Einlegen eines umzuformenden Werkstücks in der Presse in dieser Reihenfolge aufweist;
    • die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie:
      • in der Schließphase den Stößel auf eine erste Hubhöhe fährt, sodass das Umformwerkzeug das umzuformende Werkstück berührt oder sich in geringem Abstand zu dem umzuformenden Werkstück befindet;
      • in der Arbeitsphase den Stößel weiter auf eine zweite Hubhöhe fährt, sodass das Umformwerkzeug gegen das Werkstück presst;
      • in der Rückstellphase den Stößel zurück auf die erste Hubhöhe und weiter auf eine dritte Hubhöhe fährt, sodass das Umformwerkzeug sich vom umgeformten Werkstücks löst und entfernt;
      • in der Beschickphase den Stößel auf der dritten Hubhöhe hält.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Schließphase wenigstens eine der Kammern vom Speicher trennt und mit dem Tank verbindet oder wenigstens eine der Kammern vom Tank trennt und mit dem Speicher verbindet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Arbeitsphase das Fahren des Stößels bewirkt, indem sie eine die Kammer bildende Presskammer vom Tank trennt und mit dem Speicher verbindet.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Rückstellphase die Presskammer vom Speicher trennt und mit dem Tank verbindet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Beschickphase wenigstens eine der Kammern verschließt und/oder von Speicher und Tank trennt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Rückstellphase das Fahren des Stößels bewirkt, indem sie eine die Kammer bildende Rückstellkammer vom Tank trennt und mit dem Speicher verbindet.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in der Arbeitsphase die Rückstellkammer vom Speicher trennt und mit dem Tank verbindet.
  • Bei jeder vorgeschlagenen Presse kann der Ladevolumenstrom, insbesondere zum oder beim Regeln des Speicherdrucks pS, nach Bedarf auf beliebige Art und Weise auf null eingestellt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Tank an den Druckanschluss angeschlossen ist, und dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie den Ladevolumenstrom auf null einstellt, indem sie den Druckanschluss mit dem Tank verbindet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Motor derart ausgebildet ist, dass seine Drehzahl auf null eingestellt werden kann, und dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie den Ladevolumenstrom auf null einstellt, indem sie die Drehzahl auf null einstellt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie:
    • in jedem Zyklus eine Ladedauer TL ermittelt, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist;
    • die Ladedauer TL auf einen Ladedauersollwert TSOLL regelt, indem sie die Drehzahl entsprechend einstellt und/oder ändert.
  • Es ist vorgsehen, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie:
    • in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt;
    • für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ einstellt, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie in dem bestimmten Zyklus:
    • zuerst die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN einstellt und
    • danach den Speicherdruck pS, insbesondere ausschließlich, dadurch regelt, dass sie den Ladevolumenstrom auf null und die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN einstellt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie den Ladevolumenstrom durch die Regelung des Speicherdrucks pS derart einstellt und/oder ändert, dass der Speicherdruck pS einen unteren Betriebsdruck pU nicht unterschreitet und/oder einen oberen Betriebsdruck pO nicht überschreitet.
  • Dann kann vorgesehen sein, dass pU ≤ PSOLL ≤ PO gilt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie:
    • wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einen der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einen der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einen der Korrekturwerte KP, KN speichert;
    • bei einem späteren Umformauftrag für gleiche oder ähnliche Werkstücke die gespeicherten Werte als Anfangswerte verwendet.
  • Es ist vorgesehen, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie den Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung einstellt oder einstellen kann. Dann kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie bei der adaptiven Regelung wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einen der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einen der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einen der Korrekturwerte KP, KN ändert oder ändern kann.
  • Es kann vorgesehen sein, dass sie zusätzlich aufweist:
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und der Presskammer und/oder
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und der Rückstellkammer und/oder
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Speicher und dem Druckanschluss und/oder
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und der Presskammer und/oder
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und der Rückstellkammer und/oder
    • wenigstens ein Ventil zwischen dem Tank und dem Druckanschluss;
    wobei:
    • die Steuereinheit mit den Ventilen verbunden ist.
  • Mit Hilfe dieser Ventile kann die Steuereinheit beispielsweise das Trennen der Presskammer oder der Rückstellkammer vom Tank oder vom Speicher und/oder das Verbinden der Presskammer oder der Rückstellkammer mit dem Speicher oder mit dem Tank oder das Verbinden des Druckanschlusses mit dem Speicher oder mit dem Tank und/oder das Verschließen der Presskammer oder der Rückstellkammer bewirken oder durchführen.
  • Jedes Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Proportionalventil oder Regelventil oder Steigventil oder Wegeventil oder Rückschlagventil oder Druckbegrenzungsventil.
  • Jede vorgeschlagene Presse kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen zusätzlichen hydraulischen Zylinder und/oder wenigstens einen zusätzlichen Stößel und/oder wenigstens eine zusätzliche hydraulische Pumpe und/oder wenigstens einen zusätzlichen Motor und/oder wenigstens einen zusätzlichen hydraulischen Speicher und/oder wenigstens einen zusätzlichen Tank für Hydraulikflüssigkeit und/oder wenigstens eine zusätzliche Steuereinheit und/oder wenigstens einen zusätzlichen Drucksensor aufweisen. Jeder Zylinder kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens eine zusätzliche Presskammer und/oder wenigstens eine zusätzliche Rückstellkammer aufweisen. Jede Pumpe kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen zusätzlichen Druckanschluss aufweisen.
  • Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung, insbesondere für entsprechende einzelne Merkmale dieses Aspektes.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen. Die Zeichnungen zeigen in:
    • FIG. 1
    einen Übersichtsplan einer bevorzugten Ausführungsform einer hydraulischen Presse, wobei sich die Presse in einem Zustand gemäß einer Schließphase eines Zyklus einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Presse befindet;
    FIG. 2
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Speicherdrucks im Speicher der Presse der FIG. 1, des Wegs des Stößels der Presse und der Drehzahl des Motors der Presse über drei Zyklen des Verfahrens.
  • In der FIG. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer hydraulischen Presse 10 schematisch dargestellt, die in Zyklen betrieben werden kann, von denen jeder eine Schließphase, eine Arbeitsphase, eine Rückstellphase und eine Beschickphase in dieser Reihenfolge aufweist. Die Presse 10 weist einen hydraulischen Zylinder 11, einen Stößel 12, eine Ladedruckpumpe oder hydraulische Pumpe 13, einen Motor 14, einen hydraulischen Speicher 15, einen Vorfüllbehälter oder Tank 16 für Hydraulikflüssigkeit, eine Steuereinheit 17, drei Drucksensoren 18.1 bis 18.3, drei Ventile 19.1 bis 19.3 und einen Frequenzumrichter 20 auf.
  • Der Zylinder 11 hat zwei Kammern, nämlich eine Presskammer 11.1 und eine Rückstellkammer 11.2, und einen Kolben 11.3, der im Zylinder 11 geführt ist und die an seine Oberseite grenzende Presskammer 11.1 von der an seine Unterseite grenzende Rückstellkammer 11.2 trennt. Der Stößel 12 ist mit seinem oberen Ende an der Unterseite des Kolbens 11.3 befestigt und somit an den Zylinder 11 gekoppelt und hält an seinem unteren Ende ein an ihn gekoppeltes Umformwerkzeug 21 zum Umformen eines Werkstücks. Die Pumpe 13 hat einen Sauganschluss 13.1 und einen Druckanschluss 13.2. Der Motor 14 ist als Antrieb an die Pumpe 15 gekoppelt. Der Speicher 15 ist an die Presskammer 11.1, die Rückstellkammer 11.2 sowie den Druckanschluss 13.2 angeschlossen und beispielhaft als Hydrospeicher mit einem mit Stickstoff gefüllten Druckbehälter ausgebildet. Der Tank 16 ist an die Presskammer 11.1, die Rückstellkammer 11.2 und den Sauganschluss 13.1 angeschlossen.
  • Der Motor 14 ist beispielhaft ein Asynchronmotor und hat eine Nenndrehzahl nN, die beispielhaft 2000 min-1 beträgt. Der Frequenzumrichter 20 ist einerseits mit dem Motor 14 und anderseits mit der Steuereinheit 17 verbundenen. Die Steuereinheit 17 ist derart ausgebildet, dass sie die Drehzahl des Motors 14 durch geeignetes Ansteuern des Frequenzumrichters 20 kontinuierlich oder nahezu kontinuierlich von Null bis zur Nenndrehzahl nN und somit auf null, auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ einstellen kann, für den 0 < nZ < nN gilt.
  • Die Steuereinheit 17 ist außerdem mit den Drucksensoren 18 verbunden, von denen ein Speicherdrucksensor 18.1 zum Erfassen des im Speicher 15 herrschenden Speicherdrucks pS dient, ein erster Kammerdrucksensor 18.2 zum Erfassen des in der Presskammer 11.1 herrschenden Arbeitsdrucks pA und ein zweiter Kammerdrucksensor 18.3 zum Erfassen des in der Rückstellkammer 11.2 herrschenden Rückstelldrucks pR.
  • Die Steuereinheit 17 ist darüber hinaus mit den Ventilen 19 verbunden, die beispielhaft Wegeventile sind und von denen ein erstes Ventil 19.1 zwischen der Presskammer 11.1 und dem Speicher 15 sowie zwischen der Presskammer 11.1 und dem Tank 16 sitzt, ein zweites Ventil 19.2 zwischen der Rückstellkammer 11.2 und dem Speicher 15 sowie zwischen der Rückstellkammer 11.2 und dem Tank 16 sitzt und ein drittes Ventil 19.3 zwischen dem Druckanschluss 13.2 und dem Speicher 15 sowie dem Druckanschluss 13.2 und dem Tank 16 sitzt. Das erste Ventil 19.1 ist ein 3/3-Wegeventil, hat also drei Anschlüsse für Hydraulikfluidleitungen und drei Schaltstellungen, und kann die Presskammer 11.1 wahlweise vom Tank 16 trennen und mit dem Speicher 15 verbinden oder vom Speicher 15 trennen und mit dem Tank 16 verbinden oder vom Speicher 15 und Tank 16 trennen. Das zweite Ventil 19.2 ist ein 3/3-Wegeventil und kann die Rückstellkammer 11.2 wahlweise vom Tank 16 trennen und mit dem Speicher 15 verbinden oder vom Speicher 15 trennen und mit dem Tank 16 verbinden oder vom Speicher 15 und Tank 16 trennen. Das dritte Ventil 19.3 ist ein 3/2-Wegeventil, hat also drei Anschlüsse für Hydraulikfluidleitungen und zwei Schaltstellungen, und kann den Druckanschluss 13.2 wahlweise vom Tank 16 trennen und mit dem Speicher 15 verbinden oder vom Speicher 15 trennen und mit dem Tank 16 verbinden.
  • In der FIG. 2 sind drei Zyklen einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Presse 10 der FIG. 1 und zum Umformen von Werkstücken mittels der Presse 10 der FIG. 1 anhand des Speicherdrucks pS im Speicher 15, des Wegs H des Stößels 12 und der Drehzahl n des Motors 14 über der Zeit schematisch dargestellt.
  • Die Steuereinheit 17 ermöglicht einen zyklischen Betrieb der Presse 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Sie ist derart ausgebildet, dass sie in jedem Zyklus den Stößel 12 und somit das an ihn gekoppelte Umformwerkzeug 21 in der Schließphase auf eine erste Hubhöhe H1 senkt, in der Arbeitsphase weiter auf eine zweite Hubhöhe H2 senkt und dort hält, in der Rückstellphase zurück über die erste Hubhöhe H1 hinweg und weiter auf eine dritte Hubhöhe H3 hebt und in der Beschickphase auf der dritten Hubhöhe H3 hält. In der FIG. 2 ist die Schließphase an dem steil abfallenden Segment der H-Linie zu erkennen, die Arbeitsphase an dem daran anschließenden flach abfallenden und dann waagerechten Segment zu erkennen, die Rückstellphase an dem daran anschließenden flach und dann steil ansteigenden Segment zu erkennen, und die Beschickphase dem daran anschließenden waagerechten Segment zu erkennen.
  • Das Senken des Stößels 12 und des Umformwerkzeugs 21 in der Schließphase erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie durch entsprechendes Ansteuern des ersten Ventils 19.1 und des zweiten Ventils 19.2 die Presskammer 11.1 und die Rückstellkammer 11.2 jeweils vom Speicher 15 trennt und mit dem Tank 16 verbindet. Somit werden der Kolben 11.3, der Stößel 12 und das Umformwerkzeug 21 durch ihr Eigengewicht abwärts gezogen. Dabei wird Hydrauliköl aus dem Tank 16 in die Presskammer 11.1 gesaugt und aus der Rückstellkammer 11.2 in den Tank 16 gedrückt.
  • Das Senken des Stößels 12 und des Umformwerkzeugs 21 in der Arbeitsphase erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie durch entsprechendes Ansteuern des ersten Ventils 19.1 die Presskammer 11.1 vom Tank 16 trennt und mit dem Speicher 15 verbindet. Der Speicher 15 ist nach dem Anfahren der Presse 10 und folglich zu Beginn des ersten Zyklus nahezu voll geladen, sodass der Speicherdruck pS knapp unter einem oberen Betriebsdruck pO liegt, der dem maximalen Druck entspricht, den der Speicher 15 auf Dauer ohne Beschädigung aushalten kann beziehungsweise auf den er bestimmungsgemäß ausgelegt ist. Somit werden der Kolben 11.3, der Stößel 12 und das Umformwerkzeug 21 durch das im Speicher 15 unter dem Speicherdruck pS stehende Hydrauliköl gegen die Umformkraft beziehungsweise den Umformdruck, abwärts gepresst. Dabei wird Hydrauliköl aus dem Speicher 15 in die Presskammer 11.1 und aus der Rückstellkammer 11.2 in den Tank 16 gedrückt.
  • Das Halten des Stößels 12 und des Umformwerkzeugs 21 in der Arbeitsphase erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie durch entsprechendes Ansteuern des ersten Ventils 19.1 die Presskammer 11.1 vom Speicher 15 und Tank 16 trennt und so verschließt. Da somit weder das in der Presskammer 11.1 eingeschlossene Hydrauliköl ausströmen noch Hydrauliköl in die Presskammer 11.1 nachströmen kann, werden der Kolben 11.3, der Stößel 12 und das Umformwerkzeug 21 bewegungslos gehalten.
  • Das Heben des Stößels 12 und des Umformwerkzeugs 21 in der Rückstellphase erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie durch entsprechendes Ansteuern des ersten Ventils 19.1 die Presskammer 11.1 vom Speicher 15 trennt und mit dem Tank 16 verbindet und durch entsprechendes Ansteuern des zweiten Ventils 19.2 die Rückstellkammer 11.2 vom Tank 16 trennt und mit dem Speicher 15 verbindet. Somit werden der Kolben 11.3, der Stößel 12 und das Umformwerkzeug 21 durch das im Speicher 15 unter dem Speicherdruck pS stehende Hydrauliköl aufwärts gedrückt. Dabei wird Hydrauliköl aus dem Speicher 15 in die Rückstellkammer 11.2 und aus der Presskammer 11.1 in den Tank 16 gedrückt.
  • Die Steuereinheit 17 ist außerdem derart ausgebildet, dass sie in allen Phasen den Speicher 15 bedarfsgerecht, also in Abhängigkeit vom jeweils aktuell benötigten Arbeitsdruck pA und Rückstelldruck pR, mit einem Ladevolumenstrom lädt.
  • Das Laden des Speichers 15 erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie durch entsprechendes Ansteuern des Frequenzumrichters 20 die Drehzahl des Motors 14 einstellt, sodass er die Pumpe 13 antreibt, und durch entsprechendes Ansteuern des dritten Ventils 19.3 den Druckanschluss 13.2 vom Tank 16 trennt und mit dem Speicher 15 verbindet. Somit saugt die Pumpe 13 Hydrauliköl aus dem Tank 16 an und drückt es mit einem Ladevolumenstrom, der von der mittels des Frequenzumrichters 20 eingestellten Drehzahl des Motors 14 abhängt, in den Speicher 15.
  • Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit 17 darüber hinaus derart ausgebildet, dass sie in allen Phasen den Speicherdruck pS auf eine Druckführungsgröße PSOLL regelt, indem sie die Drehzahl und somit den Ladevolumenstrom entsprechend einstellt, wie nachfolgend näher beschrieben wird.
  • Das Einstellen der Drehzahl zur bedarfsgerechten Druckregelung erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie die Drehzahl durch geeignetes Ansteuern des Frequenzumrichters 20 kontinuierlich von Null bis zur Nenndrehzahl nN und somit auf Null, auf die Nenndrehzahl nN und auf Zwischenwerte nZ einstellt, für die 0 < nZ < nN gilt.
  • Das Regeln des Speicherdruck pS erreicht oder bewirkt die Steuereinheit 17, indem sie in dem in der FIG. 2 gezeigten ersten Zyklus nach Anfahren der Presse 10 zuerst die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN einstellt und danach den Speicherdruck pS ausschließlich dadurch regelt, dass sie entweder den Ladevolumenstrom auf null einstellt, indem sie die Drehzahl auf null einstellt, oder die Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN einstellt sowie eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt.
  • In der FIG. 2 hat die Steuereinheit 17 für diesen ersten Zyklus beispielhaft die Drehzahl n in der Schließphase auf 0 % der Nenndrehzahl nN eingestellt, in einem Anfangsabschnitt der Arbeitsphase auf 100 % der Nenndrehzahl nN, in einem anschließenden Endabschnitt der Arbeitsphase auf 0 % der Nenndrehzahl nN, in der Rückstellphase und in einem Anfangsabschnitt der Beschickphase auf 100 % der Nenndrehzahl nN und dann in einem anschließenden Endabschnitt der Beschickphase auf 0 % der Nenndrehzahl nN. Sie hat bei diesem Beispiel für die Ladedauer TL den Wert 75 % der Zyklusdauer TZ ermittelt und für die Ladedrehzahl nL den Wert 100 % der Nenndrehzahl nN.
  • Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit 17 zudem derart ausgebildet, dass sie für den in der FIG. 2 gezeigten zweiten Zyklus beim Regeln die Drehzahl von Null bis zu einem maximalen Zwischenwert nZ einstellt, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist. Beispielhaft gilt für den Drehzahlkorrekturwert KN = 5 % · nN. Da die Steuereinheit 17 im ersten Zyklus TL: TZ = 75 % und nL = 100 % · nN = nN ermittelt hat, berechnet sie für den zweiten Zyklus nL · TL : TZ = nN · 75 % und nZ = nN · 75 % + 5 % · nN = 80 % · nN.
  • Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit 17 außerdem derart ausgebildet, dass sie in dem zweiten Zyklus analog zum ersten Zyklus wieder die Zyklusdauer TZ, die Ladedauer TL sowie die Ladedrehzahl nL ermittelt.
  • In der FIG. 2 hat die Steuereinheit 17 für diesen zweiten Zyklus beispielhaft die Drehzahl n in einem Anfangsabschnitt der Schließphase auf 0 % der Nenndrehzahl nN eingestellt, in einem anschließenden Endabschnitt der Schließphase und der Arbeitsphase auf 60 % der Nenndrehzahl nN, in der Rückstellphase und in einem Anfangsabschnitt der Beschickphase auf den maximalen Zwischenwert nZ, also 80 % der Nenndrehzahl nN und dann in einem anschließenden Endabschnitt der Beschickphase auf 0 % der Nenndrehzahl nN. Sie hat bei diesem Beispiel für die Zyklusdauer TZ den gleichen Wert wie im ersten Zyklus ermittel, für die Ladedauer TL einen größeren Wert als im ersten Zyklus und für die Ladedrehzahl nL einen kleineren Wert als im ersten Zyklus.
    Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit 17 zudem derart ausgebildet, dass sie für den in der FIG. 2 gezeigten dritten sowie jeden folgenden Zyklus analog zum ersten und zweiten Teilzugmittel beim Regeln die Drehzahl von Null bis zu einem maximalen Zwischenwert nZ einstellt, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, wobei die Zyklusdauer TZ, die Ladedauer TL sowie die Ladedrehzahl nL aus dem jeweils vorangegangenen Zyklus stammen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Presse
    11
    Zylinder
    11.1
    Presskammer von 11
    11.2
    Rückstellkammer von 11
    11.3
    Kolben von 11
    12
    Stößel
    13
    Pumpe
    13.1
    Sauganschluss von 13
    13.2
    Druckanschluss von 13
    14
    Motor
    15
    Speicher
    16
    Tank
    17
    Steuereinheit
    18
    Drucksensoren
    19
    Ventile
    20
    Frequenzumrichter
    21
    Umformwerkzeug

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Presse (10) in Zyklen, wobei:
    jeder Zyklus wenigstens eine Phase aufweist, in der durch den im Speicher (15) herrschenden Speicherdruck pS Hydraulikflüssigkeit aus einem hydraulischen Speicher (15) in eine Kammer (11.1, 11.2) eines hydraulischen Zylinders (11) der Presse (10) gedrückt wird, um einen an den Zylinder (11) gekoppelten Stößel (12) der Presse (10), an den ein Umformwerkzeug (21) zum Umformen eines Werkstücks gekoppelt werden kann, relativ zum Zylinder (11) zu bewegen;
    in wenigstens einem Teil jedes Zyklus eine von einem Motor (14) angetriebene hydraulische Pumpe (13) Hydraulikflüssigkeit in den Speicher (15) mit einem Ladevolumenstrom fördert und der Speicherdruck pS auf eine Druckführungsgröße PSOLL geregelt wird, indem eine Drehzahl des Motors (14) auf eine Nenndrehzahl nN des Motors (14) und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ eingestellt wird, für den 0 < nZ < nN gilt;
    der Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt wird; und
    für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ eingestellt wird, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in wenigstens einer der Phasen:
    die Druckführungsgröße PSOLL als Funktion in Abhängigkeit von wenigstens einem in einer der Kammern (11.1, 11.2) herrschenden Kammerdruck pK gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei:
    für die Funktion PSOLL = pK + KP gilt, worin KP ein Druckkorrekturwert mit 0 < KP ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer der Phasen erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    in jedem Zyklus eine Ladedauer TL ermittelt wird, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist;
    die Ladedauer TL auf einen Ladedauersollwert TSOLL geregelt wird, indem die Drehzahl eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    der Ladevolumenstrom durch die Regelung des Speicherdrucks pS derart eingestellt wird, dass der Speicherdruck pS einen unteren Betriebsdruck pU nicht unterschreitet und/oder einen oberen Betriebsdruck pO nicht überschreitet.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einer der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einer der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einer der Korrekturwerte KP, KN gespeichert wird;
    bei einem späteren Umformauftrag für gleiche oder ähnliche Werkstücke die gespeicherten Werte als Anfangswerte verwendet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:
    bei der adaptiven Regelung wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einer der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einer der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einer der Korrekturwerte KP, KN geändert wird.
  9. Hydraulische Presse (10), aufweisend:
    einen hydraulischen Zylinder (11), der wenigstens eine Kammer (11.1, 11.2) aufweist;
    einen Stößel (12), der an den Zylinder (11) gekoppelt ist und an den ein Umformwerkzeug (21) zum Umformen eines Werkstücks gekoppelt werden kann;
    eine hydraulische Pumpe (13), die einen Druckanschluss (13.2) aufweist;
    einen Motor (14), der an die Pumpe (13) gekoppelt ist und eine Nenndrehzahl nN hat;
    einen hydraulischen Speicher (15), der an wenigstens eine der Kammern (11.1, 11.2) und den Druckanschluss (13.2) angeschlossen ist;
    einen Tank (16) für Hydraulikflüssigkeit, der an wenigstens eine der Kammern (11.1, 11.2) angeschlossen ist;
    einen Speicherdrucksensor (18.1) zum Erfassen des im Speicher (15) herrschenden Speicherdrucks pS;
    eine Steuereinheit (17), die einen Betrieb der Presse (10) in Zyklen ermöglicht und mit Speicherdrucksensor (18.1) und Motor (14) verbunden ist;
    wobei:
    der Motor (14) derart ausgebildet ist, dass seine Drehzahl auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen Zwischenwert nZ eingestellt werden kann, für den 0 < nZ < nN gilt;
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass:
    - in wenigstens einer Phase jedes Zyklus durch den Speicherdruck pS Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicher (15) in wenigstens eine der Kammern (11.1, 11.2) gedrückt wird, um den Stößel (12) relativ zum Zylinder (11) zu bewegen;
    - in wenigstens einem Teil jedes Zyklus die Pumpe (13) Hydraulikflüssigkeit in den Speicher (15) mit einem Ladevolumenstrom fördert und die Steuereinheit (17) den Speicherdruck pS auf eine Druckführungsgröße PSOLL regelt, indem sie die Drehzahl des Motors (14) auf die Nenndrehzahl nN und auf wenigstens einen der Zwischenwerte nZ einstellt;
    - sie den Speicherdruck pS mittels einer adaptiven Regelung einstellt;
    - in einem bestimmten Zyklus eine Zyklusdauer TZ und eine Ladedauer TL, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist, sowie eine über die Ladedauer TL gemittelte Ladedrehzahl nL ermittelt; und
    - für wenigstens einen nachfolgenden Zyklus die Drehzahl auf einen Zwischenwert nZ einstellt, für den nZ = nL · TL : TZ + KN gilt, worin KN ein Drehzahlkorrekturwert mit 0 ≤ KN < nL · (1 - TL : TZ) ist.
  10. Presse (10) nach Anspruch 9, zusätzlich aufweisend:
    wenigstens einen Kammerdrucksensor (18.2, 18.3) zum Erfassen des in einer der Kammern (11.1, 11.2) herrschenden Kammerdrucks pK;
    wobei:
    die Steuereinheit (17) mit jedem Kammerdrucksensor (18.2, 18.3) verbunden ist;
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass sie in wenigstens einer der Phasen:
    - die Druckführungsgröße PSOLL als Funktion in Abhängigkeit von wenigstens einem der Kammerdrucke pK wählt.
  11. Presse (10) nach Anspruch 10, wobei:
    für die Funktion PSOLL = pK + KP gilt, worin KP ein Druckkorrekturwert mit 0 < KP ist.
  12. Presse (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei:
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass:
    - die Regelung des Speicherdrucks pS in wenigstens einer der Phasen erfolgt.
  13. Presse (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei:
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass sie:
    - in jedem Zyklus eine Ladedauer TL ermittelt, während der der Ladevolumenstrom größer als Null ist;
    - die Ladedauer TL auf einen Ladedauersollwert TSOLL regelt, indem sie die Drehzahl einstellt.
  14. Presse (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei:
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass sie:
    - den Ladevolumenstrom durch die Regelung des Speicherdrucks pS derart einstellt, dass der Speicherdruck pS einen unteren Betriebsdruck pU nicht unterschreitet und/oder einen oberen Betriebsdruck pO nicht überschreitet.
  15. Presse (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei:
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass sie:
    - wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einen der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einen der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einen der Korrekturwerte KP, KN speichert;
    - bei einem späteren Umformauftrag für gleiche oder ähnliche Werkstücke die gespeicherten Werte als Anfangswerte verwendet.
  16. Presse (10) nach Anspruch 9, wobei:
    die Steuereinheit (17) derart ausgebildet ist, dass sie:
    - bei der adaptiven Regelung wenigstens eine der Druckführungsgrößen PSOLL und/oder wenigstens einen der Zwischenwerte nZ und/oder wenigstens einen der Ladedauersollwerte TSOLL und/oder wenigstens einen der Korrekturwerte KP, KN ändert.
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